CN114243673A - 一种高可靠性直流供电系统 - Google Patents

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Abstract

一种高可靠性直流供电系统，包括两套与负荷母线220VDC+、220VDC‑连接的直流系统1#和2#，负荷母线220VDC+、220VDC‑输出端连接有负荷开关，负荷开关与负载电连接；采用双套充电机、双套蓄电池的供电方式，母线不分段，不需要进行分段联络切换操作，相当于4套电源为直流母线供电，电源正极经二极管输出后并联，电源负极直接并联，利用二极管单相导通原理，电压高的充电系统正常工作，为负荷母线供电，电压低的充电系统被隔断。蓄电池定期充放电试验时将蓄电池出口开关断开，利用整流逆变模块的可逆输出，将蓄电池电能转化为交流电反送到交流系统中，不需要外接电阻进行耗能放电，通过逆变输出，将电池存储的能量逆变为交流电，反馈到厂用电中，高效节能。

Description

一种高可靠性直流供电系统
技术领域
本发明涉及直流供电技术领域，具体涉及一种高可靠性直流供电系统。
背景技术
直流系统将厂用电AC 380V整流为DC 220V，主要应用在发电厂及各类变电站中，为控制、信号、测量、继电保护和自动化装置等控制负荷，断路器电磁分合闸、不间断电源（UPS）和事故照明等动力负荷提供直流电源，因此直流系统的重要性不言而喻，为了提高直流系统的供电可靠性，目前一般采用充电机带蓄电池并接入直流母线；为了保证其中一套直流系统消缺或检修时的运行可靠性，往往采用双套直流系统互联，通过母联开关倒换来实现单套充电机带双段母线运行。
如图1中所示为目前大多数直流系统所采用的电路结构形式，这种直流系统接线方式，在单套充电机检修、蓄电池充放电核容或者故障处理时，需要进行一系列开关倒换操作，来实现检修段直流系统的隔离，由于两套直流蓄电池不能长时间并联运行，因此开关倒换时要求动作迅速，且操作步骤不能出错，否则极容易造成直流电源母线失电，引发机组停机事故。
蓄电池由于长期处于浮充状态，电池充不满，没有经历大冲大放试验，蓄电池性能衰减严重，在事故态交流失电需要蓄电池发挥作用时，往往性能不佳，因此蓄电池定期充放电核容试验是每年定期工作，传统的放电试验是通过将蓄电池出口开关断开，将蓄电池组接入放电仪，通过电阻发热的方式进行耗能核容，这种方式时间长，发热量大，而且电池能量被白白浪费。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高可靠性直流供电系统，解决传统直流系统转换开关多，倒换动作复杂和蓄电池放电热量高。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种高可靠性直流供电系统，包括两套与负荷母线220VDC+、220VDC-连接的直流系统1#和2#，负荷母线220VDC+、220VDC-输出端连接有负荷开关，负荷开关与负载电连接；
1#直流系统输入端采用交流供电，交流电源与并联连接的多套整流模块A1-An电连接，多套整流模块A1-An输出端与供电母线220V1+、220V1-电连接，供电直流断路器K1输入端与供电母线220V1+、220V1-电连接，供电直流断路器K1输出端与放电执行断路器K2输入端电连接，直流蓄电池DC1连接在供电直流断路器K1和放电执行断路器K2之间且正负极与供电母线220V1+、220V1-对应，放电执行断路器K2输出端与负荷母线220VDC+、220VDC-电连接，放电执行断路器K2输出端正极设有电流流向负荷母线220VDC+导通的二极管D1；
2#直流系统输入端采用交流供电，交流电源与并联连接的多套整流模块B1-Bn电连接，多套整流模块B1-Bn输出端与供电母线220V2+、220V2-电连接，供电直流断路器K1输入端与供电母线220V2+、220V2-电连接，供电直流断路器K3输出端与放电执行断路器K4输入端电连接，直流蓄电池DC2连接在供电直流断路器K3和放电执行断路器K4之间且正负极与供电母线220V2+、220V2-对应，放电执行断路器K4输出端与负荷母线220VDC+、220VDC-电连接，放电执行断路器K2输出端正极设有电流流向负荷母线220VDC+导通的二极管D2。
优选的方案中，上述的整流模块A1-An和B1-Bn为可逆整流/逆变器，根据选择信号执行整流或者逆变过程。
