一种具有并联电池模块的直流电源系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种具有并联电池模块的直流电源系统，包括交流配电单元，所述交流配电单元将多路交流进线连接至交流母线上，为若干个相互并联的并联电池模块提供交流电，所述并联电池模块将交流电变换后为直流母线提供直流电，各直流馈线通过微断开关接到直流母线上，从直流母线取电，给本馈线的负载供电；每个并联电池模块配置一组蓄电池，当交流母线掉电时，并联电池模块通过配置的蓄电池取电，并向直流母线输出电源；并联电池模块均通过各自的通信口连接监控装置，反馈各自的工作状态。本实用新型专利技术能够有效的保证直流电源系统的正常工作。

【技术实现步骤摘要】
一种具有并联电池模块的直流电源系统
本技术涉及一种具有并联电池模块的直流电源系统。
技术介绍
蓄电池作为变电站/电厂直流电源系统的核心部分，其可靠性直接决定了直流电源系统供电的可靠性。传统直流电源系统是由多节蓄电池串联起来组成蓄电池组来使用的。而蓄电池串联使用，有如下缺点1)单体蓄电池故障影响整组输出。蓄电池内部化学反应或离子迁移难以人为精确控制，串联数量越多，单体故障发生几率越大。2)蓄电池电参数须保持一致。不同品牌、不同类型、甚至同一厂家不同批次的蓄电池不能混合使用，蓄电池利用效率降低。3)蓄电池组扩容困难，一般需要更换整组蓄电池。4)蓄电池组只能整组冗余配置、冗余配置成本高。5)蓄电池组无法实现在线全容量核容、在线检修、更换。通常利用并联电池模块解决上述问题，如图1所示，但是，现有的并联电池模块当交流输入失电时，电池通过第一直流变换电路和第二直流变换电路两级直流变换给负载供电，每一级直流变换都会损失一部分效率，整体效率较低；过负载能力较差；在负载短路时，直流变换电路提供的短路电流较小，不能可靠保证故障回路的断路器可靠断开，引起故障范围扩大。同时，现有的并联电池模块只针对单节12V铅酸蓄电池，适应范围窄。一般没有配置蓄电池监测单元，无法对蓄电池的温度、单节电池电压、单节电池内阻等参数进行监测。对并联电池模块的保护、监测、控制功能提及较少，功能不够完善且直流变换电路效率较低。因此，急需一种高可靠、易扩容、易维护的直流电源系统。
技术实现思路
本技术为了解决上述问题，提出了一种具有并联电池模块的直流电源系统，本技术能够实现单个并联电池模块故障不影响其他并联电池模块输出、不同并联电池模块配置的蓄电池不需要保持一致，同时电源输入端与直流输出端之间只有1级电源变换模块，提高了整体转换效率，通过直流变换器直接连接负载，显著的提高了过负载能力。为了实现上述目的，本技术采用如下技术方案：一种具有并联电池模块的直流电源系统，包括交流配电单元，所述交流配电单元将多路交流进线连接至交流母线上，为若干个相互并联的并联电池模块提供交流电，所述并联电池模块将交流电变换后为直流母线提供直流电，各直流馈线通过微断开关接到直流母线上，从直流母线取电，给本馈线的负载供电；每个并联电池模块配置一组蓄电池，当交流母线掉电时，并联电池模块通过配置的蓄电池取电，并向直流母线输出电源；所述并联电池模块，包括依次相连的滤波电路、整流电路、PFC功率因数校正电路、第一DC/DC变换器、储能元件和限流元件，将输入的交流电变换为直流输出；所述PFC功率因数校正电路的输出端通过第二DC/DC变换器连接蓄电池，所述第一DC/DC变换器的输出端通过第三DC/DC变换器连接所述蓄电池；所述并联电池模块均通过各自的通信口连接监控装置，反馈各自的工作状态。所述PFC功率因数校正电路的输出端通过第二DC/DC变换器连接蓄电池，第二DC/DC变换器在交流电源正常时给蓄电池充电；所述蓄电池通过第三DC/DC变换器，将蓄电池输入的直流电源升压变换为110V或220V直流电压，与第一DC/DC变换器的输出端并联，经储能元件和限流元件，输出到模块输出端，正常工作时，第三DC/DC变换器作为第一DC/DC变换器的热备份；过负载时，第三DC/DC变换器提供电流输出，与第一DC/DC变换器共同带负载。所述PFC功率因数校正电路、第一DC/DC变换器、第二DC/DC变换器和第三DC/DC变换器均连接模块监控单元，接受模块监控单元的监测、保护、控制，并通过模块监控单元与上位机进行通信。所述蓄电池连接有电池监测单元，采集蓄电池的电压、温度、内阻和电流信息，提供电池监控与保护。优选的，所述蓄电池为电池组或电池，电池组包括多节串联的电池。所述蓄电池的电压范围为10-56V。优选的，所述第一DC/DC变换器、第二DC/DC变换器和第三DC/DC变换器均采用LLC谐振电压型拓扑。优选的，所述模块监控单元为PFC功率因数校正电路、第一DC/DC变换器、第二DC/DC变换器和第三DC/DC变换器提供输出过电压保护、输出欠电压保护、输出过电流保护、过温保护和输出端短路保护。优选的，所述模块监控单元监测PFC功率因数校正电路、第一DC/DC变换器、第二DC/DC变换器和第三DC/DC变换器的输入电压、输出电压和输出电流。优选的，所述电池监测单元监测蓄电池的单节电池电压、电池总电压、电池电流、电池剩余容量和/或电池工作状态。优选的，所述滤波电路为EMI滤波电路。优选的，不同的并联电池模块配置的蓄电池不同或相同。基于上述直流电源系统的工作方法，在交流有电状态且负载正常时，交流输入经滤波电路、整流电路和PFC功率因数校正电路处理后变换为直流电压A，经第一DC/DC变换器变换为110V或220V直流电压输出到内部直流母线，经过储能元件和限流元件，输出到外部直流母线，提供负载使用，同时直流电压A经第二DC/DC变换器变换降压为10-56V的直流电源给蓄电池进行充电，电池电压经第三DC/DC变换器升压变换为110V或220V直流电压，输出到内部直流母线，作为第一DC/DC变换器的热备份。基于上述直流电源系统的工作方法，在交流失电状态时，第一DC/DC变换器和第二DC/DC变换器不工作，电池电压经第三DC/DC变换器变换升压为110V或220V直流电压，输出到内部直流母线，经过储能元件和限流元件，输出到外部直流母线，提供负载使用。基于上述直流电源系统的工作方法，在交流有电，但模块过负载运行时，第一DC/DC变换器和第三DC/DC变换器同时工作，同时输出电流到内部直流母线，经过储能元件和限流元件，输出到外部直流母线，提供负载使用。所述第二DC/DC变换器按照设定的充电曲线对蓄电池进行充电管理。所述蓄电池为铅酸蓄电池时，采用恒流充电、恒压限流充电和浮充电三段充电曲线进行充电；当蓄电池为锂电子电池时，采用多段恒流充电曲线进行充电。本技术的有益效果为：(1)本技术可以采用多个并联电池模块，因此单个并联电池模块故障不影响其他并联电池模块输出，能够保证整个直流电源的正常工作；(2)本技术的不同并联电池模块配置的蓄电池不需要保持一致，不同批次、不同厂家的蓄电池可以混用，甚至新、旧电池可以混用，蓄电池利用效率高；(3)本技术的蓄电池组扩容简单，只需要增加并联电池模块即可，冗余配置简单、冗余配置成本低；(4)本技术的蓄电池组可以在线全容量核容、在线检修、更换；(5)本技术的连接两条交流进线，在其中一路交流失电或缺相时，自动切换到另一路交流进线，提高交流母线的供电可靠性；(6)本技术所述的并联电池模块电源输入端与直流输出端之间只有1级电源变换模块，较现有设计方案，提高了整体转换效率；(7)本技术所述的并联电池模块第一DC/DC变换器和第三DC/DC变换器同时接到负载上，过负载能力显著提高，在负载短路时，2个直流变换电路都能够提供短路电流，电流输出能力是现有技术的2倍，能够更可靠的保证故障回路的断路器断开，避免故障范围扩大；(8)并联电池模块所配电池组的电池类型可以是铅酸电池、锂离子电池、铅炭电池等，适应范围更广，除完成基本的电能转换功能，还提供完善的保护、监测、控制功能；(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有并联电池模块的直流电源系统，其特征是：包括交流配电单元，所述交流配电单元将多路交流进线连接至交流母线上，为若干个相互并联的并联电池模块提供交流电，所述并联电池模块将交流电变换后为直流母线提供直流电，各直流馈线通过微断开关接到直流母线上，从直流母线取电，给本馈线的负载供电；每个并联电池模块配置一组蓄电池，当交流母线掉电时，并联电池模块通过配置的蓄电池取电，并向直流母线输出电源；所述并联电池模块，包括依次相连的滤波电路、整流电路、PFC功率因数校正电路、第一DC/DC变换器、储能元件和限流元件，将输入的交流电变换为直流输出。

