CN104300669A - 核电站直流电源混合供电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种核电站直流电源混合供电系统。该核电站直流电源混合供电系统包括直流母线、第一交流母线、第二交流母线、设置于第一交流母线与直流母线之间的充电器、连接于直流母线上的负载和铅酸蓄电池组、与直流母线相连的锂电池组、分别与第二交流母线和锂电池组相连的用于控制锂电池组充放电的双向变流器、以及分别与铅酸蓄电池组和锂电池组相连的用于切换铅酸蓄电池组和锂电池组以给直流母线供电的切换控制机构。该系统可实现在相同的蓄电池空间内，采用能量密度高的锂电池组替代铅酸蓄电池组，可有效提高直流电源供电系统的供电容量并保证锂电池组的使用寿命，以节省经济成本；可保障故障状态下直流母线上的负载长时间持续供电。

Description

核电站直流电源混合供电系统

技术领域

本发明涉及电源核电站供电技术领域，尤其涉及一种核电站直流电源混合供电系统。

背景技术

目前核电站中广泛使用铅酸蓄电池组储能，以给直流电源供供电。铅酸蓄电池的生产工艺简单、价格便宜且可大电流放电，但存在能量密度低、体积重量大的不足，使得其实际应用中占地空间较大，生产成本大。在现有的核电站的核电站直流电源混合供电系统，采用200AH容量的LNA直流系统，其蓄电池组总重量达到超过1000KG(单个2V铅酸蓄电池重量约为18KG)，且铅酸蓄电池需定期巡视液位、加液，而且这种负液的铅酸蓄电池组必须垂直放置，不能多层布局，在现有核电站厂房设计布局下，难以实现增加各蓄电池室空间，无法实现蓄电池组容量的大幅提高。

锂电池具有免维护、能量密度大(约为铅酸蓄电池的5倍)、长寿命、体积小、安全性高等特点，可多层布置，便于组合形成大容量锂电池组储能系统，可在一定程度上替换铅酸蓄电池组给直流电源供电。但现有锂电池在浮充条件下大幅缩短其使用寿命，若将锂电池替代铅酸蓄电池，可在一定程度上提高蓄电池组的供电容量。若将铅酸蓄电池组替换为锂电池组给核电站的直流电源供电，120V直流200AH锂电池组重量约为200Kg，是相同容量铅酸蓄电池重量的五分之一，且可进行多层布置，容易形成相同占地面积下5倍于铅酸蓄电池的储能密度。但锂电池浮充过程中容易出现电解质膨胀，存在安全隐患，而且其电池使用寿命短，需经常更换锂电池，经济成本增加。

另外，根据GB/T14546-2008【核电厂直流电力系统设计推荐实施方法】、DL/T5044-2004【电力工程直流系统设计技术规程】，核电站蓄电池容量设计要求：一般在外部电源或充电器失效时可独立带负荷运行1～2个小时，日本福岛事故后，国家核安全局建议核电站直流电源系统蓄电池独立带载能力需提高到6小时以上。这要求蓄电池组的容量在现有基础上提高3倍以上。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的缺陷，提供一种核电站直流电源混合供电系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种核电站直流电源混合供电系统，包括直流母线、第一交流母线、第二交流母线、设置于第一交流母线与直流母线之间的充电器、连接于所述直流母线上的负载和铅酸蓄电池组、与直流母线相连的锂电池组、分别与所述第二交流母线和所述锂电池组相连的用于控制所述锂电池组充放电的双向变流器、以及分别与所述铅酸蓄电池组和所述锂电池组相连的用于切换铅酸蓄电池组和锂电池组以给所述直流母线供电的切换控制机构；

所述直流母线的电压值正常时，所述锂电池组与所述直流母线的连接断开；所述直流母线的电压值下降至预设警戒值且持续时间未达到第一延时时间，通过所述铅酸蓄电池组给所述直流母线供电且保持所述锂电池组与所述直流母线处于连接断开状态；所述直流母线的电压值下降至预设警戒值且持续时间达到第一延时时间而未达到第二延时时间，通过所述锂电池组和所述铅酸蓄电池组给所述直流母线供电；所述直流母线的电压值下降至预设警戒值且持续时间达到第二延时时间，通过所述锂电池组给所述直流母线供电，所述铅酸蓄电池组给所述直流母线处于连接断开状态。

优选地，所述切换控制机构包括设置于所述铅酸蓄电池组与所述直流母线之间的第一开关、设置于所述锂电池组与所述直流母线之间的第二开关、用于控制所述第一开关和所述第二开关通断的切换控制组件、以及设置于所述锂电池组与所述直流母线之间的用于避免所述直流母线给所述锂电池组供电的反向截止二极管。

