使用氢燃料电池的变电站直流系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种使用氢燃料电池的变电站直流系统，涉及直流系统领域。本实用新型专利技术包括直流开关柜、氢燃料电池、供氢系统和系统控制器，其中：直流开关柜内设置有开关整流模块、降压装置、监控单元、蓄电池组和绝缘监察装置；氢燃料电池包括电化学反应器、整流稳压电路和监控系统，氢燃料电池与蓄电池组采用两段直流母线连接，氢燃料电池与供氢系统连接处设置有供气接口；供氢系统包括供气总管，供气总管上通过供气接口连接有多个氢气瓶，所述氢气瓶和供气总管之间均设置有压力表和气阀；系统控制器通过信号线与所述直流开关柜、氢燃料电池和供氢系统相连。本实用新型专利技术既减少了备用蓄电池的使用量，又方便更换氢气瓶。

DC system for substation using hydrogen fuel cell

The utility model discloses a transformer substation DC system using a hydrogen fuel cell, which relates to the DC system field. The utility model comprises a DC switchgear, hydrogen fuel cells, hydrogen supply system and a system controller, including: DC switch cabinet is provided with a switch rectifier module, step-down device, monitoring unit, battery and insulation monitoring device; hydrogen fuel cell including electrochemical reactor, rectifying circuit and control system of hydrogen fuel cells and batteries group by connecting two sections of the DC bus, hydrogen fuel cells and hydrogen supply system is provided with a gas interface; hydrogen supply system consists of air supply duct, a plurality of hydrogen cylinders through the air supply is connected with air supply duct, a pressure gauge and a valve are arranged between the hydrogen cylinders and gas supply duct system through the signal line and the controller; the DC switchgear, hydrogen fuel cell and hydrogen supply system. The utility model not only reduces the use of the spare accumulator, but also facilitates the replacement of the hydrogen cylinder.

【技术实现步骤摘要】
使用氢燃料电池的变电站直流系统
本技术涉及直流系统领域，特别是指一种使用氢燃料电池的变电站直流系统。
技术介绍
变电站直流电源是变电站必不可少的重要设备，直流电源中最主要的组成部分是备用电源。备用电源在直流系统中能够为现场机械设备操作和控制提供电源，为调节设备的传动机构、通信设备应急情况和监控设备提供稳定的电源，因此，备用电源性能的好坏直接影响着变电站整个系统工作的稳定性和可靠性。现有的蓄电池式直流电源有很多固有缺点，处于浮充状态下的电池，有栅板腐蚀、硫化、结晶和热失控等诸多问题影响其寿命，因此电池的维修、更换也是变电站日常工作中的一项重要任务，而换掉的旧电池又会产生浪费并对环境造成严重污染。新型清洁能源-氢燃料电池能够弥补上述缺点，能够在常温下运行，其反应最终产物是水，效率高达50％，不管从环保角度还是从节能高效上讲，都有着广阔的市场前景和竞争力。
