CN107069944B - 通信蓄电池组远程放电检测维护系统 - Google Patents

通信蓄电池组远程放电检测维护系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种通信蓄电池组远程放电检测维护系统，涉及蓄电池组的充放电装置技术领域。所述系统包括控制器、蓄电池组数据采集模块、电网数据采集模块、充放电控制电路以及逆变并网模块，所述蓄电池组数据采集模块的信号输入端与蓄电池组连接，电网数据采集模块与蓄电池组的充电电网相连接；充电电网依次经整流器以及所述充放电控制电路后分为三路，第一路与负载连接，第二路与蓄电池组连接，第三路与逆变并网模块连接，所述控制器的控制输出端分别于所述充放电控制电路以及逆变并网模块的控制端连接。所述维护系统具有可实现自动充放电、放电维护效率高以及使用安全的特点。

Description

通信蓄电池组远程放电检测维护系统
技术领域
本发明涉及蓄电池组的充放电装置技术领域，尤其涉及一种通信蓄电池组远程放电检测维护系统。
背景技术
变电站的通信蓄电池组需要每年定期进行核对性放电维护，然而传统的蓄电池放电耗时耗力，维护效率低且存在安全风险，导致较多的蓄电池组得不到有效的维护。图1是没有接入所述系统的电力直流系统连接示意图。这种通过电池并联来提升电池容量的方式，并且同时使用同一个整流器进行充电，两组电池并未隔离，存在以下安全隐患。
1）第一蓄电池组维护过程当中，第二蓄电池组不与母线断开的情况：当第一蓄电池组放电完成后并入系统时，第二蓄电池组与第一蓄电池组之间的电压差较大，如果此时出现交流失电或整流器电压降低的情况，第二蓄电池组与第一蓄电池组之间会形成充电回路，由于第一蓄电池组的内阻非常小，回路电流非常大，无法控制，将会造成第一蓄电池组损坏。
2）第一蓄电池组维护过程中，第二蓄电池组与母线断开的情况：此时两组蓄电池均与直流母线断开，一旦出现交流失电的情况，直流系统无备用电源，变电站通信设备将无法正常工作。此方法无法达到电网要求的备用N-1安全保障的要求。
3）当电池组在交流失电后，为负载供电，将会导致电压下降，如果放电时间较长的话，当交流恢复正常瞬间，整流器未能及时调整电压，会造成整流器与电池之间存在很大的压差，此时为电池组充电，则会出现蓄电池充电浪涌问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是如何提供一种可实现自动充放电、放电维护效率高以及使用安全的通信蓄电池组远程放电检测维护系统。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种通信蓄电池组远程放电检测维护系统，其特征在于：包括控制器、蓄电池组数据采集模块、电网数据采集模块、充放电控制电路以及逆变并网模块，所述蓄电池组数据采集模块的信号输入端与蓄电池组连接，用于采集蓄电池组的相关信息，与所述控制器的信号输入端连接；电网数据采集模块与蓄电池组的充电电网相连接，用于采集充电电网的相关信息，与所述控制器的信号输入端连接；充电电网依次经整流器以及所述充放电控制电路后分为三路，第一路与负载连接，第二路与蓄电池组连接，第三路与逆变并网模块连接，所述控制器的控制输出端分别于所述充放电控制电路以及逆变并网模块的控制端连接，用于根据电池组数据采集模块以及电网数据采集模块采集的信息控制所述充放电控制电路以及逆变并网模块工作，实现对蓄电池组的充放电控制。
进一步的技术方案在于：所述充放电控制电路包括继电器F1-F5、第一软启动模块、第二软启动模块、第一并联二极管模块以及第二并联二极管模块，所述继电器F1、第一软启动模块以及第一并联二极管模块相互并联连接，其中第一并联二极管模块的负极与所述整流器输出端的正极母线连接，所述第一并联二极管模块的正极分为两路，第一路与第一蓄电池组的正极连接，第二路经继电器F3与所述逆变并网模块的正极输入端连接；所述继电器F2、第二软启动模块以及第二并联二极管模块相互并联连接，其中第二并联二极管模块的负极与所述整流器输出端的正极母线连接，所述第二并联二极管模块的正极分为两路，第一路与第二蓄电池组的正极连接，第二路经继电器F4与所述逆变并网模块的正极输入端连接；所述继电器F5的一端与所述整流器输出端的负极母线连接，所述蓄电池组的负极与所述负极母线连接，所述继电器F1-F5、第一软启动模块以及第二软启动模块受控于所述控制器。