优选地，所述切换控制组件包括用于检测所述直流母线的电压值的母线电压检测仪、用于产生定时信号的定时器、分别与所述母线电压检测仪和所述定时器相连的切换控制单元，所述切换控制单元与所述第一开关和所述第二开关相连，用于根据所述电压值和所述定时信号来控制所述第一开关和所述第二开关的通断；所述母线电压检测仪与所述直流母线相连。

优选地，所述切换控制组件还包括与所述切换控制单元相连的用于显示所述直流母线的电压值的第一显示设备和与所述切换控制单元相连的第一报警设备。

优选地，所述第一开关和所述第二开关为合分闸开关。

优选地，还包括分别与所述铅酸蓄电池组相连的用于对所述铅酸蓄电池组中的每一铅酸蓄电池的电池状态信息进行监测的第一在线监测组件、与所述锂电池组相连的用于对所述锂电池组中的每一锂电池的电池状态信息进行监测的第二在线监测组件、分别与所述充电器和所述第一在线监测组件相连的用于控制所述铅酸蓄电池组充放电的第一电池管理组件、以及分别与所述第二在线监测组件相连和所述双向变流器相连的用于控制所述锂电池组充放电的第二电池管理组件。

优选地，所述第一在线监测组件包括用于检测所述铅酸蓄电池的充放电电流的第一电流检测仪、用于检测所述铅酸蓄电池的电池内阻的第一电阻检测仪、用于检测所述铅酸蓄电池电极两端电压的第一电压检测仪、用于检测所述铅酸蓄电池表面温度的第一温度检测仪；

所述第二在线监测组件包括用于检测所述锂电池的充放电电流的第二电流检测仪、用于检测所述锂电池的电池内阻的第二电阻检测仪、用于检测所述锂电池电极两端电压的第二电压检测仪、用于检测所述锂电池表面温度的第二温度检测仪。

优选地，所述第一电池管理组件包括用于对每一铅酸蓄电池的电池状态信息进行处理并形成用于控制所述铅酸蓄电池组充放电的第一控制指令的第一控制单元、与所述第一控制单元相连的用于实现人机交互的第一人机操作界面；所述充电器根据所述第一控制指令控制所述铅酸蓄电池组充放电；

所述第二电池管理组件包括用于对每一锂电池的电池状态信息进行处理并形成用于控制所述锂电池组充放电的第二控制指令的第二控制单元、与所述第二控制单元相连的用于实现人机交互的第二人机操作界面；所述双向变流器根据所述第二控制指令控制所述锂电池组充放电。

优选地，所述第一在线监测组件与所述第一电池管理组件之间通过RS232串口、RS485串口或CAN串口相连；所述第二在线监测组件与所述第二电池管理组件之间通过RS232串口、RS485串口或CAN串口相连。

优选地，所述双向变流器与所述第二交流母线之间通过第三开关相连；所述双向变流器与所述锂电池组之间通过第四开关相连；所述双向变流器与所述第二电池管理组件之间通过RS232串口、RS485串口或CAN串口相连。

优选地，还包括主控制系统，所述主控制系统与所述切换控制机构之间通过有线或无线方式通信相连；所述主控制系统与所述第一电池管理组件和所述第二电池管理组件之间通过有线或无线方式通信相连。

优选地，还包括与所述主控制系统通信相连的第二显示设备和第二报警设备。

本发明与现有技术相比具有如下优点：实施本发明，采用铅酸蓄电池组与锂电池组给直流母线供电，铅酸蓄电池组与锂电池组之间通过切换控制机构进行切换，在相同的蓄电池空间内，采用能量密度高的锂电池组替代铅酸蓄电池组，可有效提高直流电源供电系统的供电容量并保证锂电池组的使用寿命，以节省经济成本。实验证明，在铅酸蓄电池组与锂电池组按1：1的空间布局时，可使直流电源供电系统的供电容量提高3倍以上，使得故障下持续供电时间达到6小时以上，保障故障状态下直流母线上的负载长时间持续供电，提高核电站中相关设备的安全性。本发明所提供的核电站直流电源混合供电系统中，在直流母线上电压正常时，锂电池组与直流母线之间的连接断开；充电器控制铅酸蓄电池组的充放电，双向变流器控制锂电池组的充放电，两者相互独立，可有效避免铅酸蓄电池组和锂电池组之间存在压差进而导致环流现象的出现。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明一实施例中核电站直流电源混合供电系统的原理简要框图。

