CN111049245B - 一种变电站用高可靠性直流电源及检验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种变电站用高可靠性直流电源及检验方法。为了克服现有技术直流电源系统电池组串联，可靠性差；充放电实验不能完全发现电池故障隐患的问题；本发明采用包括母线、AC/DC模块、断路器和直流负载；电池模块，包括若干并联的电池组；双向DC/DC模块，设置在直流母线与电池模块之间，间接控制电池模块的充放电；监控单元，监测电池模块的数据，根据数据判断电池模块的状态，控制双向DC/DC模块的输出电压；上位机，与监控单元通过通信协议连接，接收、储存监测数据，远程下发控制命令。保证直流系统供电，避免电池组单只落后效应，提高可靠性；电池组更滑流程简单；能够实现直流电源的100%额定容量核对性放电，完全发现故障隐患。
Description
技术领域
本发明涉及一种变电站直流电源系统领域，尤其涉及一种变电站用高可靠性直流电源及其充放电实验方法。
背景技术
直流系统电源是变电站内继电保护及自动控制等装置的供电电源，蓄电池组作为直流系统正常工作的惟一备用电源是直流系统的核心组成部分,其供电可靠性对电力系统的安全运行起着重要的作用。
目前，直流系统的供电方案为：380V交流电转化为110V或220V直流电给系统供电，同时有一组蓄电池备用，当交流异常时，由蓄电池组供电。备用电源只有一个蓄电池组，交流异常时，若该蓄电池组也发生故障，直流系统就将失去电源。且电池更换时流程复杂。蓄电池组为电池串联，单节故障就会造成整组故障，即单只落后效应。充放电试验时各项指标不能实时采集，实时监控功能不完善，蓄电池的运行状态及性能变化趋势不能完全掌握，不能及时预警，排除故障隐患。且只能进行50%额定容量的核对性放电，不能完全发现电池故障隐患，维护效率低，影响蓄电池组使用寿命。
例如，一种在中国专利文献上公开的“一种变电站直流电源系统”，其公告号“CN203481883U”，包括蓄电池模块组，所述蓄电池模块组包括多个并联的蓄电池模块，每个所述蓄电池模块包括AC/DC充电模块、磷酸铁锂蓄电池组和DC/DC升压模块；所述变电站直流电源系统还包括供电电流调整模块、充放电电流调整模块、保护装置和电池管理模块；所述供电电流调整模块、充放电电流调整模块、保护装置、电池管理模块均与所述蓄电池模块组电性连接。该电源系统虽然采用并联电池模块的结构，但在交流失电，蓄电池供电过程中存在控制环节，存在较大的供电电压延时，对于对电压要求极高的继保装置而言存在隐患。且AC/DC与DC/DC均无法提供继保装置短路时的断路器开断电流。
发明内容
本发明主要解决现有技术直流电源系统电池组串联，可靠性差；充放电实验不能完全发现电池故障隐患的问题；提供一种变电站用高可靠性直流电源，提高直流系统的可靠性，减弱直流电源系统单只落后效应的问题，备用电源与主电源切换时延时低，以及提供一种直流电源的检验方法，能够实现直流电源的100%额定容量核对性放电，完全发现故障隐患。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
本发明包括母线、AC/DC模块、断路器和直流负载；AC/DC模块输入端的母线为交流母线，AC/DC模块输出端的母线为直流母线，直流母线包括若干直流出线，每个直流出线均连接直流负载，断路器设置在直流出线上；
所述的直流电源还包括：
电池模块，包括若干并联的电池组；
带隔离的双向DC/DC模块，设置在直流母线与电池模块之间，间接控制电池模块的充放电；
监控单元，监测电池模块的电压、电流和温度数据，根据数据判断电池模块的状态，控制双向DC/DC模块的输出电压；
上位机，与监控单元通过通信协议连接，接收、储存监测数据，远程下发控制命令。
