CN110729809A - 直流电源母线失压自动跨接补偿系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种直流电源母线失压自动跨接补偿系统及方法，属于电力系统直流电源系统技术领域；所述系统，包括直流母线，还包括串联蓄电池模块、旁路二极管模块、母线失压补偿模块、逆止二极管模块；所述方法包括将现有流电源系统单串联蓄电池组分成N个串联的蓄电池组作为串联蓄电池模块，在每个蓄电池组两端并接一个旁路二极管，串联蓄电池模块的输出通过输入逆止二极管接至母线失压补偿模块的输入，母线失压补偿模块的输出通过输出逆止二极管单元接至直流母线；解决一节或几节蓄电池开路导致整个直流电源失电的问题，成本低、安装简单。
Description
技术领域
本发明涉及一种直流电源母线失压自动跨接补偿系统及方法，属于电力系统直流电源系 统技术领域。
背景技术
直流电源系统是整个变电站站用电源系统的核心，是变电站安全运行的基础。多年电力 系统运行经验证明，在变电站设备发生故障的关键时刻，直流电源系统如果出现异常或故障， 必将造成主设备严重损坏或火灾、设备爆炸、电网大面积停电，甚至区域电网解列的严重后 果。
目前变电站直流电源系统蓄电池组连接方式为蓄电池单组串联的方式，随着蓄电池组运 行时间越久，单体蓄电池之间的性能离散度会越来越大，此时当交流电源失电需要直流电源 供电的时候，可能会出现因为一节或几节蓄电池开路导致整个直流电源失电的事故发生。
鉴于上述问题造成的损失较大，中国专利201611074785.2，提出了“一种防止直流电源 母线失压的系统及运行方法”，通过在蓄电池上增加DC/DC模块实现防止直流电源母线失压 的功能。中国专利201010598584.9提出了一种“基于蓄电池并联的直流电源系统”，通过增 加变换器将多组蓄电池并联起来，当发生一节或多节蓄电池故障时其他蓄电池仍然可以给直 流系统供电。
上述技术虽然在一定程度上解决了单节电池故障造成直流母线失压的问题，但都存在实 现原理繁琐、成本高、不宜安装的问题，“一种防止直流电源母线失压的系统及运行方法” 虽然从原理实施及成本上可以考虑，但是存在蓄电池分组长期给DC/DC模块供电导致蓄电池 均衡一致性差，会缩短蓄电池寿命的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种直流电源母线失压自动跨 接补偿系统及方法，解决一节或几节蓄电池开路导致整个直流电源失电的问题，成本低、安 装简单。
本发明所述直流电源母线失压自动跨接补偿系统，包括直流母线，还包括串联蓄电池模 块、旁路二极管模块、母线失压补偿模块、逆止二极管模块，串联蓄电池模块包括N个串联 的蓄电池组；旁路二极管模块包括N个旁路二极管，一个旁路二极管与一个蓄电池组并联， 旁路二极管的阴极连接并联蓄电池组的正极，旁路二极管的阳极连接并联蓄电池组的负极； 逆止二极管模块包括输入逆止二极管单元和输出逆止二极管单元，输入逆止二极管单元为1 个输入逆止二极管，输入逆止二极管阳极连接母线失压补偿模块输入负极、阴极连接串联蓄 电池模块负极，输出逆止二极管单元阳极连接失压补偿模块输出正极、阴极连接直流母线正 极；其中N为正整数，且N≥2。
串联蓄电池模块用于提供系统供电，旁路二极管模块用于实现直流母线失压自动跨接， 母线失压补偿模块用于实现直流母线电压自动补偿，输入逆止二极管单元用于防止失压补偿 模块反向给串联蓄电池模块充电，输出逆止二极管单元用于防止母线电压回灌失压补偿模块。
优选的，母线失压补偿模块包括M个并联的电压变换器，输出逆止二极管单元包括M个 输出逆止二极管，一个输出逆止二极管阳极连接一个电压变换器输出正极、阴极连接直流母 线正极，其中M为正整数，且M≥2。