图2是本发明一实施例中核电站直流电源混合供电系统的原理详细框图。

110、直流母线；120、第一交流母线；130、充电器；140、负载；150、第二交流母线；200、铅酸蓄电池组；300、锂电池组；400、切换控制机构；410、第一开关；420、第二开关；430、切换控制组件；431、母线电压检测仪；432、定时器；433、切换控制单元；434、第一显示设备；435、第一报警设备；440、反向截止二极管；510、第一在线监测组件；511、第一电流检测仪；512；第一电阻检测仪；513、第一电压检测仪；514、第一温度检测仪；520、第二在线监测组件；521、第二电流检测仪；522、第二电阻检测仪；523、第二电压检测仪；524、第二温度检测仪；610、第一电池管理组件；611、第一控制单元；612、第一人机操作界面；620、第二电池管理组件；621、第二控制单元；622、第二人机操作界面；700、双向变流器；710、第三开关；720、第四开关；810、第二显示设备；820、第二报警设备；900、主控制系统。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

图1示出本发明一实施例中的核电站直流电源混合供电系统。该核电站直流电源混合供电系统包括第一交流母线120、直流母线110、第二交流母线150、设置于第一交流母线120与直流母线110之间的充电器130、连接于直流母线110上的负载140和铅酸蓄电池组200。可以理解地，该核电站直流电源混合供电系统上的负载140可以包括一个或多个核电站重要仪表或控制设备。在充电器130正常工作时，充电器130给第一交流母线120供电，同时给第一交流母线120上的负载140和铅酸蓄电池组200供电。该核电站直流电源混合供电系统还包括与直流母线110相连的锂电池组300、分别与第二交流母线150和锂电池组300相连的用于控制锂电池组300充放电的双向变流器700、以及用于切换铅酸蓄电池组200和锂电池组300以给直流母线110供电的切换控制机构400。可以理解地，切换控制机构400分别与铅酸蓄电池组200和锂电池组300相连，以实现控制切换铅酸蓄电池组200和锂电池组300给直流母线110供电的目的。

本实施例中，采用切换控制机构400切换铅酸蓄电池组200与锂电池组300给直流母线110供电，在相同的蓄电池空间内，采用能量密度高的锂电池组300替代能量密度低铅酸蓄电池组200，可有效提高直流电源供电系统的供电容量并保证锂电池组300的使用寿命，以节省经济成本。实验证明，在铅酸蓄电池组200与锂电池组300按1：1的空间布局时，可使直流电源供电系统的供电容量提高3倍以上，使得故障下持续供电时间达到6小时以上，保障故障状态下直流母线110上的负载140长时间持续供电，提高核电站中相关设备的安全性。

具体地，直流母线110的电压值正常时，锂电池组300与直流母线110的连接断开，充电器130控制铅酸蓄电池组200的充放电，双向变流器700控制锂电池组300的充放电，两者相互独立，可有效避免铅酸蓄电池组200和锂电池组300之间存在压差进而导致环流现象的出现。直流母线110的电压值下降至预设警戒值且持续时间未达到第一延时时间，通过铅酸蓄电池组200给直流母线110供电且保持锂电池组300与直流母线110处于连接断开状态；直流母线110的电压值下降至预设警戒值且持续时间达到第一延时时间而未达到第二延时时间，通过锂电池组300和铅酸蓄电池组200给直流母线110供电；直流母线110的电压值下降至预设警戒值且持续时间达到第二延时时间，通过锂电池组300给直流母线110供电，铅酸蓄电池组200给直流母线110处于连接断开状态。

如图2所示，切换控制机构400包括设置于铅酸蓄电池组200与直流母线110之间的第一开关410、设置于锂电池组300与直流母线110之间的第二开关420、用于控制第一开关410和第二开关420通断的切换控制组件430、以及设置于锂电池组300与直流母线110之间的用于避免直流母线110给锂电池组300供电的反向截止二极管440，以避免锂电池组300出现过充、过流、过温等现象，进而影响锂电池组300的使用寿命。可以理解地，在直流电源供电系统正常工作情况下(即充电器130正常工作时)，第一开关410闭合，第二开关420断开，充电器130给直流母线110下的铅酸蓄电池供电；在直流电源供电系统出现故障时，切换控制组件430控制第二开关420闭合，以将锂电池组300接入直流母线110，以给直流母线110上的负载140供电。反向截止二极管440中直流母线110电压大于锂电池组300电压时截止，以避免直流母线110给锂电池组300供电，以避免锂电池组300出现过流、过压、过温等现象，影响锂电池组300的寿命。可以理解地，反向截止二极管440可以设置在第二开关420与锂电池组300之间；也可以设置在第二开关420与直流母线110之间。

具体地，切换控制组件430包括用于检测直流母线110的电压值的母线电压检测仪431、用于产生定时信号的定时器432、分别与母线电压检测仪431和定时器432相连的切换控制单元433，切换控制单元433与第一开关410和第二开关420相连，用于根据电压值和定时信号来控制第一开关410和第二开关420的通断。具体地，母线电压检测仪431与直流母线110相连，以实时检测直流母线110的电压值，并将检测到的电压值传送给切换控制单元433；切换控制单元433对该电压值以及来自定时器432的定时信号进行处理，以切换第一开关410和第二开关420的通断，进而实现切换铅酸蓄电池组200和锂电池组300给直流母线110供电。可以理解地，第一开关410和第二开关420为合分闸开关，使其可手动切换开关的通断，也可通过远程控制信息控制开关的通断。

