CN202721494U - 变电站直流电源系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种变电站直流电源系统，包括磷酸铁锂电池组、直流电源系统集成控制器、直流屏中央监控单元以及电池能量管理系统BMS，其特征在于：直流屏中央监控单元包括配电监控盒、高频充电电源模块和绝缘监测仪；通过直流电源系统集成控制器与电池能量管理系统BMS之间进行通讯得到磷酸铁锂电池组的单体电池电压、电流及电池组SOC信息，直流电源系统集成控制器在得到电池组信息的前提下，与电池能量管理系统BMS和上层站用监控系统之间通过RS485或者CAN总线通信，实现磷酸铁锂电池组充放电能量管理控制。本系统可快速实现基于现有传统变电站直流电源系统的升级改造，实现对磷酸铁锂电池组的充放电控制。
Description
技术领域
本实用新型涉及变电站直流电源系统领域，尤其涉及一种基于磷酸铁锂电池的变、配电站直流电源系统。
背景技术
直流系统是变电站的一个重要组成部分，为变电站的继电保护、控制系统、信号系统、自动装置、UPS和事故照明等提供电源，对变电站的正常运行和故障保护起着重要的作用。随着无人值守变电站和城市化变电站的普及以及配电自动化系统的推广，变、配电站直流系统的智能化、数字化和自动化水平的大幅提高，对变、配电站用直流系统电池的体积、性能、安全性和免维护性提出了更高的要求。磷酸铁锂电池在变、配电站直流系统的应用，实现变、配电站直流电源系统储能电池的绿色环保、低成本、长寿命、免维护和小体积的目标，在各类变、配电站，特别是在城市变电站、无人值守变电站和自动化配电站中具有广泛应用的推广价值。
申请号为201020605382.8的实用新型专利，公开一种后备电源用阀控电池组智能控制系统，属于VRLA铅酸蓄电池状态监控技术领域。技术方案是包含若干个电压检测及均衡模块、一个电池参数检测模块、一个主控模块，若干个电压检测及均衡模块、一个电池参数检测模块匹配设置，分别通过通讯隔离、数据总线与一个主控模块连接。该实用新型的有益效果是替代目前只能检测电池电压的电池巡检仪，可提高电池使用寿命、提高变电站直流系统的安全、可靠性。
传统的变电站直流电源系统采用阀控铅酸电池，整体监控部分结构如图1所示，该系统至少包括铅酸电池组（一般由24~28个铅酸电池串联而成）、高频充电电源模块、配电监控盒、绝缘监测仪、电池巡检单元以及直流屏中央监控单元等构成，不具备直接应用的磷酸铁锂电池的条件。
然而，将磷酸铁锂电池代替铅酸电池应用于变、配电站电源系统中必然存在直流电源装置与磷酸铁锂电池BMS不匹配问题，无法实时监控、管理直流电源系统。如何在现有变电站直流系统的架构下实现基于磷酸铁锂电池的新型变电站直流电源系统的集成控制成为实现该技术广泛大规模推广的关键。
有鉴于此，有必要提供一种满足大、中、小型发电厂、变电站和配电站的基于磷酸铁锂电池的智能型直流电源系统，以解决上述问题。
发明内容
为了解决上述问题，本实用新型的目的是，为针对背景技术中基于铅酸电池的传统变电站直流电源系统所提出的问题，提供一种基于磷酸铁锂电池组的变、配电站直流电源系统，快速实现基于现有传统变电站直流电源系统的升级改造。本实用新型以直流电源系统集成控制器为主要集成控制和监控模块，通过直流电源系统集成控制器直接对电池管理系统（BMS）进行监控，实时查询电池组的各单体电压、电流及温度等信息。对现有直流电源系统的直流屏中央监控单元进行控制，并由中央监控单元控制和监测下级各模块的实时状态信息，如配电监控盒、绝缘监测仪和高频充电电源模块，实现对磷酸铁锂电池组的充放电控制。
本实用新型所采用的技术方案是：一种变电站直流电源系统，包括磷酸铁锂电池组、直流电源系统集成控制器、直流屏中央监控单元以及电池能量管理系统BMS，其特征在于：
直流屏中央监控单元包括配电监控盒、高频充电电源模块和绝缘监测仪，通过直流电源系统集成控制器与直流屏中央监控单元之间进行通讯，实时控制底层的配电监控盒、高频充电电源模块和绝缘监测仪，实现直流电源系统的继电开关和充电模块控制；
通过直流电源系统集成控制器与电池能量管理系统BMS之间进行通讯得到磷酸铁锂电池组的单体电池电压、电流及电池组SOC信息，直流电源系统集成控制器在得到电池组信息的前提下，与电池能量管理系统BMS和上层站用监控系统之间通过RS485或者CAN总线通信，实现磷酸铁锂电池组充放电能量管理控制。
