CN115421064A - 一种蓄电池在线式逆变核容系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力系统蓄电池核容技术领域，本发明公开了一种蓄电池在线式逆变核容系统，应用于若干蓄电池组，包括交流负荷监测模块、主控制器模块、放电控制模块、逆变放电模块、蓄电池组监控模块、双电源系统电操母联模块；本发明有效替代传统人工核容放电测试维护工作，实现蓄电池远程安全节能核容以及全状态监控，可全程蓄电池组进行多数据采集。本发明通过在线式逆变核容，运维人员能及时了解电池状态，无需现场把控就能精准定位容量状态不对的电池，能核对性放电准确的掌握电池组容易，准确的预判电池组的续航能力为停电调度做出正确依据，有效提供工作效率，节约人力资源的消耗。

Description

一种蓄电池在线式逆变核容系统及方法

技术领域

本发明涉及电力系统蓄电池核容技术领域，具体涉及一种蓄电池在线式逆变核容系统及方法。

背景技术

在电网变电站中，对于蓄电池组状态的判断需要人工周期性的放电测试实验，通过年度的核对性放电，确定电池组容量是否达标，排插缺陷电池，进行及时更换；通常变电站的电池组普遍配置了以电压监测为主的蓄电池在线监测，但是对判断电池状态起不到关键性参考。目前，蓄电池组核容放电是以0.1C电流对蓄电池组容量进行核对性放电，放电时长小于等于10h；放电结束后需要对蓄电池组进行充电,充电过程前几个小时是大电流工作过程。检修公司都在蓄电池组核容放电维护工作上花费了大量人力、物力，不仅安全性和工作效率低，而且工作强度大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种蓄电池在线式逆变核容系统及方法，实现对蓄电池组安全、高效、节能核容。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一方面，本发明提供了一种蓄电池在线式逆变核容系统，应用于若干蓄电池组，包括交流负荷监测模块、主控制器模块、放电控制模块、逆变放电模块、蓄电池组监控模块和双电源系统电操母联模块；所述主控制器模块分别与交流负荷监测模块、蓄电池组监控模块、逆变核容模块、放电控制模块电性连接；所述放电控制模块包括整流充电保护单元，所述整流充电保护单元与蓄电池组监控模块电性连接；所述若干蓄电池组分别设置有放电控制模块；所述放电控制模块之间通过双电源系统电操母联模块电性连接；所述放电控制模块分别连接逆变核容模块。

作为进一步技术改进，所述主控制器模块包括人机交互单元、处理器单元、通讯单元、急停单元；所述处理器单元分别与人机交互单元、通讯单元、急停单元电性连接；所述急停单元包括急停开关，所述急停开关的外侧设有透明护罩；当核容过程中发生紧急情况，可以通过急停开关实现一键停机，一键停机后保持现有状态，待紧急情况处理完毕后手动恢复核容前状态。

作为进一步技术改进，所述放电控制模块包括系统供电单元、二极管在线放电单元、控制单元；所述系统供电单元分别与二极管在线放电单元、控制单元电性连接；所述控制单元包括常闭接触器和常开接触器，分别用于对蓄电池组进行切入和切出控制。

作为进一步技术改进，所述系统供电单元通过直流变换器，将蓄电池组直流降压后为系统提供运行电源，保证系统电源运行可靠；所述二极管在线放电单元包括旁路接触器和续流二极管，所述续流二极管用于对电路进行双重备份；所述旁路接触器具有直接启动和软启动两种方式。

作为进一步技术改进，所述逆变放电模块包括电源AC/DC和电源DC/DC，所述电源AC/DC通过三电平逆变器实现交流与直流的双向变换；所述电源DC/DC采用软开关，充放电自动转换；电源AC/DC和电源DC/DC之间采用双DSP，模块之间并联，具备CAN通信，方便与第三方设备进行通讯和控制。