母线失压补偿模块可以根据系统负荷配置不同数量，最少配置2个，系统负荷越高配置 数量越多。
优选的，串联蓄电池模块包括四个串联的蓄电池组，第一蓄电池组BAT1-26为1-26节蓄 电池串联，第二蓄电池组BAT27-52为27-52节蓄电池串联，第三蓄电池组BAT53-79为53-79 节蓄电池串联，第四蓄电池组BAT80-104为80-104节蓄电池串联。
优选的，旁路二极管模块包括并联的第五二极管ZD5、第六二极管ZD6、第七二极管ZD7、 第八二极管ZD8，第五二极管ZD5、第六二极管ZD6、第七二极管ZD7、第八二极管ZD8分别 与第一蓄电池组BAT1-26、第二蓄电池组BAT27-52、第三蓄电池组BAT53-79、第四蓄电池组 BAT80-104并联。
优选的，母线失压补偿模块包括并联的第一DC/DC电压变换器DC1、第二DC/DC电压变 换器DC2、第三DC/DC电压变换器DC3；输入逆止二极管单元包括第四二极管ZD4，第四二极 管ZD4阳极连接母线失压补偿模块输入负极，第四二极管ZD4阴极连接串联蓄电池模块负极； 输出逆止二极管单元包括第一二极管ZD1、第二二极管ZD2、第三二极管ZD3，第一二极管ZD1、 第二二极管ZD2、第三二极管ZD3阳极分别连接第一DC/DC电压变换器DC1、第二DC/DC电压 变换器DC2、第三DC/DC电压变换器DC3输出正极、阴极连接直流母线正极。
优选的，母线失压补偿模块为宽幅压输入、恒压输出DC/DC电压变换器。
母线失压补偿模块自动识别跨接回路电压，将跨接回路电压变换为直流母线电压输出给 直流母线，实现直流母线电压自动补偿。
本发明所述直流电源母线失压自动跨接补偿方法，应用上述直流电源母线失压自动跨接 补偿系统，将现有流电源系统单串联蓄电池组分成N个串联的蓄电池组作为串联蓄电池模块， 在每个蓄电池组两端并接一个旁路二极管，串联蓄电池模块的输出通过输入逆止二极管接至 母线失压补偿模块的输入，母线失压补偿模块的输出通过输出逆止二极管单元接至直流母线。
当串联蓄电池模块的部分蓄电池组开路时，与开路蓄电池组并联的相应旁路二极管模块 的旁路二极管代替开路蓄电池组与非开路蓄电池组构成回路，自动跨接形成系统供电供给母 线失压补偿模块，系统电压通过母线失压补偿模块变换为直流母线电压输出补偿直流母线电 压。只要有一个蓄电池组正常即可工作，极大降低了由于单节蓄电池开路导致直流母线电压 失电的故障，提高了直流电源系统的安全性与可靠性。
优选的，母线失压补偿模块配置M个电压变换器，M个电压变换器并接，每个电压变换 器配置一个输出逆止二极管，输出逆止二极管阳极接至相应电压变换器输出正极、阴极接至 直流母线正极，其中M为正整数，且M≥2。
母线失压补偿模块可以根据系统负荷配置不同数量，最少配置2个，系统负荷越高配置 数量越多。母线失压补偿模块自动识别跨接回路电压，将跨接回路电压变换为直流母线电压 输出给直流母线，实现直流母线电压自动补偿。
优选的，母线失压补偿模块为宽幅压输入、恒压输出DC/DC电压变换器。
母线失压补偿模块自动识别跨接回路电压，将跨接回路电压变换为直流母线电压输出给 直流母线，实现直流母线电压自动补偿。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明所述直流电源母线失压自动跨接补偿系统，可实现直流电源系统蓄电池组出现 开路时的自动跨接升压补偿，解决了直流系统因为单节蓄电池开路导致整个系统失电的问题， 提高了直流电源系统的安全性与可靠性。
2、本发明所述直流电源母线失压自动跨接补偿系统，仅在现有系统里增加N个旁路二极 管、1个输入逆止二极管、M个电压变换器、M个输出逆止二极管，成本更低，安装实施更方 便。
