CN204741338U - 锂电池直流系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种锂电池直流系统，包括直流母线，整流模块、交流母线、锂电池回路开关、锂电池组、放电装置、旁路放电装置和储能电源系统，所述的直流母线分别连接整流模块和锂电池回路开关，所述的整流模块连接交流母线，所述的锂电池回路开关连接放电装置，所述的放电装置通过电路连接到锂电池回路开关的锂电池组一侧，所述的旁路放电装置一端与直流母线连接，另一端与锂电池回路开关和锂电池组之间的电路连接，所述的锂电池组与储能电源系统电路连接。对抗分合闸时的冲击，延长锂电池组的寿命，稳定输出功率，提高可靠性,并具有旁路放电功能。
Description
技术领域
本实用新型涉及变电站直流系统领域，具体地，涉及一种锂电池直流系统。
背景技术
直流系统的用途：广泛应用于水力、火力发电厂，各类变电站和其它使用直流设备的用户(如发电厂、变电站、配电站、石化、钢铁、电气化铁路、房地产等)，为信号设备、保护、自动装置、事故照明及断路器分、合闸操作提供直流电源，它也同样广泛的应用于通信部门、计算机房、医院、矿井、宾馆，以及高层建筑的可靠应急电源，用途十分广泛。还有直流系统的心脏是锂电池组，对锂电池组进行科学的维护是直流系统的核心工作。
锂电池组是目前最常用的储能元件，但是锂电池组容量的选择不仅要满足合闸等冲击性负荷所需最大放电电流要求还要同时满足对经常性负荷持续供电的时间要求。在变电站直流系统中，锂电池组的作用非同小可，但是遇到一些极端状况时往往会对锂电池组造成很大的伤害，缩短锂电池组的寿命。电容器作为新兴的能量储能器件，能够实现快速放电，瞬间大功率输出能力强，并且能够与锂电池组通过合适的拓扑连接提供电压支撑，保护锂电池组，延长锂电池组的寿命，使功率的输出更加平稳。与单独的使用锂电池组相比，锂电池组和电容器组成的混合储能装置在功率密度、使用寿命以及环境温度等方面具有很大的优势，这些优点正是变电站直流电源需要的。
另外,变电站直流系统中新安装的阀控密封锂电池组组，应进行全核对性放电试验。以后每隔二年进行一次核对性放电试验。运行了四年以后的锂电池组组，每年做一次核对性放电试验。直流母线在正常运行和改变运行方式的操作中，严禁脱开锂电池组组。”根据上述要求，在进行锂电池组组充放电试验工作时，就不能断开锂电池组组总开关，因此在进行锂电池组组放电时，需将整流模块开关拉开。此时由锂电池组组带全站直流负载，而对于有故障隐患或运行时间较长的锂电池组组，由于放电电流较大，可能导致锂电池组组通过大电流的情况，导致锂电池组组过热毁坏，将造成全站直流电源消失。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种对抗分合闸时的冲击，延长锂电池组的寿命，稳定输出功率，提高可靠性, 并具有旁路放电功能的锂电池直流系统。
本实用新型解决上述问题所采用的技术方案是：一种锂电池直流系统，包括直流母线，整流模块、交流母线、锂电池回路开关、锂电池组、放电装置、旁路放电装置和储能电源系统，所述的直流母线分别连接整流模块和锂电池回路开关，所述的整流模块连接交流母线，所述的锂电池回路开关连接放电装置，所述的放电装置通过电路连接到锂电池回路开关的锂电池组一侧，所述的旁路放电装置一端与直流母线连接，另一端与锂电池回路开关和锂电池组之间的电路连接，所述的锂电池组与储能电源系统电路连接。
