CN212380995U - 一种直流电源后备蓄电池组放电远程控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种直流电源后备蓄电池组放电远程控制系统，用于对设置在变电站的后备蓄电池组进行放电控制，系统包括与后备蓄电池组对应的控制电路，控制电路包括主控制器、馈网逆变器以及三态充电机；本实用新型将传统的人工现场放电方式升级为远程控制方式，实现定期安全核容放电、活化管理，无需到现场操作，可以利用馈网逆变器对蓄电池组进行逆变放电，利用交流负载消耗电能，而且本实用新型在逆变放电之前，先通过三态充电机切换到充电状态，充电保证蓄电池充满，确保接近电池真实容量，在充满后才开始后备蓄电池组对交流负载放电，实现节能的逆变放电。

Description

一种直流电源后备蓄电池组放电远程控制系统

技术领域

本实用新型涉及电力系统领域，尤其涉及一种直流电源后备蓄电池组放电远程控制系统。

背景技术

目前，电力系统直流电源操作电源、通信电源、机房UPS(Uninterruptible PowerSupply，不间断电源)，以及储能电站、光伏电站、通讯基站、电动汽车，都大量使用蓄电池作为后备电源系统。作为后备电源的蓄电池，平时都处于浮充状态，根据蓄电池电化学特性，长期的浮充使得蓄电池内部电化学物质结晶，内阻增大，影响电池的容量和实用寿命。因此浮充状态的蓄电池需要定时进行放电、核容、活化等维护。对蓄电池的定期放电完全是人工操作，每次都要人员到现场安装放电机设备，繁琐的接线等，增加了人为操作失误造成蓄电池短路、充电设备烧毁等严重的安全生产事故的机率。同时放电时间长，现场也耗费测试人员的人力和时间，且增加了人为产生安全隐患的概率。另外，传统的人工放电设备是以发热电阻为主的假负载，长达10小时放电过程，全部以热能消耗，极大的浪费了能源。噪音，热量也给现场环境造成影响。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有人工现场放电操作费时费力、现有电池监测技术接线多、安装维护困难、极易造成生产事故和设备的损害的诸多缺陷，提供一种直流电源后备蓄电池组放电远程控制系统。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种直流电源后备蓄电池组放电远程控制系统，用于对设置在变电站的后备蓄电池组进行放电控制，包括与所述后备蓄电池组对应的控制电路，所述控制电路包括主控制器、馈网逆变器以及可以在充电、放电、浮充三种状态之间切换的三态充电机；所述三态充电机在正常情况下处于浮充状态，且其输入端连接交流电网、输出端连接直流母线、控制端连接所述主控制器，所述馈网逆变器的输入端连接所述后备蓄电池组、输出端连接所述交流电网、控制端连接所述主控制器，所述后备蓄电池组挂载于对应的直流母线上，所述主控制器还与后备蓄电池组、服务器分别连接，所述直流母线上挂载有直流负载，所述交流电网上挂载有交流负载，所述主控制器用于在接收到服务器发送的放电指令时控制所述三态充电机切换到充电状态，并在所述后备蓄电池组充满后控制所述三态充电机切换到放电状态以及馈网逆变器工作。

优选地，所述控制电路还包括监测终端，所述监测终端包括若干个监测单元组成，每个监测单元与所述主控制器之间通过电力线载波通信，每一个监测单元与所述后备蓄电池组中一节电池相连，用于实时监测所连接的一节电池的状态参数，并通过电力线载波通信传送到主控制器。

优选地，所述变电站包括两个所述后备蓄电池组，所述系统包括与两个所述后备蓄电池组对应的两个所述控制电路，第一个所述后备蓄电池组的直流母线与第二个所述后备蓄电池组的直流母线之间通过手动母联开关连接，所述手动母联开关还并联有一个可控母联开关；

