有源换流器电池绝缘监视电路及巡检控制方法与流程

1.本技术涉及电力电子变流技术领域，具体涉及有源换流器电池绝缘监视电路及巡检控制方法。


背景技术：

2.在大容量大功率电力电子变流技术领域，多电平换流器利用模块化级联技术，将储能单元集成在子模块中，具有模块化程度高、谐波特性好、等效开关频率低等优势，目前已成为高压电力电子领域的标准拓扑。通过将储能单元作为子模块集成在模块化多电平换流器中，可以同时实现交直流功率转换和能量储存。
3.由此诞生的有源换流器是一种能够有效满足储能系统接入要求、缓解或者隔离交直流系统间故障传播的可行方案。基于多电平技术的有源换流器采用了模块级联的方式实现高压输出，与低压的储能变流器相比，对电池的绝缘耐受能力提出了更高的要求，通常子模块的直流电压设计在1kv左右，甚至更高，需要多个电池包串联，一旦有电池包绝缘发生故障，故障易扩散，对系统安全造成威胁。一方面，需要通过合理的电气和结构设计，尽量使电池包工作在低电位的运行工况下；另一方面，需要对电池的绝缘情况进行监视，由于电池包的数量多，带有电池的子模块点位分布复杂，现有技术中缺乏对电池包绝缘情况监视的有效手段。