【技术特征摘要】
1.一种具有并联电池模块的直流电源系统，其特征是：包括交流配电单元，所述交流配电单元将多路交流进线连接至交流母线上，为若干个相互并联的并联电池模块提供交流电，所述并联电池模块将交流电变换后为直流母线提供直流电，各直流馈线通过微断开关接到直流母线上，从直流母线取电，给本馈线的负载供电；每个并联电池模块配置一组蓄电池，当交流母线掉电时，并联电池模块通过配置的蓄电池取电，并向直流母线输出电源；所述并联电池模块，包括依次相连的滤波电路、整流电路、PFC功率因数校正电路、第一DC/DC变换器、储能元件和限流元件，将输入的交流电变换为直流输出。2.如权利要求1所述的一种具有并联电池模块的直流电源系统，其特征是：所述PFC功率因数校正电路的输出端通过第二DC/DC变换器连接蓄电池，第二DC/DC变换器在交流电源正常时给蓄电池充电；所述蓄电池通过第三DC/DC变换器，将蓄电池输入的直流电源升压变换为110V或220V直流电压，与第一DC/DC变换器的输出端并联，经储能元件和限流元件，输出到模块输出端，正常工作时，第三DC/DC变换器作为第一DC/DC变换器的热备份；过负载时，第三DC/DC变换器提供电流输...

【专利技术属性】
技术研发人员：张学凯，孟祥军，傅孟潮，王秉钧，巩方波，曹淑英，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司，山东鲁能智能技术有限公司，国家电网公司，
类型：新型
国别省市：山东,37