所述主控制器连接所述可控母联开关，并用于在需要切换所述后备蓄电池组时，控制所述可控母联开关导通。

优选地，所述可控母联开关为带有常开辅助触点的直流接触器，所述控制电路还包括用于为所述直流接触器的线圈提供工作电压的DCDC电源模块，所述DCDC电源模块的输入端连接所述直流母线，所述DCDC电源模块的一个输出端连接所述主控制器的第一开关量接口的一个引脚，所述DCDC电源模块的另一个输出端连接所述线圈的一端，所述线圈的另一端连接所述第一开关量接口的另一个引脚，所述直流接触器的常开主触头与所述手动母联开关两端连接，所述直流接触器的常开辅助触点与所述主控制器的第二开关量接口的两个引脚连接；所述主控制器通过所述第一开关量接口实现所述线圈的驱动控制，以及通过所述第二开关量接口检测所述主触头是否有效闭合或者断开。

优选地，所述主控制器与所述服务器通过GPRS、WIFI或者以太网互联，所述主控制器通过RS232/485与所述馈网逆变器、三态充电机连接，所述主控制器通过电力线载波通信与后备蓄电池组正负极连接。

优选地，所述系统还包括通过LAN连接所述服务器的PC终端和通过WIFI或GPRS连接所述服务器的移动终端。

优选地，所述系统还包括数据集合显示器，所述数据集合显示器通过WIFI、RS232/485或者LAN与主控制器互联，用于显示电池状态参数以及告警信息。

本实用新型另一方面还构造了一种直流电源后备蓄电池组放电远程控制系统，用于对设置在变电站的后备蓄电池组进行放电控制，包括与所述后备蓄电池组对应的控制电路，所述控制电路包括主控制器、假负载设备以及可以在充电、放电、浮充三种状态之间切换的三态充电机；所述三态充电机平常处于浮充状态，其输入端连接交流电网、输出端连接直流母线、控制端连接所述主控制器，所述假负载设备的输入端连接所述后备蓄电池组、控制端连接所述主控制器，所述后备蓄电池组挂载于对应的直流母线上，所述主控制器还与后备蓄电池组、服务器分别连接，所述直流母线上挂载有直流负载；所述主控制器用于在接收到服务器发送的放电指令时控制所述三态充电机切换到充电状态，并在所述后备蓄电池组充满后控制所述三态充电机切换到放电状态以及所述假负载设备工作。

本实用新型的直流电源后备蓄电池组放电远程控制系统，具有以下有益效果：本实用新型将传统的人工现场放电方式升级为远程控制方式，从而实现对蓄电池的定期安全放电活化管理，只需远程发送放电指令即可实现自动放电，无需到现场操作，而且本实用新型在逆变放电之前，先通过充电保证蓄电池充满，确保接近电池真实容量，充满后才开始后备蓄电池组对交流负载放电，实现节能的逆变放电。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图：

图1是本实用新型直流电源后备蓄电池组放电远程控制系统的结构示意图；

图2是主控制器接口示意图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的典型实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容更加透彻全面。应当理解本实用新型实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本实用新型实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。

本说明书中使用的“第一”、“第二”等包含序数的术语可用于说明各种构成要素，但是这些构成要素不受这些术语的限定。使用这些术语的目的仅在于将一个构成要素区别于其他构成要素。例如，在不脱离本实用新型的权利范围的前提下，第一构成要素可被命名为第二构成要素，类似地，第二构成要素也可以被命名为第一构成要素。

实施例一

参考图1，本实施例将直流电源后备蓄电池组放电远程控制系统，用于对设置在变电站的后备蓄电池组进行放电控制。本实施例将该放电远程控制系统应用于DC110V双电双充电源系统，当然也可以应用于其他领域的后备电源系统，诸如政府、铁路系统等数据中心的不间断电源系统、通信基站电源、EPS应急电源等，可以用作上述场合中后备电源蓄电池组的远程放电核容与管理。

具体的，该DC110V双电双充电源系统包括设置在变电站的两个后备蓄电池组，两个后备蓄电池组各自挂载于对应的DC110V直流母线上，如图中蓄电池组1连接I段母线上，蓄电池组2连接II段母线上。各直流母线上挂载有直流负载。I段母线与II段母线之间通过手动母联开关7连接，本实用新型在所述手动母联开关7的基础上还并联一个可控母联开关6。

