CN111060827A - 站用直流系统的蓄电池脱离母线监控系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种站用直流系统的蓄电池脱离母线监控系统及其控制方法，所述系统包括：电流检测模块、模数转换模块、多路开关模块、母线脱离控制模块、放电负载模块、通信模块和控制模块。本发明在检测时，投入负载电阻以确认蓄电池组到母线段回路是否开路，继而在确定蓄电池组到母线段回路没有开路的情况下继续检测蓄电池组，本发明在断开第一开关的情况下，通过将蓄电池接入数模转换模块进行检测，其避免了充电机给故障电池造成的虚电压对检测造成影响，同时，其无需向直流系统注入纹波信号，可以避免影响直流系统的正常运行，同时也可以及时发现开路故障，避免事故发生。本发明可以广泛应用于直流系统技术领域。
Description
技术领域
本发明涉及直流系统技术领域，尤其是一种站用直流系统的蓄电池脱离母线监控系统及其控制方法。
背景技术
蓄电池是变电站用直流系统的核心组成部件，其起到备用电源的作用，因此如果蓄电池组发生脱离母线的情况，会导致蓄电池不能起到备用的作用。因此，定期检测蓄电池是否发生母线脱落的情况显得尤为重要。通常蓄电池母线脱落的原因只有两种，一种是蓄电池内部开路，另一种是隔离闸刀和/或熔断器故障。
在传统的检测方式中，采用将特征信号注入的方式进行检测，该方法要求检测装置配备特征信号发生器和特征信号检测器，然而将特征信号注入直流系统，会让直流系统产生纹波，影响直流系统的稳定性。
发明内容
为解决上述技术问题的至少之一，本发明的目的在于：提供一种站用直流系统的蓄电池脱离母线监控系统及其控制方法，以避免往系统中注入纹波。
第一方面，本发明实施例提供了：
一种站用直流系统的蓄电池脱离母线监控系统，包括：
电流检测模块，用于检测流经蓄电池组的电流；
模数转换模块，用于将蓄电池的电压信号转换成数字信号；
多路开关模块，用于将直流系统的蓄电池组中的任意一个或者多个蓄电池接入到模数转换模块；
母线脱离控制模块，其包括第一开关和隔离二极管，所述隔离二极管串联在蓄电池与母线的回路上，所述隔离二极管用于限制流经蓄电池组的电流流向；所述第一开关与所述隔离二极管并联连接，所述第一开关用于旁路所述隔离二极管；
放电负载模块，所述放电负载模块包括负载电阻和第二开关，所述第二开关用于控制负载电阻接入或者脱离蓄电池组；
通信模块，用于接收控制指令；
控制模块，用于获取电流检测模块检测的第一电流和控制指令，根据第一电流以及控制指令确定执行检测，在执行检测时，控制第二开关将负载电阻接入蓄电池组，获取电流检测模块检测的第二电流，根据第二电流确定蓄电池组到母线段回路是否开路；确定蓄电池组到母线段回路无开路后，控制第一开关断开，控制多路控制开关模块按照设定规则将蓄电池组中的蓄电池接入模数转换模块，根据模数转换模块输出的数字信号确定故障的蓄电池。
进一步，所述第一开关为常闭开关，所述常闭开关是指在断电时处于闭合状态的开关。
进一步，所述电流检测模块包括两个第一电流检测单元和第二电流检测单元，所述第一电流检测单元用于检测浮充电流，所述第一电流检测单元的量程小于1A；所述第二电流检测单元用于检测蓄电池放电电流，所述第二电流检测单元的量程大于10A。
进一步，所述电流检测模块还包括运算放大单元和模数转换单元，所述运算放大单元用于将第一电流检测单元和第二电流检测单元所输出的模拟信号进行放大，所述模数转换单元用于运算放大单元所输出的两路模拟信号转换为数字信号，并传输给控制模块。
进一步，所述控制模块上还设有显示模块和按键，所述按键用于输入确定执行检测的指令，所述显示模块用于显示检测结果。
进一步，所述通信模块为485串行通信模块。
进一步，第一开关为200A的直流接触器，所述隔离二极管为额定电流500A的二极管。
第二方面，本发明实施例提供了：
一种站用直流系统的蓄电池脱离母线监控系统的控制方法，包括以下步骤：
获取电流检测模块检测的第一电流和控制指令；
根据第一电流以及控制指令确定执行检测，在执行检测时，控制第二开关将负载电阻接入蓄电池组，获取电流检测模块检测的第二电流，根据第二电流确定蓄电池组到母线段回路是否开路；