优选的方案中，上述的供电直流断路器K1、K3及放电执行断路器K2、K4的辅助开关与直流系统监测控制装置M1电连接。
上述的直流系统监测控制装置M1与整流模块A1-An、B1-Bn电连接。
上述的供电直流断路器K1、K3及放电执行断路器K2、K4的辅助开关与直流系统监测控制装置M1输入端电连接，直流系统监测控制装置M1与整流模块A1-An、B1-Bn状态信号端与直流系统监测控制装置M1输入端电连接，直流系统监测控制装置M1输出端与整流模块A1-An、B1-Bn的整流/逆变控制信号端电连接。
上述的直流系统监测控制装置M1内设有显示屏LCD2，显示屏LCD2与控制器U1电连接，控制器U1输入端与供电直流断路器K1、K3及放电执行断路器K2、K4的辅助开关、整流模块A1-An、B1-Bn状态信号端电连接，控制器U1输出端与整流模块A1-An、B1-Bn的整流/逆变控制信号端电连接。
上述的直流系统监测控制装置M1内设有状态指示灯D3及告警喇叭LS1，状态指示灯D3及告警喇叭LS1与控制器U1输出端电连接。
上述的二极管D1和二极管D2额定正向工作电流大于相应1#和2#直流系统的输出额定电流。
上述的直流蓄电池DC1、DC2连接有熔断器。
上述的控制器U1通讯芯片电连接。
本发明提供的一种高可靠性直流供电系统，采用双套充电机、双套蓄电池的供电方式，但是母线没有分段，不需要进行分段联络切换操作，相当于有4套电源为直流母线供电，电源正极经二极管输出后并联，电源负极直接并联，利用二极管的单相导通原理，电压高的充电系统正常工作，为负荷母线供电，电压低的充电系统被二极管隔断，空载运行。
蓄电池定期充放电试验时将蓄电池出口开关断开，利用整流逆变模块的可逆输出，将蓄电池电能转化为交流电反送到交流系统中，不需要外接电阻进行耗能放电，通过逆变输出，将电池存储的能量逆变为交流电，反馈到厂用电中，高效节能。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1为现有直流系统的电路结构简图；
图2为本发明直流系统电路原理图；
图3为本发明优选方案的电路原理图；
图4为本发明直流系统监测控制装置M1的电气原理图；
图5为通讯芯片的电气连接示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例详细说明本发明技术方案。
如图2中所示，一种高可靠性直流供电系统，包括两套与负荷母线220VDC+、220VDC-连接的直流系统1#和2#，负荷母线220VDC+、220VDC-输出端连接有负荷开关，负荷开关与负载电连接；
1#直流系统输入端采用交流供电，交流电源与并联连接的多套整流模块A1-An电连接，多套整流模块A1-An输出端与供电母线220V1+、220V1-电连接，供电直流断路器K1输入端与供电母线220V1+、220V1-电连接，供电直流断路器K1输出端与放电执行断路器K2输入端电连接，直流蓄电池DC1连接在供电直流断路器K1和放电执行断路器K2之间且正负极与供电母线220V1+、220V1-对应，放电执行断路器K2输出端与负荷母线220VDC+、220VDC-电连接，放电执行断路器K2输出端正极设有电流流向负荷母线220VDC+导通的二极管D1；
2#直流系统输入端采用交流供电，交流电源与并联连接的多套整流模块B1-Bn电连接，多套整流模块B1-Bn输出端与供电母线220V2+、220V2-电连接，供电直流断路器K1输入端与供电母线220V2+、220V2-电连接，供电直流断路器K3输出端与放电执行断路器K4输入端电连接，直流蓄电池DC2连接在供电直流断路器K3和放电执行断路器K4之间且正负极与供电母线220V2+、220V2-对应，放电执行断路器K4输出端与负荷母线220VDC+、220VDC-电连接，放电执行断路器K2输出端正极设有电流流向负荷母线220VDC+导通的二极管D2。
优选的方案中，上述的整流模块A1-An和B1-Bn为可逆整流/逆变器，根据选择信号执行整流或者逆变过程。
优选的方案如图3中所示，上述的供电直流断路器K1、K3及放电执行断路器K2、K4的辅助开关与直流系统监测控制装置M1电连接。
如图3中所示，上述的直流系统监测控制装置M1与整流模块A1-An、B1-Bn电连接。
