CN110729807A - 一种直流电源浮充控制方法及直流电源系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直流电源浮充控制方法及直流电源系统，检测电池模块的充电状态，当电池模块的充电状态为浮充状态时，将整流模块划分为至少两组，在任一个浮充周期内，控制各组整流模块交替投入，且每组整流模块只运行一次，即每次只有一部分整流模块投入，避免了同时将所有的整流模块均投入，各整流模块的内部温度就不会变得很高，降低了整流模块内的器件损坏老化的程度以及速度；同时，避免了在浮充状态下全部整流模块均投入造成的资源浪费，提升了整流模块的资源使用率，避免出现整流模块工作在轻载运行状态，提升整流模块的运行转换效率，同样地，能够有很大可能性会延长整流模块的使用寿命。

Description

一种直流电源浮充控制方法及直流电源系统

技术领域

本发明涉及一种直流电源浮充控制方法及直流电源系统，属于电力电子技术领域。

背景技术

变电站直流电源系统为站内控制系统、继电保护、信号装置以及自动装置提供电源，在事故情况下仍能保持其供电，还可以供给事故照明、逆变电源等负荷，对变电站安全稳定运行起到不可替代的作用。

现有变电站直流电源应用的蓄电池需要面对长期浮充电的情况。授权公告号为CN208316406U的中国专利文件中公开了一种智能并联直流电源屏，包括一个直流电源模块，即整流模块，或者至少两个并联设置的整流模块，该智能并联直流电源屏能够实现蓄电池的浮充电控制。在蓄电池浮充状态下，所有的整流模块均投入，那么，在浮充状态下，整流模块长时间运行过程中可能会出现部分整流模块的内部温度过高的情况，就会容易造成整流模块内的器件损坏老化，大幅度降低整流模块的使用寿命；同时，全部的整流模块投入时，可能会出现所有的整流模块均工作在轻载运行状态下，没有使各整流模块得到充分的运用，造成资源浪费，降低整流模块的运行效率，长期运行过程中也会降低整流模块的使用寿命。

发明内容

本发明的目的是提供一种直流电源浮充控制方法及直流电源系统，用以解决现有的浮充状态下直流电源浮充控制方式会降低整流模块的使用寿命以及运行效率的问题。

为实现上述目的，本发明的方案包括一种直流电源浮充控制方法，直流电源包括电池模块以及N个并联设置的整流模块，N≥2，整流模块用于为所述电池模块充电，所述控制方法包括以下步骤：

检测电池模块的充电状态；

当电池模块的充电状态为浮充状态时，将整流模块划分为M组，M≥2，M≤N，在任一个浮充周期内，控制各组整流模块交替投入。

当电池模块的充电状态为浮充状态时，将整流模块划分为至少两组，在任一个浮充周期内，各组整流模块交替投入，即每次只有一部分整流模块投入，避免了同时将所有的整流模块均投入，那么，对于任意一个整流模块而言，该整流模块降低了在一个浮充周期内的运行时间，相应地，各整流模块的内部温度就不会变得很高，降低了整流模块内的器件损坏老化的程度以及速度，大幅度提升整流模块的使用寿命；同时，避免了在浮充状态下全部整流模块均投入造成的资源浪费，提升了整流模块的资源使用率，使各整流模块得到充分的运用，避免出现整流模块工作在轻载运行状态，提升整流模块的运行效率，同样地，能够有很大可能性会延长整流模块的使用寿命。另外，该直流电源浮充控制方法还能够保持原有整流模块存在备份的功能。因此，该直流电源浮充控制方法实现了浮充状态下整流模块的资源合理利用，延长了整流模块的使用寿命，降低了整流模块自身损耗，保证了安全供电的需要。

进一步地，为了提升控制可靠性，在任一个浮充周期内，每组整流模块只运行一次。

进一步地，为了判定电池模块的充电状态，通过检测整流模块整流侧的电压和电池模块的电流判断电池模块的充电状态，当整流模块整流侧的电压等于预设浮充电压值且电池模块的电流小于预设浮充电流值时，判定电池模块的充电状态为浮充状态。