进一步的，所述的储能电源系统包括电容器、双向变换器DC/DC和控制系统，所述的双向变换器DC/DC一侧与锂电池组连接，另一侧与电容器连接，所述的控制系统包括脉冲宽度调制、负反馈控制环和对双向变换器DC/DC 的控制系统。所述控制包括对双向变换器DC/DC 的脉冲宽度调制、对输出到直流母线上的电压进行的负反馈控制环、对双向变换器DC/DC 的控制；将直流母线的理想电压作为设定值，把直流母线上的实际电压作为反馈值，两个数值进行运算，得到的偏差作为PID控制器的输入，通过PID 控制器的运算得到输出的功率信号，通过PID 控制器输出的信号对双向变换器DC/DC 的输入，主要通过脉冲宽度调制的方法，控制双向变换器DC/DC，进而达到控制电容器和蓄电池的输出功率的目的。利用电容器和蓄电池本身的特性，达到既满足直流负载的需求，同时又保护蓄电池的目的。
进一步的，所述的双向变换器DC/DC 为Buck-Boost 双向变换器。
进一步的，所述的旁路放电装置包括二极管和旁路放电装置开关，所述二极管一端和旁路放电装置开关的上端电路连接,另一端与直流母线连接,所述旁路放电装置开关的下端与锂电池回路开关和锂电池组之间的电路连接。
综上，本实用新型的有益效果是：确保了有故障隐患或运行时间较长的锂电池组发生故障时全站直流系统的稳定性，在变电站直流系统锂电池组进行放电操作时，接入本实用新型，可确保电池组不脱离运行母线，控制母线日常负荷由整流模块提供，由于二极管单向导电性，整流模块不会给电池组充电。且当交流电源或整流模块故障时，控制母线电压只要略低于锂电池组电压时，锂电池组经本实用新型向控制母线不间断供电，确保变电站及电网的安全运行。
本方案将电容器和锂电池结合起来组成混合储能装置，兼顾了两者的优点，互补了双方的缺点，因此可以在直流母线上的电压发生变化的时候更加平稳、快速跟踪的基础上，保持电压的稳定。电容器与锂电池通过合适的拓扑结构连接在一起，能够为混合储能电源系统提供电压支撑，避免锂电池的过度损耗，延长锂电池的寿命，同时可以提高系统的可靠性，稳定输出功率。
附图说明
图1为本实用新型一种锂电池直流系统的结构原理示意图；
其中：1-直流母线，2-整流模块，3-交流母线，4-锂电池回路开关，5-锂电池组，6-放电装置，7-旁路放电装置，8-储能电源系统，9-电容器，10-双向变换器DC/DC，11-二极管，12-旁路放电装置开关。
具体实施方式
下面结合实施例，对本实用新型作进一步的详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。
实施例1
如图1所示的一种锂电池直流系统，包括直流母线1，整流模块2、交流母线3、锂电池回路开关4、锂电池组5、放电装置6、旁路放电装置7和储能电源系统8，所述的直流母线1分别连接整流模块2和锂电池回路开关4，所述的整流模块2 连接交流母线3，所述的锂电池回路开关4连接放电装置6，所述的放电装置6通过电路连接到锂电池回路开关4的锂电池组5 一侧，所述的旁路放电装置7一端与直流母线1连接，另一端与锂电池回路开关4和锂电池组5之间的电路连接，所述的锂电池组5与储能电源系统8电路连接。
本新型主要目的是：1、当交流电源或整流模块2故障时，控制母线电压只要略低于锂电池组电压时，锂电池组5经旁路放电装置7向控制母线不间断供电，确保变电站及电网的安全运行；2、在旁路放电装置7为直流系统提供保障的情况下，储能电源系统8对直流系统供电提供双重保护,当锂电池组5耗能过大时， 储能电源系统8提供储能及临时放电供电功能。
实施例2
如图1所示的一种锂电池直流系统，在实施例1的基础上，所述的储能电源系统8包括电容器9、双向变换器DC/DC10和控制系统，所述的双向变换器DC/DC10一侧与锂电池组5连接，另一侧与电容器9连接，所述的控制系统包括脉冲宽度调制、负反馈控制环和对双向变换器DC/DC 的控制系统。所述的双向变换器DC/DC 为Buck-Boost 双向变换器。