如图3中所示，上述的供电直流断路器K1、K3及放电执行断路器K2、K4的辅助开关与直流系统监测控制装置M1输入端电连接，直流系统监测控制装置M1与整流模块A1-An、B1-Bn状态信号端与直流系统监测控制装置M1输入端电连接，直流系统监测控制装置M1输出端与整流模块A1-An、B1-Bn的整流/逆变控制信号端电连接。
如图4中所示，上述的直流系统监测控制装置M1内设有显示屏LCD2，显示屏LCD2与控制器U1电连接，控制器U1输入端与供电直流断路器K1、K3及放电执行断路器K2、K4的辅助开关、整流模块A1-An、B1-Bn状态信号端电连接，控制器U1输出端与整流模块A1-An、B1-Bn的整流/逆变控制信号端电连接。
上述的直流系统监测控制装置M1内设有状态指示灯D3及告警喇叭LS1，状态指示灯D3及告警喇叭LS1与控制器U1输出端电连接。
上述的二极管D1和二极管D2额定正向工作电流大于相应1#和2#直流系统的输出额定电流。
如图5中所示，上述的控制器U1通讯芯片电连接，可将直流系统状态通过通讯接口与监控系统或者电脑连接，方便进行远程监控。
上述的直流蓄电池DC1、DC2连接有熔断器。
如图2中所示，本装置的工作原理是：整流模块A1-An由厂用电380VAC供电，整流模块数量可以根据负荷容量需求配置，整流模块并联运行，单个模块故障退出运行不影响直流系统供电，且可以根据负载大小实时关闭其中几套整流模块，以达到节能目标；
整流模块将380V三相交流电整流为220V直流电，同时给蓄电池和负荷母线供电，因为采用的是并联接线方式，因此蓄电池在整流模块处于逆变的状态时也可以给负荷母线供电。
直流系统1#的正极输出侧串入二极管D1，假定其输出电压为V1，直流系统2#的正极输出侧串入二极管D2，假定其输出电压为V2，两套直流系统的正极经二极管并联后接入负荷母线的正极，负极直接并联后接入负荷母线的负极；
正常工作时，如果V1＞V2，则二极管D2无法导通，因此直流负荷母线由直流系统1#供电，如V1=230.5V，V2=230.2V，V1＞V2，因此二极管D1可以导通，二极管D2无法导通，直流系统2#空载运行，反之，如果V2＞V1，则由直流系统2#为负荷母线供电，直流系统1#空载运行；
非正常工作时，如果之前是由直流系统1#供电，出现整流模块A1-An故障，无法输出，整流模块故障退出，相应的输出电压V1由于负载消耗，如蓄电池充电、负载耗电等，电压会逐步降低，此时直流系统2#是正常工作的，一旦V1下降至小于V2，则二极管D2导通，D1截止，直流系统1#退出运行，完全由直流系统2#供电，如果之前是由直流系统1#供电，出现整流模块B1-Bn故障，无法输出，完全不会影响负荷母线供电,反之亦然。
还有一种情况，直流系统1#和2#均工作正常，但是日常维护需要对蓄电池进行核容放电或者更换个别蓄电池时，直接断开蓄电池输出侧的开关K2（或者K4），对应直流系统无法输出，负荷由另外一套直流系统接管，因此供电可靠性非常高。
在日常工作中，蓄电池定期充放电试验时例行工作之一，新电池组每2年进行一次全核容放电，4年后每年都会进行一次核容放电，传统的放电是通过电阻发热来消耗电池组中的能量，这种放电操作需要倒闸或者重新接线，且电阻发热量大也有安全隐患，通过整流模块的逆变功能，可以将蓄电池能量变换为交流电反送到厂用电系统中，实现蓄电池能量的无损利用。
电池运行时间长后，性能下降，有可能需要多次充放电试验来对蓄电池进行大电流活化，将放电执行断路器K2或K4断开后，整流逆变模块只与对应蓄电池组连接，可以灵活的进行整流充电或者逆变放电的操作，不需要进行重新接线、开关倒换操作，且除了变流过程中造成的少量能量损失，相比较于传统的电阻耗能放电方式整体能源利用率非常高。
而在使用直流系统监测控制装置M1后，可以对供电直流断路器K1、K3及放电执行断路器K2、K4状态及整流模块A1-An、B1-Bn处在整流状态或是逆变状态进行监控，如图4中所示，为直流系统带2个整流/逆变装置的原理图，控制器U1输入端的信号K1、K2、K3、K4分别为断路器辅助开关状态信号，A1、A2和B1、B2为整流模块A1-A2、B1-B2的整流/逆变状态信号，输出端A1C、A2C和B1C、B2C为整流模块A1-A2、B1-B2的整流/逆变控制信号，当放电执行断路器K2或K4断开后，可以根据设定的条件自动判定为要执行蓄电池放电操作，控制器U1输出端控制整流模块A1-A2、B1-B2转为逆变状态执行向电网供电操作，而且控制器U1可以检测直流系统故障状态并进行提示和报警，并用屏幕进行显示。

