CN113572183A - 一种站用蓄电池智能维护电路及维护方法 - Google Patents

一种站用蓄电池智能维护电路及维护方法 Download PDF

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    • H02J7/0029Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits

Abstract

本发明涉及一种站用蓄电池智能维护电路及维护方法,将蓄电池均匀分为n组,每个蓄电池监控单元分别监测一组蓄电池组的状态,并反馈给所述直流监控系统;每个双向升降压单元由直流母线或交流母线获取电能为对应的一组蓄电池组充电或者将对应蓄电池组的电能升压后向直流母线或交流母线输出电能;直流监控系统,监测各组电池的状态,控制双向升降压模块调整各组蓄电池组的状态。本发明可以规避传统站用蓄电池组中某一电池单体出现接线故障或内部质量问题且交流进线失压时,直流母线负载的掉电风险;自动地对蓄电池进行核容,通过分组的方式对蓄电池进行均衡控制。

Description

一种站用蓄电池智能维护电路及维护方法
技术领域
本发明涉及直流电源技术领域,尤其涉及一种站用蓄电池智能维护电路及维护方法。
背景技术
变电站直流系统为变电站内提供了110V或220V直流电源,为信号设备保护、自动装置、及断路器分、合闸操作服务,是变电站正常运行的核心部分。当变电站用交流电源失电时,直流系统中配置的蓄电池组可作为后备电源,为站用直流负荷供电,从而保证变电站电气一、二次设备的安全运行。通常直流系统均采用蓄电池组和高频开关电源的组合配置,正常情况下交流电经高频开关整流提供直流电源并对蓄电池进行充电,事故情况下则由蓄电池组提供直流电源,传统的变电站直流系线图如图1所示。
传统的变电站直流系统接有如下缺点:
由于蓄电池组中电池为串联模式,若其中某一电池单体出现接线故障或内部质量问题,将直接导致整个电池组无法正常工作。如此时交流进线出现失压,直流负载将有掉电风险。
蓄电池组各电池单体的容量必然存在差异,串联充电时,充电装置是根据全组电池的电压来对蓄电池组的工作状态进行控制,但事实上在充电过程中,容量较小的蓄电池将提前充满,而容量较大的蓄电池还要继续充电。长期如此运行下去,必然导致蓄电池组中有的电池过充/放电,有的电池欠充/放电,造成蓄电池容量不均衡。
蓄电池组的所配套的巡检装置仅是对各电池单体的端电压进行监测,而对电池实时的容量的监测只能依靠定期离线式(电阻放电模式)全容量核容实验才能真正确定实际容量。整个过程需耗费大量的人力财力。
发明内容
针对现有技术中存在的问题,本发明提供一种站用蓄电池智能维护电路及维护方法,可以规避传统站用蓄电池组中某一电池单体出现接线故障或内部质量问题且交流进线失压时,直流母线负载的掉电风险;自动地对蓄电池进行核容,通过分组的方式对蓄电池进行均衡控制。
为达到上述目的,本发明提供了一种站用蓄电池智能维护电路,包括:n个蓄电池监控单元、双向升降压模块、续流回路以及直流监控系统;
蓄电池均匀分为n组,每个蓄电池监控单元分别监测一组蓄电池组的状态,并反馈给所述直流监控系统;
所述续流回路连接在直流母线与所述双向升降压模块之间;
所述双向升降压模块包括n个双向升压单元,每个双向升降压单元由直流母线或交流母线获取电能为对应的一组蓄电池组充电或者将对应蓄电池组的电能升压后向直流母线或交流母线输出电能;
所述直流监控系统,监测各组电池的状态,当直流母线或交流母线正常供电时,控制所述双向升降压模块使得各组蓄电池组均衡,当存在故障蓄电池组时,关闭该蓄电池组;当需要蓄电池组供电时,如果所有需要蓄电池组正常,则直接输出所有蓄电池串联后提供的电能,如果存在故障蓄电池组,则将正常的蓄电池组升压后并联输出电能。
进一步地,所述直流监控系统控制所述双向升降压模块使得各组蓄电池组均衡,包括:
当某一组蓄电池组的电压低于其他组蓄电池组的电压时,控制对应双向升降压单元为该组蓄电池组充电;当某一组蓄电池组的电压高于其他组蓄电池组的电压时,控制断开所述续流回路,对应双向升降压单元为该组蓄电池组放电。
进一步地,所述续流回路,包括一个常闭触点开关及一个二极管并联组成;常闭触点开关的状态由所述直流监控系统控制。
进一步地,所述直流监控系统,每隔一段时间断开所述续流回路,轮流对各个蓄电池组进行核容或10~30min的浅放电及充电,所述直流监控系统监测各个蓄电池组放电期间电压下降值,如果一组蓄电池组电压下降值高于下降阈值,则停止该组蓄电池组的充放电,输出该组蓄电池组性性能不足的提示。
进一步地,判断是否存在故障包括:监测每组蓄电池组的内阻,如果超过设定内阻阈值,则判断该组蓄电池组故障,停止该组蓄电池组的充放电,并输出预警提示。
进一步地,所述双向升降压单元包括AC电路、第一DC电路以及第二DC电路,当为蓄电池组充电时,如果为交流母线充电,则AC电路和第一DC电路将交流电转换为直流电为蓄电池组充电;如果为直流母线充电且不存在故障蓄电池组时,直接为所有蓄电池充电;如果为直流母线充电且存在故障蓄电池组时,第二DC电路和第一DC电路进行电压转换后为对应蓄电池组充电;
当蓄电池组供电时,如果不存在故障蓄电池组,则直接输出所有蓄电池串联后提供的电能,如果存在故障蓄电池组,则正常的蓄电池组的第一DC电路和第二DC电路对蓄电池组升压至220V或110V后并联输出电能。
进一步地,n个蓄电池监控单元之一为主蓄电池监控单元收集其余n-1个蓄电池监控单元采集的状态数据及自身采集的状态数据发送给所述直流监控系统;
或者还包括主蓄电池监控单元,收集n个蓄电池监控单元采集的状态数据发送给所述直流监控系统。
另一方面提供一种基于所述的站用蓄电池智能维护电路的维护方法,包括:
当直流母线正常供电时,所述直流监控系统,监测各组电池的状态,控制所述双向升降压模块使得各组蓄电池组电压均衡,当存在故障蓄电池组时,关闭该蓄电池组;
当交流母线正常供电时,所述直流监控系统,监测各组电池的状态,控制所述双向升降压模块将交流电转换为直流电为各组蓄电池组充电,控制各组蓄电池组电压均衡,当存在故障蓄电池组时,关闭该蓄电池组;
当需要蓄电池组供电时,如果所有需要蓄电池组正常,则直接输出所有蓄电池串联后提供的电能,如果存在故障蓄电池组,则将正常的蓄电池组升压后并联输出电能。
进一步地,所述直流监控系统,每隔一段时间断开所述续流回路,轮流对各个蓄电池组进行核容或10~30min的浅放电及充电,所述直流监控系统监测各个蓄电池组放电期间电压下降值,如果一组蓄电池组电压下降值高于下降阈值,则停止该组蓄电池组的充放电,输出该组蓄电池组性性能不足的提示。
进一步地,判断是否存在故障包括:监测每组蓄电池组的内阻,如果超过设定内阻阈值,则判断该组蓄电池组故障,停止该组蓄电池组的充放电,并输出预警提示。
本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果:
(1)本发明规避了常规直流系统蓄电池组中某一电池单体出现接线故障或内部质量问题时,如交流进线出现失压,直流负载将有掉电的风险。增加了直流系统的可靠性。
(2)本发明解决了常规直流系统无法进行均衡充电,出现蓄电池容量不均衡的问题,延长了蓄电池组的使用寿命。
(3)本发明具备蓄电池在线核容放电功能,解决了传统电阻放电的能源及人力浪费问题。
(4)本发明电池组各项功能均是以蓄电池分组为单位进行,而非蓄电池单体,在功能及成本之间找到了最优的解决方案。
附图说明
图1传统的变电站直流系统接线图;
图2本发明在直流系统中的接线及功能单元划分示意图;
图3备用状态1能量流动示意图;
图4备用状态2能量流动示意图;
图5升压补偿状态能量流动示意图;
图6分组充电状态能量流动示意图;
图7蓄电池分组核容状态、蓄电池状态监测及均衡状态能量流动示意图。