可以理解地，切换控制组件430还包括与切换控制单元433相连的用于显示直流母线110的电压值的第一显示设备434和与切换控制单元433相连的第一报警设备435。可以理解地，第一显示设备434可以实时显示直流母线110的电压值，以便于操作人员根据显示的电压值控制第一开关410和第二开关420的通断。第一报警设备435可在直流母线110从正常状态到异常状态或从异常状态到正常状态时在切换控制单元433的控制下报警，以提醒操作人员控制控制第一开关410和第二开关420的通断，以达到切换铅酸蓄电池组200和锂电池组300给直流母线110供电的目的。

切换控制机构400的工作过程包括如下步骤：

S11：母线电压检测仪431实时检测直流母线110的电压值并将该电压值传出至切换控制单元433；切换控制单元433将该电压值实时显示在第一显示设备434上，并判断电压值是否下降达到预设警戒值。可以理解地，预设警戒值的是用户自定义的用于判断直流母线110的电压值异常的临界值，若直流母线110的电压值下降超过该预设警戒值，则直流母线110的供电存在异常，需控制铅酸蓄电池组200或锂电池组300给直流母线110供电，以保障在故障状态下，连接在直流母线110下的负载140的供电，以提高核电站相关设备的安全性。

S12：若直流母线110的电压值没有下降达到预设警戒值，则说明直流母线110的供电正常，控制铅酸蓄电池组200与直流母线110之间的第一开关410闭合，锂电池组300与直流母线110之间的第二开关420断开，充电器130给直流母线110上的负载140和铅酸蓄电池组200供电，而不给锂电池组300供电。若直流母线110的电压值下降达到预设警戒值，切换控制单元433控制第一报警设备435报警，以提醒供电异常；并通过定时器432判断直流母线110的电压值下降达到预设警戒值的持续时间是否达到第一延时时间，并执行步骤S13。

S13：若直流母线110的电压值下降达到预设警戒值的持续时间没有超过第一延时时间，则保持连接铅酸蓄电池组200与直流母线110的第一开关410处于闭合状态且连接锂电池组300与直流母线110的第二开关420处于断开状态，通过铅酸蓄电池组200给直流母线110上的负载140供电。可以理解地，第一延时时间可由用户自定义，并通过定时器432向切换控制单元433发送的第一定时信号进行确定。若直流母线110的电压值下降达到预设警戒值的持续时间超过第一延时时间，切换控制单元433控制连接锂电池组300与直流母线110的第二开关420闭合，并保持连接铅酸蓄电池组200与直流母线110的第一开关410处于闭合状态，使用铅酸蓄电池组200和锂电池组300同时给直流母线110上的负载140供电，以避免铅酸蓄电池组200的能量降低，不足以提供保证直流母线110上的负载140正常工作的电压，进而影响核电站的正常工作的情况发生。

S14：判断直流母线110的电压值下降达到预设警戒值的持续时间是否超过第二延时时间。可以理解地，第二延时时间可由用户自定义，并通过定时器432向切换控制单元433发送的第二定时信号进行确定。若直流母线110的电压值下降达到预设警戒值的持续时间没有达到第二延时时间，则保持第一开关410处于闭合状态且第二开关420处于闭合状态，由铅酸蓄电池组200和锂电池组300同时给直流母线110供电。若直流母线110的电压值下降达到预设警戒值的持续时间达到第二延时时间，切换控制单元433控制连接铅酸蓄电池组200与直流母线110的第一开关410断开并保持连接锂电池组300与直流母线110的第二开关420处于闭合状态，通过锂电池组300给直流母线110供电，以避免在铅酸蓄电池组200的能量降低时，锂电池组300通过直流母线110给铅酸蓄电池组200供电，进而降低给直流母线110上的负载140供电的供电时间。

S15：母线电压检测仪431实时检测直流母线110的电压值并将该电压值传输至切换控制单元433，若直流母线110的电压值恢复正常，即直流母线110的电压值没有超过预设警戒值，则切换控制单元433触发第一报警设备435报警，以提醒操作人员直流母线110的供电恢复正常。在直流母线110供电电压正常时，闭合连接在铅酸蓄电池组200与直流母线110之间的第一开关410，并断开连接在锂电池组300与直流母线110之间的第二开关420，恢复直流母线110给铅酸蓄电池组200供电的状态。