Claims (10)

1.一种高可靠性直流供电系统，其特征在于，包括两套与负荷母线220VDC+、220VDC-连接的直流系统1#和2#，负荷母线220VDC+、220VDC-输出端连接有负荷开关，负荷开关与负载电连接；
1#直流系统输入端采用交流供电，交流电源与并联连接的多套整流模块A1-An电连接，多套整流模块A1-An输出端与供电母线220V1+、220V1-电连接，供电直流断路器K1输入端与供电母线220V1+、220V1-电连接，供电直流断路器K1输出端与放电执行断路器K2输入端电连接，直流蓄电池DC1连接在供电直流断路器K1和放电执行断路器K2之间且正负极与供电母线220V1+、220V1-对应，放电执行断路器K2输出端与负荷母线220VDC+、220VDC-电连接，放电执行断路器K2输出端正极设有电流流向负荷母线220VDC+导通的二极管D1；
2#直流系统输入端采用交流供电，交流电源与并联连接的多套整流模块B1-Bn电连接，多套整流模块B1-Bn输出端与供电母线220V2+、220V2-电连接，供电直流断路器K1输入端与供电母线220V2+、220V2-电连接，供电直流断路器K3输出端与放电执行断路器K4输入端电连接，直流蓄电池DC2连接在供电直流断路器K3和放电执行断路器K4之间且正负极与供电母线220V2+、220V2-对应，放电执行断路器K4输出端与负荷母线220VDC+、220VDC-电连接，放电执行断路器K2输出端正极设有电流流向负荷母线220VDC+导通的二极管D2。
2.根据权利要求1所述的一种高可靠性直流供电系统，其特征在于，所述的整流模块A1-An和B1-Bn为可逆整流/逆变器，根据选择信号执行整流或者逆变过程。
3.根据权利要求2所述的一种高可靠性直流供电系统，其特征在于，所述的供电直流断路器K1、K3及放电执行断路器K2、K4的辅助开关与直流系统监测控制装置M1电连接。
4.根据权利要求3所述的一种高可靠性直流供电系统，其特征在于，所述的直流系统监测控制装置M1与整流模块A1-An、B1-Bn电连接。
5.根据权利要求4所述的一种高可靠性直流供电系统，其特征在于，所述的供电直流断路器K1、K3及放电执行断路器K2、K4的辅助开关与直流系统监测控制装置M1输入端电连接，直流系统监测控制装置M1与整流模块A1-An、B1-Bn状态信号端与直流系统监测控制装置M1输入端电连接，直流系统监测控制装置M1输出端与整流模块A1-An、B1-Bn的整流/逆变控制信号端电连接。
6.根据权利要求5所述的一种高可靠性直流供电系统，其特征在于，所述的直流系统监测控制装置M1内设有显示屏LCD2，显示屏LCD2与控制器U1电连接，控制器U1输入端与供电直流断路器K1、K3及放电执行断路器K2、K4的辅助开关、整流模块A1-An、B1-Bn状态信号端电连接，控制器U1输出端与整流模块A1-An、B1-Bn的整流/逆变控制信号端电连接。
7.根据权利要求6所述的一种高可靠性直流供电系统，其特征在于，所述的直流系统监测控制装置M1内设有状态指示灯D3及告警喇叭LS1，状态指示灯D3及告警喇叭LS1与控制器U1输出端电连接。
8.根据权利要求1所述的一种高可靠性直流供电系统，其特征在于，所述的二极管D1和二极管D2额定正向工作电流大于相应1#和2#直流系统的输出额定电流。
9.根据权利要求8所述的一种高可靠性直流供电系统，其特征在于，所述的直流蓄电池DC1、DC2连接有熔断器。
10.根据权利要求2所述的一种高可靠性直流供电系统，其特征在于，所述的控制器U1通讯芯片电连接。
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CN115549058A (zh) * 2022-08-25 2022-12-30 杭州世伟奇科技有限公司 一种新型直流紧急供电方法

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