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明了,下面结合具体实施方式并参照附图,对本发明进一步详细说明。应该理解,这些描述只是示例性的,而并非要限制本发明的范围。此外,在以下说明中,省略了对公知结构和技术的描述,以避免不必要地混淆本发明的概念。
本发明中站用是指变电站及类似厂站的使用场景。蓄电池维护电路是指以蓄电池为核心的,可以按照既定的逻辑或条件对蓄电池进行充电、放电、均衡及核容等操作的电路系统。
站用蓄电池智能维护电路,其特征在于,包括:n个蓄电池监控单元、双向升降压模块、续流回路以及直流监控系统。
蓄电池均匀分为n组,每个蓄电池监控单元分别监测一组蓄电池组的状态,并反馈给所述直流监控系统。蓄电池组的状态包括两端电压以及内阻。
需要通过一个蓄电池监控单元收集其余n-1个蓄电池监控单元采集的状态数据及自身采集的状态数据,进行数据汇总后发送给直流监控系统。或者单独设置一个主蓄电池监控单元,收集n个蓄电池监控单元采集的状态数据发送给所述直流监控系统。
所述续流回路连接在直流母线与所述双向升降压模块之间。续流回路,包括一个常闭触点开关及一个二极管并联组成;常闭触点开关的状态由所述直流监控系统控制。
所述双向升降压模块包括n个双向升压单元,每个双向升降压单元由直流母线或交流母线获取电能为对应的一组蓄电池组充电或者将对应蓄电池组的电能升压后向直流母线或交流母线输出电能。双向升降压模块的输入可以是直流也可以是交流;下文以交流输入为例进行说明。输入为直流的时候,其充电共功能由DC/DC完成。
所述直流监控系统,监测各组电池的状态,当直流母线或交流母线正常供电时,控制所述双向升降压模块使得各组蓄电池组均衡,当存在故障蓄电池组时,关闭该蓄电池组;当需要蓄电池组供电时,如果所有需要蓄电池组正常,则直接输出所有蓄电池串联后提供的电能,如果存在故障蓄电池组,则将正常的蓄电池组升压后并联输出电能。所述直流监控系统控制双向升降压模块及续流回路的工作状态,使站用蓄电池智能维护电路工作于各种不同的状态。
1、备份状态:备份工作状态有两种模式,分别对应直流系统正常状态及直流负载由蓄电池组供电两种状态。
备份状态1,此时直流系统正常工作,交流电网、交流380V整流模块和蓄电池均正常,直流母线开关K2闭合。蓄电池的均浮充电流及直流系统负荷电流均由原直流系统中的整流模块提供,该模块将交流380V电压整流后为直流母线提供直流电源,站用蓄电池智能维护电路处于备用状态。此时续流回路单元常闭触点K3闭合,双向升降压模块单元模块均处于热备份状态。该状态能量流动如图3所示。
备份状态2,此时交流电网或整流模块异常、蓄电池正常,由蓄电池给负载供电,站用蓄电池智能维护电路处于备用状态。此时续流回路单元常闭触点K3闭合,双向升降压模块单元模块均处于热备份状态。直流母线开关K2保持闭合状态,所有蓄电池串联输出电能。该状态能量流动如图4所示。
2、升压补偿状态:当整流模块和蓄电池组均不能向负荷提供电能时,例如第3段蓄电池分组中某单体电池开路故障,此时1#、2#、4#双向升降压模块单元模块中的DC/DC变换器自动为负荷提供电能,输出电压到母线实现无缝切换,确保直流母线供电不间断。此时续流回路单元常闭触点K3闭合,双向升降压单元模块工作于DC/DC升压状态,每个双向升降压单元输出电压均为220V,各个单元并联输出。该状态能量流动如图5所示。
3、分组充放电状态:当交流电网正常、蓄电池异常时,例如第3段蓄电池分组中某单体电池开路故障,母线负载由整流模块供电,整组蓄电池无法充电,此时1#、2#、4#双向升降压单元中的AC/DC变换器分别对第1、2、4段蓄电池分组进行充电,以保证在交流电网异常时第1、2、4端蓄电池有足够能量给负载供电。此时续流回路单元常闭触点K3闭合,双向升降压模块单元模块工作于AC/DC充电状态。该状态能量流动如图6所示。
类似地,当放电时,续流回路单元常闭触点K3断开,1#、2#、4#双向升降压单元中的DC/DC变换器分别对第1、2、4段蓄电池分组进行向负载放电。