进一步地，为了提升控制可靠性，各组整流模块中的整流模块的个数相等，且在任一个浮充周期内，各组整流模块的投入时间相等。

进一步地，为了提升控制可靠性，N为偶数，M等于2，每组整流模块中的整流模块个数为N/2。

本发明还提供一种直流电源系统，包括电池模块、控制模块以及N个并联设置的整流模块，N≥2，整流模块的直流侧连接电池模块，同时整流模块的直流侧还用于连接直流母线，整流模块划分为M组，M≥2，M≤N，当电池模块的充电状态为浮充状态时，在任一个浮充周期内，控制模块控制各组整流模块交替投入。

当电池模块的充电状态为浮充状态时，将整流模块划分为至少两组，在任一个浮充周期内，各组整流模块交替投入，即每次只有一部分整流模块投入，避免了同时将所有的整流模块均投入，那么，对于任意一个整流模块而言，该整流模块降低了在一个浮充周期内的运行时间，相应地，各整流模块的内部温度就不会变得很高，降低了整流模块内的器件损坏老化的程度以及速度，大幅度提升整流模块的使用寿命；同时，避免了在浮充状态下全部整流模块均投入造成的资源浪费，提升了整流模块的资源使用率，使各整流模块得到充分的运用，避免出现整流模块工作在轻载运行状态，提升整流模块的运行效率，同样地，能够有很大可能性会延长整流模块的使用寿命。另外，该直流电源系统还能够保持原有整流模块存在备份的功能。因此，该直流电源系统实现了浮充状态下整流模块的资源合理利用，延长了整流模块的使用寿命，降低了整流模块自身损耗，保证了安全供电的需要。

进一步地，为了提升控制可靠性，在任一个浮充周期内，每组整流模块只运行一次。

进一步地，为了判定电池模块的充电状态，通过检测整流模块整流侧的电压和电池模块的电流判断电池模块的充电状态，当整流模块整流侧的电压等于预设浮充电压值且电池模块的电流小于预设浮充电流值时，判定电池模块的充电状态为浮充状态。

进一步地，为了提升控制可靠性，各组整流模块中的整流模块的个数相等，且在任一个浮充周期内，各组整流模块的投入时间相等。

进一步地，为了提升控制可靠性，N为偶数，M等于2，每组整流模块中的整流模块个数为N/2。

附图说明

图1是本发明提供的直流电源系统电路结构图；

图2是本发明提供的一种具体的直流电源浮充控制流程图。

具体实施方式

直流电源系统实施例：

本实施例提供一种直流电源系统，该直流电源系统为变电站直流电源系统，当然，其并不局限于应用在变电站中，也可以应用在其他领域，比如应用在工厂中。

如图1所示，直流电源系统包括整流装置和电池模块(本实施例以蓄电池为例)，整流装置包括控制模块(本实施例将控制模块称为监控模块)、配电监测模块以及整流器，整流器包括N个并联设置的整流模块，为了提升整流模块的工作可靠性，N≥4，且为偶数。整流模块的直流侧连接蓄电池，同时整流模块的直流侧还用于连接直流母线，即整流器的直流输出接直流母线，同时蓄电池也与直流母线相连接。而且，交流输入电能通过交流配线单元(比如变压器)连接整流模块的交流侧。

整流模块为整流电路，本实施例中，整流模块采用移相全桥ZVS变换器控制技术，在浮充状态下，能够提高单台整流模块的转换效率。

配电监测模块用于采集直流电源系统内的相关电气参数，这里采集到的电气参数包括整流模块直流侧的电压和电流信息，以及蓄电池的电压和电流信息。配电监测模块与监控模块之间通过RS485进行信息传递，配电监测模块将采集到的电气参数输出给监控模块，监控模块根据接收到的电气参数判断蓄电池的充电状态，即判断蓄电池的充电状态是否是浮充状态。而且，监控模块还能够控制整流模块的均浮充电压。以下给出一种浮充状态的判断方式：当整流模块整流侧的电压等于预设浮充电压值且蓄电池的电流小于预设浮充电流值时，判定蓄电池的充电状态为浮充状态。另外，本实施例中，浮充的前提条件为：监控模块上电时，监控模块复位初始化，系统交流供电启动瞬间等。