使用电池组并联代替串联方案，一个电池模块包括若干个电池组，电池组之间互为备用，当有若干电池组发生故障，即使只剩下一组蓄电池也能维持供电，保证不失电。考虑实际，一个电池模块包括3或4个电池组。在交流异常且电池模块中部分电池组故障时，电池模块中的单个或部分电池组的故障不会使得整个电池组故障，只要有一个电池组正常，直流系统依旧有电源供电。电池组并联代替串联，每个电池组中相应的蓄电池数减少，考虑实际，3个电池组时，每个电池组包括18节蓄电池，4个电池组时，每个电池组包括13节蓄电池；减弱了单只落后效应，降低了故障的概率，提高了直流系统的可靠性。采用了并联的电池组，能在电池组出现故障时，直接更换故障的电池组，不影响直流系统的正常工作；更换工序简单，不需要先安装备用电池，进行故障电池组的更换，再拆除备用电池。更换备用电池组的工序简单、方便、安全。因为电池组并联关系，对单个电池组可以进行100%的充放电实验，不会影响直流系统的正常供电，100%的充放电实验能完全发现电池组的故障隐患，提高了直流电源的可靠性。
作为优选，所述的直流电源还包括导向二极管D5和二极管D8；电池组之间依次串联，组成串联电池组；二极管D5的阳极连接直流母线的负母线，二极管D5的阴极连接串联电池组的负极；二极管D8的阳极连接串联电池组的正极，二极管D8的阴极连接直流母线的正母线。因为二极管的反向截止特性，在直流母线电压正常时，电池组的串联电路不导通；当直流母线直流负载短路时，直流母线的电压降为0，串联电路导通，为断路器提供开断电流，保证在直流负载短路时断路器能够正常动作；串联电池组与直流母线直接相连，当直流母线失压时能瞬时提供电压，直至DC/DC开始工作，支撑起电压，提高了直流负载的供电可靠性。
作为优选，所述的每个电池组包括18节串联的蓄电池，单个电池组容量为300Ah，放电单位为0.1C，放电电流30A。单个电池组的蓄电池数降低到18节，降低了电池组由于单只落后效应造成的发生故障的概率，提高了直流电源的可靠性和安全性。为保证试验有效，放电电流应达到一定限值，单位0.1C，换算为电流具体大小为“电池容量*0.1”，此时若放电电流大于负载电流，证明不能以如此大的电流放电，试验无效，故需要放电电流小于负载电流，即放电功率小于负载功率。放电单位为0.1C，放电电流为30A，进行放电实验时，只需要计算放电的时间就能得到放电量的多少，在放电五小时的时候为50%的额定容量放电，检验此时的电压就能初步判断电池的性能是否满足继续服役的要求，检验方式简单。
作为优选，所述的监控单元包括监控芯片和与监控芯片相连接的温度传感器、电压传感器、电流传感器；所述的温度传感器、电压传感器和电流传感器连接在电池模块上，监控芯片与双向DC/DC模块的控制端连接。监控单元监测电池模块的电流、电压和温度数据，监控芯片将数据上传到上位机，方便数据的记录、储存和观察。监控单元使用触摸式微机监控器，型号为KXT05。监控芯片连接上位机和DC/DC模块的控制端，方便工作人员远程控制。工作人员能通过上位机远程控制DC/DC模块输出端的电压，从而控制电池组的充放电状态，不需要到现场检测、控制，节省了人力，避免了人工检验带来的误差，提高了数据的准确性、控制的精确性和系统的可靠性。
一种变电站用高可靠性直流电源检验方法，包括以下步骤：
S1：50%额定容量放电试验，初步判断电池性能；
S2：100%额定容量放电试验，综合判断电池性能；
S3：电池充电恢复；
S4：更换电池。
先通过50%的放电试验来初步判断电池组的性能，不需要每次检验都100%的充放电，提高了工作效率，延长了电池组的寿命。如果初步判断电池性能有问题，则进行100%额定容量的充放电实验，完全检验电池组的故障，两次检测，避免了初步检测的误差，提高了实验结果的可靠性和可信任程度。
作为优选，所述的步骤S1包括：
S11：从上位机下达50%放电命令；
S12：闭锁双向DC/DC模块的充电功能，升高双向DC/DC模块的输出电压，输出电压大于直流母线电压，进行放电；
S13：判断放电时间是否达到五小时，若是，则达到50%放电时间，进入步骤S14，若否，则继续放电；
S14：判断电池电压是否低于1.9V，若是，则进入步骤S15，若否，则实验结束，进入步骤S3；
S15：判断电池电压是否低于1.8V，若是，则停止放电，进入步骤S16，若否，则继续放电；
S16：降低双向DC/DC模块的输出电压，解锁双向DC/DC模块的充电功能，使得电池均充充电，判断电池充电电流是否小于3A，若是，则改为浮充充电，若否，则继续均充充电。