参考图1，该放电远程控制系统包括服务器8、终端和与两个后备蓄电池组对应的两个控制电路，即每一个蓄电池组配有独立的控制电路。

其中，所述服务器8存储有控制电路上传的各种运行参数数据，所述终端包括通过LAN访问所述服务器8的PC终端9和通过WIFI或GPRS访问所述服务器8的移动终端10。用户可以普通账号或者管理账号登录终端，以普通账号登录的终端仅有访问所述服务器8的数据的权限，以管理账号登录的终端(即管理员终端)既可以访问所述服务器8的数据，还可以授权操作放电参数设置以及下发放电指令。

因为两个所述控制电路是相同的，所以下面仅就其中给一个所述控制电路进行详细说明。所述控制电路包括主控制器1、馈网逆变器3、三态充电机2、监测终端4、数据集合显示器5。

参考图1，所述主控制器1与所述服务器8通过GPRS、WIFI或者以太网互联。管理员账号登录的终端通过服务器8向主控制器1下达相应的操作命令。所述主控制器1通过电力线载波通信(PLC)与后备蓄电池组正负极连接。每一所述主控制器1连接所述可控母联开关6。三态充电机2的交流输入端连接交流电网、直流输出端连接直流母线、控制端连接所述主控制器1。馈网逆变器3的输入端连接所述后备蓄电池组、输出端连接所述交流电网、控制端连接所述主控制器1。所述交流电网上挂载有交流负载。

参考图2，具体来说，主控制器1具有两路RS232/485串行通讯接口COM1和COM2、WIFI/GPRS模块、一路以太网通信LAN接口、第一开关量接口和第二开关量接口(开关量接口是一进一出两个引脚，内部有继电器开关)、PLC载波通信接口。PLC载波通信接口接入蓄电池组的正负极，如此主控制器1可以监控蓄电池组的总电压、总电流等参数。串口COM1连接三态充电机2的串口，实现对其工作状态的切换控制以及状态参数的读取。串口COM2连接馈网逆变器3的串口，实现对其工作状态的切换控制以及运行状态数据读取。

本实施例中，可控母联开关6为带有常开辅助触点的直流接触器，额定电流DC100A，线圈电压DC24V，主触头常开，主触头与手动母联开关7形成并联结构，接入两段直流母线中。相应的，所述控制电路还包括用于为所述直流接触器的线圈提供工作电压的DCDC电源模块8，DCDC电源模块819为输入DC110V，输出DC24V。所述DCDC电源模块8的输入端连接所述直流母线，所述DCDC电源模块8的一个输出端连接所述主控制器1的第一开关量接口的一个引脚，所述DCDC电源模块8的另一个输出端连接所述线圈的一端，所述线圈的另一端连接所述第一开关量接口的另一个引脚，所述直流接触器的常开主触头与所述手动母联开关7两端连接，所述直流接触器的常开辅助触点与所述主控制器1的第二开关量接口的两个引脚连接。所述主控制器1通过所述第一开关量接口实现所述线圈的驱动控制，以及通过所述第二开关量接口检测所述主触头是否有效闭合或者断开。

本实施例中，三态充电机2的三种状态分别是充电状态、浮充状态以及放电状态，由主控制器1通过串口COM1通信，控制三态充电机2输出电压的不同来实现，三态充电机2的充电状态的输出电压大于蓄电池组的电压，放电状态的输出电压小于蓄电池组的电压且此时无电流输出，浮充状态的输出电压大体上是恒定的，仅略高于蓄电池组的端电压，平常三态充电机2都是处于浮充状态。具体的，本实施例中，三态充电机2的充电状态时的输出电压为124.2V，三态充电机2的浮充状态时的输出电压为121.5V，三态充电机2的放电状态的输出电压为102.6V，无电流输出，也称零电流输出状态，亦可称为零功率输出状态。

本实施例中，馈网逆变器3直流输入额定电压DC110V，范围DC98V～DC143V，交流输出额定电压AC220V，范围AC198V～AC286V，输出功率3000VA，参考图2，馈网逆变器3的控制串口通过RS232/485与主控制器1的串口COM2联通，实现主控制器1对馈网逆变器3工作状态的切换控制以及运行状态数据读取。