如上所述的变电站直流电源系统，其特征在于，所述磷酸铁锂电池组由64~74个磷酸铁锂电池单元串联或并联而成。
如上所述的变电站直流电源系统，其特征在于，所述直流电源系统还包括液晶触摸屏，直流电源系统集成控制器与液晶触摸屏之间采用MODBUS或PROFIBUS通讯协议进行通讯，接收液晶屏的设置和控制，同时在屏上显示直流电源系统所有信息和状态，包括磷酸铁锂电池组状态。
如上所述的变电站直流电源系统，其特征在于，所述电池能量管理系统BMS包括数据采集模块和通讯模块，电池组的单体信息和整体状态由电池管理系统BMS的数据采集模块负责进行各状态量采集、数据处理和故障报警，再由通讯模块与直流电源系统集成控制器进行数据通讯。
如上所述的变电站直流电源系统，其特征在于，所述数据采集模块包括电流传感器、电压传感器、信号采集电路、DSP数字处理器，电流及电压传感器和信号采集电路负责状态量的采集，再将采集到的信号与直流电压系统集成控制器进行数据通讯，采用MODBUS、PROFIBUS或CAN通讯方式。
本实用新型的有益效果是：
（1）本系统在传统变电站直流电源系统的各功能模块与新型储能电池，如磷酸铁锂电池组配套用电池管理系统（BMS）以及外接功能模块的不同通讯规约需求的基础上，完成各模块间以及与站级监控系统之间的通讯规约转换，实现整体变电站直流电源系统的通讯控制。
（2）本系统实现了系统整体监控功能的集成化控制，传统变电站直流电源系统一般基于大品牌厂家的变电站模块组成整体变电站直流电源系统，在接入非传统元件后系统难以满足监控要求时，往往很难进行改进满足实际需要。通过集成控制模块的加入，在不对原系统改动条件下能满足新的控制需求，实现整体系统监控功能。
（3）本系统在通过电池管理系统（BMS）取得磷酸铁锂电池组信息后，能及时通过中央监控单元，实现配电监控单元和充电模块动作，完成对电池组的开机、关机、停机保护等动作。
（4）本系统实现了在原有变、配电站直流电源系统的模块化设计，模块化便于系统的改变和结构调整，只需设计标准模块，节约系统升级改造的时间。
附图说明
图1是传统变、配电站直流电源系统方案示意图。
图2是本实用新型实施例的基于磷酸铁锂电池的变电站直流电源系统方案示意图。
图3是本实用新型的基于磷酸铁锂电池的变电站直流电源系统控制系统结构框图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步的详细阐述。
本实用新型提供一种变电站直流电源系统，包括磷酸铁锂电池组、直流电源系统集成控制器、直流屏中央监控单元以及电池能量管理系统BMS，如图2所示。
磷酸铁锂电池组一般由64~74个磷酸铁锂电池单元串联或并联而成。
直流屏中央监控单元包括配电监控盒、高频充电电源模块和绝缘监测仪，通过直流电源系统集成控制器与直流屏中央监控单元之间进行通讯，实时控制底层的配电监控盒、高频充电电源模块和绝缘监测仪，实现直流电源系统的继电开关和充电模块控制。
通过直流电源系统集成控制器与电池能量管理系统BMS之间进行通讯得到磷酸铁锂电池组的单体电池电压、电流及电池组SOC信息，直流电源系统集成控制器在得到电池组信息的前提下，与电池能量管理系统BMS和上层站用监控系统之间通过RS485或者CAN总线通信，实现符合磷酸铁锂电池组充放电特性曲线的能量管理控制，包括快速充电、浅充浅放。
直流电源系统中围绕集成控制器的主要控制信号示意图如图3所示，主要部件由集成控制器、直流屏监控模块、显示屏、电池管理系统BMS构成。
本系统以集成控制器为系统的主控模块，分别与直流屏中央监控单元、电池管理系统（BMS）、液晶显示模块和站级监控系统之间进行通讯。根据锂电池BMS系统采集的单体电池电压和电池组的电压、电流、温度，判断电池的运行状态，通过直流屏监控模块控制配电监控盒和充电电源模块进行对电池的浮充、均充控制和防过充、过放管理，并在运行过程中应用浅充浅放技术提高磷酸铁锂电池的使用性能和寿命。
直流电源系统集成控制器接收变、配电站的站级监控系统的轮询和调度，都归由主控站控制，作为一主多从通讯系统的通讯节点。此一主多从的通讯系统采用的通讯机制有轮询和上报方式。每个通讯节点每隔一定时间就向主控站上传该节点的状态信息，主控站按照各节点的地址顺序，向各分节点发送数据上传命令。该命令带有节点地址，只有该地址的节点返回自己的状态信息，其他节点保持原状态。每个节点只有在接收到查询指令后才进行通讯应答，平时不进行任何数据的接收和发送。这样的通讯机制能够减少或杜绝通讯数据的碰撞问题，而数据通讯的可靠性是保证系统正常采集的基础。