技术实现要素：

4.为了解决上述问题，本技术提供了一种有源换流器电池绝缘监视电路，以实现对多个相互串联的电池包绝缘情况的监视。
5.为了达成上述目的，本技术采用的技术方案如下“6.作为本技术的第一方面，提出了一种有源换流器电池绝缘监视电路，所述有源换流器包括至少一个换流链；所述换流链包括串联连接的至少两个子模块；所述子模块包括功率单元，所述功率单元的直流侧通过串联接触器与储能单元连接；所述储能单元包括串联连接的n个电池包，n为大于等于1的整数，所述电池包包含外壳；所述电池包外壳与等电位连接点之间通过第一电阻连接构成所述绝缘监视电路，所述等电位连接点的选取包括以下三种方式：
7.方式1：选取电池包的正极或负极作为等电位连接点；
8.方式2：选取直流侧的正极或负极作为等电位连接点；
9.方式3：在所述功率单元的直流侧并联至少两个相互串联的第二电阻，抽取第二电阻之间的连接点作为等电位连接点。
10.根据一些实施例，所述第一电阻阻值为0～100兆欧。
11.根据一些实施例，所述电池包外壳与等电位连接点之间的连接方式还包括分组连接：对所述电池包外壳进行分组，同组的电池包外壳先通过第一电阻与汇集点连接，汇集点再与等电位连接点直接或经电阻连接。
12.根据一些实施例，所述绝缘监视电路还配置电流检测单元，所述电流检测单元配置在第一电阻处检测流过第一电阻的电流或配置在第二电阻处检测流过第二电阻的电流。
13.根据一些实施例，电池端口与等电位连接点之间的电位差小于电池包外壳耐受绝缘电压。
14.根据一些实施例，所述分组连接方式下不同组别的第一电阻取值按从功率单元的正极到负极方向的顺序，电阻取值递减。
15.本技术第二方面，提出了一种基于上文所述绝缘监视电路的巡检控制方法，所述控制方法包括，
16.当检测到流过第一电阻或者第二电阻处的电流超过电流阈值时，判断为有电池包出现绝缘故障；
17.根据电流大小进行故障定位，或者是根据电流大小和方向综合进行故障定位，判断出发生绝缘故障的电池包。
18.根据一些实施例，所述控制方法中，所述用作判断出现绝缘故障的电流阈值与电流检测单元配置的位置相关。
19.根据一些实施例，还包括执行故障处理逻辑，包括：判断是否存在同一电池包多点绝缘故障的情况，是则分断所在电池包的接触器，将功率单元旁路，停机检查；否则分断电池包所在子模块的接触器，切断放电通路。
20.根据一些实施例，所述判断是否存在同一电池包多点绝缘故障的方法在于：当检测电流超过电流阈值，且部分电池单元电压跌落超过电压阈值，则判断为同一电池包发生多点绝缘故障。
21.与现有技术相比，本技术的有益效果在于:通过配置绝缘监视电路实现了对多个相互串联的电池包绝缘情况的监视，利用合理分组后进行等电位连接的方式，在正常运行时为电池包提供稳定电位，通过判断过流检测出电池的绝缘问题，极大的提供了系统可靠性，适应了标准电池包在更高等级模块下的串联应用。
附图说明
22.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1为本技术实施例的有源换流器结构图；
24.图2为本技术实施例的一种有源换流器电池绝缘监视电路示意图；
25.图3为本技术实施例的第二种有源换流器电池绝缘监视电路示意图；
26.图4为本技术实施例的第三种有源换流器电池绝缘监视电路示意图；
27.图5为本技术实施例的电池包外壳分组与等电位连接点连接的示意图；
28.图6为本技术实施例的电流检测单元配置在第一电阻处的示意图；
29.图7为本技术实施例的电流检测单元配置在第二电阻处的示意图；
30.图8所为本技术实施例的一种有源换流器电池绝缘监视电路的巡检控制方法流程图；
31.图9为本技术实施例的电池绝缘故障示意图；
32.图10为本技术实施例的电池绝缘故障等效电路图；
33.图11所为本技术实施例的又一种有源换流器电池绝缘监视电路的巡检控制方法流程图。
具体实施方式
34.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
35.应当理解，本技术的权利要求、说明书及附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。本技术的说明书和权利要求书中使用的术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
36.如图1所示为本技术实施例的一种有源换流器结构图，所述有源换流器包括至少一个换流链；所述换流链包括串联连接的至少两个子模块1；所述子模块包括功率单元2和直流电容3，功率单元2的直流侧通过串联接触器4与储能单元连接；所述储能单元包括串联连接的n个电池包5，n为大于等于1的整数，电池包包含外壳6。
37.如图2～4所示为本技术实施例提供的有源换流器电池绝缘监视电路示意图。所述电池包外壳与等电位连接点之间通过第一电阻7连接构成所述绝缘监视电路，所述等电位连接点的选取包括以下三种方式：
38.方式1：选取电池包的正极或负极作为等电位连接点8；如图2所示为选取电池包负极作为等电位连接点的示意图。