技术实现思路
本技术提供一种使用氢燃料电池的变电站直流系统，既减少了备用蓄电池的使用量，又方便更换氢气瓶。为解决上述技术问题，本技术提供技术方案如下：一种使用氢燃料电池的变电站直流系统，包括直流开关柜、氢燃料电池、供氢系统和系统控制器，其中：所述直流开关柜内设置有开关整流模块、降压装置、用于监控直流电源系统的运行状态的监控单元、用作备用电源的蓄电池组和用于监测接地故障的绝缘监察装置；所述氢燃料电池包括电化学反应器、整流稳压电路和用于监控和检测每节燃料电池的输出情况的监控系统，所述氢燃料电池与所述直流开关柜中的蓄电池组采用两段直流母线连接；所述供氢系统包括用于为所述氢燃料电池供气的供气总管，所述供气总管上通过供气接口连接有多个氢气瓶，所述氢气瓶和供气总管之间均设置有压力表和气阀；所述系统控制器通过信号线与所述直流开关柜、氢燃料电池和供氢系统相连。进一步的，所述氢燃料电池的整流稳压电路包括燃料电池发电系统、DC/DC变换器、蓄电池充电管理单元、系统控制单元、蓄电池和弱电供电单元，其中：所述燃料电池发电系统与所述系统控制单元连接，接收系统控制单元下发的控制命令；所述燃料电池发电系统的输出端连接所述DC/DC变换器的输入端，所述DC/DC变换器的输出端连接所述系统单元、蓄电池充电管理单元和弱电供电单元；所述系统控制单元与所述蓄电池充电管理单元连接；所述蓄电池充电管理单元与蓄电池之间、蓄电池充电管理单元与系统控制单元之间均设置有开关。进一步的，所述供氢系统和氢燃料电池之间设置有安全阀和供气总阀。进一步的，所述反应器包括膜电极、双极板和气体通道，所述膜电极为阳极、阴极和质子交换膜中加入全氟磺酸树脂形成的电极-膜-电极组件。进一步的，所述两段直流母线之间设置有联络开关，所述绝缘监察装置设置在每段直流母线上。本技术具有以下有益效果：本技术中，直流开关柜为变电站提供直流电，正常情况下使用市电作为电源，当发生停电状况时，切换到备用电源为变电站提供直流电；本技术中取消了多数的蓄电池组，只保留部分蓄电池作为过渡电源，在氢燃料电池启动到稳定供电期间，由部分蓄电池组提供直流电，大量减少了蓄电池的使用，减少了环境污染；系统控制器通过信号线与直流开关柜、氢燃料电池和供氢系统相连，主要监测：直流开关柜的电流、电压，蓄电池组的电量及充放电控制；氢燃料电池的反应状况、输出电压和输出气压等；供氢系统中各氢气瓶的压力以及预计剩余气体可用时间等。供氢系统由多个独立的氢气瓶组成，每个氢气瓶都有单独的气阀，通过一根总管共同供气，当某个氢气瓶内氢气量不足时，关闭该氢气瓶与总管的气阀，单独更换，不影响系统的正常运行。附图说明图1为本技术的使用氢燃料电池的变电站直流系统的整体结构图；图2为本技术的使用氢燃料电池的变电站直流系统的整流稳压电路示意图；图3为本技术的使用氢燃料电池的变电站直流系统的备用电源系统模式示意图。具体实施方式为使本技术要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。本技术提供一种使用氢燃料电池的变电站直流系统，如图1-3所示，包括直流开关柜1、氢燃料电池2、供氢系统3、系统控制器4，其中：直流开关柜1内设置有开关整流模块5、降压装置(未示出)、用于监控直流电源系统的运行状态的监控单元、用作备用电源的蓄电池组6和用于监测接地故障的绝缘监察装置(未示出)；监控单元具备自诊断功能，能够诊断内部的电路故障和不正常的运行状态，并以硬接点和报文形式给出警报到变电站综合自动化系统后台，且监控单元退出不影响整个直流电源系统的可靠运行，开关整流模块5由主电路、调整控制电路和辅助电路三部分组成，主电路由交流整流滤波、直流-直流变换器等元器件组成，其作用是从单相或三相交流电网取得交流电，并将其转换位为符合要求的直流电，降压装置有两种，一是单独采用硅链自动调压装置的调压装置，二是采用硅链自动调压装置和DC/DC稳压器构成的高频开关无极调压装置；氢燃料电池2包括电化学反应器、整流稳压电路和用于监控和检测每节燃料电池的输出情况的监控系统，氢燃料电池2与所述直流开关柜1中的蓄电池组6采用两段直流母线连接；供氢系统3包括用于为所述氢燃料电池供气的供气总管8，供气总管8上通过供气接口7连接有多个氢气瓶9，氢气瓶9和供气总管8之间均设置有压力表10和气阀11；系统控制器4通过信号线12与直流开关柜1、氢燃料电池2和供氢系统3相连。