作为进一步技术改进，所述蓄电池组监控模块包括检测电路单元、辅助电源单元、通信电路单元、温度监控单元和用于通断外接蓄电池组的断路器，所述检测电路单元分别与辅助电源单元、通信电路单元、温度监控单元、断路器电性连接。

作为进一步技术改进，所述双电源系统电操母联模块包括母联电操开关，所述电操开关用于自动控制分合闸开合，同时满足本地手动控制分合闸。

另一方面本发明还提供了一种蓄电池在线式逆变核容方法，包括以下步骤：S1：准备蓄电池组远程核容；S2：断开蓄电池组的输出开关；S3：启动核容；S4：判断是否出现交流失电；S5：若存在交流失电，则闭合蓄电池组输出开关，核容结束；若否，核容结束，闭合蓄电池组输出开关。

作为进一步技术改进，步骤S3启动核容，具体包括以下步骤：

S31作业人员向人机交互单元输入用户名和密码：系统核对确认无误，启动自检功能；

S32判断系统自检是否通过：系统自检不通过，闭锁自动核容指令；系统自检通过后：开放核容指令按钮，确认蓄电池组放电电流设置值无误；

S33断开旁路接触器：充电机至直流母线输出电流为0；充电机蓄电池组输出电流为0；蓄电池组输出电流为0；

S34闭合或断开母联电操开关：系统判断交流失压时，停止充放电模式，蓄电池组恢复到母线，闭合母联电操开关，直到电压恢复断开母联电操开关；

S35启动逆变回馈放电模块：蓄电池组有放电电流，1分钟内电流稳定在I10±1％范围内,启动流程完毕。

作为进一步技术改进，核容结束在达到核容放电终止条件时也会自动终止核容放电，放电终止条件包括：蓄电池组的组端电压下限1.8V*N/10.8*N、单体电池电压下限1.8V/10.8V、达到预设放电容量、达到预设放电时间；

当蓄电池组监控模块出现以下告警信号也会自动终止核容放电，包括：交流失压、放电模块故障、单体蓄电池过热、通信异常。

本发明的有益效果：

本发明有效替代传统人工核容放电测试维护工作，实现蓄电池远程安全节能核容以及全状态监控，可全程对单节电压、整组电流、容量、温度、电压、充电机电压等进行多数据采集。本发明通过在线式逆变核容，运维人员能及时了解电池状态，无需现场把控就能精准定位容量状态不对的电池，能核对性放电准确的掌握电池组，容易准确的预判电池组的续航能力为停电调度做出正确依据，有效提供工作效率，节约人力资源的消耗。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明方法的工作流程图。

附图标识：1-主控制器模块，2-交流负荷监测模块，3-蓄电池组监控模块，4-整流充电保护单元，5-逆变核容模块，6-双电源系统电操母联模块，7-放电控制模块，8-蓄电池组。

具体实施方式

下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。

以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

实施例

如附图1-2所示，本实施例提供一种蓄电池在线式逆变核容系统，应用于若干蓄电池组，包括交流负荷监测模块、主控制器模块、放电控制模块、逆变放电模块、蓄电池组监控模块和双电源系统电操母联模块；所述主控制器模块分别与交流负荷监测模块、蓄电池组监控模块、逆变核容模块、放电控制模块电性连接；所述放电控制模块包括整流充电保护单元，所述整流充电保护单元与蓄电池组监控模块电性连接；所述若干蓄电池组分别设置有放电控制模块；所述放电控制模块之间通过双电源系统电操母联模块电性连接；所述放电控制模块分别连接逆变核容模块。

具体的，所述交流负荷监测模块包括智能电量变送器、交流配电单元、智能监测单元、状态指示单元、防雷单元；智能监测单元分别与智能电量变送器、状态指示单元、防雷单元电性连接；所述智能电量变送器用于监测并网端各路电压、电流、功率，为馈网核容提供参考保护；所述交流配电单元采用100A 3+1P空开，提供逆变单元的输出回路分合闸手动保护节点；所述智能监测单元用于对逆变输出的电压、电流、功率等参数进行监测，并进行显示；所述状态指示单元用于设备的运行及故障等状态进行本地指示；所述防雷单元用于为设备及系统提供防雷保护。