切换控制机构400的设置具有以下作用：一是在直流电源供电系统出现故障的情况下，通过铅酸蓄电池组200给直流母线110供电，在铅酸蓄电池组200放电衰减，直流母线110的电压值下降达到预设警戒值时，自动切换成大容量的锂电池组300给直流母线110供电，以保障故障状态下直流母线上的负载140长时间持续供电。二是在直流电源供电系统消除异常，即直流母线110的供电电压恢复正常时，控制连接在铅酸蓄电池组200与直流母线110之间的第一开关410闭合，并切换直流母线110与锂电池组300之间的第二开关420，以实现通过充电器130给铅酸蓄电池组200供电；可以理解地，第一开关410和第二开关420可由系统进行自动控制，也可以由操作人员手动控制。三是通过预设警戒值、第一延时时间、第二延时时间等参数的设置，在故障状态下使得锂电池组300给直流母线110供电后，再延时切除铅酸蓄电池组200给直流母线110供电，以避免切换过程中直流母线110失压，进而影响直流母线110下的仪表、控制设备的正常运行。

该核电站直流电源混合供电系统还包括与铅酸蓄电池组200相连的用于对铅酸蓄电池组200中的每一铅酸蓄电池的电池状态信息进行监测的第一在线监测组件510、分别与充电器130和第一在线监测组件510相连的的用于控制铅酸蓄电池组200充放电的第一电池管理组件610。可以理解地，第一在线监测组件510与第一电池管理组件610相连，用于将检测到的铅酸蓄电池组200的电池状态信息发送到第一电池管理组件610，由第一电池管理组件610对该电池状态信息进行处理，以控制充电器130对铅酸蓄电池组200充放电。可以理解地，通过第一电池管理组件610对铅酸蓄电池组200中的每一铅酸蓄电池的电池状态信息进行在线监测，跟踪电池的性能均衡性，有利于及时发现并更换性能严重劣化的故障电池。

具体地，第一在线监测组件510包括用于检测铅酸蓄电池的充放电电流的第一电流检测仪511、用于检测铅酸蓄电池的电池内阻的第一电阻检测仪512、用于检测铅酸蓄电池电极两端电压的第一电压检测仪513、用于检测铅酸蓄电池表面温度的第一温度检测仪514。采用第一在线监测组件510实时监测铅酸蓄电池组200中的每一铅酸蓄电池的充放电电池、电池内阻、电池两端电压、表面温度等电池状态信息，对每一铅酸蓄电池的电池性能进行跟踪，以便于及时发现并更换存在性能劣化的铅酸蓄电池，保障铅酸蓄电池组200的充放电性能，并确保铅酸蓄电池组200时刻处于良好的满电备用状态，提高整个直流电源供电系统的可靠性和安全性。

可以理解地，第一在线监测组件510与第一电池管理组件610之间通过RS232串口、RS485串口或CAN串口相连。更具体地，第一电池管理组件610包括用于对每一铅酸蓄电池的电池状态信息进行处理并形成用于控制铅酸蓄电池组200充放电的第一控制指令的第一控制单元611、与第一控制单元611相连的用于实现人机交互的第一人机操作界面612。可以理解地，第一控制单元611形成的第一控制指令传输至充电器130，充电器130根据第一控制指令控制铅酸蓄电池组200进行充放电。

可以理解地，第一控制单元611根据第一在线监测组件510检测到的每一铅酸蓄电池的充放电电池、电池内阻、电池两端电压、表面温度等电池状态信息进行处理，以确定每一铅酸蓄电池是否存在故障，并将电池状态信息通过与第一控制单元611相连的显示设备显示，在铅酸蓄电池存在故障的情况下，控制与第一控制单元611相连的报警设备报警，以提醒操作人员及时更换故障铅酸蓄电池。可以理解地，第一控制单元611对电池状态信息进行处理时，可形成用于控制铅酸蓄电池组200进行充放电的第一控制指令，通过充电器130控制铅酸蓄电池组200向直流母线110充电或放电。更具体地，第一控制单元611在对电池状态信息进行处理时，将第一在线监测组件510采集的电池状态信息与第一人机操作界面612输入的相关电池状态信息正常值进行比较，以确定每一铅酸蓄电池是否存在故障。

该核电站直流电源混合供电系统还包括与锂电池组300相连的用于对锂电池组300中的每一锂电池的电池状态信息进行监测的第二在线监测组件520、分别与第二在线监测组件520和双向变流器700相连的用于控制锂电池组300充放电的第二电池管理组件620。可以理解地，第二在线监测组件520与第二电池管理组件620相连，用于将检测到的锂电池组300的电池状态信息发送到第二电池管理组件620，由第二电池管理组件620对该电池状态信息进行处理，以控制双向变流器700对锂电池组300充放电。可以理解地，通过第二电池管理组件620对锂电池组300中的每一锂电池的电池状态信息进行在线监测，跟踪电池的性能均衡性，有利于及时发现并更换性能严重劣化的故障电池。

