一种移动变电站用锂离子电池直流电源系统及其使用方法技术方案

本发明专利技术公开了一种移动变电站用锂离子电池直流电源系统及其使用方法，包括直流电源单元和电源出入单元，所述直流电源单元和电源出入单元之间通过直流母线相连接；所述直流电源单元包括电池模块和充放电模块，所述电池模块和充放电模块之间相连接；本发明专利技术实现了基于锂离子电池高能量密度与高体积密度的优势，从电气结构出发，尽可能的减少了冗余电力电子元件的接入，保证了系统的可靠性，还实现了系统两路并联互备，每路电池簇可自由脱出/并入，总容量保持不变，也实现了系统充放电回路分离，能充分利用锂离子电池自放电率低的特性，并执行间歇式充电策略，保障了系统的日历寿命，适合被广泛推广和使用。被广泛推广和使用。被广泛推广和使用。

【技术实现步骤摘要】
一种移动变电站用锂离子电池直流电源系统及其使用方法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，特别涉及一种移动变电站用锂离子电池直流电源系统及其使用方法。

技术介绍

[0002]直流电源系统是变电站的重要组成部分，是继电保护控制装置、自动化装置、高压断路器分合闸机构、通信、计量、事故照明等二次系统的供电电源，主要由蓄电池组和整流装置两部分组成，其典型结构图如图3所示。正常情况下，直流电源系统由站用交流电经整流装置提供，当突发交流失电时，站用直流电源系统转由蓄电池组供电，蓄电池组便成为唯一的直流电源。因此，蓄电池组被认为是变电站直流系统中核心部件之一，是变电站系统安全、稳定运行的重要保障。
[0003]如图4所示，其是现有的直流系统技术方案，该直流系统由一组蓄电池一组整流器组成，直流母线为单母线接线；正常运行时，充电装置经直流母线对蓄电池充电，同时提供经常负荷电流，蓄电池的浮充或均充电压即为直流母线正常的输出电压；该系统方案通常选用2V 100Ah/200Ah等大容量阀控式铅酸蓄电池直接串联至直流母线上。
[0004]目前，铅酸蓄电池是变电站直流电源系统的主流选择，占到总体装用量的99%以上。但在移动变电站场景应用中，铅酸电池也暴露出以下问题：1、对运行环境要求高，铅酸蓄电池一般要求运行环境温度控制在15℃～30℃之间，最佳运行环境温度25℃，但在实际运行中，由于设计、运维等方面不到位，蓄电池运行温度往往无法维持规定范围内，直接对电池容量及寿命造成影响；试验证明，当环境温度高于40℃时，温度每升高10℃，电池寿命便缩短1/2。铅酸蓄电池目前能量密度在40Wh/kg左右，组屏在2500kg左右，需要占用两个屏柜位；2、使用寿命短，单体电池一致性差，部分电池长期过（欠）充，性能劣化严重；蓄电池充电不足，极板上的硫酸铅不能完全溶解而堆积在极板上，造成负极极板硫酸盐化，活性物质减少，蓄电池内阻增加、容量下降而提前失效；环境温度升高或过充电造成蓄电池失水，电解液比重增高，酸性加剧正极板腐蚀，造成蓄电池内部开路；部分制造厂盲目压低成本，极板厚度、电解液浓度不满足标准要求，致使极板腐蚀加速，进一步缩短电池寿命；非同批次电池无法匹配互换，个别电池劣化，需将整组电池更换，拉低整体寿命，造成较大资源浪费；3、事故隐患风险点多，蓄电池浮充状态下，监测蓄电池外观、环境温度、端电压无法直观判断蓄电池容量不足及其它内部质量问题，小电流放电等手段难以发现蓄电池极耳腐蚀、连接线虚接等隐患；单组蓄电池供电无冗余，当站用交流失电、大电流冲击、意外低压时，可能出现电池开路、短时间容量“跳水”崩溃现象，引发直流母线失压事故；因此，需要设计一种移动变电站用锂离子电池直流电源系统及其使用方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的主要目的是解决目前在直流电源系统中存在的运行温度苛刻、日历寿命短、电池开路引发直流母线失压的问题；本专利技术提供了一种移动变电站用锂离子电池直流电源系统及其使用方法，其基于锂离子电池特性，从电气结构出发，构建了锂离子电池直流电源系统，并替代了传统铅酸电池直流电源系统。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种移动变电站用锂离子电池直流电源系统及其使用方法，包括直流电源单元和电源出入单元，所述直流电源单元和电源出入单元之间通过直流母线相连接；所述直流电源单元包括电池模块和充放电模块，所述电池模块和充放电模块之间相连接，所述电池模块与充放电模块之间还依次串联有组串断路器和并机接触器，其中所述组串断路器用于控制电池模块的断通，并满足电池模块过载、短路和急停状态下的保护需求，所述并机接触器用于控制电池模块与直流母线的断通，所述组串断路器和并机接触器中间位置并联有核容接触器的一端，且所述核容接触器的另一端串联核容器后与电源出入单元连接；所述电源出入单元包括充电模块和直流输出模块，所述充电模块的电源输入端与交流输入线连接，且所述充电模块的电源输出端与直流母线连接，所述直流输出模块的电源输入端与直流母线连接。
[0007]优选的，所述电池模块包含两个电池簇，且分别为第一电池簇和第二电池簇，每个所述电池簇均含有多个电池箱，其中每个所述电池箱均采用锂离子电池制成。
