非浮充锂电型站用直流电源系统技术方案

一种非浮充锂电型站用直流电源系统，改变传统站用直流电源系统长期采用铅酸蓄电池及在线浮充电运行方式，根据铁锂电池特点增加了电池管理系统,分设了工作整流模块和充电整流模块，采用多级降压硅链隔离直流控制母线和直流动力母线，使铁锂电池组不用长期在线浮充电运行，具有突出的实质性特点。本发明专利技术结构紧凑，易于操作，安全性能高，自动化程度增加，电池数量减少三分之一，系统性价比高，大规模应用能实现较高的经济效益和产生较大的社会效益。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及变电站、换流站、发电厂及其他电力工程中的站用直流电源系统，具体来说是根据磷酸亚铁锂离子电池（铁锂电池）不能长期浮充电运行的性能特点，利用降压硅链的特性，设计全新的充、放电回路及相应控制保护装置，使铁锂电池组处于不进行浮充电但不离线的工作状态的非浮充锂电型站用直流电源系统。
技术介绍
站用直流电源系统是变电站、换流站、发电厂及其他电力工程中输变电设备的保护和控制及通信的工作电源，在电网事故造成交流电源中断时，其电池组供变电站保护、控制、事故照明等事故用电。一直以来站用直流电源系统采用的是电池组在线浮充运行方式，其主要特点是：①要补充电池组自放电造成的容量损失；②没有电池管理系统，采用定期进行均衡充电方式维护；③电池组通过断路器（或熔断器）直接连接在直流动力母线，然后通过降压硅链装置将较高的动力母线电压调整为适合直流控制母线连接的负载使用的电压，以便交流中断后不间断地提供直流电源。但长期浮充运行①会使电池极板钝化，造成电池容量衰退和寿命降低；②没有电池管理系统，电池容量状况只能依靠1～2年一次的核容放电试验进行评估，期间的容量状况不得而知；③电池组直接连接在直流动力母线，在进行核容放电试验时要脱离母线，必须用临时电池组替代或其他措施，才能满足DL/T724-2000电池组不脱离母线的要求。所以上述情况严重时，会在电网发生事故时，电池组无法满足事故期间的用电，耽误事故抢险，甚至造成事故扩大。国内目前使用铁锂电池的站用直流电源系统，但是基于原阀控式铅酸蓄电池的结构和运行方式，只是简单的把铅酸电池换成铁锂电池，既没有遵守铁锂电池的充、放电特性，还会加速铁锂电池的容量衰退和减少运行寿命，使其性价比大大降低，故直接采用浮充电方式的铁锂电池组站用直流电源系统在电力工程开展应用存在难度。
技术实现思路
本专利技术的目的是根据铁锂电池不适宜浮充电运行的特性，以及现行站用直流电源系统的典型接线结构，提供一种利用降压硅链装置实现的非浮充锂电型站用直流电源系统，旨在避免铁锂电池组因长期浮充电造成的容量衰退和寿命降低，满足变电站保护、控制、事故照明等事故用电。本专利技术的目的是这样实现的：一种非浮充锂电型站用直流电源系统，包括整流装置、馈电电路、铁锂电池组，其中馈电电路包括直流控制母线KM，所述整流装置的直流输出端连接到所述直流控制母线KM，还包括电池充电电路、直流动力母线HM、多级降压硅链装置和监控器；所述电池充电电路由交流空气开关Q0、充电整流模块M0和直流空气开关QF0构成；交流空气开关Q0一端连接到交流进线电源，另一端连接到充电整流模块M0的输入端；直流空气开关QF0一端连接到充电整流模块M0的输出端，另一端连接到直流动力母线HM；充电整流模块M0的控制端连接到所述监控器；所述多级降压硅链装置由多组硅链串联且每一组硅链两端并联一个旁路直流接触器构成；多级降压硅链装置的输入端连接到直流动力母线HM，输出端连接到直流控制母线KM，控制端连接到所述监控器；所述铁锂电池组通过熔断器R1连接到直流动力母线HM。上述非浮充锂电型站用直流电源系统，还包括绝缘检测装置，绝缘检测装置有多个检测端和一个输出端，其中一个检测端连接到直流动力母线HM，输出端连接到所述监控器。馈电电路包括j条直流输出支路，j=1、2、……n；直流输出支路通过直流空气开关Qj连接到直流控制母线KM，每条直流输出支路上设置有一个绝缘检测传感器CTj，每个绝缘检测传感器CTj连接到所述绝缘检测装置的检测端。铁锂电池组和直流动力母线HM之间还设置有一个分流器FL，用于检测铁锂电池组的大小和电流方向，分流器FL的输出端连接到所述监控器。整流装置如下设置：包括k个交流空气开关Qk、k个工作整流模块Mk，k=1、2、3……n和直流空气开关QF3；交流空气开关Qk的一端连接到交流进线电源，另一端连接到工作整流模块Mk的输入端；所有工作整流模块Mk的输出端并联连接到直流空气开关QF3的一端，直流空气开关QF3的另一端为所述整流装置的直流输出端。监控器中包含电池管理系统，电池管理系统通过采集电路和均衡电路对电池状态进行实时分析和管理，通过监控器和充电控制与保护电路对电池进行动态维护。充电控制由电池管理系统根据铁锂电池组状态，起动或停止充电整流模块M0对电池组进行的均衡充电或补充充电。充电整流模块M0停止工作时，由于多级降压硅链装置的作用，电池处于正常的静置状态。本专利技术中的多级降压硅链装置是五级降压硅链装置，是由五组降压硅链串联且每一组降压硅链两端分别并联一个旁路直流接触器构成，每组硅链电压降为7V。