直流母线的电压为110V，控制DC/DC模块的输出电压及充电功能的闭锁情况就能控制电池组的充放电状态。若提高DC/DC模块的输出电压到115V，同时闭锁其充电功能，DC/DC模块的输出电压高于直流母线的电压，电池组放电；若降低DC/DC模块的输出电源到108V，同时解锁其充电功能，DC/DC模块的输出电压低于直流母线的电压，放电截止；直流母线电压大于电池组充电开启电压，电池组充电。先进行50%的额定容量放电试验，如果在电池组放电的第五个小时，即50%额定容量放电后，电压小于1.9V说明初步判断电池组有故障，不足以支持电池组的继续服役，需要进一步检验确认。如果在50%额定容量放电后，电压大于1.9V，说明电池组的性能足够保证正常服役所需，不需要更换，充满电后继续服役。
作为优选，所述的步骤S2包括：
S21：间隔一天之后，升高双向DC/DC模块的输出电压，闭锁双向DC/DC模块的充电功能，放电，判断在第四个小时的电池电压是否低于1.9V，若是，则进入步骤S4，若否，则继续放电；
S22：判断第八小时的电池电压是否低于1.8V，若是，则进入步骤S4，若否，则继续放电；
S23：判断放电时间是否达到10小时，若是，则进入步骤S3，若否，则继续放电。
如果50%额定容量放电试验得出的数据结果初步判断电池组故障，那么在电池组充满电的第二天进行100%放电试验。两个试验时间间隔一天，证明故障不是偶发性的，提高了试验结果的可靠性。100%额定容量放电试验的判断依据是在放电第四个小时，即40%放电时，电池电压大于1.9V；在放电第八个小时，即80%放电时，电池电压大于1.8V。同时满足以上条件，说明电池组的性能足以支持直流系统的正常工作所需，充满电后继续服役；若有一个条件不满足，说明电池组故障，电池组的性能不足以支持直流系统的正常工作所需，需要更换电池组。保证了试验数据的严谨，提高了数据的可靠性和可信赖程度。
作为优选，所述的步骤S3包括降低双向DC/DC模块的输出电压及解锁充电功能，使得电池均充充电，判断电池充电电流是否小于3A，若是，则改为浮充充电，结束充放电实验，若否，则继续均充充电。若放电试验得到的数据判断电池组性能正常，可以继续服役，则对放电的电池组进行充电，在充电电流不小于3A时，均充充电，充电速度快；在充电电流小于3A后，浮充充电，保持电压，防止电池组自放电，保证电池容量，延长电池寿命。
作为优选，所述的步骤S4包括断开判断为故障的电池组与直流母线之间的连接；取下故障的电池组，更换新的电池组，导通新的电池组与直流母线之间的连接。因为直流电源采用了并联的电池组，在电池组出现故障时，能够直接更换故障的电池组，不影响直流系统的正常工作；不需要先安装备用电池，进行故障电池组的更换，再拆除备用电池。电池组的更换工序简单，更换方便、安全。
本发明的有益效果是：
1.减少了单个电池组中的蓄电池数，降低了因为单只落后效应发生故障的概率，降低电池模块出故障的概率，提高了直流电源的可靠性。
2. 采用并联的电池组，单组供电改为多组供电，提高了直流电源的可靠性。
3.采用并联的电池组，在故障更换时不需要额外的设备，也不需要断电，更换电池组的工序简单，提高效率。
4.监控模块监测电池模块状态，连接上位机，远程控制电池组充放电，节省人力，避免人工检测的误差。
5.在直流母线失电时，电池组瞬间通过双向DC/DC模块放电，不需要程序控制，低延时，响应速度快。
6.充放电试验，先进行50%额定容量充放电实验，初步判断，提高工作效率，延长电池寿命。
7.初步判断电池组有故障后隔一天进行100%额定容量充放电实验，避免偶发性故障，提高判断结果的可靠性、准确定和可信赖程度。
8.充电时，在充电电流小于3A时，均充充电改换为浮充，均充充电速度快，浮充保证电池容量，延长电池寿命。
附图说明
图1是本发明的一种直流电源连接结构框图。
图2是本发明的一种监控单元连接结构框图。
图3是本发明的一种双向DC/DC模块电路原理图。
图4是本发明的一种电源充放电检验流程图。
图中1. AC/DC模块, 2. 断路器，3. 直流负载，4. 电池组，5.DC/DC模块，51.直流降压电路，52.直流升压电路，6电池模块， 7监控模块，71.监控芯片，72.电压传感器，73.温度传感器，74.电流传感器，8.上位机。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：