4、蓄电池分组核容状态:每隔4个月~1年,进行分组核容。此时断开与二极管并联的接触器常闭触点K3,防止在对某组蓄电池核容放电时整流模块对其充电。各组蓄电池组轮流以0.1C10的放电电流进行10小时核容放电,此时轮流启动双向升降压单元中的DC/DC变换器,使之向负荷放电。放电结束后需要将对应的电池分组充满,再启动另一双向升降压模块单元模块中的DC/DC变换器及AC/DC变换器,继续对其他蓄电池分组进行核容,直到全组蓄电池均完成核容。此时续流回路单元常闭触点K3断开,双向升降压模块单元模块先工作于DC/DC放电状态,再工作于AC/DC充电状态。所述直流监控系统监测各个蓄电池组放电期间电压下降值,如果一组蓄电池组电压下降值高于下降阈值,则停止该组蓄电池组的充放电,输出该组蓄电池组性性能不足的提示。该状态能量流动如图7所示。
5、蓄电池状态监测及均衡状态:当现场不具备对蓄电池进行核容操作的条件,但仍需要判断蓄电池健康状态时,可以轮流启动1#~4#双向升降压模块单元模块中的DC/DC变换器,对4个蓄电池分组进行短时浅放电,判定蓄电池的优劣。放电后双向升降压模块单元模块中的AC/DC变换器对各蓄电池分组进行不同程度的充电,完成各蓄电池分组的电压均衡。此时续流回路单元常闭触点K3断开,双向升降压模块单元模块先工作于DC/DC放电状态,再工作于AC/DC充电状态。该状态能量流动如图7所示。
另一方面提供一种基于所述的站用蓄电池智能维护电路的维护方法,包括:
当直流母线正常供电时,所述直流监控系统,监测各组电池的状态,控制所述双向升降压模块使得各组蓄电池组电压均衡,当存在故障蓄电池组时,关闭该蓄电池组。
当交流母线正常供电时,所述直流监控系统,监测各组电池的状态,控制所述双向升降压模块将交流电转换为直流电为各组蓄电池组充电,控制各组蓄电池组电压均衡,当存在故障蓄电池组时,关闭该蓄电池组。
当需要蓄电池组供电时,如果所有需要蓄电池组正常,则直接输出所有蓄电池串联后提供的电能,如果存在故障蓄电池组,则将正常的蓄电池组升压后并联输出电能。
进一步地,每隔一段时间断开所述续流回路,轮流对各个蓄电池组进行核容或10~30min短时浅放电及充电,所述直流监控系统监测各个蓄电池组放电期间电压下降值,如果一组蓄电池组电压下降值高于下降阈值,则停止该组蓄电池组的充放电,输出该组蓄电池组性性能不足的提示。
进一步地,判断是否存在故障包括:监测每组蓄电池组的内阻,如果超过设定内阻阈值,则判断该组蓄电池组故障,停止该组蓄电池组的充放电,并输出预警提示。
综上所述,本发明涉及一种站用蓄电池智能维护电路及维护方法,将蓄电池均匀分为n组,每个蓄电池监控单元分别监测一组蓄电池组的状态,并反馈给所述直流监控系统;每个双向升降压单元由直流母线或交流母线获取电能为对应的一组蓄电池组充电或者将对应蓄电池组的电能升压后向直流母线或交流母线输出电能;直流监控系统,监测各组电池的状态,控制双向升降压模块调整各组蓄电池组的状态。本发明可以规避传统站用蓄电池组中某一电池单体出现接线故障或内部质量问题且交流进线失压时,直流母线负载的掉电风险;自动地对蓄电池进行核容,通过分组的方式对蓄电池进行均衡控制。
应当理解的是,本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理,而不构成对本发明的限制。因此,在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。此外,本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (10)

1.一种站用蓄电池智能维护电路,其特征在于,包括:n个蓄电池监控单元、双向升降压模块、续流回路以及直流监控系统;
蓄电池均匀分为n组,每个蓄电池监控单元分别监测一组蓄电池组的状态,并反馈给所述直流监控系统;
所述续流回路连接在直流母线与所述双向升降压模块之间;
所述双向升降压模块包括n个双向升压单元,每个双向升降压单元由直流母线或交流母线获取电能为对应的一组蓄电池组充电或者将对应蓄电池组的电能升压后向直流母线或交流母线输出电能;