具体的，所述主控制器模块包括人机交互单元、处理器单元、通讯单元、急停单元；所述处理器单元分别与人机交互单元、通讯单元、急停单元电性连接；所述急停单元包括急停开关，所述急停开关的外侧设有透明护罩；当核容过程中发生紧急情况，可以通过急停开关实现一键停机，一键停机后保持现有状态，待紧急情况处理完毕后手动恢复核容前状态。其中，所述人机交互单元采用7寸电阻式液晶显示屏，有效防止干扰问题。通讯单元包含交流负荷监测模块、主控制器模块、放电控制模块、逆变放电模块、蓄电池组监控模块的通讯及被控制。急停单元：紧急停止保障设备高度的安全可靠。通讯单元具备2个外接以太网通讯接口，2个对外485接口，可实现核容数据、核容告警、核容控制信号通过通讯接口向相应平台实时传输；

具体的，所述放电控制模块包括系统供电单元、二极管在线放电单元、控制单元；所述系统供电单元分别与二极管在线放电单元、控制单元电性连接；所述控制单元包括常闭接触器和常开接触器，分别用于对蓄电池组进行切入和切出控制。所述系统供电单元通过直流变换器，将蓄电池组直流降压后为系统提供运行电源，保证系统电源运行可靠；所述二极管在线放电单元包括旁路接触器和续流二极管，所述续流二极管用于对电路进行双重备份；所述旁路接触器具有直接启动和软启动两种方式。系统供电单元：使用直流变换器，将电池组直流降压后为整套系统提供运行电源，保证系统电源运行可靠。二极管在线放电单元：由旁路接触器和续流二极管组成，续流二极管每路进行双重备份。控制单元：使用常闭和常开接触器对电池组进行切入、切出控制。

具体的，所述逆变放电模块包括电源AC/DC和电源DC/DC，所述电源AC/DC通过三电平逆变器实现交流与直流的双向变换；所述电源DC/DC采用软开关，充放电自动转换；电源AC/DC和电源DC/DC之间采用双DSP，模块之间并联，具备CAN通信。电源AC/DC采用三电平技术，实现交流与直流的双向变换；DC/DC部分采用高频隔离直流双向变换技术，即软开关谐振技术，效率高，且变换器能量双向流动，充放电自动转换；采用双DSP设计，保证AC/DC与DC/DC双向性能稳定，支持模块并联功能，支持CAN通信，方便与第三方设备进行通讯和控制。更安全可靠、全高频隔离设计，确保电池与电网/负载之间的安全；DSP+CPLD的全数字控制，多重多级的软硬件过流、过压、过温保护，安全可靠；

双DSP设计，性能稳定可靠；可靠的并联功能，方便功率扩展，可达12个模块并联；较传统的双向电源方案，省掉工频变压器，高频隔离效率更高，高达96％以上；AC/DC采用三电平技术，最高效率达98％；DC/DC采用软开关谐振技术，最高效率达98％。支持并网、离网两种工作模式，即V2G、V2L应用；覆盖乘用车(100V～750Vdc)多个电池电压等级，电池电压范围宽；宽幅的电网电压范围和50/60Hz电压频率自适应能力。更低成本：相对于传统的双向电源方案，高频隔离省掉了工频隔离变压器，系统成本低；通过一套电路，实现充电、逆变两个功能，充放电集于一体，成本低；更灵活配置：支持19英寸标准机架安装，结构紧凑；模块热插拔设计，系统灵活配置；便于系统集成商灵活设计不同形式的储能或电池化成系统。

具体的，所述蓄电池组监控模块包括检测电路单元、辅助电源单元、通信电路单元、温度监控单元和用于通断外接蓄电池组的断路器，所述检测电路单元分别与辅助电源单元、通信电路单元、温度监控单元、断路器电性连接。