进一步的技术方案在于：所述第一软启动模块和第二软启动模块包括两个并联连接的MOSFET管模块。
进一步的技术方案在于：所述第一并联二极管模块以及第二并联二极管模块包括两个并联连接的二极管。
进一步的技术方案在于：逆变并网模块包括三个并联连接的逆变并网分模块，每个逆变并网分模块包括一个隔离升压模块以及一个PWM逆变并网模块，所述隔离升压模块的输出端与所述PWM逆变并网模块的输入端连接，所述PWM逆变并网模块的输出端与电网的一个相线连接，所述逆变并网模块用于将蓄电池组放出的直流电转换为交流电后输送给电网。
进一步的技术方案在于：所述PWM逆变并网模块包括滤波电容C、电阻R、PWM逆变模块、接触器K1-K2以及电感L1-L2，所述隔离升压模块输出端的正极分为两路，第一路与滤波电容C的一端连接，第二路与所述PWM逆变模块的正极输入端连接，所述隔离升压模块输出端的负极经所述接触器K1后分为两路，第一路与所述滤波电容C的另一端连接，第二路与所述PWM逆变模块的负极输入端连接，所述PWM逆变模块的一个输出端依次经所述电感L1以及接触器K2的一个触点后与电网连接，所述PWM逆变模块的另一个输出端依次经所述电感L2以及接触器K2的另一个触点后与电网连接，所述电阻R与所述接触器K1并联，所述PWM逆变模块以及接触器K1-K2受控于所述控制器。
进一步的技术方案在于：所述PWM逆变模块包括四个MOSFET管模块，所述MOSFET管模块两两串联后相互并联。
进一步的技术方案在于：所述隔离升压模块为DC48V转DC400V隔离升压模块。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：所述系统可自动完成双蓄电池组中任何一组切入逆变并网远程放电。 不管是单组蓄电池接入，还是双组蓄电池接入，均可实现蓄电池放电过程中交流失电，蓄电池可以不间断投入工作。 蓄电池组放电完成后，为保证接入母线不出现大电流冲击，内部具备程控充电功能，当蓄电池充电基本完成，才切入母线，保证系统安全。可有效保证放电完成后，系统与变电站原有直流系统之间物理上完全独立。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是现有技术中电力系统典型的直流系统通信电源框图；
图2是本发明实施例所述维护系统的原理框图；
图3是本发明实施例所述维护系统中充放电控制电路的连接原理框图；
图4是本发明实施例所述维护系统中充放电控制电路的原理图；
图5是本发明实施例所述维护系统中逆变并网模块的原理框图；
图6是本发明实施例所述维护系统中逆变并网分模块的原理图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
总体的，如图2所示，本发明实施例公开了一种通信蓄电池组远程放电检测维护系统，包括控制器、蓄电池组数据采集模块、电网数据采集模块、充放电控制电路以及逆变并网模块。所述蓄电池组数据采集模块的信号输入端与蓄电池组连接，用于采集蓄电池组的相关信息，与所述控制器的信号输入端连接；电网数据采集模块与蓄电池组的充电电网相连接，用于采集充电电网的相关信息，与所述控制器的信号输入端连接；充电电网依次经整流器以及所述充放电控制电路后分为三路，第一路与负载连接，第二路与蓄电池组连接，第三路与逆变并网模块连接，所述控制器的控制输出端分别于所述充放电控制电路以及逆变并网模块的控制端连接，用于根据电池组数据采集模块以及电网数据采集模块采集的信息控制所述充放电控制电路以及逆变并网模块工作，实现对蓄电池组的充放电控制。