将期望的直流母线电压作为负反馈系统的设定值，将实际的直流母线电压作为反馈值，设定值与实际值的偏差作为PID 控制器的输入，经过PID 控制器的运算，PID 控制器的输出作双向变换器DC/DC 的输入，通过双向变换器DC/DC 10控制电容器9和蓄电池的输出功率。电容器9和蓄电池输出的功率之和应该满足直流负载的功率需求。借助电容器9和蓄电池的不同特性，达到及时将输出功率提高到负载所需的水平，同时通过蓄电池进行持久的功率输出。电容器的特性为混合储能系统提供了电压支撑，使得蓄电池的电压不会跌落到很低的状态，使其过度放电，造成较大的损耗。所述的混合储能装置中的电容器和蓄电池的容量额度至少应该与直流系统中的负荷相匹配，以确保在电容器9和蓄电池任意一个独自运行时能够保证负荷的需求得到满足。
实施例3
如图1所示的一种锂电池直流系统，在实施例1的基础上，所述的旁路放电装置7包括二极管11和旁路放电装置开关12，所述的二极管11和旁路放电装置开关12电路连接。
锂电池组进行放电工作时，合上旁路放电装置开关12，断开蓄电池回路开关4。此时整流模块2 继续工作，但由于二极管11的逆止作用，整流模块2 只能为直流母线1 充电，而无法向锂电池组5 充电。合上放电装置6 的开关，调整适宜的电流开始对锂电池组5进行放电。若交流母线3 或整流模块2 发生故障，直流母线1 电压降低，锂电池组5 经放旁路放电装置7 的二极管向直流母线1 放电，保障全站直流供电负荷需求。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，依据本实用新型的技术实质，在本实用新型的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种锂电池直流系统，包括直流母线（1），整流模块（2）、交流母线（3）、锂电池回路开关（4）、锂电池组（5）、放电装置（6）、旁路放电装置（7）和储能电源系统（8），其特征在于：所述的直流母线（1）分别连接整流模块（2）和锂电池回路开关（4），所述的整流模块（2） 连接交流母线（3），所述的锂电池回路开关（4）连接放电装置（6），所述的放电装置（6）通过电路连接到锂电池回路开关（4）的锂电池组（5） 一侧，所述的旁路放电装置（7）一端与直流母线（1）连接，另一端与锂电池回路开关（4）和锂电池组（5）之间的电路连接，所述的锂电池组（5）与储能电源系统（8）电路连接。
2.根据权利要求1所述的一种锂电池直流系统，其特征在于：所述的储能电源系统（8）包括电容器（9）、双向变换器DC/DC（10）和控制系统，所述的双向变换器DC/DC（10）一侧与锂电池组（5）连接，另一侧与电容器（9）连接，所述的控制系统包括脉冲宽度调制、负反馈控制环和对双向变换器DC/DC 控制。
3.根据权利要求2所述的一种锂电池直流系统，其特征在于：所述的双向变换器DC/DC 为Buck-Boost 双向变换器。
4.根据权利要求1所述的一种锂电池直流系统，其特征在于：所述的旁路放电装置（7）包括二极管（11）和旁路放电装置开关（12），所述二极管（11）一端和旁路放电装置开关（12）的上端电路连接,另一端与直流母线（1）连接,所述旁路放电装置开关（12）的下端与锂电池回路开关（4）和锂电池组（5）之间的电路连接。
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|---|---|---|---|---|
| CN109507607A (zh) * | 2018-10-29 | 2019-03-22 | 国家电网有限公司 | 便携式蓄电池组电压采集仪 |
| CN112087017A (zh) * | 2020-07-27 | 2020-12-15 | 国网综合能源服务集团有限公司 | 一种变电站直流电源电池管理系统及其电池管理方法 |
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