为了实现下文中的控制过程，将整流模块划分为M组，M≥2。当然，M≤N，即划分的组数不能高于整流模块的个数。

本实施例中，整流模块划分为2组，即M＝2，每组整流模块中的整流模块个数为N/2，即整流模块均分为两组，那么，每组整流模块的个数不少于2个。

那么，当判定蓄电池的充电状态为浮充状态时，在任一个浮充周期内，监控模块控制这两组整流模块交替投入，每组整流模块工作一次。设定浮充转均充周期为D(比如90天)，即浮充周期为D，那么，交替投入是指：在前D/2时间段(即前45天)内，控制第一组整流模块的N/2个整流模块投入，第一组整流模块运行前D/2时间段；在后D/2时间段(即后45天)内，控制第二组整流模块的N/2个整流模块投入，第二组整流模块运行后D/2时间段。

图2给出一种具体的直流电源浮充控制流程，其中，“C10”为蓄电池容量，“T”代表“是”，“F”代表“否”。

监控模块在控制整流模块投入时，可以直接控制整流模块中的功率器件的运行状态实现投入或者切除，当然，也可以在每个整流模块所在支路上串设控制开关，通过控制各控制开关的开关状态实现整流模块的投入或者切除。监控模块通过RS485控制整流模块，而且还可以通过RS485将相关的数据信息传输给电站监控系统。另外，在某一组整流模块投入时，其他组的整流模块不投入，可以处于停机状态，也可以处于待机状态。

因此，在浮充状态下，同一时间内只有N/2个整流模块工作，另外N/2个整流模块不工作并处于待机状态，如此提升了整流模块的资源使用率，同样使用寿命理论上可以提升一倍，即延长了整流模块的使用寿命，同时还能保持原有整流模块存在备份的功能。而且，在上述交替工作状态下，单台整流模块的负载提高了50％，使移相全桥ZVS变换器的空载及轻载情况下难以实现功率管的ZVS得到很好的改善，如此降低了功率管开关损耗，提高了整流模块的转换效率。

另外，当监控模块判断蓄电池处于浮充转均充或者均充状态时，监控模块通过RS485控制所有整流模块退出交替工作方式。浮充转均充的条件可以为：浮充状态下定时均充时间到，例如90天(此时间可以在监控模块的参数设置中进行设置)；蓄电池均充命令；整流模块不足以提供蓄电池的浮充；蓄电池因故障放电后等。另外，在浮充状态下，若某些运行中的整流模块出现故障时，那么，该故障的整流模块退出交替工作状态，并等待检修。

上述实施例中，整流模块均分为两组，当然，这只是一种具体的实施方式，作为其他的实施方式，整流模块还可以划分为更多个组，而且，各组整流模块中的整流模块的个数可以相等，也可以不相等。那么，总的整流模块的个数N也不局限于至少4个，也可以是2个或者3个，即N不局限于偶数。不管整流模块的个数是几个，也不管系统总的整流模块的个数以及每组中的整流模块的个数是几个，均要满足：在浮充状态下能够保证系统正常运行。总之，在任一个浮充周期内，控制各组整流模块交替投入，且每组整流模块只运行一次，即：将浮充周期分为M个时间段，各组整流模块与各个时间段一一对应，控制各组整流模块运行在对应的时间段内，首先投入第一组整流模块，其他组不投入，当对应的时间段结束时，控制投入第二组整流模块，其他组不投入，当对应的时间段结束时，控制投入第三组整流模块，……，以此类推。比如：整流模块划分为3组，每组有N/3个整流模块，将浮充周期D划分为三个时间段，这3组整流模块交替投入，每组工作一次，即第一个时间段投入第一组整流模块，第二个时间段投入第二组整流模块，第三个时间段投入第三组整流模块。那么，可以让总的整流模块数量除以最少需要的整流模块数量，得到一个倍数，如此整流模块的使用寿命将延长为原来的上述倍数。另外，若蓄电池本身充电时需要的电流很大，那么每组整流模块中就需要设置较多个整流模块。

上述实施例中，在任一个浮充周期内，各组整流模块的投入时间相等，作为其他的实施方式，各组整流模块的投入时间还可以不相等，比如第一组整流模块的投入时间长于第二组整流模块的投入时间，但是，不管各组整流模块的投入时间的长短关系如何，均要满足所有的整流模块组的投入时间之和要等于浮充周期，即中间不能出现供电中断的情况。