所述放电检测维护系统放电途径采用逆变并网方式，蓄电池组放出的电能直接回馈电网-并网设备通过国家指定权威机构检测。放电过程不产生热量，放电环境的温度不受影响，确保了放电环境的安全性。同时也由蓄电池组数据采集模块、电网数据采集模块收集相关实时数据、设备工作状态以及直流系统相关的运行状态，并由控制器对监控数据进行平滑或者异常数据排除处理，再通过网络将监控数据以及相关设备状态上传至蓄电池组远程放电管理终端中。
如图3所示为本发明实施例所述维护系统中充放电控制电路的连接原理框图；充放电控制电路是通过控制器来与直流系统进行连接的，本系统其他设备不与直流系统直接连接。接入本系统后，第一蓄电池组以及第二蓄电池组正极的刀闸S1和S2处于断开状态，第一蓄电池组以及第二蓄电池组与母线的连接由充放电控制电路自动控制。其中①连接至第一蓄电池组的正极，②连接至第二蓄电池组的正极，③连接至整流器的正极母线，因为直流系统整流器负极、电池负极全部接通，因此④连接至直流系统整流器的负极母线即可。
在放电过程中可以将一组放电，另一组进行备用，交叉进行，保证直流系统供电安全性。且通过波峰波谷应用可以实现蓄电池组定期核容，能够及时发现蓄电池组的性能变化，避免任何直流系统意外情况出现，提高变电站的安全性。
如图4所示为本发明实施例所述维护系统中充放电控制电路的原理图；如图4所示，所述充放电控制电路包括继电器F1-F5、第一软启动模块、第二软启动模块、第一并联二极管模块以及第二并联二极管模块，所述继电器F1、第一软启动模块以及第一并联二极管模块相互并联连接，其中第一并联二极管模块的负极与所述整流器输出端的正极母线连接，所述第一并联二极管模块的正极分为两路，第一路与第一蓄电池组的正极连接，第二路经继电器F3与所述逆变并网模块的正极输入端连接；所述继电器F2、第二软启动模块以及第二并联二极管模块相互并联连接，其中第二并联二极管模块的负极与所述整流器输出端的正极母线连接，所述第二并联二极管模块的正极分为两路，第一路与第二蓄电池组的正极连接，第二路经继电器F4与所述逆变并网模块的正极输入端连接；所述继电器F5的一端与所述整流器输出端的负极母线连接，所述蓄电池组的负极与所述负极母线连接，所述继电器F1-F5、第一软启动模块以及第二软启动模块受控于所述控制器。
优选的，如图4所示，所述第一软启动模块和第二软启动模块包括两个并联连接的MOSFET管模块，通过两个并联连接的MOSFET管模块，在控制器的控制下实现软启动。优选的，如图4所示，所述第一并联二极管模块以及第二并联二极管模块包括两个并联连接的二极管。需要说明的是，所述并联二极管模块中还可以包括三个以上并联连接的二极管。需要说明的是，图4中的位置①、②、③、④与图2中的位置①、②、③、④一一对应。
如图5所示，所述逆变并网模块包括三个并联连接的逆变并网分模块，每个逆变并网分模块包括一个隔离升压模块以及一个PWM逆变并网模块，所述隔离升压模块的输出端与所述PWM逆变并网模块的输入端连接，所述PWM逆变并网模块的输出端与电网的一个相线连接，所述逆变并网模块用于将蓄电池组放出的直流电转换为交流电后输送给电网。
如图6所示，所述PWM逆变并网模块包括滤波电容C、电阻R、PWM逆变模块、接触器K1-K2以及电感L1-L2，所述隔离升压模块输出端的正极分为两路，第一路与滤波电容C的一端连接，第二路与所述PWM逆变模块的正极输入端连接，所述隔离升压模块输出端的负极经所述接触器K1后分为两路，第一路与所述滤波电容C的另一端连接，第二路与所述PWM逆变模块的负极输入端连接，所述PWM逆变模块的一个输出端依次经所述电感L1以及接触器K2的一个触点后与电网连接，所述PWM逆变模块的另一个输出端依次经所述电感L2以及接触器K2的另一个触点后与电网连接，所述电阻R与所述接触器K1并联，所述PWM逆变模块以及接触器K1-K2受控于所述控制器。