一种变电站用高可靠性直流电源，如图1所示，包括母线、AC/DC模块1、断路器2、直流负载3、DC/DC模块5、电池模块6、监控单元7和上位机8。
AC/DC模块1输入端的母线为交流母线，AC/DC模块1输出端的母线为直流母线。交流母线包括火线L和零线N，直流母线包括正母线M+和负母线M-。直流母线包括若干直流出线，每个直流出线均连接直流负载3，断路器2设置在直流出线的与直流负载3之间。在一个断路器2断路保护时，其他直流出线的直流负载依旧能继续工作。电池模块6与DC/DC模块5相连接，DC/DC模块5与直流母线相连接。监控单元7与电池模块6和DC/DC模块的控制端相连接，监控模块7与上位机8通过通信协议通信连接。
电池模块6包括若干并联的电池组4，每个电池组4均连接有一个DC/DC模块5，DC/DC模块5与直流母线相连接。每个电池组包括18节串联的蓄电池。单个电池组的蓄电池数降低到18节，降低了电池组由于单只落后效应造成的发生故障的概率，提高了直流电源的可靠性。
本实施例采用了并联的电池组4，能在电池组4出现故障时，直接更换故障的电池组，不影响直流系统的正常工作；更换工序简单，不需要先安装备用电池，进行故障电池组的更换，再拆除备用电池。更换备用电池组的工序简单、方便、安全，提高工作效率。
使用电池组4并联代替串联方案，一个电池模块6包括三个或四个电池组4并联，在本实施例中为三个电池组4并联。电池组4之间互为备用，当有一个或多个电池组4发生故障时，即使只剩下一组蓄电池也能维持供电，也能保证不失电。在交流异常且电池模块6中部分电池组4故障时，直流系统依旧有电源供电；电池模块6中的单个或部分电池组4的故障不会使得整个电池模块6故障，每个电池组中的蓄电池数目减少，减弱了单只落后效应，减低了故障的概率，提高了直流系统的可靠性；串联电池与直流母线直接相连，当直流母线失压时能瞬时提供电压，直至DC/DC开始工作，支撑起电压，更提高了直流电源的供电可靠性。
电池模块6与直流母线之间设置有二极管。在本实施例中，二极管包括二极管D5和二极管D8。
电池组之间依次串联，组成串联电池组。在本实施例中，从靠近AC/DC模块1侧到靠近断路器2侧的电池组依次为第一电池组、第二电池组和第三电池组。第一电池组的正极连接第二电池组的负极，第二电池组的正极连接第三电池组的负极；二极管D5的阳极连接直流母线的负母线M-，二极管D5的阴极连接第一电池组负极；二极管D8的阳极连接第三电池组正极，二极管D8的阴极连接直流母线的正母线M+。
因为二极管的反向截止特性，在直流母线电压正常时，电池组4的串联电路不导通；当直流母线直流负载3短路时，直流母线的电压降为零，电池组4的串联电路导通，为断路器提供开断电流，保证在直流负载短路时断路器能够正常动作，保证了直流系统的可靠性和安全性。
如图2所示，监控单元7包括监控芯片71和与监控芯片71相连接的电压传感器72、温度传感器73、电流传感器74；所述的电压传感器72、温度传感器73和电流传感器74连接在电池模块6上，监控芯片71与DC/DC模块5的控制端连接，监控芯片71通过通信协议与上位机8连接。
监控单元7通过电流传感器74、电压传感器72和温度传感器73分别监测电池模块6的电流、电压和温度数据，监控芯片71将数据上传到上位机8，方便数据的记录、储存和观察。节省人力读取监测数据，避免人工误差，节省人力。监控单元8使用触摸式微机监控器，型号为KXT05。监控芯片71连接上位机8和DC/DC模块5的控制端，方便工作人员远程控制电池模块6进行充放电，节省人力，控制方便。
如图3所示，双向DC/DC模块5为带隔离的双向DC/DC模块5。双向DC/DC模块5包括带隔离的直流降压电路51、带隔离的直流升压电路52、二极管D6、二极管D7、闭锁开关K1和互锁开关K2。直流降压电路51与直流升压电路52的电路结构相同，直流升压电路52与直流降压电路51反向并联。在本实施例中，闭锁开关K1为N沟道MOS管，互锁开关K2为电磁开关。