上述实施例给出一种具体的蓄电池的浮充状态的判断方式，当然，蓄电池的浮充状态的判断属于常规技术，本实施例并不局限于上述判断方式，还可以采用其他现有的判断方式。

上述实施例中，配电监测模块用于采集相关的电气参数，监控模块根据该电气参数进行浮充状态的判断，当然，浮充状态的判断还可以由其他现有的相关设备完成，并将判断结果输出给监控模块，因此，整流装置中就无需专门设置配电监测模块，而且，监控模块具有用于接收蓄电池浮充状态的判断结果的数据接口。

上述实施例中，在任一个浮充周期内，各组整流模块交替投入，且每组整流模块只运行一次，当然，作为其他的实施方式，每组整流模块在一个浮充周期内还可以不止运行一次，比如：整流模块分为两组，浮充周期分为三个时间段，依次为第一时间段、第二时间段和第三时间段，第一组整流模块在第一时间段投入，然后，第二组整流模块在第二时间段投入，最后，第一组整流模块在第三时间段投入。再比如：整流模块分为两组，浮充周期分为四个时间段，依次为第一时间段、第二时间段、第三时间段和第四时间段，第一组整流模块投入在第一时间段和第三时间段，第二组整流模块投入在第二时间段和第四时间段。总之，在一个浮充周期内每组整流模块运行的次数为至少一次，因此，不管在一个浮充周期内每组整流模块运行的次数，即投入的次数是多少，控制方式均为：各组整流模块交替投入。而且，不能出现供电中断的情况。

以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述直流电源浮充控制方法，并不局限于该控制方法所适用的电路结构。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

直流电源浮充控制方法实施例：

本实施例提供一种直流电源浮充控制方法，该控制方法的前提是：直流电源包括蓄电池以及N个并联设置的整流模块，N≥2，整流模块用于为蓄电池充电。该控制方法包括以下步骤：

检测蓄电池的充电状态；

当蓄电池的充电状态为浮充状态时，将整流模块划分为M组，M≥2，M≤N，在任一个浮充周期内，控制各组整流模块交替投入。

由于该控制方法的实现过程在上述直流电源系统实施例中已进行了详细地描述，本实施例就不再具体说明。

Claims (10)

1.一种直流电源浮充控制方法，直流电源包括电池模块以及N个并联设置的整流模块，N≥2，整流模块用于为所述电池模块充电，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：

检测电池模块的充电状态；

当电池模块的充电状态为浮充状态时，将整流模块划分为M组，M≥2，M≤N，在任一个浮充周期内，控制各组整流模块交替投入。

2.根据权利要求1所述的直流电源浮充控制方法，其特征在于，在任一个浮充周期内，每组整流模块只运行一次。

3.根据权利要求1或2所述的直流电源浮充控制方法，其特征在于，通过检测整流模块整流侧的电压和电池模块的电流判断电池模块的充电状态，当整流模块整流侧的电压等于预设浮充电压值且电池模块的电流小于预设浮充电流值时，判定电池模块的充电状态为浮充状态。

4.根据权利要求1或2所述的直流电源浮充控制方法，其特征在于，各组整流模块中的整流模块的个数相等，且在任一个浮充周期内，各组整流模块的投入时间相等。

5.根据权利要求4所述的直流电源浮充控制方法，其特征在于，N为偶数，M等于2，每组整流模块中的整流模块个数为N/2。

6.一种直流电源系统，包括电池模块、控制模块以及N个并联设置的整流模块，N≥2，整流模块的直流侧连接电池模块，同时整流模块的直流侧还用于连接直流母线，其特征在于，

整流模块划分为M组，M≥2，M≤N，当电池模块的充电状态为浮充状态时，在任一个浮充周期内，控制模块控制各组整流模块交替投入。

7.根据权利要求6所述的直流电源系统，其特征在于，在任一个浮充周期内，每组整流模块只运行一次。

8.根据权利要求6或7所述的直流电源系统，其特征在于，通过检测整流模块整流侧的电压和电池模块的电流判断电池模块的充电状态，当整流模块整流侧的电压等于预设浮充电压值且电池模块的电流小于预设浮充电流值时，判定电池模块的充电状态为浮充状态。

9.根据权利要求6或7所述的直流电源系统，其特征在于，各组整流模块中的整流模块的个数相等，且在任一个浮充周期内，各组整流模块的投入时间相等。

10.根据权利要求9所述的直流电源系统，其特征在于，N为偶数，M等于2，每组整流模块中的整流模块个数为N/2。

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