进一步的，所述PWM逆变模块为现有技术，一般包括四个MOSFET管模块，所述MOSFET管模块两两串联后相互并联。所述隔离升压模块为DC48V转DC400V隔离升压模块。
当逆变并网功率小于等于5kW时，采用单相并网方式接入电网（满足1000Ah及以下容量蓄电池组的使用），只使用一个逆变并网分模块。将48V直流电压通过隔离升压模块升压至400V直流电压，再通过PWM逆变并网模块将400V直流逆变转换为220V交流，并入电网。直流输入电压Ui经滤波电容C稳压滤波后输入全桥逆变器，通过CPU调节PWM控制信号调节，使产生两个有相同直流偏置，相位互差180度的正弦波输出电压Uo1、Uo2，获得的输出电压Uo=Uo1-Uo2，是一个正弦电压，经滤波储能电感并入电网。其中电阻R是在电路启动时缓冲滤波电容充电用，当充电完成后，接触器K1闭合将其短接。CPU控制对电网的同步信号以及检测输入电压Ui和输出电流Io1、Io2，同时给定触发控制脉冲，通过控制接触器K2决定并网时刻。当并网功率大于5kW时，采用三相并网方式接入电网，同时使用三个逆变并网分模块。
当电力系统处于正常情况下（两组蓄电池组电压相等），继电器F1、F2、F3、F4、F5全部打开，图4中第一软启动模块和第二软启动模块中的PWM（MOSFET管）均处于导通状态；第一蓄电池组和第二蓄电池组同时处于浮充状态。
当在第一蓄电池组与第二蓄电池组均充满电出现交流失电时，两组电池为负载供电，随着时间变长，两组电池电压越来越低，当市电恢复正常瞬间，整流器未能及时调整电压，会造成整流器与电池之间存在很大的压差，此时为电池组充电，则会出现蓄电池充电浪涌问题。在直流系统接上所述检测维护系统之后，系统自动检测市电已恢复，并且检测到通信电源的电池组电压低于53.5V，则会驱动第一蓄电池组与第二蓄电池组的PWM软启动打开，保证以0.1C充电电流对蓄电池进行充电，杜绝停电后蓄电池充电浪涌问题。
当需要切换第一蓄电池组进行放电时，图4中继电器F1、F4断开，继电器F2、F3、F5闭合，第一软启动模块中的PWM不导通，第二蓄电池组恢复接入本系统前的状态。
当第一蓄电池组放电结束后，控制器启动图4中第一软启动模块中的PWM软启动打开，打开的占空比根据第一蓄电池组的充电电流需要自动调整，保证第一蓄电池组处于安全的充电电流范围内，杜绝放电后整流器与电池组间压差大（电池组的内阻非常小），而出现瞬间大电流冲击第一蓄电池组的问题。当蓄电池的充电电流下降到蓄电池组标称值的5%时（即进入浮冲状态时），控制器完全打开图4 第一软启动模块中的PWM，切换控制器所有继电器全部打开，双组电池充满电同时作为备用电源的状态。
当在第一蓄电池组充电期间出现交流失电的情况下，控制器自动控制第一蓄电池组停止放电，但此时第二蓄电池组是充满电的，电压相对较高，因此交流失电前期先由第二蓄电池组为负载供电，当蓄第二蓄电池组放电一段时间后，电压下降至与第一蓄电池组相同甚至更低时，第一并联二极管模块中的二极管导通，第一蓄电池组与第二蓄电池组同时为负载供电，最大限度保证整个备用电源供电时间。
当控制器出现故障时，即控制器无法工作时，继电器F1与继电器F2均失去驱动，F1与F2全部闭合，F3、F4、F5全部断开，恢复直流系统接入所述维护系统之前的连接。由于电路中有二极管的存在，在继电器F1与继电器F2闭合的时候，两端电压在0.2V至0.3V之间，不会出现大的压差，可保证继电器安全工作，所述系统可通过二极管与继电器实现大功率开关同样的功能，使相关设备体积变小，并降低成本。
图4中整流器负极、负载负极、电池负极全部都连接在一起，如果直接与逆变并网远程放电设备连接，安全性较差，增加继电器F5来控制蓄电池组负极与逆变并网远程放电设备之间的物理连接，多一层安全保障。
