一方面,电网负荷峰谷差加大,系统运行经济性下降以及新能源渗透率快速提升,使电网面临的较大的随机性、波动性。另一方面,电动汽车快速发展使动力电池成本显著降低。在此背景下,动力电池储能(powerbattery energy storage system,PBESS)在电力系统中得到了广泛应用。然而,PBESS安全问题阻碍了其进一步发展。因此,本文提出了 PBESS五层安全防护体系并对接地和非接地两类PBESS的故障特征及其防护策略进行重点研究,主要工作如下:(1)提出了 PBESS五层安全防护体系,包括概念框架、构建原则和优化配置方法。通过在架构层、硬件层、软件层、交互层和运维层配置防护措施形成五层多重安全防护。考虑到系统控制将直接影响PBESS故障特征,因此在给出PBESS采用多储能模块共直流母线经大容量DC/AC并网的主拓扑基础上,研究了双向DC/AC采用PQ控制、VF控制和双向DC/DC采用恒压控制方法。最后在PSCAD/EMTDC中进行仿真验证,仿真结果表明:PQ控制下,PBESS可准确跟踪功率给定值实现四象限运行;VF控制下,PBESS可维持交流母线电压和频率稳定,保证重要负荷供电;直流母线电压始终能稳定在目标值以保证动力电池安全。(2)分析了非接地PBESS和接地PBESS交直流侧故障时电压、电流及谐波特征,为安全防护策略的提出和保护参数整定提供理论依据。在非接地PBESS中,直流侧和交流侧单相接地故障不影响系统运行,但系统应具备接地监测能力;直流侧极—极故障和交流侧相间短路、断线故障最多可能包含四种故障回路,包括动力电池组放电回路、储能电容放电回路、DC/AC放电回路等。接地PBESS中,对称性故障特征与非接地PBESS相同,但直流侧极—地故障将使动力电池组和DC/AC故障极过载,过载程度与过渡电阻大小有关。最后,在PBESS采用PQ控制的基础上,分别对非接地和接地PBESS各类故障进行理论分析并在PSCAD/EMTDC中进行了仿真验证。(3)结合PBESS五层安全防护体系和故障特征分析,提出了 PBESS五层安全防护策略。在架构层,给出了具有固有防护能力的电气架构和数据实时传输的监控保护架构。在硬件层、软件层和交互层,分别提出了接地和非接地两类PBESS安全防护策略,包括直流侧、交流侧防护策略及其配合方法、接地监测方法、防护参数整定方法,使每个安全问题都具有一个主保护和至少一个后备保护。在运维层,给出了保护系统和控制系统测试方法以及动力电池组中电池单体一致性检测方法。