集成控制器与液晶触摸屏，采用MODBUS或PROFIBUS通讯协议进行通讯，接收液晶屏的设置和控制，同时在屏上显示变电站直流电源系统所有信息和状态，包括磷酸铁锂电池组状态。
电池组的单体信息和整体状态由电池管理系统的数据采集部分负责进行各状态量采集、数据处理和故障报警，再由通讯部分与集成控制器进行数据通讯。数据采集部分由电流传感器、电压传感器、信号采集电路、DSP数字处理器等组成。传感器和信号采集电路负责状态量的采集，再将采集到的信号与集成控制器进行数据通讯，采用MODBUS、PROFIBUS或CAN通讯方式。采用此系统可同时在线监测变电站所有蓄电池的单体端电压、电流和内阻等状态，同时还可得到蓄电池的荷电状态（SOC）估值。
集成控制器与直流屏中央监控单元、电池管理系统（BMS）之间的通讯控制机制描述如下：
（1）轮询机制。集成控制器采用轮询方式，每隔一定的时间间隔ΔT按照各分节点的地址顺序，或计算机控制系统配置的节点顺序，向直流屏中央监控单元、电池管理系统（BMS）等分节点发送数据上传命令。通讯包带地址发送，只有地址相同的节点返回状态信号，其他节点保持原状态。当系统具有N个分节点进行轮询时，总的状态数据更新时间为N×ΔT。采用轮询机制，能有效防止通讯数据碰撞。
（2）控制机制。集成控制器根据上级主站或液晶屏操控命令，通过与直流屏中央监控单元发送指令信号，向底层各单元模块发送操作指令，进行相应开机、启动、停机及各设置参量调整等动作。
（3）故障处理机制。集成控制器根据电池管理系统（BMS）等下级模块上传的各状态信息内容和故障上报情况，进行判断，并通知直流屏中央监控单元采取相应的故障处理动作：a.恒压限流均充充电程序；b.续流均充充电程序；c.浮充程序；d.交流电中断（停电放电）处理程序；e.交流电恢复（来电限流均充）处理程序。
以上仅为本实用新型的实施例而已，并不用于限制本实用新型，因此，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。
Claims (5)
1.一种变电站直流电源系统，包括磷酸铁锂电池组、直流电源系统集成控制器、直流屏中央监控单元以及电池能量管理系统BMS，其特征在于：
直流屏中央监控单元包括配电监控盒、高频充电电源模块和绝缘监测仪，通过直流电源系统集成控制器与直流屏中央监控单元之间进行通讯，实时控制底层的配电监控盒、高频充电电源模块和绝缘监测仪，实现直流电源系统的继电开关和充电模块控制；
通过直流电源系统集成控制器与电池能量管理系统BMS之间进行通讯得到磷酸铁锂电池组的单体电池电压、电流及电池组SOC信息，直流电源系统集成控制器在得到电池组信息的前提下，与电池能量管理系统BMS和上层站用监控系统之间通过RS485或者CAN总线通信，实现磷酸铁锂电池组充放电能量管理控制。
2.根据权利要求1所述的变电站直流电源系统，其特征在于，所述磷酸铁锂电池组由64~74个磷酸铁锂电池单元串联或并联而成。
3.根据权利要求1所述的变电站直流电源系统，其特征在于，所述直流电源系统还包括液晶触摸屏，直流电源系统集成控制器与液晶触摸屏之间采用MODBUS或PROFIBUS通讯协议进行通讯，接收液晶屏的设置和控制，同时在屏上显示直流电源系统所有信息和状态，包括磷酸铁锂电池组状态。
4.根据权利要求1所述的变电站直流电源系统，其特征在于，所述电池能量管理系统BMS包括数据采集模块和通讯模块，电池组的单体信息和整体状态由电池管理系统BMS的数据采集模块负责进行各状态量采集、数据处理和故障报警，再由通讯模块与直流电源系统集成控制器进行数据通讯。
5.根据权利要求4所述的变电站直流电源系统，其特征在于，所述数据采集模块包括电流传感器、电压传感器、信号采集电路、DSP数字处理器，电流及电压传感器和信号采集电路负责状态量的采集，再将采集到的信号与直流电压系统集成控制器进行数据通讯，采用MODBUS、PROFIBUS或CAN通讯方式。
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