具体地，第二在线监测组件520包括用于检测锂电池的充放电电流的第二电流检测仪521、用于检测锂电池的电池内阻的第二电阻检测仪522、用于检测锂电池电极两端电压的第二电压检测仪523、用于检测锂电池表面温度的第二温度检测仪524。采用第二在线监测组件520实时监测锂电池组300中的每一锂电池的充放电电池、电池内阻、电池两端电压、表面温度等电池状态信息，对每一锂电池的电池性能进行跟踪，以便于及时发现并更换存在性能劣化的锂电池，保障锂电池组300的充放电性能，并确保锂电池组300时刻处于良好的满电备用状态，提高整个直流电源供电系统的可靠性和安全性。

第二电池管理组件620与锂电池组300之间通过双向变流器700相连。可以理解地第二在线监测组件520与第二电池管理组件620之间通过RS232串口、RS485串口或CAN串口相连。更具体地，第二电池管理组件620包括用于对每一锂电池的电池状态信息进行处理并形成用于控制锂电池组300充放电的第二控制指令的第二控制单元621、与第二控制单元621相连的用于实现人机交互的第二人机操作界面622。

具体地，双向变流器700与第二交流母线150之间通过第三开关710相连；双向变流器700与锂电池组300之间通过第四开关720相连；双向变流器700与第二电池管理组件620之间通过RS232串口、RS485串口或CAN串口相连。可以理解地，双向变流器700用于采集锂电池组300的充放电信息并根据第二电池管理组件620的第二控制指令控制锂电池组300充放电。在直流母线110供电电压正常时，锂电池组300、第二在线监测组件520、第二电池管理组件620、双向变流器700和第二交流母线150之间形成完成的电路回路。在直流母线110的供电电压异常时，为保证直流母线110上的负载140的正常运行，通过闭合连接锂电池组300与直流母线110的第二开关420将锂电池组300之间的电路连接到直流母线110上。

可以理解地，第二控制单元621根据第二在线监测组件520检测到的每一锂电池的充放电电池、电池内阻、电池两端电压、表面温度等电池状态信息和双向变流器700采集的锂电池组300的充放电信息进行处理，以确定每一锂电池是否存在故障，并将电池状态信息通过与第二控制单元621相连的显示设备显示，在锂电池存在故障的情况下，控制与第二控制单元621相连的报警设备报警，以提醒操作人员及时更换故障锂电池。可以理解地，第二控制单元621对电池状态信息和充放电信息进行处理时，可形成用于控制锂电池组300进行充放电的第二控制指令，控制锂电池组300向直流母线110充电或放电。更具体地，第二控制单元621在对电池状态信息进行处理时，将第二在线监测组件520采集的电池状态信息与第二人机操作界面622输入的相关电池状态信息正常值进行比较，以确定每一锂电池是否存在故障。

可以理解地，锂电池组300和铅酸蓄电池组200放置在专用的电池柜上。可以理解地，第一电流检测仪511、第一电阻检测仪512、第一电压检测仪513和第一温度检测仪514设置在铅酸蓄电池组200的电池柜上；第二电流检测仪521、第二电阻检测仪522、第二电压检测仪523和第二温度检测仪524设置在锂电池组300的电池柜上。在锂电池组300的电池柜和铅酸蓄电池组200的电池柜上均设有通风散热装置，以使锂电池组300和铅酸蓄电池组200处于合适的运行环境，保证单个锂电池和铅酸蓄电池的性能均衡，保障锂电池组300和铅酸蓄电池组200时刻处于良好的满电备用状态。

更具体地，第二人机操作界面622可以为触摸式人机操作界面，可通过第二人机操作界面622设置第二电池管理组件620的控制模式及输入相关参数。具体地，第二电池管理组件620的控制模式包括锁定退出控制模式、手动控制模式、自动控制模式；相关参数包括电压上限值、电压下限值、电压正常值等。

第二控制单元621用于进行逻辑判断、逻辑运算、逻辑出口等操作，可接收第二在线监测组件520传送的电池状态信息和双向变流器700传送的充放电信息进行处理，以形成控制双向变流器700充放电的第二控制指令并发送至双向变流器700。第二控制单元621根据第二人机操作界面622输入的控制指令，分别进行以下模式：

锁定退出控制模式：是指根据第二人机操作界面622输入的控制指令，断开第三开关710和第四开关720，闭锁双向变流器700，允许操作人员在第二人机操作界面622上输入相关参数的工作模式。