所述双电源系统电操母联模块包括母联电操开关，所述电操开关用于自动控制分合闸开合，同时满足本地手动控制分合闸。

所述整流充电保护单元用于实现整流器给电池组进行充电整流控制，防止电池组接入时突然出现的大电流冲击，有效的保护整流器不降压，不被冲击。支持逆变充电及整流保护充电两种模式可选。

本实施例还提供了一种蓄电池在线式逆变核容方法，包括以下步骤：S1：准备蓄电池组远程核容；S2：断开蓄电池组的输出开关；S3：启动核容；S4：判断是否出现交流失电；S5：若存在交流失电，则闭合蓄电池组输出开关，核容结束；若否，核容结束，闭合蓄电池组输出开关。

蓄电池组核容控制参数包括：放电参数可设置，包括放出容量、放电电流值、单节电池电压下限值、整组电池电压下限值、放电时长等

其中，步骤S3启动核容，具体包括以下步骤：

S31作业人员向人机交互单元输入用户名和密码：系统核对确认无误，启动自检功能；

S32判断系统自检是否通过：系统自检不通过，闭锁自动核容指令；系统自检通过后：开放核容指令按钮，确认蓄电池组放电电流设置值无误；

S33断开旁路接触器：充电机至直流母线输出电流为0；充电机蓄电池组输出电流为0；蓄电池组输出电流为0；

S34闭合或断开母联电操开关：系统判断交流失压时，停止充放电模式，蓄电池组恢复到母线，闭合母联电操开关，直到电压恢复断开母联电操开关；

S35启动逆变回馈放电模块：蓄电池组有放电电流，1分钟内电流稳定在I10±1％范围内,启动流程完毕。

核容结束在达到核容放电终止条件时也会自动终止核容放电，放电终止条件包括：蓄电池组的组端电压下限1.8V*N/10.8*N、单体电池电压下限1.8V/10.8V、达到预设放电容量、达到预设放电时间；当蓄电池组监控模块出现以下告警信号：交流失压、放电模块故障、单体蓄电池过热、通信异常时，核容停止，显示停止原因。

进一步地，本实施例还提供了蓄电池组核容停止与充电的流程，具体包括以下步骤：S41：停止逆变回馈放电模块，蓄电池组1分钟内电流≤0.5A；

S42：选择逆变充电或整流保护充电模式：逆变充电模式下，电池组电压与直流母线电压小于2V以内充电停止；整流保护充电模式下，电流值≤0.15C10，整流保护充电单元输入输出压差小于5V停止保护充电。

S43：合上二极管旁路开关，常开接点闭合，常闭接点断开；充电电流应≤0.15C10；

S44：闭合或断开母联电操开关，系统判断交流失压时，停止充放电模式，电池组恢复到母线，闭合母联电操开关，直到电压恢复断开母联；

S45：若充电电流>0.15C10，延时30S后，断开二极管旁路开关，常开接点断开，常闭接点闭合，核容充电流程终止。故障处理完毕后，手动进行充电。

自检功能：启动核容放电前，系统进行自检。自检的项目应包以下方面：

蓄电池自动核容装置无告警、蓄电池组无告警、蓄电池组均处于浮充状态、两套直流系统均无接地故障告警、并网端负荷满足大于放电负荷设定值、程序化操作自检无异常、通信中断、充电机交流输入或380V交流无异常、无过欠压告警。自检条件满足后，开放自动核容指令。当任一条件不满足时，闭锁自动核容指令。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

Claims (10)

1.一种蓄电池在线式逆变核容系统，应用于若干蓄电池组，其特征在于，包括交流负荷监测模块、主控制器模块、放电控制模块、逆变放电模块、蓄电池组监控模块和双电源系统电操母联模块；所述主控制器模块分别与交流负荷监测模块、蓄电池组监控模块、逆变核容模块、放电控制模块电性连接；所述放电控制模块包括整流充电保护单元，所述整流充电保护单元与蓄电池组监控模块电性连接；所述若干蓄电池组分别设置有放电控制模块；所述放电控制模块之间通过双电源系统电操母联模块电性连接；所述放电控制模块分别连接逆变核容模块。