所述直流监控系统,监测各组电池的状态,当直流母线或交流母线正常供电时,控制所述双向升降压模块使得各组蓄电池组均衡,当存在故障蓄电池组时,关闭该蓄电池组;当需要蓄电池组供电时,如果所有需要蓄电池组正常,则直接输出所有蓄电池串联后提供的电能,如果存在故障蓄电池组,则将正常的蓄电池组升压后并联输出电能。
2.根据权利要求1所述的站用蓄电池智能维护电路,其特征在于,所述直流监控系统控制所述双向升降压模块使得各组蓄电池组均衡,包括:
当某一组蓄电池组的电压低于其他组蓄电池组的电压时,控制对应双向升降压单元为该组蓄电池组充电;当某一组蓄电池组的电压高于其他组蓄电池组的电压时,控制断开所述续流回路,对应双向升降压单元为该组蓄电池组放电。
3.根据权利要求1或2所述的站用蓄电池智能维护电路,其特征在于,所述续流回路,包括一个常闭触点开关及一个二极管并联组成;常闭触点开关的状态由所述直流监控系统控制。
4.根据权利要求3所述的站用蓄电池智能维护电路,其特征在于,所述直流监控系统,每隔一段时间断开所述续流回路,轮流对各个蓄电池组进行核容或10~30min的浅放电及充电,所述直流监控系统监测各个蓄电池组放电期间电压下降值,如果一组蓄电池组电压下降值高于下降阈值,则停止该组蓄电池组的充放电,输出该组蓄电池组性性能不足的提示。
5.根据权利要求3所述的站用蓄电池智能维护电路,其特征在于,判断是否存在故障包括:监测每组蓄电池组的内阻,如果超过设定内阻阈值,则判断该组蓄电池组故障,停止该组蓄电池组的充放电,并输出预警提示。
6.根据权利要求1或2所述的站用蓄电池智能维护电路,其特征在于,所述双向升降压单元包括AC电路、第一DC电路以及第二DC电路,当为蓄电池组充电时,如果为交流母线充电,则AC电路和第一DC电路将交流电转换为直流电为蓄电池组充电;如果为直流母线充电且不存在故障蓄电池组时,直接为所有蓄电池充电;如果为直流母线充电且存在故障蓄电池组时,第二DC电路和第一DC电路进行电压转换后为对应蓄电池组充电;
当蓄电池组供电时,如果不存在故障蓄电池组,则直接输出所有蓄电池串联后提供的电能,如果存在故障蓄电池组,则正常的蓄电池组的第一DC电路和第二DC电路对蓄电池组升压至220V或110V后并联输出电能。
7.根据权利要求1或2所述的站用蓄电池智能维护电路,其特征在于,n个蓄电池监控单元之一为主蓄电池监控单元收集其余n-1个蓄电池监控单元采集的状态数据及自身采集的状态数据发送给所述直流监控系统;
或者还包括主蓄电池监控单元,收集n个蓄电池监控单元采集的状态数据发送给所述直流监控系统。
8.一种基于权利要求1至7之一所述的站用蓄电池智能维护电路的维护方法,其特征在于,包括:
当直流母线正常供电时,所述直流监控系统,监测各组电池的状态,控制所述双向升降压模块使得各组蓄电池组电压均衡,当存在故障蓄电池组时,关闭该蓄电池组;
当交流母线正常供电时,所述直流监控系统,监测各组电池的状态,控制所述双向升降压模块将交流电转换为直流电为各组蓄电池组充电,控制各组蓄电池组电压均衡,当存在故障蓄电池组时,关闭该蓄电池组;
当需要蓄电池组供电时,如果所有需要蓄电池组正常,则直接输出所有蓄电池串联后提供的电能,如果存在故障蓄电池组,则将正常的蓄电池组升压后并联输出电能。
9.根据权利要求8所述的维护方法,其特征在于,所述直流监控系统,每隔一段时间断开所述续流回路,轮流对各个蓄电池组进行核容或10~30min的浅放电及充电,所述直流监控系统监测各个蓄电池组放电期间电压下降值,如果一组蓄电池组电压下降值高于下降阈值,则停止该组蓄电池组的充放电,输出该组蓄电池组性性能不足的提示。
10.根据权利要求8所述的维护方法,其特征在于,判断是否存在故障包括:监测每组蓄电池组的内阻,如果超过设定内阻阈值,则判断该组蓄电池组故障,停止该组蓄电池组的充放电,并输出预警提示。
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