39.方式2：选取直流侧的正极或负极作为等电位连接点；如图3所示为选取直流侧的负极作为等电位连接点的示意图。
40.方式3：在功率单元的直流侧并联至少两个相互串联的第二电阻9，抽取第二电阻之间的连接点作为等电位连接点。如图4所示。
41.一些实施例中，第一电阻阻值为0～100兆欧。
42.优选地实施例中，所述电池包外壳与等电位连接点之间的连接方式还包括分组连接：对所述电池包外壳进行分组，同组的电池包外壳先通过第一电阻与汇集点10连接，汇集点再与等电位连接点直接或经电阻连接。如图5所示为同组的电池包外壳先通过第一电阻与汇集点10连接，然后汇集点与等电位连接点直接连接。
43.一些实施例中，所述绝缘监视电路还配置电流检测单元11，所述电流检测单元如图6所示配置在第一电阻处检测流过第一电阻的电流或如图7所示配置在第二电阻处检测流过第二电阻的电流。
44.一些实施例中，电池端口与等电位连接点之间的电位差小于电池包外壳耐受绝缘电压。所述电池包外壳数量为n：第二电阻的数量为m，等电位点数量为m-1；ubat为电池包电压，电池包外壳耐受绝缘电压为ur
45.等电位点电压：
46.其中i为等电位点序号，按从功率单元的负极到正极方向序号依次为1、2、
…
、m-1。各等电位点电压依次为：nu
bat
/m、2nu
bat
/m、3nu
bat
/m、
…
、(m-1)nu
bat
/m。
47.电池端口电压：正端口：u
j
＝(j-1)
·ubat
，负端口u
j-＝j
·ubat
，其中j为电池包序号，按从功率单元的负极到正极方向序号依次为1、2、
…
、n。
48.电池端口与等电位连接点之间的电位差：正端口u
r
＝u
j -u
ci
，负端口u
r-＝u
j-‑uci
49.应满足u
r
≤ur和u
r-≤ur。
50.一些实施例中，所述分组连接方式下不同组别的第一电阻取值按从功率单元的正极到负极方向的顺序，电阻取值递减。
51.如图8所示，本技术实施例还公开了所述绝缘监视电路的巡检控制方法，包括如下步骤：
52.s100、当检测到流过第一电阻或者第二电阻处的电流超过电流阈值时，判断为有电池包出现绝缘故障。
53.s200、根据电流大小进行故障定位，或者是根据电流大小和方向综合进行故障定位，判断出发生绝缘故障的电池包。
54.如图9所示，当有电池绝缘发生故障时，其等效电路如图6所示。从图10中可以看出，当有电池包发生绝缘故障时，构成了故障电流流通回路，在第一电阻处或第二电阻处配置电流检测单元均能够检测出故障电流。当检测到流过第一电阻或者第二电阻处的电流超过电流阈值时，即判断为有电池包出现绝缘故障。
55.流过第一电阻的电流值为i1-i2，根据流过第一电阻的电流值的大小可以判断故障点的位置。
56.也可以通过流过第二电阻的电流值以及方向判断故障点的位置。基本原则就是电流方向一定是从电源点注入故障点，根据和这个原则反推故障点的位置。
57.一些实施例中，用作判断出现绝缘故障的电流阈值与电流检测单元配置的位置相关。电流检测单元配置的位置与电源点的电气距离越近，则电流阈值越大。
58.一些实施例中，如图11所示，所述控制方法在判断出发生绝缘故障的电池包之后还包括步骤s300、执行故障处理逻辑。执行所述故障处理逻辑时，需要判断是否存在同一电池包多点绝缘故障的情况，是则分断所在电池包的接触器，将功率单元旁路，停机检查；否则分断电池包所在子模块的接触器，切断放电通路。
59.一些实施例中，判断是否存在同一电池包多点绝缘故障的方法在于：当检测电流超过电流阈值，且部分电池单元电压跌落超过电压阈值，则判断为同一电池包发生多点绝缘故障。
60.本技术过绝缘监视电路结合巡检控制方法，可以对绝缘故障实时诊断，一旦发生问题通过接触器分断和旁路开关旁路及时切除故障的模块单元，避免故障扩大化。本技术的绝缘故障定位方法，有利于系统在检修时，迅速排除故障，提高系统可用率。
61.应清楚地理解，本技术描述了如何形成和使用特定示例，但本技术不限于这些示例的任何细节。相反，基于本技术公开的内容的教导，这些原理能够应用于许多其它实施例。
62.此外，需要注意的是，上述附图仅是根据本技术示例性实施例的方法所包括的处理的示意性说明，而不是限制目的。易于理解，上述附图所示的处理并不表明或限制这些处理的时间顺序。另外，也易于理解，这些处理可以是例如在多个模块中同步或异步执行的。
63.以上具体地示出和描述了本技术的示例性实施例。应可理解的是，本技术不限于这里描述的详细结构、设置方式或实现方法；相反，本技术意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效设置。
64.以上对本技术实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本技术的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明仅用于帮助理解本技术的方法及其核心思想。同时，本领域技术人员依据本技术的思想，基于本技术的具体实施方式及应用范围上做出的改变或变形之处，都属于本技术保护的范围。综上所述，本说明书内容不应理解为对本技术的限制。