3、本发明所述直流电源母线失压自动跨接补偿系统，N个串联的蓄电池组作为一个串联 蓄电池模块，整体输出至母线失压补偿模块，不影响蓄电池组的维护，不会对蓄电池组寿命 产生任何影响。
4、本发明所述直流电源母线失压自动跨接补偿方法，可实现直流电源系统蓄电池组出现 开路时的自动跨接升压补偿，解决了直流系统因为单节蓄电池开路导致整个系统失电的问题， 提高了直流电源系统的安全性与可靠性。
5、本发明所述直流电源母线失压自动跨接补偿方法，仅在现有系统里增加N个旁路二极 管、1个输入逆止二极管、M个电压变换器、M个输出逆止二极管，成本更低，安装实施更方 便。
6、本发明所述直流电源母线失压自动跨接补偿方法，将现有流电源系统单串联蓄电池组 分成N个串联的蓄电池组作为串联蓄电池模块，整体输出至母线失压补偿模块，不影响蓄电 池组的维护，不会对蓄电池组寿命产生任何影响。
附图说明
图1为本发明所述直流电源母线失压自动跨接补偿系统原理图；
图2为本发明所述第一蓄电池组串联蓄电池开路原理图；
图3为本发明所述第三蓄电池组串联蓄电池开路原理图；
图4为本发明所述第一蓄电池组与第三蓄电池组串联蓄电池同时开路原理图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进 一步地详细描述。
实施例1
本发明所述一种直流电源母线失压自动跨接补偿系统，包括直流母线，还包括串联蓄电 池模块、旁路二极管模块、母线失压补偿模块、逆止二极管模块，串联蓄电池模块用于提供 系统供电，旁路二极管模块用于实现直流母线失压自动跨接，母线失压补偿模块用于实现直 流母线电压自动补偿，逆止二极管模块包括输入逆止二极管单元和输出逆止二极管单元，输 入逆止二极管单元用于防止失压补偿模块反向给串联蓄电池模块充电，输出逆止二极管单元 用于防止母线电压回灌失压补偿模块。
串联蓄电池模块包括N个串联的蓄电池组；旁路二极管模块包括N个旁路二极管，一个 旁路二极管与一个蓄电池组并联，旁路二极管的阴极连接并联蓄电池组的正极，旁路二极管 的阳极连接并联蓄电池组的负极；逆止二极管模块包括输入逆止二极管单元和输出逆止二极 管单元，输入逆止二极管单元为1个输入逆止二极管，输入逆止二极管阳极连接母线失压补 偿模块输入负极、阴极连接串联蓄电池模块负极，输出逆止二极管单元阳极连接失压补偿模 块输出正极、阴极连接直流母线正极；其中N为正整数，且N≥2。
母线失压补偿模块包括M个并联的电压变换器，输出逆止二极管单元包括M个输出逆止 二极管，一个输出逆止二极管阳极连接一个电压变换器输出正极、阴极连接直流母线正极， 其中M为正整数，且M≥2。
工作原理：
当串联蓄电池模块的部分蓄电池组开路时，与开路蓄电池组并联的相应旁路二极管模块 的旁路二极管代替开路蓄电池组与非开路蓄电池组构成回路，自动跨接形成系统供电供给母 线失压补偿模块，系统电压通过母线失压补偿模块变换为直流母线电压输出补偿直流母线电 压。只要有一个蓄电池组正常即可工作，极大降低了由于单节蓄电池开路导致直流母线电压 失电的故障，提高了直流电源系统的安全性与可靠性。
下面以N＝4，M＝3为例作进一步地详细描述：
如图1所示，串联蓄电池模块包括四个串联的蓄电池组，第一蓄电池组BAT1-26为1-26 节蓄电池串联，第二蓄电池组BAT27-52为27-52节蓄电池串联，第三蓄电池组BAT53-79为 53-79节蓄电池串联，第四蓄电池组BAT80-104为80-104节蓄电池串联。每个蓄电池组中单 节蓄电池串联，四个蓄电池组串联，用于提供系统供电。