当五个旁路直流接触器的触点全部打开时，五级降压硅链装置产生的电压降为35V，即当直流动力母线HM的充电电压达265V时，连接有直流负载的直流控制母线KM也能保持230V的正常工作电压，不会造成直流控制母线KM的过压；当需要由铁锂电池组向直流控制母线KM进行供电时，监控器根据铁锂电池组的实际端电压，控制五个直流接触器的触点开、闭实现分级调压，以保证直流控制母线KM的电压处于合理的范围。本专利技术的实际工作过程如下：交流电源正常时，工作整流模块Mk为直流控制母线KM上的经常性直流负载供电,供电电压为230V。此时，监控器通过控制板使五级降压硅链装置的五个直流接触器的触点全部打开，五级降压硅链两端的电压差必须超过35V才能导通，而此时铁锂电池组如处于静置状态，其端电压不会超过265V。铁锂电池组即使处于充电状态，其电压也不会超过265V（当电池数量增加而需要提高充电电压时，可选用七级降压硅链，其电压降可达49V）。因此，五级降压硅链在交流电源工作正常时，始终处于截至状态，从而阻止了工作整流模块Mk向铁锂电池组浮充电。在电网发生事故造成交流中断后，工作整流模块Mk无直流输出，此时铁锂电池组通过五级降压硅链装置不间断地向直流控制母线KM及其直流负载供电。监控器根据铁锂电池组的实际端电压，控制5个直流接触器的触点开、闭实现分级调压，以保证直流控制母线KM的电压处于合理的范围。当电池管理系统根据电池采集数据分析铁锂电池组需要充电时，监控器发出指令启动充电整流模块M0对铁锂电池组进行充电，在充电过程中，电池管理系统的均衡电路对各电池充电进行均衡干预。非浮充锂电型站用直流电源系统与传统的站用直流电源系统最大的区别在于增加了电池管理系统和专用充电整流模块，采用多级降压硅链隔离直流动力母线和直流控制母线，使铁锂电池组避免处于长期在线浮充电运行。而铁锂电池非常不适合长期在线浮充电的运行方式，多数铁锂电池制造厂都明确表示其产品不能采用长期在线浮充电工作方式。本专利技术的有益效果是：站用直流电源系统被广泛地用作电力工程中输变电设备的保护、控制、通讯、事故照明等事故用电，作为电力、通讯等领域的工作或后备电源，其重要性不言而喻。过去为了保证铅酸蓄电池保持满容量和蓄电池组不脱离直流母线，结合铅酸蓄电池的自放电较大及定期均衡特点，电力系统一直沿用在线浮充电的接线和运行方式，但浮充电方式会造成个别电池长期的过充或欠充，使电池寿命缩短。而铁锂电池作为新型蓄电池其自放电非常小，较铅酸蓄电池具有更本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非浮充锂电型站用直流电源系统，包括整流装置、馈电电路、铁锂电池组，其中馈电电路包括直流控制母线KM，所述整流装置的直流输出端连接到所述直流控制母线KM，其特征在于，还包括电池充电电路、直流动力母线HM、多级降压硅链装置和监控器；所述电池充电电路由交流空气开关Q0、充电整流模块M0和直流空气开关QF0构成；交流空气开关Q0一端连接到交流进线电源，另一端连接到充电整流模块M0的输入端；直流空气开关QF0一端连接到充电整流模块M0的输出端，另一端连接到直流动力母线HM；充电整流模块M0的控制端连接到所述监控器；所述多级降压硅链装置由多组硅链串联且每一组硅链两端并联一个旁路直流接触器构成；多级降压硅链装置的输入端连接到直流动力母线HM，输出端连接到直流控制母线KM，控制端连接到所述监控器；所述铁锂电池组通过熔断器R1连接到直流动力母线HM。

【技术特征摘要】
1.一种非浮充锂电型站用直流电源系统，包括整流装置、馈电电路、铁锂电池组，其中馈电电路包括直流控制母线KM，所述整流装置的直流输出端连接到所述直流控制母线KM，其特征在于，
还包括电池充电电路、直流动力母线HM、多级降压硅链装置和监控器；
所述电池充电电路由交流空气开关Q0、充电整流模块M0和直流空气开关QF0构成；交流空气开关Q0一端连接到交流进线电源，另一端连接到充电整流模块M0的输入端；直流空气开关QF0一端连接到充电整流模块M0的输出端，另一端连接到直流动力母线HM；充电整流模块M0的控制端连接到所述监控器；
所述多级降压硅链装置由多组硅链串联且每一组硅链两端并联一个旁路直流接触器构成；多级降压硅链装置的输入端连接到直流动力母线HM，输出端连接到直流控制母线KM，控制端连接到所述监控器；
所述铁锂电池组通过熔断器R1连接到直流动力母线HM。
2.如权利要求1所述的非浮充锂电型站用直流电源系统，其特征在于，还包括绝缘检测装置，所述绝缘检测装置有多个检测端和一个输出端，其中一个检测端连接到直流动力母线HM，输出端连接到所述监控器。
3.如权利要求2所述的非浮充锂电型站用直流电源系统，其特征在于，所述馈电电路还包括j条直流输出支路，j=1、2、……n；所述直流输出支路通过直流空气开关Qj连接到直流控制母线KM，每条直流输出支路上设置有一个绝缘检测传感器CTj，每个绝缘检测传感器CTj连接到所述绝缘...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晶，
申请(专利权)人：国家电网公司，四川电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：