[0008]优选的，所述充放电模块包括充电接触器S0和放电二级管D0，所述充电接触器S0和放电二级管D0相互并联，且所述充电接触器S0用于控制充电模块与电池模块的通断，并联合放电二级管D0实现充放电回路分离，所述放电二级管D0用于在充电接触器S0断开时保证放电回路持续导通。
[0009]优选的，所述并机接触器、核容接触器和组串断路器的数目均为两个，其中两个所述并机接触器分别为第一并机接触器S1和第二并机接触器S2，两个所述核容接触器分别为第一核容接触器K1和第二核容接触器K2，两个所述组串断路器分别为第一组串断路器Q1和第二组串断路器Q2。
[0010]优选的，所述充电接触器S0、并机接触器、核容接触器和组串断路器均采用电池管理系统总控控制，且所述组串断路器还可采用手动控制。
[0011]优选的，包括以下步骤，步骤（A），间歇充电，在外部电网采用交流输入线的正常供电作用下，充放电模块内部的充电接触器S0接通，由交流输入线能为电池模块充电，充电结束后充电接触器S0断开，而当电池模块因自放电或紧急备电后电池模块电压达到设定的充电电压下限时，充电接触器S0闭合并重新对电池模块充电；步骤（B），放电，电池模块放电的途径有三种，一是在电池模块充电过程中电网停电时，通过充电接触器S0向直流母线放电从而提供直流备电；二是在电池模块间歇充电结束后电网停电时，通过放电二极管D0向直流母线放电，提供直流备电；三是通过核容接触器向核容器放电从而能定期自动核容。
[0012]优选的，步骤（B）中定期自动核容的具体步骤如下，步骤（B1），通过第一并机接触器S1断开从而能将第一电池簇与充放电模块断开，
这时接通第一核容接触器K1，这样第一电池簇就能按照额定放电电流依次流经第一核容接触器K1和核容器后放电，与此同时核容器进行计核容量；步骤（B2），当容量计核完成后，由电网经交流输入线并依次流经核容器和第一核容接触器K1对第一电池簇进行充电作业，与此同时组串断路器S1能控制第一电池簇与第一核容接触器K1之间的断通，并能满足第一电池簇过载、短路和急停状态下的保护需求；步骤（B3），当第一电池簇充电结束后，断开第一核容接触器K1并接通第一并机接触器S1，这样第一电池簇就连接回了主回路，再断开第二并机接触器S2，并接通第二核容接触器K2，这样就能对第二电池簇进行核容作业。
[0013]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：（1）本专利技术基于锂离子电池特性，从电气结构出发，对锂离子电池直流电源系统进行设计，基于锂离子电池运行温度范围宽的特性，解决了替代传统铅酸电池直流电源系统运行温度苛刻的问题。
[0014]（2）本专利技术通过原有充电模块及供电线路不变，且直流电源单元直接并入直流母线，尽可能减少了冗余电力电子元件的接入，保证了系统的可靠性。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种移动变电站用锂离子电池直流电源系统，包括直流电源单元和电源出入单元，其特征在于：所述直流电源单元和电源出入单元之间通过直流母线相连接；所述直流电源单元包括电池模块和充放电模块，所述电池模块和充放电模块之间相连接，所述电池模块与充放电模块之间还依次串联有组串断路器和并机接触器，其中所述组串断路器用于控制电池模块的断通，并满足电池模块过载、短路和急停状态下的保护需求，所述并机接触器用于控制电池模块与直流母线的断通，所述组串断路器和并机接触器中间位置并联有核容接触器的一端，且所述核容接触器的另一端串联核容器后与电源出入单元连接；所述电源出入单元包括充电模块和直流输出模块，所述充电模块的电源输入端与交流输入线连接，且所述充电模块的电源输出端与直流母线连接，所述直流输出模块的电源输入端与直流母线连接。2.根据权利要求1所述的一种移动变电站用锂离子电池直流电源系统，其特征在于：所述电池模块包含两个电池簇，且分别为第一电池簇和第二电池簇，每个所述电池簇均含有多个电池箱，其中每个所述电池箱均采用锂离子电池制成。3.根据权利要求1所述的一种移动变电站用锂离子电池直流电源系统，其特征在于：所述充放电模块包括充电接触器S0和放电二级管D0，所述充电接触器S0和放电二级管D0相互并联，且所述充电接触器S0用于控制充电模块与电池模块的通断，并联合放电二级管D0实现充放电回路分离，所述放电二级管D0用于在充电接触器S0断开时保证放电回路持续导通。4.根据权利要求1所述的一种移动变电站用锂离子电池直流电源系统，其特征在于：所述并机接触器、核容接触器和组串断路器的数目均为两个，其中两个所述并机接触器分别为第一并机接触器S1和第二并机接触器S2，两个所述核容接触器分别为第一核容接触器K1和第二核容接触器K2，两个所述组串断路器分别为第一组串断路器Q1和第二组串断路器Q2。5.根据权利要求3所述的一种移动变电站用锂离子电...

【专利技术属性】
技术研发人员：黎可，白少磊，
申请(专利权)人：江苏润鑫能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：