旁路二极管模块包括第五二极管ZD5、第六二极管ZD6、第七二极管ZD7、第八二极管ZD8， 第五二极管ZD5、第六二极管ZD6、第七二极管ZD7、第八二极管ZD8分别与第一蓄电池组 BAT1-26、第二蓄电池组BAT27-52、第三蓄电池组BAT53-79、第四蓄电池组BAT80-104并联。 第一蓄电池组BAT1-26的正极电连接第五二极管ZD5的阴极，第一蓄电池组BAT1-26的负极 电连接第五二极管ZD5的阳极；第二蓄电池组BAT27-52的正极电连接第六二极管ZD6的阴极， 第二蓄电池组BAT27-52的负极电连接第六二极管ZD6的阳极；第三蓄电池组BAT53-79BAT1-26 的正极电连接第七二极管ZD7的阴极，第三蓄电池组BAT53-79的负极电连接第七二极管ZD7 的阳极；第四蓄电池组BAT80-104的正极电连接第八二极管ZD8的阴极，第四蓄电池组 BAT80-104的负极电连接第八二极管ZD8的阳极。当串联蓄电池模块中发生蓄电池开路的时 候，系统供电可以通过旁路二极管形成供电回路，以实现直流母线失压自动跨接。
母线失压补偿模块包括并联的第一DC/DC电压变换器DC1、第二DC/DC电压变换器DC2、第三 DC/DC电压变换器DC3，第一DC/DC电压变换器DC1、第二DC/DC电压变换器DC2、第三DC/DC 电压变换器DC3为宽幅压输入恒压输出DC/DC电压变换器，具体型号可以为DC60DC300P4KW, 具备48～300V的宽输入范围、DC220V恒压输出。串联蓄电池模块中只要有一个蓄电池组接至 母线失压补偿模块即可实现电压变换工作，母线失压补偿模块恒压输出，通过母线失压补偿 模块的电压变换实现部分蓄电池组开路时直流母线不失压。母线失压补偿模块自动识别跨接 回路电压，将跨接回路电压变换为直流母线电压输出给直流母线，实现直流母线电压自动补 偿。
输入逆止二极管单元包括第四二极管ZD4，第四二极管ZD4阳极连接母线失压补偿模块 输入负极，第四二极管ZD4阴极连接串联蓄电池模块负极，用于防止失压补偿模块反向给串 联蓄电池模块充电。输出逆止二极管单元包括第一二极管ZD1、第二二极管ZD2、第三二极管 ZD3，第一二极管ZD1、第二二极管ZD2、第三二极管ZD3阳极连接失压补偿模块输出正极， 阴极连接直流母线正极，用于防止母线电压回灌失压补偿模块。每个电压变换器配置一个输 出逆止二极管，第一二极管ZD1阳极连接第一DC/DC电压变换器DC1输出正极，第二二极管 ZD2阳极连接第二DC/DC电压变换器DC2输出正极，第三二极管ZD3阳极连接第三DC/DC电 压变换器DC3输出正极。
针对不同情况的直流电源母线失压自动跨接补偿系统运行方式如下：
1、串联蓄电池模块正常运行
如图1所示，串联蓄电池模块正常运行不存在开路蓄电池组，串联蓄电池模块与母线失 压补偿模块构成回路。电流流向沿第四蓄电池组BAT80-104-第三蓄电池组BAT53-79-第二 蓄电池组BAT27-52-第一蓄电池组BAT1-26形成系统供电供给母线失压补偿模块，系统电压 通过母线失压补偿模块变换为直流母线电压输出。
2、第一蓄电池组BAT1-26串联蓄电池开路
如图2所示，串联蓄电池模块第一蓄电池组BAT1-26存在开路蓄电池，第四蓄电池组 BAT80-104、第三蓄电池组BAT53-79、第二蓄电池组BAT27-52、旁路二极管模块的第五二极 管ZD5与母线失压补偿模块构成回路。电流流向沿第四蓄电池组BAT80-104-第三蓄电池组 BAT53-79-第二蓄电池组BAT27-52-第五二极管ZD5形成系统供电供给母线失压补偿模块，系 统电压通过母线失压补偿模块变换为直流母线电压输出。
3、第三蓄电池组BAT53-79串联蓄电池开路