确定蓄电池组到母线段回路无开路后，控制第一开关断开，控制多路控制开关模块按照设定规则将蓄电池组中的蓄电池接入模数转换模块，根据模数转换模块输出的数字信号确定故障的蓄电池。
进一步，所述控制多路控制开关模块按照设定规则将蓄电池组中的蓄电池接入模数转换模块，根据模数转换模块输出的数字信号确定故障的蓄电池，其具体为：
控制多路控制开关模块将蓄电池组中的蓄电池逐一接入模数转换模块；
将接入模数转换时，模数转换模块所输出的数字信号表示值小于设定值的蓄电池确定为故障的蓄电池。
进一步，还包括以下步骤：
确定出蓄电池开路后，停止检测；
通过通信模块发送故障的蓄电池的信息。
本发明实施例的有益效果是：本发明根据电流检测模块所检测的第一电流和控制指令，确定是否要执行检测，在特定条件下可以避免触发检测，减少检测对直流系统的影响，也可以提升监控系统的寿命；本发明在检测时，投入负载电阻以确认蓄电池组到母线段回路是否开路，继而在确定蓄电池组到母线段回路没有开路的情况下继续检测蓄电池组，本发明在断开第一开关的情况下，通过将蓄电池接入数模转换模块进行检测，其避免了充电机给故障电池造成的虚电压影响检测结果，同时，其无需向直流系统注入纹波信号，可以避免影响直流系统的正常运行，同时也可以及时发现开路故障，避免事故发生。
附图说明
图1为本发明一种具体实施例的站用直流系统的蓄电池脱离母线监控系统的模块框图；
图2为本发明一种具体实施例的放电负载模块和母线脱离控制模块在直流系统中的连接原理图；
图3为本发明一种具体实施例的多路开关模块和数模转换模块在直流系统中的连接原理图；
图4为本发明一种具体实施例的电流检测模块的模块框图；
图5为本发明一种具体实施例的站用直流系统的蓄电池脱离母线监控系统的控制方法的流程图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体的实施例对本发明进行进一步的说明。
参照图1，本实施例公开了一种站用直流系统的蓄电池脱离母线监控系统，其包括：
电流检测模块，用于检测流经蓄电池组的电流；
模数转换模块，用于将蓄电池的电压信号转换成数字信号；
多路开关模块，用于将直流系统的蓄电池组中的任意一个或者多个蓄电池接入到模数转换模块；
母线脱离控制模块，其包括第一开关和隔离二极管，所述隔离二极管串联在蓄电池与母线的回路上，所述隔离二极管用于限制流经蓄电池组的电流流向；所述第一开关与所述隔离二极管并联连接，所述第一开关用于旁路所述隔离二极管；
放电负载模块，所述放电负载模块包括负载电阻和第二开关，所述第二开关用于控制负载电阻接入或者脱离蓄电池组；
通信模块，用于接收控制指令；
控制模块，用于获取电流检测模块检测的第一电流和控制指令，根据第一电流以及控制指令确定执行检测，在执行检测时，控制第二开关将负载电阻接入蓄电池组，获取电流检测模块检测的第二电流，根据第二电流确定蓄电池组到母线段回路是否开路；确定蓄电池组到母线段回路无开路后，控制第一开关断开，控制多路控制开关模块按照设定规则将蓄电池组中的蓄电池接入模数转换模块，根据模数转换模块输出的数字信号确定故障的蓄电池。
具体地，如图2所示，图2中包括充电机U1～Un以及他们分别对应的交流接入闸刀QF1～QFn，保险丝FU1～FU4，控制闸刀ZK1和ZK2，以及由蓄电池V1～Vn组成的蓄电池组。在本实施例中，母线脱离控制模块由第一开关K1和隔离二极管D组成，其中第一开关K1在非检测状态时处于闭合状态，此时隔离二极管D被第一开关K1旁路，于是充电机可以正常为蓄电池组充电，当充电机故障时，蓄电池也可以正常为母线段供电。同理当第一开关在检测是断开，蓄电池组可以通过隔离二极管D向母线供电。在图2中，第二开关K2和负载电阻R组成了放电负载模块。
当本实施例中的控制模块接收到控制指令后，获取电流检测模块在点CT的电流，此时由于第一开关K1处于闭合状态，所以点CT的电流在蓄电池组没有脱离母线的情况下，约等于浮充电流，该电流值为1mA*C，以300Ah容量的电池组为例，所述1mA*C就是0.3A。当检测到的电流小于该值时，可能存在开路或者电池故障的问题。一般情况下，如果是蓄电池组中的蓄电池故障，电流会偏小，而如果是蓄电池组到母线段的回路开路，则检测到的电流是0。此时，闭合第二开关K2，通过检测点CT的电流可以确定蓄电池组到母线段的回路是否开路，如果电流存在，说明蓄电池组到母线段的回路没有开路，如果点CT没有电流，说明蓄电池组到母线段的回路开路。