综上，所述系统可自动完成双蓄电池组中任何一组切入逆变并网远程放电。 不管是单组蓄电池接入，还是双组蓄电池接入，均可实现蓄电池放电过程中交流失电，蓄电池可以不间断投入工作。 蓄电池组放电完成后，为保证接入母线不出现大电流冲击，内部具备程控充电功能，当蓄电池充电基本完成，才切入母线，保证系统安全。可有效保证放电完成后，系统与变电站原有直流系统之间物理上完全独立。

Claims (6)

1.一种通信蓄电池组远程放电检测维护系统，其特征在于：包括控制器、蓄电池组数据采集模块、电网数据采集模块、充放电控制电路以及逆变并网模块，所述蓄电池组数据采集模块的信号输入端与蓄电池组连接，用于采集蓄电池组的相关信息，与所述控制器的信号输入端连接；电网数据采集模块与蓄电池组的充电电网相连接，用于采集充电电网的相关信息，与所述控制器的信号输入端连接；充电电网依次经整流器以及所述充放电控制电路后分为三路，第一路与负载连接，第二路与蓄电池组连接，第三路与逆变并网模块连接，所述控制器的控制输出端分别于所述充放电控制电路以及逆变并网模块的控制端连接，用于根据蓄电池组数据采集模块以及电网数据采集模块采集的信息控制所述充放电控制电路以及逆变并网模块工作，实现对蓄电池组的充放电控制；
所述充放电控制电路包括继电器F1-F5、第一软启动模块、第二软启动模块、第一并联二极管模块以及第二并联二极管模块，所述继电器F1、第一软启动模块以及第一并联二极管模块相互并联连接，其中第一并联二极管模块的负极与所述整流器输出端的正极母线连接，所述第一并联二极管模块的正极分为两路，第一路与第一蓄电池组的正极连接，第二路经继电器F3与所述逆变并网模块的正极输入端连接；所述继电器F2、第二软启动模块以及第二并联二极管模块相互并联连接，其中第二并联二极管模块的负极与所述整流器输出端的正极母线连接，所述第二并联二极管模块的正极分为两路，第一路与第二蓄电池组的正极连接，第二路经继电器F4与所述逆变并网模块的正极输入端连接；所述继电器F5的一端与所述整流器输出端的负极母线连接，所述蓄电池组的负极与所述负极母线连接，所述继电器F1-F5、第一软启动模块以及第二软启动模块受控于所述控制器；
逆变并网模块包括三个并联连接的逆变并网分模块，每个逆变并网分模块包括一个隔离升压模块以及一个PWM逆变并网模块，所述隔离升压模块的输出端与所述PWM逆变并网模块的输入端连接，所述PWM逆变并网模块的输出端与电网的一个相线连接，所述逆变并网模块用于将蓄电池组放出的直流电转换为交流电后输送给电网。
2.如权利要求1所述的通信蓄电池组远程放电检测维护系统，其特征在于：所述第一软启动模块和第二软启动模块包括两个并联连接的MOSFET管模块。
3.如权利要求1所述的通信蓄电池组远程放电检测维护系统，其特征在于：所述第一并联二极管模块以及第二并联二极管模块包括两个并联连接的二极管。
4.如权利要求1所述的通信蓄电池组远程放电检测维护系统，其特征在于：所述PWM逆变并网模块包括滤波电容C、电阻R、PWM逆变模块、接触器K1-K2以及电感L1-L2，所述隔离升压模块输出端的正极分为两路，第一路与滤波电容C的一端连接，第二路与所述PWM逆变模块的正极输入端连接，所述隔离升压模块输出端的负极经所述接触器K1后分为两路，第一路与所述滤波电容C的另一端连接，第二路与所述PWM逆变模块的负极输入端连接，所述PWM逆变模块的一个输出端依次经所述电感L1以及接触器K2的一个触点后与电网连接，所述PWM逆变模块的另一个输出端依次经所述电感L2以及接触器K2的另一个触点后与电网连接，所述电阻R与所述接触器K1并联，所述PWM逆变模块以及接触器K1-K2受控于所述控制器。
5.如权利要求4所述的通信蓄电池组远程放电检测维护系统，其特征在于：所述PWM逆变模块包括四个MOSFET管模块，所述MOSFET管模块两两串联后相互并联。
6.如权利要求3所述的通信蓄电池组远程放电检测维护系统，其特征在于：所述隔离升压模块为DC48V转DC400V隔离升压模块。
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