如图3所示，串联蓄电池模块第三蓄电池组BAT53-79存在开路蓄电池，第四蓄电池组 BAT80-104、旁路二极管模块的第七二极管ZD7、第二蓄电池组BAT27-52、第一蓄电池 组BAT1-26与母线失压补偿模块构成回路。电流流向沿第四蓄电池组BAT80-104-旁路二极管模块的第七二极管ZD7-第二蓄电池组BAT27-52-第一蓄电池组BAT1-26形成系统供电供给母 线失压补偿模块，系统电压通过母线失压补偿模块变换为直流母线电压输出。
4、第一蓄电池组BAT1-26与第三蓄电池组BAT53-79串联蓄电池同时开路
如图4所示，串联蓄电池模块第一蓄电池组BAT1-26与第三蓄电池组BAT53-79串联蓄电 池同时存在开路蓄电池，第四蓄电池组BAT80-104、旁路二极管模块的第七二极管ZD7、第二 蓄电池组BAT27-52、旁路二极管模块的第五二极管ZD5与母线失压补偿模块构成回路。电流 流向沿第四蓄电池组BAT80-104-旁路二极管模块的第七二极管ZD7-第二蓄电池组BAT27-52 旁路二极管模块的第五二极管ZD5形成系统供电供给母线失压补偿模块，系统电压通过母线 失压补偿模块变换为直流母线电压输出。
应当注意的是，串联蓄电池模块的部分蓄电池组开路时，与开路蓄电池组并联的相应旁 路二极管模块的旁路二极管代替开路蓄电池组与非开路蓄电池组构成回路，形成系统供电供 给母线失压补偿模块，系统电压通过母线失压补偿模块变换为直流母线电压输出。上述只是 列举了几种蓄电池组开路时的情况，其他情况的蓄电池组开路情况同样适用，该方案只要有 一个蓄电池组正常即可工作，极大降低了由于单节蓄电池开路导致直流系统母线电压失电的 故障，提高了直流电源系统的安全性与可靠性。
相应的，参照上述直流电源母线失压自动跨接补偿系统，本发明所述直流电源母线失压 自动跨接补偿方法包括：将现有流电源系统单串联蓄电池组分成N个串联的蓄电池组作为串 联蓄电池模块，在每个蓄电池组两端并接一个旁路二极管，串联蓄电池模块的输出通过输入 逆止二极管接至母线失压补偿模块的输入，母线失压补偿模块的输出通过输出逆止二极管单 元接至直流母线；当串联蓄电池模块的部分蓄电池组开路时，与开路蓄电池组并联的相应旁 路二极管模块的旁路二极管代替开路蓄电池组与非开路蓄电池组构成回路，自动跨接形成系 统供电供给母线失压补偿模块，系统电压通过母线失压补偿模块变换为直流母线电压输出补 偿直流母线电压。母线失压补偿模块配置M个电压变换器，M个电压变换器并接，每个电压 变换器配置一个输出逆止二极管，输出逆止二极管阳极接至相应电压变换器输出正极、阴极 接至直流母线正极，其中M为正整数，且M≥2。母线失压补偿模块为宽幅压输入、恒压输出 DC/DC电压变换器。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而己，并不以本发明为限制，凡在本发明的精神和原 则之内所作的均等修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的专利涵盖范围内。
Claims (9)
1.一种直流电源母线失压自动跨接补偿系统，包括直流母线，其特征在于：还包括串联蓄电池模块、旁路二极管模块、母线失压补偿模块、逆止二极管模块，串联蓄电池模块包括N个串联的蓄电池组；旁路二极管模块包括N个旁路二极管，一个旁路二极管与一个蓄电池组并联，旁路二极管的阴极连接并联蓄电池组的正极，旁路二极管的阳极连接并联蓄电池组的负极；逆止二极管模块包括输入逆止二极管单元和输出逆止二极管单元，输入逆止二极管单元为1个输入逆止二极管，输入逆止二极管阳极连接母线失压补偿模块输入负极、阴极连接串联蓄电池模块负极，输出逆止二极管单元阳极连接失压补偿模块输出正极、阴极连接直流母线正极；其中N为正整数，且N≥2。