手动控制模式：是指根据第二人机操作界面622输入的控制指令，控制双向变流器700对锂电池组300进行充电或放电，以调整锂电池组300的状态。

自动控制模式：是指第二控制单元621根据接收到的电池状态信息和充放电信息进行判断、运算，自动控制锂电池组300和双向变流器700进行充放电。具体地，在自动控制模式下，第二控制单元621根据预设的电压上限值、电压下限值、电压正常值等参数对锂电池组300进行充电或放电维护，调整锂电池的状态，优化锂电池性能，使锂电池组300时刻处于良好的储能备用状态。

自动控制模式下，第二电池管理组件620的工作过程如下：第二控制单元621根据双向变流器700传送的充放电信息，确定锂电池组300的电压值是否下降达到预设的电压下限值，若是则控制双向变流器700对锂电池组300进行充电，若锂电池组300充电至预设的电压正常值，控制停止充电。若锂电池组300的电压值超过预设的电压上限值，则第二控制单元621控制双向变流器700进行放电，直至锂电池组300的电压值达到预设的电压正常值时停止，以实现对锂电池组300的充放电自动控制。

更具体地，该核电站直流电源混合供电系统还包括主控制系统900，主控制系统900与切换控制机构400之间通过有线或无线方式通信相连；主控制系统900与第一电池管理组件610和第二电池管理组件620之间通过有线或无线方式通信相连。具体地，该无线方式包括3G、WLAN、UWB方式通信连接，用于实现信息交互。可以理解地，核电站的工作人员可以通过主控制系统900远程控制切换控制机构400切换铅酸蓄电池组200和/或锂电池组300给直流母线110供电，或者通过主控制系统900远程控制第一电池管理组件610给铅酸蓄电池组200充放电，或者远程控制第二电池管理组件620给锂电池组300充放电，并接收切换控制机构400和第一电池管理组件610和第二电池管理组件620的反馈信息。可以理解地，该核电站直流电源混合供电系统还包括与主控制系统900通信相连的第二显示设备810和第二报警设备820，该第二显示设备810可以显示铅酸蓄电池组200和/锂电池组300的各个电池的电池状态信息，并在电池出现故障时，通过与主控制系统900相连的第二报警设备820触发报警信息。

具体地，本发明所提供的第二电池管理组件620可实现对锂电池组300的精细维护，并通过自动控制模式的设置，优化锂电池性能，有效避免发生过充电、过放电、超温和过流等问题，可以大幅延长锂电池组300的使用寿命，锂电池充放电次数能达到3000-5000次，相对应的使用寿命可达到20年，具有良好的经济性。可以理解地，本发明所提供的核电站直流电源混合供电系统可广泛应用于CPR1000、EPR、AP1000等堆型核电站的30V、48V、110V、125V、230V等各级直流系统中，对原直流系统改动较小，可大幅提高核电站直流电源系统供电容量。

本发明是通过一个具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明进行各种变换和等同替代。另外，针对特定情形或具体情况，可以对本发明做各种修改，而不脱离本发明的范围。因此，本发明不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本发明权利要求范围内的全部实施方式。

Claims (12)

1.一种核电站直流电源混合供电系统，其特征在于：包括直流母线(110)、第一交流母线(120)、第二交流母线（150）、设置于第一交流母线(120)与直流母线(110)之间的充电器(130)、连接于所述直流母线(110)上的负载(140)和铅酸蓄电池组(200)、与直流母线(110)相连的锂电池组(300)、分别与所述第二交流母线（150）和所述锂电池组（300）相连的用于控制所述锂电池组充放电的双向变流器（700）、以及分别与所述铅酸蓄电池组（200）和所述锂电池组（300）相连的用于切换铅酸蓄电池组(200)和锂电池组(300)以给所述直流母线(110)供电的切换控制机构(400)；

其中，所述直流母线(110)的电压值正常时，所述锂电池组(300)与所述直流母线(110)的连接断开；所述直流母线(110)的电压值下降至预设警戒值且持续时间未达到第一延时时间，通过所述铅酸蓄电池组(200)给所述直流母线（110）供电且保持所述锂电池组(300)与所述直流母线(110)处于连接断开状态；所述直流母线(110)的电压值下降至预设警戒值且持续时间达到第一延时时间而未达到第二延时时间，通过所述锂电池组（300）和所述铅酸蓄电池组(200)给所述直流母线（110）供电；所述直流母线(110)的电压值下降至预设警戒值且持续时间达到第二延时时间，通过所述锂电池组（300）给所述直流母线（110）供电，所述铅酸蓄电池组(200)给所述直流母线（110）处于连接断开状态。

2.根据权利要求1所述的核电站直流电源混合供电系统，其特征在于：所述切换控制机构(400)包括设置于所述铅酸蓄电池组(200)与所述直流母线(110)之间的第一开关(410)、设置于所述锂电池组(300)与所述直流母线(110)之间的第二开关(420)、用于控制所述第一开关(410)和所述第二开关(420)通断的切换控制组件(430)、以及设置于所述锂电池组(300)与所述直流母线(110)之间的用于避免所述直流母线(110)给所述锂电池组(300)供电的反向截止二极管（440）。