直流降压电路51包括第一能控开关、第二能控开关、第三能控开关、第四能控开关、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、电感L1、电容C1和变压器T1。第一能控开关为带保护二极管的N沟道MOS管Q1，第二能控开关为带保护二极管的N沟道MOS管Q2，第三能控开关为带保护二极管的N沟道MOS管Q3，第四能控开关为带保护二极管的N沟道MOS管Q4。
MOS管Q2的漏极作为直流降压电路51的正输入端，MOS管Q2的源极连接MOS管Q1的漏极，MOS管Q1的源极作为直流降压电路51的负输入端。MOS管Q4的漏极连接MOS管Q2的漏极，MOS管Q4的源极连接MSO管Q3的漏极，MOS管Q3的源极连接MOS管Q1的源极。二极管D1的阴极连接二极管D2的阳极，二极管D3的阴极连接二极管D4的阳极；二极管D1的阳极连接二极管D3的阳极，二极管D4的阴极连接二极管D2的阴极。变压器T1原边的第一输入端连接MOS管Q2的源极，变压器T1原边的第二输入端连接MOS管Q4的源极，变压器T1副边的第一输出端连接二极管D2的阳极，变压器T1副边的第二输出端连接二极管D4的阳极；变压器T1原边的第一输入端和变压器T1原边的第一输出端为同名端。
二极管D3的阳极连接电容C1的第一端，二极管D4的阴极连接电感L1的第一端，电感L1的第二端连接电容C1的第二端；电容C1的第一端作为直流降压电路51的负输出端，电容C1的第二端作为直流降压电路51的正输出端。
直流降压电路51为电池组充电，AC/DC模块1将交流电转换为110V的直流电压，直流降压电路51把直流母线的110V电压降到更低，为电池组4中的电池充电。电路结构简单，充电不需要程序控制，通过电压差以及闭锁开关K1的开关状态实现，低延时，响应速度快。使用N沟道MOS管作为开关，成本低，控制方式简单，抗干扰能力强。且使用了变压器隔离了电池组和直流母线之间电的联系，提高了安全性。
直流升压电路52包括第五能控开关、第六能控开关、第七能控开关、第八能控开关、二极管D9、二极管D10、二极管D11、二极管D12、电感L2、电容C2和变压器T2。第五能控开关为带保护二极管的N沟道MOS管Q5，第六能控开关为带保护二极管的N沟道MOS管Q6，第七能控开关为带保护二极管的N沟道MOS管Q7，第八能控开关为带保护二极管的N沟道MOS管Q8。
MOS管Q6的漏极作为直流升压电路52的正输入端，MOS管Q6的源极连接MOS管Q5的漏极，MOS管Q5的源极作为直流升压电路52的负输入端。MOS管Q8的漏极连接MOS管Q6的漏极，MOS管Q8的源极连接MSO管Q7的漏极，MOS管Q7的源极连接MOS管Q5的源极。二极管D9的阴极连接二极管D10的阳极，二极管D11的阴极连接二极管D12的阳极；二极管D9的阳极连接二极管D11的阳极，二极管D12的阴极连接二极管D10的阴极。变压器T1原边的第一输入端连接MOS管Q6的源极，变压器T1原边的第二输入端连接MOS管Q8的源极，变压器T1副边的第一输出端连接二极管D6的阳极，变压器T1副边的第二输出端连接二极管D12的阳极；变压器T1原边的第一输入端和变压器T1原边的第一输出端为同名端。
二极管D11的阳极连接电容C2的第一端，二极管D12的阴极连接电感L2的第一端，电感L2的第二端连接电容C2的第二端；电容C2的第一端作为直流升压电路52的负输出端，电容C2的第二端作为直流升压电路52的正输出端。
直流升压电路的输出电压为108V，当直流母线正常供电时，直流母线的电压为110V。当直流母线的电压大于DC/DC模块5充电开启电压，且充电功能未闭锁时，直流母线为电池组充电；当直流母线的电压小于DC/DC模块5输出端的电压时，电池组放电。电路结构简单，不需要程序控制，通过电压差实现，低延时，响应速度快。使用N沟道MOS管作为开关，成本低，控制方式简单，抗干扰能力强。且使用了变压器隔离了电池组和直流母线之间电的联系，提高了安全性。
互锁开关K2的第一端连接直流母线的正母线M+，互锁开关K2的第二端连接闭锁开关K1的漏极，闭锁开关S2的源极连接直流降压电路51的正输入端，即MOS管Q2的漏极。直流降压电路51的负输入端，即MOS管Q1的源极连接直流母线的负母线M-，直流降压电路51的正输出端即电容C1的第二端连接二极管D6的阳极，二极管D6的阴极连接电池组4的正极端，直流降压电路51负输出端，即电容C1的第一端连接电池组4的负极端。直流升压电路51的输入端连接电池组4，即MOS管Q6的漏极连接电池组4的正极端，MOS管Q5的源极连接电池组4的负极端；直流升压电路52的正输出端，即电容C2的第二端连接二极管D7的阳极，二极管D7的阴极连接互锁开关K2的第二端，直流升压电路52的负输出端，即电容C2的第一端连接直流母线的负母线M-。
