一种变电站用高可靠性直流电源及检验方法技术

本发明专利技术公开了一种变电站用高可靠性直流电源及检验方法。为了克服现有技术直流电源系统电池组串联，可靠性差；充放电实验不能完全发现电池故障隐患的问题；本发明专利技术采用包括母线、AC/DC模块、断路器和直流负载；电池模块，包括若干并联的电池组；双向DC/DC模块，设置在直流母线与电池模块之间，间接控制电池模块的充放电；监控单元，监测电池模块的数据，根据数据判断电池模块的状态，控制双向DC/DC模块的输出电压；上位机，与监控单元通过通信协议连接，接收、储存监测数据，远程下发控制命令。保证直流系统供电，避免电池组单只落后效应，提高可靠性；电池组更滑流程简单；能够实现直流电源的100%额定容量核对性放电，完全发现故障隐患。

【技术实现步骤摘要】
一种变电站用高可靠性直流电源及检验方法
本专利技术涉及一种变电站直流电源系统领域，尤其涉及一种变电站用高可靠性直流电源及其充放电实验方法。
技术介绍
直流系统电源是变电站内继电保护及自动控制等装置的供电电源，蓄电池组作为直流系统正常工作的惟一备用电源是直流系统的核心组成部分,其供电可靠性对电力系统的安全运行起着重要的作用。目前，直流系统的供电方案为：380V交流电转化为110V或220V直流电给系统供电，同时有一组蓄电池备用，当交流异常时，由蓄电池组供电。备用电源只有一个蓄电池组，交流异常时，若该蓄电池组也发生故障，直流系统就将失去电源。且电池更换时流程复杂。蓄电池组为电池串联，单节故障就会造成整组故障，即单只落后效应。充放电试验时各项指标不能实时采集，实时监控功能不完善，蓄电池的运行状态及性能变化趋势不能完全掌握，不能及时预警，排除故障隐患。且只能进行50%额定容量的核对性放电，不能完全发现电池故障隐患，维护效率低，影响蓄电池组使用寿命。例如，一种在中国专利文献上公开的“一种变电站直流电源系统”，其公告号“CN203481883U”，包括蓄电池模块组，所述蓄电池模块组包括多个并联的蓄电池模块，每个所述蓄电池模块包括AC/DC充电模块、磷酸铁锂蓄电池组和DC/DC升压模块；所述变电站直流电源系统还包括供电电流调整模块、充放电电流调整模块、保护装置和电池管理模块；所述供电电流调整模块、充放电电流调整模块、保护装置、电池管理模块均与所述蓄电池模块组电性连接。该电源系统虽然采用并联电池模块的结构，但在交流失电，蓄电池供电过程中存在控制环节，存在较大的供电电压延时，对于对电压要求极高的继保装置而言存在隐患。且AC/DC与DC/DC均无法提供继保装置短路时的断路器开断电流。
技术实现思路
本专利技术主要解决现有技术直流电源系统电池组串联，可靠性差；充放电实验不能完全发现电池故障隐患的问题；提供一种变电站用高可靠性直流电源，提高直流系统的可靠性，减弱直流电源系统单只落后效应的问题，备用电源与主电源切换时延时低，以及提供一种直流电源的检验方法，能够实现直流电源的100%额定容量核对性放电，完全发现故障隐患。本专利技术的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本专利技术包括母线、AC/DC模块、断路器和直流负载；AC/DC模块输入端的母线为交流母线，AC/DC模块输出端的母线为直流母线，直流母线包括若干直流出线，每个直流出线均连接直流负载，断路器设置在直流出线上；所述的直流电源还包括：电池模块，包括若干并联的电池组；带隔离的双向DC/DC模块，设置在直流母线与电池模块之间，间接控制电池模块的充放电；监控单元，监测电池模块的电压、电流和温度数据，根据数据判断电池模块的状态，控制双向DC/DC模块的输出电压；上位机，与监控单元通过通信协议连接，接收、储存监测数据，远程下发控制命令。使用电池组并联代替串联方案，一个电池模块包括若干个电池组，电池组之间互为备用，当有若干电池组发生故障，即使只剩下一组蓄电池也能维持供电，保证不失电。考虑实际，一个电池模块包括3或4个电池组。在交流异常且电池模块中部分电池组故障时，电池模块中的单个或部分电池组的故障不会使得整个电池组故障，只要有一个电池组正常，直流系统依旧有电源供电。电池组并联代替串联，每个电池组中相应的蓄电池数减少，考虑实际，3个电池组时，每个电池组包括18节蓄电池，4个电池组时，每个电池组包括13节蓄电池；减弱了单只落后效应，降低了故障的概率，提高了直流系统的可靠性。采用了并联的电池组，能在电池组出现故障时，直接更换故障的电池组，不影响直流系统的正常工作；更换工序简单，不需要先安装备用电池，进行故障电池组的更换，再拆除备用电池。更换备用电池组的工序简单、方便、安全。因为电池组并联关系，对单个电池组可以进行100%的充放电实验，不会影响直流系统的正常供电，100%的充放电实验能完全发现电池组的故障隐患，提高了直流电源的可靠性。作为优选，所述的直流电源还包括导向二极管D5和二极管D8；电池组之间依次串联，组成串联电池组；二极管D5的阳极连接直流母线的负母线，二极管D5的阴极连接串联电池组的负极；二极管D8的阳极连接串联电池组的正极，二极管D8的阴极连接直流母线的正母线。因为二极管的反向截止特性，在直流母线电压正常时，电池组的串联电路不导通；当直流母线直流负载短路时，直流母线的电压降为0，串联电路导通，为断路器提供开断电流，保证在直流负载短路时断路器能够正常动作；串联电池组与直流母线直接相连，当直流母线失压时能瞬时提供电压，直至DC/DC开始工作，支撑起电压，提高了直流负载的供电可靠性。作为优选，所述的每个电池组包括18节串联的蓄电池，单个电池组容量为300Ah，放电单位为0.1C，放电电流30A。单个电池组的蓄电池数降低到18节，降低了电池组由于单只落后效应造成的发生故障的概率，提高了直流电源的可靠性和安全性。为保证试验有效，放电电流应达到一定限值，单位0.1C，换算为电流具体大小为“电池容量*0.1”，此时若放电电流大于负载电流，证明不能以如此大的电流放电，试验无效，故需要放电电流小于负载电流，即放电功率小于负载功率。放电单位为0.1C，放电电流为30A，进行放电实验时，只需要计算放电的时间就能得到放电量的多少，在放电五小时的时候为50%的额定容量放电，检验此时的电压就能初步判断电池的性能是否满足继续服役的要求，检验方式简单。作为优选，所述的监控单元包括监控芯片和与监控芯片相连接的温度传感器、电压传感器、电流传感器；所述的温度传感器、电压传感器和电流传感器连接在电池模块上，监控芯片与双向DC/DC模块的控制端连接。监控单元监测电池模块的电流、电压和温度数据，监控芯片将数据上传到上位机，方便数据的记录、储存和观察。监控单元使用触摸式微机监控器，型号为KXT05。监控芯片连接上位机和DC/DC模块的控制端，方便工作人员远程控制。工作人员能通过上位机远程控制DC/DC模块输出端的电压，从而控制电池组的充放电状态，不需要到现场检测、控制，节省了人力，避免了人工检验带来的误差，提高了数据的准确性、控制的精确性和系统的可靠性。一种变电站用高可靠性直流电源检验方法，包括以下步骤：S1：50%额定容量放电试验，初步判断电池性能；S2：100%额定容量放电试验，综合判断电池性能；S3：电池充电恢复；S4：更换电池。先通过50%的放电试验来初步判断电池组的性能，不需要每次检验都100%的充放电，提高了工作效率，延长了电池组的寿命。如果初步判断电池性能有问题，则进行100%额定容量的充放电实验，完全检验电池组的故障，两次检测，避免了初步检测的误差，提高了实验结果的可靠性和可信任程度。作为优选，所述的步骤S1包括：S11：从上位机下达50%放电命令；S12：闭锁双向DC/DC模块的充电功能，升高双向DC/DC模块的输出电压，输出电压大于直流母线电压，进行放电；...