2.根据权利要求1所述的蓄电池在线式逆变核容系统，其特征在于，所述主控制器模块包括人机交互单元、处理器单元、通讯单元、急停单元；所述处理器单元分别与人机交互单元、通讯单元、急停单元电性连接；所述急停单元包括急停开关，所述急停开关的外侧设有透明护罩；当核容过程中发生紧急情况，可以通过急停开关实现一键停机，一键停机后保持现有状态，待紧急情况处理完毕后手动恢复核容前状态。

3.根据权利要求1所述的蓄电池在线式逆变核容系统，其特征在于，所述放电控制模块包括系统供电单元、二极管在线放电单元、控制单元；所述系统供电单元分别与二极管在线放电单元、控制单元电性连接；所述控制单元包括常闭接触器和常开接触器，分别用于对蓄电池组进行切入和切出控制。

4.据权利要求3所述的蓄电池在线式逆变核容系统，其特征在于，所述系统供电单元通过直流变换器，将蓄电池组直流降压后为系统提供运行电源，保证系统电源运行可靠；所述二极管在线放电单元包括旁路接触器和续流二极管，所述续流二极管用于对电路进行双重备份。

5.据权利要求1所述的蓄电池在线式逆变核容系统，其特征在于，所述逆变放电模块包括电源AC/DC和电源DC/DC，所述电源AC/DC通过三电平逆变器实现交流与直流的双向变换；所述电源DC/DC采用软开关，充放电自动转换；电源AC/DC和电源DC/DC之间采用双DSP，模块之间并联，具备CAN通信。

6.据权利要求1所述的蓄电池在线式逆变核容系统，其特征在于，所述蓄电池组监控模块包括检测电路单元、辅助电源单元、通信电路单元、温度监控单元和用于通断外接蓄电池组的断路器，所述检测电路单元分别与辅助电源单元、通信电路单元、温度监控单元、断路器电性连接。

7.据权利要求1所述的蓄电池在线式逆变核容系统，其特征在于，所述双电源系统电操母联模块包括母联电操开关，所述电操开关用于自动控制分合闸开合，同时满足本地手动控制分合闸。

8.一种蓄电池在线式逆变核容方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：准备蓄电池组远程核容；S2：断开蓄电池组的输出开关；S3：启动核容；S4：判断是否出现交流失电；S5：若存在交流失电，则闭合蓄电池组输出开关，核容结束；若否，核容结束，闭合蓄电池组输出开关。

9.根据权利要求8所述的蓄电池在线式逆变核容方法，其特征在于，步骤S3启动核容，具体包括以下步骤：

S31作业人员向人机交互单元输入用户名和密码：系统核对确认无误，启动自检功能；

S32判断系统自检是否通过：系统自检不通过，闭锁自动核容指令；系统自检通过后：开放核容指令按钮，确认蓄电池组放电电流设置值无误；

S33断开旁路接触器：充电机至直流母线输出电流为0；充电机蓄电池组输出电流为0；蓄电池组输出电流为0；

S34闭合或断开母联电操开关：系统判断交流失压时，停止充放电模式，蓄电池组恢复到母线，闭合母联电操开关，直到电压恢复断开母联电操开关；

S35启动逆变回馈放电模块：蓄电池组有放电电流，1分钟内电流稳定在I10±1％范围内,启动流程完毕。

10.根据权利要求8所述的蓄电池在线式逆变核容方法，其特征在于，核容结束在达到核容放电终止条件时也会自动终止核容放电，放电终止条件包括：蓄电池组的组端电压下限1.8V*N/10.8*N、单体电池电压下限1.8V/10.8V、达到预设放电容量、达到预设放电时间；当蓄电池组监控模块出现以下告警信号：交流失压、放电模块故障、单体蓄电池过热、通信异常时，核容停止，显示停止原因。

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