CN106208363B - 电网直流供电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种电网直流供电系统，包括互为冗余的两个蓄电池组，由任一蓄电池组向用电模块供电；检测模块，用于检测蓄电池的状态以及蓄电池所在环境的状态并输出检测信号；处理模块，其输入端与检测模块的输出端连接，用于根据检测信号输出执行命令；执行保护模块，其输入端与处理模块的输出端连接，设置于蓄电池组的充电通路以及供电通路，用于根据处理模块输出的执行指令执行相应的保护动作以及蓄电池组的供电切换；能够对蓄电池组的工作状态进行实时监测，及时防线蓄电池组的故障以及故障位置，利于及时排除蓄电池组故障，有效避免由于蓄电池组的故障而引起直流系统中用电设备的工作异常，确保用电设备的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种监控系统，尤其涉及一种电网直流供电系统。
背景技术
在电力系统中，在发电厂以及变电站的直流系统中广泛使用蓄电池，因此，蓄电池的性能及状态对于电力系统的稳定运行至关重要，蓄电池在使用时，一般由单体电池组合成蓄电池组，由于每个单体电池的个体差异以及在工作过程中受环境的影响，容易炒成蓄电池的充放电不均衡，现有技术中，对于蓄电池组的充放电不均衡往往不能及时发觉，容易引起直流系统中的用电设备工作异常，在检修过程中先排查用电设备故障，再排除蓄电池组的故障，从而导致工作效率低下，而且严重影响到电力系统的稳定运行，而且严重影响用电设备的使用寿命；而且蓄电池组的充放电不均衡容易导致蓄电池发生不可逆的损坏，从而严重影响到蓄电池组的使用寿命。
因此，需要提出一种新的电网直流供电系统，能够对蓄电池组的工作状态进行实时监测，及时防线蓄电池组的故障以及故障位置，利于及时排除蓄电池组故障，而且能够确保蓄电池组能够持续稳定向用电设备供电，有效避免由于蓄电池组的故障而引起直流系统中用电设备的工作异常，确保用电设备的使用寿命。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种电网直流供电系统，能够对蓄电池组的工作状态进行实时监测，及时防线蓄电池组的故障以及故障位置，利于及时排除蓄电池组故障，而且能够确保蓄电池组能够持续稳定向用电设备供电，有效避免由于蓄电池组的故障而引起直流系统中用电设备的工作异常，确保用电设备的使用寿命。
本发明提供的一种电网直流供电系统，包括
互为冗余的两个蓄电池组，由任一蓄电池组向用电模块供电；
检测模块，用于检测蓄电池的状态以及蓄电池所在环境的状态并输出检测信号；
处理模块，其输入端与检测模块的输出端连接，用于根据检测信号输出执行命令；
执行保护模块，其输入端与处理模块的输出端连接，设置于蓄电池组的充电通路以及供电通路，用于根据处理模块输出的执行指令执行相应的保护动作以及蓄电池组的供电切换。
进一步，所述检测模块包括用于检测蓄电池电流的电流检测电路、温度传感器以及多个电压传感器，所述电流检测电路、温度传感器以及电压传感器的输出端与处理模块连接；
其中，蓄电池组的每个单体电池的正极分别设置一个电压传感器，蓄电池组的总的输出端设置一个电压传感器；所述温度传感器包括电池温度传感器和环境温度传感器，电池温度传感器的个数与蓄电池组的单体电池的个数相同且一一对应设置。
进一步，所述电流检测电路包括电阻R1、电容C1以及运放U3，所述电阻R1的一端作为电流检测电路的输入端与蓄电池组的负极连接，电阻R1的另一端接地，所述电阻R1与蓄电池组的公共连接点通过电容C1接地，所述电阻R1与蓄电池组的公共连接点与运放U3的正相端连接，运放U3的反相端与运放U3的输出端连接，运放U3的输出端与处理模块连接。
进一步，所述处理模块包括电量计量电路U1和中央处理电路U2，所述电量计量电路U1和中央处理电路U2的输入端均与检测模块的输出端连接，所述电量计量电路U1和中央处理电路U2通信连接。
进一步，所述处理模块还包括输出单元，所述输出单元包括声光报警器、显示器以及通信模块，所述声光报警器、显示器以及通信模块均与中央处理电路U2连接。
进一步，所述通信模块包括数据接口和/或无线通信电路，数据接口和/或无线通信电路域中央处理电路U2连接。
进一步，所述执行保护模块包括继电器J1、二极管D1、二极管D2、继电器J2以及继电器J3；
所述继电器J2的一端与蓄电池组的充电模块的输出端连接，另一端与二极管D1的正极连接，二极管D1的负极与继电器J1的动触点连接，继电器J1的任意两个静触点分别与两个蓄电池组的正极连接，第三静触点悬空，二极管D1和继电器J1的公共连接点与二极管D2的正极连接，二极管D2的负极与用电模块连接，继电器J3的动触点与电阻R1作为输入端的一端连接，继电器J3的两个静触点分别与两个蓄电池组的负极连接；