【技术保护点】
1.一种变电站用高可靠性直流电源，包括母线、AC/DC模块（1）、断路器（2）和直流负载（3）；AC/DC模块（1）输入端的母线为交流母线，AC/DC模块（1）输出端的母线为直流母线，直流母线包括若干直流出线，每个直流出线均连接直流负载（3），断路器（2）设置在直流出线上；/n其特征在于，所述的直流电源还包括：/n电池模块（6），包括若干并联的电池组（4）；/n带隔离的双向DC/DC模块（5），设置在直流母线与电池模块（6）之间，间接控制电池模块（6）的充放电；/n监控单元（7），监测电池模块（6）的电压、电流和温度数据，根据数据判断电池模块（6）的状态，控制双向DC/DC模块（5）的输出电压；/n上位机（8），与监控单元（7）通过通信协议连接，接收、储存监测数据，远程下发控制命令。/n

【技术特征摘要】
1.一种变电站用高可靠性直流电源，包括母线、AC/DC模块（1）、断路器（2）和直流负载（3）；AC/DC模块（1）输入端的母线为交流母线，AC/DC模块（1）输出端的母线为直流母线，直流母线包括若干直流出线，每个直流出线均连接直流负载（3），断路器（2）设置在直流出线上；
其特征在于，所述的直流电源还包括：
电池模块（6），包括若干并联的电池组（4）；
带隔离的双向DC/DC模块（5），设置在直流母线与电池模块（6）之间，间接控制电池模块（6）的充放电；
监控单元（7），监测电池模块（6）的电压、电流和温度数据，根据数据判断电池模块（6）的状态，控制双向DC/DC模块（5）的输出电压；
上位机（8），与监控单元（7）通过通信协议连接，接收、储存监测数据，远程下发控制命令。


2.根据权利要求1所述的一种变电站用高可靠性直流电源，其特征在于，所述的直流电源还包括导向二极管D5和二极管D8；电池组（4）之间依次串联，组成串联电池组；二极管D5的阳极连接直流母线的负母线，二极管D5的阴极连接串联电池组的负极；二极管D8的阳极连接串联电池组的正极，二极管D8的阴极连接直流母线的正母线。


3.根据权利要求1所述的一种变电站用高可靠性直流电源，其特征在于，所述的每个电池组（4）包括18节串联的蓄电池，单个电池组容量为300Ah，放电单位为0.1C，放电电流30A。


4.根据权利要求1所述的一种变电站用高可靠性直流电源，其特征在于，所述的监控单元（7）包括监控芯片（71）和与监控芯片相连接的温度传感器（73）、电压传感器（72）、电流传感器（74）；所述的温度传感器（73）、电压传感器（72）和电流传感器（74）连接在电池模块（6）上，监控芯片（71）与双向DC/DC模块（5）的控制端连接。


5.一种变电站用高可靠性直流电源检验方法，采用权利要求1~4任意一项中的一种变电站用高可靠性直流电源，其特征在于，包括以下步骤：
S1：50%额定容量放电试验，初步判断电池性能；
S2：100%额定容...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚建锋，丁鸿，张磊，朱开成，朱雪松，周平，李正明，杨小东，韩磊，王嘉曦，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司湖州供电公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33