2.根据权利要求1所述直流电源母线失压自动跨接补偿系统，其特征在于：母线失压补偿模块包括M个并联的电压变换器，输出逆止二极管单元包括M个输出逆止二极管，一个输出逆止二极管阳极连接一个电压变换器输出正极、阴极连接直流母线正极，其中M为正整数，且M≥2。
3.根据权利要求1或2所述直流电源母线失压自动跨接补偿系统，其特征在于：串联蓄电池模块包括四个串联的蓄电池组，第一蓄电池组BAT1-26为1-26节蓄电池串联，第二蓄电池组BAT27-52为27-52节蓄电池串联，第三蓄电池组BAT53-79为53-79节蓄电池串联，第四蓄电池组BAT80-104为80-104节蓄电池串联。
4.根据权利要求3所述直流电源母线失压自动跨接补偿系统，其特征在于：旁路二极管模块包括并联的第五二极管ZD5、第六二极管ZD6、第七二极管ZD7、第八二极管ZD8，第五二极管ZD5、第六二极管ZD6、第七二极管ZD7、第八二极管ZD8分别与第一蓄电池组BAT1-26、第二蓄电池组BAT27-52、第三蓄电池组BAT53-79、第四蓄电池组BAT80-104并联。
5.根据权利要求4所述直流电源母线失压自动跨接补偿系统，其特征在于：母线失压补偿模块包括并联的第一DC/DC电压变换器DC1、第二DC/DC电压变换器DC2、第三DC/DC电压变换器DC3；输入逆止二极管单元包括第四二极管ZD4，第四二极管ZD4阳极连接母线失压补偿模块输入负极，第四二极管ZD4阴极连接串联蓄电池模块负极；输出逆止二极管单元包括第一二极管ZD1、第二二极管ZD2、第三二极管ZD3，第一二极管ZD1、第二二极管ZD2、第三二极管ZD3阳极分别连接第一DC/DC电压变换器DC1、第二DC/DC电压变换器DC2、第三DC/DC电压变换器DC3输出正极、阴极连接直流母线正极。
6.根据权利要求1所述直流电源母线失压自动跨接补偿系统，其特征在于：母线失压补偿模块为宽幅压输入、恒压输出DC/DC电压变换器。
7.一种直流电源母线失压自动跨接补偿方法，应用于权利要求1所述的直流电源母线失压自动跨接补偿系统，其特征在于：将现有流电源系统单串联蓄电池组分成N个串联的蓄电池组作为串联蓄电池模块，在每个蓄电池组两端并接一个旁路二极管，串联蓄电池模块的输出通过输入逆止二极管接至母线失压补偿模块的输入，母线失压补偿模块的输出通过输出逆止二极管单元接至直流母线；当串联蓄电池模块的部分蓄电池组开路时，与开路蓄电池组并联的相应旁路二极管模块的旁路二极管代替开路蓄电池组与非开路蓄电池组构成回路，自动跨接形成系统供电供给母线失压补偿模块，系统电压通过母线失压补偿模块变换为直流母线电压输出补偿直流母线电压。
8.根据权利要求7所述的种直流电源母线失压自动跨接补偿方法，其特征在于：母线失压补偿模块配置M个电压变换器，M个电压变换器并接，每个电压变换器配置一个输出逆止二极管，输出逆止二极管阳极接至相应电压变换器输出正极、阴极接至直流母线正极，其中M为正整数，且M≥2。
9.根据权利要求8所述的种直流电源母线失压自动跨接补偿方法，其特征在于：母线失压补偿模块为宽幅压输入、恒压输出DC/DC电压变换器。
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-
2019
- 2019-09-24 CN CN201910906121.5A patent/CN110729809A/zh active Pending
Patent Citations (5)
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