所述继电器J1、继电器J2和继电器J3的控制端与中央处理电路U2的输出端连接。
进一步，所述电量计量电路U1为芯片DS2780。
进一步，所述中央处理电路U2为单片机。
本发明的有益效果：本发明的电网直流供电系统，能够对蓄电池组的工作状态进行实时监测，及时防线蓄电池组的故障以及故障位置，利于及时排除蓄电池组故障，而且能够确保蓄电池组能够持续稳定向用电设备供电，有效避免由于蓄电池组的故障而引起直流系统中用电设备的工作异常，确保用电设备的使用寿命。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明的原理图。
具体实施方式
图1为本发明的原理图，如图所示，本发明提供的一种电网直流供电系统，包括
互为冗余的两个蓄电池组，由任一蓄电池组向用电模块供电，即图1中蓄电池组Ⅰ和蓄电池组Ⅱ,两个蓄电池组中的B表示单体电池，B后面的数字表示单体电池的个数，在实际应用中，单体电池的个数往往较多，本发明中仅仅以3个为例；
检测模块，用于检测蓄电池的状态以及蓄电池所在环境的状态并输出检测信号；
处理模块，其输入端与检测模块的输出端连接，用于根据检测信号输出执行命令；
执行保护模块，其输入端与处理模块的输出端连接，设置于蓄电池组的充电通路以及供电通路，用于根据处理模块输出的执行指令执行相应的保护动作以及蓄电池组的供电切换，通过上述结构，能够对蓄电池组的工作状态进行实时监测，及时防线蓄电池组的故障以及故障位置，利于及时排除蓄电池组故障，而且能够确保蓄电池组能够持续稳定向用电设备供电，有效避免由于蓄电池组的故障而引起直流系统中用电设备的工作异常，确保用电设备的使用寿命。
本实施例中，所述检测模块包括用于检测蓄电池电流的电流检测电路、温度传感器以及多个电压传感器，所述电流检测电路、温度传感器以及电压传感器的输出端与处理模块连接；
其中，蓄电池组的每个单体电池的正极分别设置一个电压传感器，蓄电池组的总的输出端设置一个电压传感器；所述温度传感器包括电池温度传感器和环境温度传感器，电池温度传感器的个数与蓄电池组的单体电池的个数相同且一一对应设置，通过这种结构，能够对蓄电池组的电压、单个蓄电池的电压、蓄电池的电流、电池温度以及环境温度进行实时准确的监测，利于对蓄电池的电量进行准确计算，从而利于准确判断蓄电池组的充放电的均衡性，电压传感器、温度传感器均为现有的具有模数转换功能的传感器。
本实施例中，所述电流检测电路包括电阻R1、电容C1以及运放U3，所述电阻R1的一端作为电流检测电路的输入端与蓄电池组的负极连接，电阻R1的另一端接地，所述电阻R1与蓄电池组的公共连接点通过电容C1接地，所述电阻R1与蓄电池组的公共连接点与运放U3的正相端连接，运放U3的反相端与运放U3的输出端连接，运放U3的输出端与处理模块连接，由于蓄电池组的单体电池为串联结构，如图1所示，因此，整个蓄电池组的正极是指向外输出电能的单体蓄电池的正极，即B1的正极为蓄电池组的正极，蓄电池组的负极为B3的负极，通过上述结构的电流检测电路，能够准确检测蓄电池组的充放电电流，而且利用运放U3形成的电压跟随器，能够将后续处理电路与蓄电池相隔离，从而形成良好的保护。
本实施例中，所述处理模块包括电量计量电路U1和中央处理电路U2，所述电量计量电路U1和中央处理电路U2的输入端均与检测模块的输出端连接，所述电量计量电路U1和中央处理电路U2通信连接，其中，电量计量电路U1芯片DS2780，当然，也可以采用其他的电量计量芯片，中央处理电路U2为现有的单片机，如AVR单片机、ARM单片机等，在计算蓄电池的剩余电量时，通过如下公式进行计算：单体电池的充放电电量Q＝KIT/η*[1+α*(t-25)]，其中，蓄电池的剩余电量为前次剩余电量加上充电电量或者前次剩余电量减去放电电量，如果蓄电池为充满后使用，则为蓄电池的剩余电量为额定电量减去放电电量；其中，K为安全系数，一般取1.25，I为充放电电流，T为充放电时间(单位为小时)，η为充放电系数，t为电池所在的环境温度，α为温度系数；
其中，α按照如下取值，当T≥10，α＝0.006；当1≤T＜10，α＝0.008；当T＜1，α＝0.01；
充放电系数η则根据不同的电池型号以及生产规格确定，一般为厂家给出。
本实施例中，所述处理模块还包括输出单元，所述输出单元包括声光报警器、显示器以及通信模块，所述声光报警器、显示器以及通信模块均与中央处理电路U2连接；所述通信模块包括数据接口和/或无线通信电路，数据接口和/或无线通信电路域中央处理电路U2连接，数据接口采用现有的并行数据接口；当中央处理电路U2从电量计量电路U1获得单体电池之间的电量差、电压差或者电池温度与设定温度的温度差超过设定的范围，则通过声光报警器报警，而且中央处理电路U2将监测到的实时数据通过显示器显示以及通过通信接口或者无线通信电路上传至监控主机或者监控服务器，无线通信电路采用现有的电路，比如zigbee模块、蓝牙模块或者GPRS模块等。