当确定蓄电池组到母线段的回路没有开路后，控制多路开关模块将蓄电池组中的蓄电池按照一定的规则接入模数转换模块，如图3所示，多路开关模块有开关K11～K1n组成，通过多路控制开关，可以将任意的蓄电池接入到模数转换模块。
而对于接入的规则可以采取以下几种，一种是单个依次接入，逐个进行电压检测以确定其是否开路。另一种是采用二分法的方式，但是采用二分法的方式，虽然高效，但是其要求模数转换模块具备较大的测量量程。对于故障的蓄电池，其作为电源时，电压会瞬间降低，因此，可以通过与设定值进行比较，确定出蓄电池是否故障，或者多个串联的蓄电池中是否有故障的蓄电池。
作为优选的实施例，所述第一开关为常闭开关，所述常闭开关是指在断电时处于闭合状态的开关。这样能够确保当检测装置掉电时，蓄电池组不会单向脱离母线。
作为优选的实施例，所述电流检测模块包括两个第一电流检测单元和第二电流检测单元，所述第一电流检测单元用于检测浮充电流，所述第一电流检测单元的量程小于1A；所述第二电流检测单元用于检测蓄电池放电电流，所述第二电流检测单元的量程大于10A。在本实施例中，负载电阻采用采用3kW20Ω的电阻，直流系统可能提供110V或者220V的直流电压，由于本系统在不同阶段在点CT检测的电流大小不同，为了达到检测的准确性，在检测浮充电流时，采用量程更小的第一电流检测单元可以达到更好的精度。而检测充电机向负载电阻提供的电流时，该电流较大约为5.5～11A，适合采用更大量程的电流检测单元。
参照图4，作为优选的实施例，所述电流检测模块还包括运算放大单元和模数转换单元，所述运算放大单元用于将第一电流检测单元和第二电流检测单元所输出的模拟信号进行放大，所述模数转换单元用于运算放大单元所输出的两路模拟信号转换为数字信号，并传输给控制模块。两路模拟信号是指第一电流检测单元和第二检测单元输出的模拟信号进行过大后的信号。本实施例设置了运算放大器可以提高检测的灵敏度，避免小信号因为信号幅值过小无法检测。
作为优选的实施例，所述控制模块上还设有显示模块和按键，所述按键用于输入确定执行检测的指令，所述显示模块用于显示检测结果。本实施例增设了显示模块和按键，除了远程操作以外，还允许工作人员在现场通过按键触发检测。
作为优选的实施例，所述通信模块为485串行通信模块。485串行通信模块具有较强稳定性和较好的传输距离，适用于变电站等复杂的电磁环境之中。
作为优选的实施例，第一开关为200A的直流接触器，所述隔离二极管为额定电流500A的二极管。
参照图5，本实施例公开了一种站用直流系统的蓄电池脱离母线监控系统的控制方法，包括以下步骤：
S501、获取电流检测模块检测的第一电流和控制指令；
S502、根据第一电流以及控制指令确定执行检测，在执行检测时，控制第二开关将负载电阻接入蓄电池组，获取电流检测模块检测的第二电流，根据第二电流确定蓄电池组到母线段回路是否开路。一般情况下，通过将第一电流和1mA*C进行比较，当第一电流小于1mA*C时，说明蓄电池组可能存在脱离母线的情况或者部分蓄电池发生故障。而第二电流通常比较大，一般比较阈值设置在1A以上即可。
S503、确定蓄电池组到母线段回路无开路后，控制第一开关断开，控制多路控制开关模块按照设定规则将蓄电池组中的蓄电池接入模数转换模块，根据模数转换模块输出的数字信号确定故障的蓄电池。
作为优选的实施例，所述控制多路控制开关模块按照设定规则将蓄电池组中的蓄电池接入模数转换模块，根据模数转换模块输出的数字信号确定故障的蓄电池，其具体为：
S5031、控制多路控制开关模块将蓄电池组中的蓄电池逐一接入模数转换模块；
S5032、将接入模数转换时，模数转换模块所输出的数字信号表示值小于设定值的蓄电池确定为故障的蓄电池。
本实施例通过逐一接入的方式其运行方式简单便于开发，同时检测的量程固定而且较小，对模数转换模块的要求更低。
参照图5，作为优选的实施例，还包括以下步骤：
S504、确定出蓄电池开路后，停止检测；一般出现一个电池故障均需要现场维修，因此检测出一个故障的蓄电池即可。现场人员可以采用其他现场作业的方式进行更仔细的排查。
S505、通过通信模块发送故障的蓄电池的信息。
