CN112491131A - 基于金属空气电池的变电站移动应急电源系统 - Google Patents

基于金属空气电池的变电站移动应急电源系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开基于金属空气电池的变电站移动应急电源系统，包括：应急电源车和应急馈线电源车；所述应急电源车包括应急电池电源、电池管理单元、直流变换器、馈线开关、监控装置、通信管理单元、交流变换器；所述监控装置与直流变换器、通信管理单元、交流变换器连接；所述通讯管理单元与电池管理单元连接，所述应急电池电源与电池管理单元连接，所述应急电池电源的输出端连接交流变换器的输出端，所述交流变换器的输出端连接直流变换器，所述直流变换器和交流变换器的输出端馈线开关，所述馈线开关的输出端通过连接馈线与应急馈线电源车连接。本发明采用模块化设计，操作简单方便；提高了移动应急电源设备的利用率，增加直流供电系统的应用可靠性。

Description

基于金属空气电池的变电站移动应急电源系统
技术领域
本发明属于电池技术领域，具体涉及基于金属空气电池的变电站移动应急电源系统。
背景技术
直流电源系统是变电站二次设备的核心，而蓄电池作为直流系统的重要组成部分，在交流停电时为保护、控制、监控系统、智能装置和UPS等提供备用电源，是保障直流电源系统可靠性的最后一道防线。
目前变电站站用的蓄电池99％以上为阀控式铅酸电池，由于其本身的一些特性，需要定期对蓄电池进行核容，但是变电站直流系统禁止直流充电装置脱离蓄电池单独运行，因此在蓄电池单套配置的变电站直流系统中，电池核容方式主要有以下两种：
①在线半容量核容，蓄电池不脱离直流母线；
②全核对性放电试验，需搬运一组笨重的铅酸蓄电池至现场。
由于外部条件限制，同时为了避免蓄电池离线核容放电时，蓄电池需脱离直流母线，一旦交流失电，充电机停止工作，导致整个直流系统失去电源，造成重大事故，运维人员通常未进行电池全核对性放电试验，仅对蓄电池进行在线半容量核容，这种操作方式不能够全面检测蓄电池容量和单体电池存在的问题。同时变电站直流系统改造时间较长，为了满足不停电对直流系统进行升级改造的要求，运维人员通常是将笨重的常规直流屏柜(包括电池柜、充电柜、馈线柜等)搬运到改造现场，造成操作复杂、移动不便等诸多问题，增加了运维人员的工作量。
因此设计和研制一种适用于多场景应用的变电站移动应急电源系统的需求非常迫切。
发明内容
针对上述现有技术存在不足，本发明提供基于金属空气电池的变电站移动应急电源系统。满足变电站多种应用场景的使用需求，提高直流供电系统的可靠性。
本发明采用的技术方案为：
基于金属空气电池的变电站移动应急电源系统，包括：应急电源车和应急馈线电源车；
所述应急电源车包括应急电池电源、电池管理单元、直流变换器、馈线开关、监控装置、通信管理单元、交流变换器；
所述监控装置与直流变换器、通信管理单元、交流变换器连接；
所述通讯管理单元与电池管理单元连接，所述应急电池电源与电池管理单元连接，所述应急电池电源的输出端连接交流变换器的输出端，所述交流变换器的输出端连接直流变换器，所述直流变换器和交流变换器的输出端馈线开关，所述馈线开关的输出端通过连接馈线与应急馈线电源车连接。
作为本发明的进一步技术方案为：所述应急电池电源包括多个电池箱和一主控箱；所述电池箱之间采用串联方式连接。
作为本发明的进一步技术方案为：所述电池箱和主控箱采用抽屉式结构。
作为本发明的进一步技术方案为：所述电池应急电源车上设置第一输出回路和第二输出回路，其中第一输出回路为带有防逆流二极管的直流输出回路，第二输出回路为直接直流输出回路。
作为本发明的进一步技术方案为：所述电池箱内的金属空气电池采用1P14S连接方式。
作为本发明的进一步技术方案为：所述电池管理单元包括电池系统管理模块、电池簇管理模块和采集模块，所述采集模块与电池簇管理模块采用CAN总线通信；所述电池簇管理模块和电池系统管理模块之间采用CAN总线通讯，所述电池系统管理模块与监控装置采用RS485通信。
作为本发明的进一步技术方案为：所述金属空气电池采用钛锂电池。
本发明的有益效果是：