本实施例中，所述执行保护模块包括继电器J1、二极管D1、二极管D2、继电器J2以及继电器J3；所述继电器J1包括三个静触点和一个动触点，继电器J3包括一个动触点和两个静触点；
所述继电器J2的一端与蓄电池组的充电模块的输出端连接，另一端与二极管D1的正极连接，二极管D1的负极与继电器J1的动触点连接，继电器J1的任意两个静触点分别与两个蓄电池组的正极连接，第三静触点悬空，二极管D1和继电器J1的公共连接点与二极管D2的正极连接，二极管D2的负极与用电模块连接，继电器J3的动触点与电阻R1作为输入端的一端连接，继电器J3的两个静触点分别与两个蓄电池组的负极连接；
所述继电器J1、继电器J2和继电器J3的控制端与中央处理电路U2的输出端连接；当蓄电池组Ⅰ工作时，继电器J1的动触点和蓄电池组Ⅰ的正极连接，继电器J3和蓄电池组Ⅰ的负极连接，当出现故障后，继电器J1的动触点和蓄电池组Ⅱ的正极连接，继电器J3和蓄电池组Ⅱ的负极连接，从而确保用电模块的持续供电，充电时，如果出现电压或电流变化较大或者某个单体电池的充电电量明显小于其他单体电池的电量时，则中央处理电路U2控制继电器J2断开，从而对当前充电的蓄电池组进行保护，如果某一蓄电池组持续处于备用状态，由于蓄电池的自放电现象存在，那么中央处理电路U2控制继电器J1或者J2动作，为持续备用的蓄电池组充电，以确保蓄电池组的性能，如果用电模块检修，则继电器J1的动触点与悬空的静触点接通，停止用电模块的供电。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (5)
1.一种电网直流供电系统，其特征在于：包括
互为冗余的两个蓄电池组，由任一蓄电池组向用电模块供电；
检测模块，用于检测蓄电池的状态以及蓄电池所在环境的状态并输出检测信号；
处理模块，其输入端与检测模块的输出端连接，用于根据检测信号输出执行指令；
执行保护模块，其输入端与处理模块的输出端连接，设置于蓄电池组的充电通路以及供电通路，用于根据处理模块输出的执行指令执行相应的保护动作以及蓄电池组的供电切换；
所述检测模块包括用于检测蓄电池电流的电流检测电路、温度传感器以及多个电压传感器，所述电流检测电路、温度传感器以及电压传感器的输出端与处理模块连接；
其中，蓄电池组的每个单体电池的正极分别设置一个电压传感器，蓄电池组的总的输出端设置一个电压传感器；所述温度传感器包括电池温度传感器和环境温度传感器，电池温度传感器的个数与蓄电池组的单体电池的个数相同且一一对应设置；
所述电流检测电路包括电阻R1、电容C1以及运放U3，所述电阻R1的一端作为电流检测电路的输入端与蓄电池组的负极连接，电阻R1的另一端接地，所述电阻R1与蓄电池组的公共连接点通过电容C1接地，所述电阻R1与蓄电池组的公共连接点与运放U3的正相端连接，运放U3的反相端与运放U3的输出端连接，运放U3的输出端与处理模块连接；
所述处理模块包括电量计量电路U1和中央处理电路U2，所述电量计量电路U1和中央处理电路U2的输入端均与检测模块的输出端连接，所述电量计量电路U1和中央处理电路U2通信连接；所述执行保护模块包括继电器J1、二极管D1、二极管D2、继电器J2以及继电器J3；
所述继电器J2的一端与蓄电池组的充电模块的输出端连接，另一端与二极管D1的正极连接，二极管D1的负极与继电器J1的动触点连接，继电器J1的任意两个静触点分别与两个蓄电池组的正极连接，第三静触点悬空，二极管D1和继电器J1的公共连接点与二极管D2的正极连接，二极管D2的负极与用电模块连接，继电器J3的动触点与电阻R1作为电流检测电路的输入端的一端连接，继电器J3的两个静触点分别与两个蓄电池组的负极连接；
所述继电器J1、继电器J2和继电器J3的控制端与中央处理电路U2的输出端连接。
2.根据权利要求1所述电网直流供电系统，其特征在于：所述处理模块还包括输出单元，所述输出单元包括声光报警器、显示器以及通信模块，所述声光报警器、显示器以及通信模块均与中央处理电路U2连接。
3.根据权利要求2所述电网直流供电系统，其特征在于：所述通信模块包括数据接口和/或无线通信电路，数据接口和/或无线通信电路域中央处理电路U2连接。
4.根据权利要求3所述电网直流供电系统，其特征在于：所述电量计量电路U1为芯片DS2780。
5.根据权利要求4所述电网直流供电系统，其特征在于：所述中央处理电路U2为单片机。
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