在本实施例中，故障的蓄电池的信息会在显示模块显示，也会通过485串口汇总到控制室。
对于上述方法实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (10)
1.一种站用直流系统的蓄电池脱离母线监控系统，其特征在于：包括：
电流检测模块，用于检测流经蓄电池组的电流；
模数转换模块，用于将蓄电池的电压信号转换成数字信号；
多路开关模块，用于将直流系统的蓄电池组中的任意一个或者多个蓄电池接入到模数转换模块；
母线脱离控制模块，其包括第一开关和隔离二极管，所述隔离二极管串联在蓄电池与母线的回路上，所述隔离二极管用于限制流经蓄电池组的电流流向；所述第一开关与所述隔离二极管并联连接，所述第一开关用于旁路所述隔离二极管；
放电负载模块，所述放电负载模块包括负载电阻和第二开关，所述第二开关用于控制负载电阻接入或者脱离蓄电池组；
通信模块，用于接收控制指令；
控制模块，用于获取电流检测模块检测的第一电流和控制指令，根据第一电流以及控制指令确定执行检测，在执行检测时，控制第二开关将负载电阻接入蓄电池组，获取电流检测模块检测的第二电流，根据第二电流确定蓄电池组到母线段回路是否开路；确定蓄电池组到母线段回路无开路后，控制第一开关断开，控制多路控制开关模块按照设定规则将蓄电池组中的蓄电池接入模数转换模块，根据模数转换模块输出的数字信号确定故障的蓄电池。
2.根据权利要求1所述的一种站用直流系统的蓄电池脱离母线监控系统，其特征在于：所述第一开关为常闭开关，所述常闭开关是指在断电时处于闭合状态的开关。
3.根据权利要求1所述的一种站用直流系统的蓄电池脱离母线监控系统，其特征在于：所述电流检测模块包括两个第一电流检测单元和第二电流检测单元，所述第一电流检测单元用于检测浮充电流，所述第一电流检测单元的量程小于1A；所述第二电流检测单元用于检测蓄电池放电电流，所述第二电流检测单元的量程大于10A。
4.根据权利要求3所述的一种站用直流系统的蓄电池脱离母线监控系统，其特征在于：所述电流检测模块还包括运算放大单元和模数转换单元，所述运算放大单元用于将第一电流检测单元和第二电流检测单元所输出的模拟信号进行放大，所述模数转换单元用于运算放大单元所输出的两路模拟信号转换为数字信号，并传输给控制模块。
5.根据权利要求1所述的一种站用直流系统的蓄电池脱离母线监控系统，其特征在于：所述控制模块上还设有显示模块和按键，所述按键用于输入确定执行检测的指令，所述显示模块用于显示检测结果。
6.根据权利要求1所述的一种站用直流系统的蓄电池脱离母线监控系统，其特征在于：所述通信模块为485串行通信模块。
7.根据权利要求1所述的一种站用直流系统的蓄电池脱离母线监控系统，其特征在于：第一开关为200A的直流接触器，所述隔离二极管为额定电流500A的二极管。
8.一种如权利要求1-7任一项所述的站用直流系统的蓄电池脱离母线监控系统的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
获取电流检测模块检测的第一电流和控制指令；
根据第一电流以及控制指令确定执行检测，在执行检测时，控制第二开关将负载电阻接入蓄电池组，获取电流检测模块检测的第二电流，根据第二电流确定蓄电池组到母线段回路是否开路；
确定蓄电池组到母线段回路无开路后，控制第一开关断开，控制多路控制开关模块按照设定规则将蓄电池组中的蓄电池接入模数转换模块，根据模数转换模块输出的数字信号确定故障的蓄电池。
9.根据权利要求8所述的一种站用直流系统的蓄电池脱离母线监控系统的控制方法，其特征在于：所述控制多路控制开关模块按照设定规则将蓄电池组中的蓄电池接入模数转换模块，根据模数转换模块输出的数字信号确定故障的蓄电池，其具体为：
控制多路控制开关模块将蓄电池组中的蓄电池逐一接入模数转换模块；
将接入模数转换时，模数转换模块所输出的数字信号表示值小于设定值的蓄电池确定为故障的蓄电池。
10.根据权利要求9所述的一种站用直流系统的蓄电池脱离母线监控系统的控制方法，其特征在于：还包括以下步骤：
确定出蓄电池开路后，停止检测；
通过通信模块发送故障的蓄电池的信息。
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