闭锁开关K1控制电池组的充电闭锁，互锁开关K2在远程充放电时，保证仅有一组电池组进行充放电工作。
电池组4的充放电状态包括以下四种：
在正常情况下，电池组4自动充电：
380V交流电源通过AC/DC模块1转换为110V直流电压，输出至直流母线；同时，直流母线处的直流电压110V达到由双向DC/DC模块5充电开启电压109V，双向DC/DC模块5充电功能解锁，为电池组4充电。充电过程无需进行电压监测与控制，在直流母线电压达到充电开启电压的情况下，自动进行。双向DC/DC模块5输出电压108V低于直流母线电压，放电功能关闭。
在交流异常的情况下，电池组4自动放电：
当交流异常造成直流母线电压下降时，双向DC/DC模块5输出电压108V大于直流母线电压，放电功能迅速开启，电池组4自动放电给直流母线供电，该放电过程同样无需进行电压监测与控制。同时，直流母线处电压不足以达到双向DC/DC模块5的充电开启电压109V，双向DC/DC模块5的充电功能关闭。
远程控制放电：
先通过监控单元7将DC/DC模块5的充电功能闭锁。然后通过监控单元7将双向DC/DC模块5输出电压升高，即改变直流升压电路中MOS管Q4的导通时间，双向DC/DC模块5输出电压升至115V，大于直流母线电压110V，放电功能开启，电池组4从充电模式转为放电模式，为直流母线供电。
远程控制充电：
先通过监控单元7将双向DC/DC模块输出电压降低，即改变直流升压电路中MOS管Q4的导通时间，双向DC/DC模块5输出电压降至108V，小于直流母线电压110V，放电功能关闭。然后通过监控单元7将双向DC/DC模块5充电功能解锁，直流母线处电压110V达到双向DC/DC模块5充电开启电压109V，双向DC/DC模块5充电功能开启，为电池组4充电。
选用双向DC/DC模块5，DC/DC模块5既能从直流母线向电池组4充电，又能通过DC/DC模块5从电池组4相直流母线放电，结构简单，功能完备。双向DC/DC模块5使用了变压器隔离了电池组4和直流母线之间电的联系，提高了安全性。电池组4的充放电通过双向DC/DC模块5的输出电压和直流母线电压之间的电压差实现，不需要程序控制，在直流母线失电的瞬间，电池组就能通过双向DC/DC模块5放电，低延迟、响应速度快。在双向DC/DC模块5和直流母线之间设置有互锁开关K2，在直流降压模块51的输入端设置有闭锁开关K1，闭锁开关K1控制电池组4的充电闭锁，互锁开关K2在远程充放电时，保证仅有一组电池组4进行充放电工作，能分开控制各个电池组4的充放电状态，实现各电池组4之间相互闭锁功能，保证只有一个电池组4处于充放电状态。
一种变电站用高可靠性直流电源检验方法，如图4所示，包括以下步骤：
S1：50%额定容量放电试验，初步判断电池性能。
先进行50%额定容量放电试验，能根据与设定的电压值进行阈值比较，初步判断电池组的性能，如果判断电池组性能良好，则充满电后继续服役，提高了电池组性能检验的效率。
S11：从上位机下达50%放电命令。
S12：闭锁双向DC/DC模块的充电功能，升高双向DC/DC模块的输出电压，输出电压大于直流母线电压，进行放电。
监控单元中的控制芯片控制DC/DC模块中MOS管的导通时间，从而控制输出电压。直流母线的电压为110V，控制DC/DC模块的输出电压就能控制电池组的充放电状态。若提高DC/DC模块的输出电压到115V，DC/DC模块的输出电压高于直流母线的电压，电池组放电；若降低DC/DC模块的输出电压到108V，DC/DC模块的输出电压低于直流母线的电压，放电截止；直流母线电压大于电池组充电开启电压109V，且闭锁开关K1未闭锁，电池组充电。
如果在50%额定容量放电后，电压大于1.9V，说明电池组的性能足够保证正常服役所需，不需要更换，充满点后继续服役。