3.根据权利要求2所述的核电站直流电源混合供电系统，其特征在于：所述切换控制组件(430)包括用于检测所述直流母线(110)的电压值的母线电压检测仪(431)、用于产生定时信号的定时器(432)、分别与所述母线电压检测仪(431)和所述定时器(432)相连的切换控制单元(433)，所述切换控制单元(433)与所述第一开关(410)和所述第二开关(420)相连，用于根据所述电压值和所述定时信号来控制所述第一开关(410)和所述第二开关(420)的通断；所述母线电压检测仪(431)与所述直流母线(110)相连。

4.根据权利要求3所述的核电站直流电源混合供电系统，其特征在于：所述切换控制组件(430)还包括与所述切换控制单元(433)相连的用于显示所述直流母线(110)的电压值的第一显示设备（434）和与所述切换控制单元(433)相连的第一报警设备（435）。

5.根据权利要求2所述的核电站直流电源混合供电系统，其特征在于：所述第一开关(410)和所述第二开关(420)为合分闸开关。

6.根据权利要求1所述的核电站直流电源混合供电系统，其特征在于：还包括分别与所述铅酸蓄电池组(200)相连的用于对所述铅酸蓄电池组(200)中的每一铅酸蓄电池的电池状态信息进行监测的第一在线监测组件（510）、与所述锂电池组(300)相连的用于对所述锂电池组(300)中的每一锂电池的电池状态信息进行监测的第二在线监测组件（520）、分别与所述充电器（130）和所述第一在线监测组件（510）相连的用于控制所述铅酸蓄电池组(200)充放电的第一电池管理组件（610）、以及分别与所述第二在线监测组件（520）相连和所述双向变流器（700）相连的用于控制所述锂电池组(300)充放电的第二电池管理组件（620）。

7.根据权利要求6所述的核电站直流电源混合供电系统，其特征在于：所述第一在线监测组件（510）包括用于检测所述铅酸蓄电池的充放电电流的第一电流检测仪（511）、用于检测所述铅酸蓄电池的电池内阻的第一电阻检测仪（512）、用于检测所述铅酸蓄电池电极两端电压的第一电压检测仪（513）、用于检测所述铅酸蓄电池表面温度的第一温度检测仪（514）；

所述第二在线监测组件（520）包括用于检测所述锂电池的充放电电流的第二电流检测仪（521）、用于检测所述锂电池的电池内阻的第二电阻检测仪（522）、用于检测所述锂电池电极两端电压的第二电压检测仪（523）、用于检测所述锂电池表面温度的第二温度检测仪（524）。

8.根据权利要求6所述的核电站直流电源混合供电系统，其特征在于：所述第一电池管理组件（610）包括用于对每一铅酸蓄电池的电池状态信息进行处理并形成用于控制所述铅酸蓄电池组(200)充放电的第一控制指令的第一控制单元（611）、与所述第一控制单元（611）相连的用于实现人机交互的第一人机操作界面（612）；所述充电器（130）根据所述第一控制指令控制所述铅酸蓄电池组（200）充放电；

    所述第二电池管理组件（620）包括用于对每一锂电池的电池状态信息进行处理并形成用于控制所述锂电池组(300)充放电的第二控制指令的第二控制单元（621）、与所述第二控制单元（621）相连的用于实现人机交互的第二人机操作界面（622）；所述双向变流器（700）根据所述第二控制指令控制所述锂电池组（300）充放电。

9.根据权利要求6所述的核电站直流电源混合供电系统，其特征在于：所述第一在线监测组件（510）与所述第一电池管理组件（610）之间通过RS232串口、RS485串口或CAN串口相连；所述第二在线监测组件（520）与所述第二电池管理组件（620）之间通过RS232串口、RS485串口或CAN串口相连。

10.根据权利要求6所述的核电站直流电源混合供电系统，其特征在于：所述双向变流器（700）与所述第二交流母线(150)之间通过第三开关（710）相连；所述双向变流器（700）与所述锂电池组(300)之间通过第四开关（720）相连；所述双向变流器（700）与所述第二电池管理组件（620）之间通过RS232串口、RS485串口或CAN串口相连。

11.根据权利要求6～10任一项所述的核电站直流电源混合供电系统，其特征在于：还包括主控制系统（900），所述主控制系统（900）与所述切换控制机构（400）之间通过有线或无线方式通信相连；所述主控制系统（900）与所述第一电池管理组件（610）和所述第二电池管理组件（620）之间通过有线或无线方式通信相连。

12.根据权利要求11所述的核电站直流电源混合供电系统，其特征在于：还包括与主控制系统（900）通信相连的第二显示设备（810）和第二报警设备（820）。