本实施例中，监测终端4包括若干个监测单元组成，每个监测单元与所述主控制器1之间通过电力线载波通信，每一个监测单元与所述后备蓄电池组中一节电池相连，用于实时监测所连接的一节电池的状态参数，并通过电力线载波通信传送到主控制器1。状态参数包括电池的电压、欧姆内阻、极化内阻、极化电容、荷电量以及蓄电池体电极温度等。

本实施例中，数据集合显示器5通过WIFI、RS232/485或者LAN与主控制器1互联，用于显示电池状态参数以及告警信息等。

本实施例中，当要进行远程放电时，可以通过管理员终端发送放电指令给服务器8下达给对应的主控制器1，所述主控制器1在接收到服务器8发送的放电指令时，控制所述三态充电机2从浮充状态切换到充电状态直至所述后备蓄电池组充满，再控制所述三态充电机2切换到放电状态以及控制所述馈网逆变器3从待机状态切换到工作状态以对所述后备蓄电池组进行逆变放电，通过交流负载消耗能量，可以理解的是，逆变放电过程中，本地直流负载继续参与消耗放电。

需要说明的是，三态充电机2的放电状态与馈网逆变器3的工作状态可以不同步，比如，在其他优选实施例中，可以优选为三态充电机2先切入放电状态，利用所述后备蓄电池组对所述直流负载进行短时预放电，在短时预放电未出现放电异常并正常结束后，馈网逆变器3才进入工作状态。

在其他优选实施例中，可以在所述后备蓄电池组放电到预设深度时控制所述馈网逆变器3恢复待机状态，所述三态充电机2进入充电状态，并在所述后备蓄电池组充满后恢复到浮充状态。

在其他优选实施例中，在电池充满后、放电之前，可以先诊断所述后备蓄电池组的状态并判断所述后备蓄电池组是否满足放电的先决条件，如果满足先决条件，才调低所述的三态充电机2的输出电压到放电状态，利用所述后备蓄电池组对所述直流负载进行短时预放电，在短时预放电过程中，如果出现放电异常，则调高所述三态充电机2的电压到浮充状态，后续步骤不执行，发出告警信号以显示蓄电池组故障，等待人工检查修复。

其中，所述放电异常是指的监测到单节电池的电压或者所述后备蓄电池组的电压突降到所述预设深度对应的截止电压，单节电池温度超过最高温度阈值。比如说预设深度是90％，对于2V电池，单节电池的截止电压为1.8V，后备蓄电池组的截止电压值为蓄电池节数乘以1.8V，单节电池温度最高阈值为50℃。

其中，所述的诊断所述后备蓄电池组的状态并判断所述后备蓄电池组是否满足放电的先决条件，包括：根据监测到的每一节电池的状态参数，评估每一节电池满充后的健康状态，如果满充后的健康状态低于预设值比如70％，且电池的内阻值未超出标称值的预设比例比如50％，则判定满足放电的先决条件。

其中，健康状态是预先通过实验，将不同健康水平的电池在满充下的内阻测出来，建立健康状态与内阻的对应表，拟合出一个曲线。所以本实用新型在监测到电池的状态参数时，只要根据状态参数中的内阻值就可以根据该曲线找到对应的健康状态。

另外，需要在评估蓄电池组的剩余容量、健康状态时，我们可以将健康状态最差的电池的剩余容量、健康状态作为所述后备蓄电池组的剩余容量、健康状态。

在其他优选实施例中，对所述后备蓄电池组进行逆变放电过程中，如果出现放电异常，则控制所述馈网逆变器恢复待机状态，同时调高所述三态充电机2的电压到浮充状态，后续步骤不执行，发出告警信号以显示蓄电池组故障，等待人工检查修复。

在其他优选实施例中，主控制器1实时监控蓄电池组总电压与放电电流以及馈网逆变器3输出状态，监测终端4实时监控每节电池的状态参数，在逆变放电的同时，可以检测馈网逆变器3的切换、逆变效率等参数，以达到及时检测逆变器性能的目的，防止有故障的逆变器造成的后备电源供电系统安全供电隐患。