S13：判断放电时间达到是否达到五小时，若是，则达到50%放电时间，进入步骤S14，若否，则继续放电。
因为单个电池组容量为300Ah，放电单位为0.1C，放电电流30A，电池组容量=放电电流*放电时间；所以实现50%额定容量放电需要放电五小时，实现100%额定容量放电，需要放电十小时。
S14：判断电池电压是否低于1.9V，若是，则进入步骤S15，若否，则实验结束，进入步骤S3。
如果在电池组放电的第五个小时，即50%额定容量放电后，电压小于1.9V说明初步判断电池组有故障，不足以支持电池组的继续服役，需要进一步检验确认。如果电池组放电五小时后，电压不小于1.9V，说明电池组性能正常，电池组的性能足以支持直流系统的正常工作，充满电后就能正常服役。
S15：判断电池电压是否低于1.8V，若是，则停止放电，进入步骤S16，若否，则继续放电。
初步判断电池组性能故障后，将电池组继续放电，直到电压低于1.8V后结束放电，开始充电。将电池组电压降低到1.8V后开始充电，提高充电的速度和效率，科学充电，延长电池组的寿命。
S16：降低双向DC/DC模块的输出电压，解锁双向DC/DC模块的充电功能，使得电池均充充电，判断电池充电电流是否小于3A，若是，则改为浮充充电，若否，则继续均充充电。
在电池充电电流不小于3A时，进行均充充电，充电速度快，充电效率高；在电池充电电流小于3A后进行浮充充电，保证电池容量，延长电池寿命。
S2：100%额定容量放电试验，综合判断电池性能。
50%额定容量放电试验得出的数据结果初步判断电池组故障，那么在电池组充满电的第二天进行100%放电试验。进行更加完全的充放电实验，能完全发现电池组的故障，保证了试验数据的严谨，提高了数据的可靠性和可信赖程度。
S21：间隔一天之后，升高双向DC/DC模块的输出电压，放电，判断在第四个小时的电池电压是否低于1.9V，若是，则进入步骤S4，若否，则继续放电。
两个试验时间间隔一天，证明故障不是偶发性的，提高了试验结果的可靠性。
S22：判断第八小时的电池电压是否低于1.8V，若是，则进入步骤S4，若否，则继续放电。
100%额定容量放电试验的判断依据是在放电第四个小时，即40%放电时，电池电压大于1.9V；在放电第八个小时，即80%放电时，电池电压大于1.8V。同时满足以上两个条件，说明电池组的性能足以支持直流系统的正常工作所需，充满电后继续服役；若有一个条件不满足，说明电池组故障，电池组的性能不足以支持直流系统的正常工作所需，需要更换电池组。保证了试验数据的严谨，提高了数据的可靠性和可信赖程度。
S23：判断放电时间是否达到10小时，若是，则进入步骤S3，若否，则继续放电。
放电十小时，进行电池组100%的完全放电，完全放电后充电，延长电池组的使用寿命。
S3：电池充电恢复。
降低双向DC/DC模块的输出电压，双向DC/DC模块的输出电压低于直流母线电压，充电截止；直流母线电压大于双向DC/DC模块的充电开启电压，且闭锁开关K1未闭锁，使得电池均充充电，判断电池充电电流是否小于3A，若是，则改为浮充充电，结束充放电实验，若否，则继续均充充电。
若放电试验得到的数据判断电池组性能正常，可以继续服役，则对放电的电池组进行充电，在电池充电电流不小于3A时，均充充电，充电速度快，在电池充电电流小于3A后，浮充充电，保持电压，防止电池组自放电，保证电池容量，延长电池寿命。
S4：更换电池。
断开判断为故障的电池组与直流母线之间的连接；取下故障的电池组，更换新的电池组，导通新的电池组与直流母线之间的连接。
因为直流电源采用了并联的电池组4，在电池组4出现故障时，能够直接更换故障的电池组4，不影响直流系统的正常工作；不需要先安装备用电池，进行故障电池组的更换，再拆除备用电池。电池组的更换工序简单，更换方便、安全。
本发明使用并联的电池组4，单组电池组4中的蓄电池数量减少，降低了因为单只落后效应发生故障的概率，降低电池模块出故障的概率，提高了直流电源的可靠性。在故障更换时不需要额外的设备，也不需要断电，更换电池组4的工序简单，提高效率。监控模块7监测电池模块状态，连接上位机8，远程控制电池组4充放电，节省人力，避免人工检测的误差。充放电试验，先进行50%额定容量充放电实验，初步判断，提高工作效率，延长电池寿命。初步判断电池组有故障后隔一天进行100%额定容量充放电实验，避免偶发性故障，提高判断结果的可靠性、准确定和可信赖程度。充电时，在充电电流小于3A后，均充充电改换为浮充，均充充电速度快，浮充保证电池容量，延长电池寿命。