本发明提供的移动应急电源系统搬运方便，具有可移动性，满足多站点使用，应用范围广；采用模块化设计，即插即用，操作简单方便；安全、可靠、环保、寿命长；采用市电AC220V输入，充电方便；可为48V和220V(110V)两种电压等级负荷提供应急电源。由于移动应急电源系统采用模块化设计理念，可对不同功能模块进行增减，以满足用户个性化定制需求，达到良好的用户体验。真正实现“一机多能”，大大提高了移动应急电源设备的利用率，增加直流供电系统的应用可靠性。
附图说明
图1为本发明提出的基于金属空气电池的变电站移动应急电源系统结构图；
图2为本发明提出的所述应急电源车结构图；
图3为本发明提出的所述应急馈线电源车结构图图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面结合附图对本申请作进一步的详细说明。应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
参见图1至图3，其中图1为本发明提出的基于金属空气电池的变电站移动应急电源系统结构图；图2为本发明提出的所述应急电源车结构图；图3为本发明提出的所述应急馈线电源车结构图图。
如图1至图3所示，基于金属空气电池的变电站移动应急电源系统，包括：应急电源车1和应急馈线电源车2；
所述应急电源车1包括应急电池电源11、电池管理单元12、直流变换器13、馈线开关14、监控装置15、通信管理单元16、交流变换器17；
所述监控装置15与直流变换器13、通信管理单元16、交流变换器17连接；
所述通讯管理单元16与电池管理单元12连接，所述应急电池电源11与电池管理单元12连接，所述应急电池电源11的输出端连接交流变换器17的输出端，所述交流变换器17的输出端连接直流变换器13，所述直流变换器13和交流变换器17的输出端馈线开关14，所述馈线开关14的输出端通过连接馈线与应急馈线电源车2连接。
金属空气电池应急电源车由电池车和充电车两部分组成，包含监控器、电源模块、主控箱、电池模组等设备。主控箱包括通讯管理单元、电池管理单元和直流供电单元等。通讯管理单元可实时采样BMS电池的信息提供给直流监控器，并传送直流监控器的命令给到BMS，让直流监控器和BMS协同稳定工作；直流供电单元由储能电池经DC/DC变换，给BMS系统提供工作电源。
本发明实施例中，移动应急电源系统具备以下技术特点：搬运方便，具有可移动性，满足多站点使用，应用范围广；采用模块化设计，即插即用，操作简单方便；安全、可靠、环保、寿命长；采用市电AC220V输入，充电方便；可为48V和220V(110V)两种电压等级负荷提供应急电源。由于移动应急电源系统采用模块化设计理念，可对不同功能模块进行增减，以满足用户个性化定制需求，达到良好的用户体验。真正实现“一机多能”，大大提高了移动应急电源设备的利用率，增加直流供电系统的应用可靠性。
本发明实施例中，应急电池电源包括多个电池箱和一主控箱；所述电池箱之间采用串联方式连接。其中，电池箱和主控箱采用抽屉式结构。电池箱和主控箱都是抽屉式可拆装设备，方便搬运和灵活组合使用。
金属空气电池系统直流系统标称电压为220V，单节金属空气电池标称电压为3.2V。根据要求应急直流系统在110kV变电站供电时间需满足不小0.5h的要求，结合电池厂家设备选型，选用83Ah电芯。电池系统共有5个电池箱和1个主控箱组成，其中每个电池箱内电芯采用1P14S连接方式，电池箱之间采用串联方式连接，构成224V/19.26kW电池系统，可达到0.2C充放电循环次数≥3000次。
本发明实施例中，电池应急电源车上设置第一输出回路和第二输出回路，其中第一输出回路为带有防逆流二极管的直流输出回路，第二输出回路为直接直流输出回路。方便不同应用场景的功能切换。
当站用直流电源系统的蓄电池需要离线核容时可以把金属空气电池应急电源车的直流输出端并联到原直流系统的直流母线上，作为原直流系统的备用电池使用。此时，金属空气电池车接至“防逆流二极管”输出回路，此回路可禁止原直流系统向金属空气蓄电池组充电，避免两套不同电池类型的直流系统之间相互影响。在蓄电池离线核容时，若站用直流系统市电故障或者直流充电机停止运行，应急电源装置监控单元监测到母线电压丢失，根据检测到的负载电流需求通过蓄电池组开始对负载进行供电，并实时监测在线电压电流等。此工作模式实现了原直流系统母线失电时无缝切换供电，保证了直流负荷供电的可靠性。
本发明实施例中，电池管理单元包括电池系统管理模块、电池簇管理模块和采集模块，所述采集模块与电池簇管理模块采用CAN总线通信；所述电池簇管理模块和电池系统管理模块之间采用CAN总线通讯，所述电池系统管理模块与监控装置采用RS485通信。