本技术中，直流开关柜为变电站提供直流电，正常情况下使用市电作为电源，当发生停电状况时，切换到备用电源为变电站提供直流电；本技术中取消了多数的蓄电池组，只保留部分蓄电池作为过渡电源，在氢燃料电池启动到稳定供电期间，由部分蓄电池组提供直流电，大量减少了蓄电池的使用，减少了环境污染；系统控制器通过信号线与直流开关柜、氢燃料电池和供氢系统相连，主要监测：直流开关柜的电流、电压，蓄电池组的电量及充放电控制；氢燃料电池的反应状况、输出电压和输出气压等；供氢系统中各氢气瓶的压力以及预计剩余气体可用时间等。供氢系统由多个独立的氢气瓶组成，每个氢气瓶都有单独的气阀，通过一根总管共同供气，当某个氢气瓶内氢气量不足时，关闭该氢气瓶与总管的气阀，单独更换，不影响系统的正常运行。优选的，氢燃料电池2的整流稳压电路包括燃料电池发电系统14、DC/DC变换器15、蓄电池充电管理单元16、系统控制单元17、蓄电池18和弱电供电单元19，其中：燃料电池发电系统14与系统控制单元17连接，接收系统控制单元17下发的控制命令；燃料电池发电系统14的输出端连接DC/DC变换器15的输入端，DC/DC变换器15的输出端连接系统控制单元17、蓄电池充电管理单元16和弱电供电单元19；系统控制单元17与蓄电池充电管理单元16连接；蓄电池充电管理单元16与蓄电池18之间、蓄电池充电管理单元16与系统控制单元17之间均设置有开关。在氢燃料电池2的整流稳压电路中，系统控制单元根据工作电源的供电状态、蓄电池的剩余电量、备用系统状态等控制备用电源系统中燃料电池发电系统的启动与停止、蓄电池的充放电、备用电池的投入与切除；备用电源系统具有三种工作模式：待机模式、蓄电池供电模式和燃料电池供电模式。如图2-3所示，备用电源系统安装完成后，闭合开关K1为负载设备供本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用氢燃料电池的变电站直流系统，其特征在于，包括直流开关柜、氢燃料电池、供氢系统和系统控制器，其中：所述直流开关柜内设置有开关整流模块、降压装置、用于监控直流电源系统的运行状态的监控单元、用作备用电源的蓄电池组和用于监测接地故障的绝缘监察装置；所述氢燃料电池包括电化学反应器、整流稳压电路和用于监控和检测每节燃料电池的输出情况的监控系统，所述氢燃料电池与所述直流开关柜中的蓄电池组采用两段直流母线连接；所述供氢系统包括用于为所述氢燃料电池供气的供气总管，所述供气总管上通过供气接口连接有多个氢气瓶，所述氢气瓶和供气总管之间均设置有压力表和气阀；所述系统控制器通过信号线与所述直流开关柜、氢燃料电池和供氢系统相连。

【技术特征摘要】
1.一种使用氢燃料电池的变电站直流系统，其特征在于，包括直流开关柜、氢燃料电池、供氢系统和系统控制器，其中：所述直流开关柜内设置有开关整流模块、降压装置、用于监控直流电源系统的运行状态的监控单元、用作备用电源的蓄电池组和用于监测接地故障的绝缘监察装置；所述氢燃料电池包括电化学反应器、整流稳压电路和用于监控和检测每节燃料电池的输出情况的监控系统，所述氢燃料电池与所述直流开关柜中的蓄电池组采用两段直流母线连接；所述供氢系统包括用于为所述氢燃料电池供气的供气总管，所述供气总管上通过供气接口连接有多个氢气瓶，所述氢气瓶和供气总管之间均设置有压力表和气阀；所述系统控制器通过信号线与所述直流开关柜、氢燃料电池和供氢系统相连。2.根据权利要求1所述的使用氢燃料电池的变电站直流系统，其特征在于，所述氢燃料电池的整流稳压电路包括燃料电池发电系统、DC/DC变换器、蓄电池充电管理单元、系统控制单元、蓄电池和弱电供电单元，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜宗展，高琦，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：新型
国别省市：山东,37