Claims (7)
1.一种变电站用高可靠性直流电源检验方法，包括以下步骤：
S1：50%额定容量放电试验，初步判断电池性能；
S11：从上位机下达50%放电命令；
S12：闭锁双向DC/DC模块的充电功能，升高双向DC/DC模块的输出电压，输出电压大于直流母线电压，进行放电；
S13：判断放电时间是否达到五小时，若是，则达到50%放电时间，进入步骤S14，若否，则继续放电；
S14：判断电池电压是否低于1.9V，若是，则进入步骤S15，若否，则实验结束，进入步骤S3；
S15：判断电池电压是否低于1.8V，若是，则停止放电，进入步骤S16，若否，则继续放电；
S16：降低双向DC/DC模块的输出电压，解锁双向DC/DC模块的充电功能，使得电池均充充电，判断电池充电电流是否小于3A，若是，则改为浮充充电，若否，则继续均充充电；
S2：100%额定容量放电试验，综合判断电池性能；
S3：电池充电恢复；
S4：更换电池；
所述直流电源检验方法使用的直流电源包括母线、AC/DC模块（1）、断路器（2）和直流负载（3）；AC/DC模块（1）输入端的母线为交流母线，AC/DC模块（1）输出端的母线为直流母线，直流母线包括若干直流出线，每个直流出线均连接直流负载（3），断路器（2）设置在直流出线上；
所述的直流电源还包括：
电池模块（6），包括若干并联的电池组（4）；
带隔离的双向DC/DC模块（5），设置在直流母线与电池模块（6）之间，间接控制电池模块（6）的充放电；
监控单元（7），监测电池模块（6）的电压、电流和温度数据，根据数据判断电池模块（6）的状态，控制双向DC/DC模块（5）的输出电压；
上位机（8），与监控单元（7）通过通信协议连接，接收、储存监测数据，远程下发控制命令。
2.根据权利要求1所述的一种变电站用高可靠性直流电源检验方法，其特征在于，所述的直流电源还包括二极管D5和二极管D8；电池组（4）之间依次串联，组成串联电池组；二极管D5的阳极连接直流母线的负母线，二极管D5的阴极连接串联电池组的负极；二极管D8的阳极连接串联电池组的正极，二极管D8的阴极连接直流母线的正母线。
3.根据权利要求1所述的一种变电站用高可靠性直流电源检验方法，其特征在于，所述的每个电池组（4）包括18节串联的蓄电池，单个电池组容量为300Ah，放电单位为0.1C，放电电流30A。
4.根据权利要求1所述的一种变电站用高可靠性直流电源检验方法，其特征在于，所述的监控单元（7）包括监控芯片（71）和与监控芯片相连接的温度传感器（73）、电压传感器（72）、电流传感器（74）；所述的温度传感器（73）、电压传感器（72）和电流传感器（74）连接在电池模块（6）上，监控芯片（71）与双向DC/DC模块（5）的控制端连接。
5.根据权利要求1所述的一种变电站用高可靠性直流电源检验方法，其特征在于，所述的步骤S2包括：
S21：间隔一天之后，升高双向DC/DC模块的输出电压，闭锁双向DC/DC模块的充电功能，放电，判断在第四个小时的电池电压是否低于1.9V，若是，则进入步骤S4，若否，则继续放电；
S22：判断第八小时的电池电压是否低于1.8V，若是，则进入步骤S4，若否，则继续放电；
S23：判断放电时间是否达到10小时，若是，则进入步骤S3，若否，则继续放电。
6.根据权利要求1所述的一种变电站用高可靠性直流电源检验方法，其特征在于，所述的步骤S3包括降低双向DC/DC模块的输出电压及解锁充电功能，使得电池均充充电，判断电池充电电流是否小于3A，若是，则改为浮充充电，结束充放电实验，若否，则继续均充充电。
7.根据权利要求1所述的一种变电站用高可靠性直流电源检验方法，其特征在于，所述的步骤S4包括断开判断为故障的电池组与直流母线之间的连接；取下故障的电池组，更换新的电池组，导通新的电池组与直流母线之间的连接。
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