采集模块用于对电池的电量、充放电电压电流等信息进行采集，为电池系统管理模块提供参考依据，多个电池系统管理模块对电池簇管理模块进行统一管理。通过分层管理实现对电池应急电源的管理。
本发明实施例中，金属空气电池应急电源车和应急馈线电源车两部分可以根据实际情况合二为一使用，亦可分开单独使用，同时解决变电站直流系统蓄电池离线核容和不停电升级改造的问题。
当直流电源系统进行升级该造的时候可以把金属空气电池应急电源车和应急馈线电源车合并在一起使用，一边给金属空气蓄电池进行浮充电，一边通过应急馈线电源车与原直流馈线并接给直流系统的各负荷供电。把移动应急电源系统作为备用直流电源系统，解决了变电站不停电对直流系统进行升级该造的问题。监控装置可进行参数设置、充放电控制、告警及数据显示等功能。地区变电站操作电源额定电压220V，通信电源额定电压48V，扩大了系统的通用性。
另外，采用移动应急电源系统还可以作为变电站或枢纽楼直流应急电源，根据负荷电压等级灵活接入，满足保供电需求。
移动应急电源系统的屏柜之间、不同功能模块之间的联接均采用航空插形式，各种应用场景下现场操作均简单方便，即插即用。
本发明实施例中，在具体实施过程中，可以配置1套高频开关充电装置，N+1冗余配置，共配置3*10A模块。
直流变换器配置1套高频开关模块，N+1冗余配置，共配置2*20A模块。共配置12回DC48V馈线和48回DC220V馈线，馈线开关额定电流，系统屏柜之间连接均采用航空插形式，操作简单方便，现场即插即用。
电池系统内部电池箱之间也采用航插形式，电池箱1的B-接至电池箱2的B+，以此类推，最终串联连接至主控箱的B+和B-端子，主控箱的P+和P-连接电缆分别连接至直流母线的正负极。航空插头的正极采用红色，负极采用黑色，与电池箱上正负极插座颜色一一对应，接线方便，且避免误接。
本发明实施例中，金属空气电池可以钛锂电池、磷酸铁锂电池、铝空气电池或者锌空气电池等。由于相对阀控式密封铅酸蓄电池，金属空气电池具有超长寿命、使用安全、绿色环保、可大电流充放电、耐高温、自放电率小、无记忆效应、体积小、重量轻等无可比拟的优越性，因此该系统选用金属空气电池作为后备电源。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (7)

1.基于金属空气电池的变电站移动应急电源系统，其特征在于，包括：应急电源车和应急馈线电源车；
所述应急电源车包括应急电池电源、电池管理单元、直流变换器、馈线开关、监控装置、通信管理单元、交流变换器；
所述监控装置与直流变换器、通信管理单元、交流变换器连接；
所述通讯管理单元与电池管理单元连接，所述应急电池电源与电池管理单元连接，所述应急电池电源的输出端连接交流变换器的输出端，所述交流变换器的输出端连接直流变换器，所述直流变换器和交流变换器的输出端馈线开关，所述馈线开关的输出端通过连接馈线与应急馈线电源车连接。
2.根据权利要求1所述的基于金属空气电池的变电站移动应急电源系统，其特征在于，所述应急电池电源包括多个电池箱和一主控箱；所述电池箱之间采用串联方式连接。
3.根据权利要求2所述的基于金属空气电池的变电站移动应急电源系统，其特征在于，所述电池箱和主控箱采用抽屉式结构。
4.根据权利要求1所述的基于金属空气电池的变电站移动应急电源系统，其特征在于，所述电池应急电源车上设置第一输出回路和第二输出回路，其中第一输出回路为带有防逆流二极管的直流输出回路，第二输出回路为直接直流输出回路。
5.根据权利要求1所述的基于金属空气电池的变电站移动应急电源系统，其特征在于，所述电池箱内的金属空气电池采用1P14S连接方式。
6.根据权利要求1所述的基于金属空气电池的变电站移动应急电源系统，其特征在于，所述电池管理单元包括电池系统管理模块、电池簇管理模块和采集模块，所述采集模块与电池簇管理模块采用CAN总线通信；所述电池簇管理模块和电池系统管理模块之间采用CAN总线通讯，所述电池系统管理模块与监控装置采用RS485通信。
7.根据权利要求1所述的基于金属空气电池的变电站移动应急电源系统，其特征在于，所述金属空气电池采用钛锂电池。
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