本实施例中，如果监控到所述后备蓄电池组的电压降到故障电压门限值(比如DC99V)且所述后备蓄电池组出现极端的开路情况(体现为电流为零，整组电池失压)时，则主控制器1控制所述馈网逆变器3处于待机状态，同时控制所述可控母联开关6导通，比如主控制器1的第一开关量接口内部的继电器闭合，线圈得电，主触头以及辅助触点均闭合，主控制器1监测辅助触点的状态，只有辅助触点同为闭合状态，整个可控母联视为闭合，第二个蓄电池组被启用，充电机电压调到浮充状态，并报警，等人工解除故障后，主控制器1发出控制信号，断开主触头，将该蓄电池组恢复到正常工作状态。

实施例具有如下有益效果：将传统的人工现场放电方式升级为远程控制方式，从而实现对蓄电池的定期安全放电活化管理，只需远程发送放电指令即可实现自动放电，无需到现场操作，而且本实用新型在逆变放电之前，先通过充电保证蓄电池充满，确保接近电池真实容量，充满后才开始后备蓄电池组对交流负载放电，实现节能的逆变放电。

实施例二

本实施例的直流电源后备蓄电池组放电远程控制系统，与实施例一的不同在于，将实施例一的馈网逆变器3去除了，多了一个假负载设备。假负载设备的输入端连接所述后备蓄电池组、控制端连接所述主控制器1。整个系统的工作原理与实施例一基本相同，唯一的不同在于，主控制器1将实施例一种的逆变放电替之为控制所述假负载设备开始工作以利用所述后备蓄电池组进行放电。也就是说，不像实施例一那样利用馈网逆变器3逆变放电了，而是利用假负载设备来耗电，假负载设备主要就把蓄电池组的电能直接用电阻发热方式消耗掉。

上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。

Claims (8)

1.一种直流电源后备蓄电池组放电远程控制系统，用于对设置在变电站的后备蓄电池组进行放电控制，其特征在于，包括与所述后备蓄电池组对应的控制电路，所述控制电路包括主控制器、馈网逆变器以及可以在充电、放电、浮充三种状态之间切换的三态充电机；所述三态充电机在正常情况下处于浮充状态，且其输入端连接交流电网、输出端连接直流母线、控制端连接所述主控制器，所述馈网逆变器的输入端连接所述后备蓄电池组、输出端连接所述交流电网、控制端连接所述主控制器，所述后备蓄电池组挂载于对应的直流母线上，所述主控制器还与后备蓄电池组、服务器分别连接，所述直流母线上挂载有直流负载，所述交流电网上挂载有交流负载，所述主控制器用于在接收到服务器发送的放电指令时控制所述三态充电机切换到充电状态，并在所述后备蓄电池组充满后控制所述三态充电机切换到放电状态以及馈网逆变器工作。

2.根据权利要求1所述的直流电源后备蓄电池组放电远程控制系统，其特征在于，所述控制电路还包括监测终端，所述监测终端包括若干个监测单元组成，每个监测单元与所述主控制器之间通过电力线载波通信，每一个监测单元与所述后备蓄电池组中一节电池相连，用于实时监测所连接的一节电池的状态参数，并通过电力线载波通信传送到主控制器。

3.根据权利要求1或2所述的直流电源后备蓄电池组放电远程控制系统，其特征在于，所述变电站包括两个所述后备蓄电池组，所述系统包括与两个所述后备蓄电池组对应的两个所述控制电路，第一个所述后备蓄电池组的直流母线与第二个所述后备蓄电池组的直流母线之间通过手动母联开关连接，所述手动母联开关还并联有一个可控母联开关，所述主控制器连接所述可控母联开关，并在需要切换所述后备蓄电池组时，控制所述可控母联开关导通。

4.根据权利要求3所述的直流电源后备蓄电池组放电远程控制系统，其特征在于，所述可控母联开关为带有常开辅助触点的直流接触器，所述控制电路还包括用于为所述直流接触器的线圈提供工作电压的DCDC电源模块，所述DCDC电源模块的输入端连接所述直流母线，所述DCDC电源模块的一个输出端连接所述主控制器的第一开关量接口的一个引脚，所述DCDC电源模块的另一个输出端连接所述线圈的一端，所述线圈的另一端连接所述第一开关量接口的另一个引脚，所述直流接触器的常开主触头与所述手动母联开关两端连接，所述直流接触器的常开辅助触点与所述主控制器的第二开关量接口的两个引脚连接；所述主控制器通过所述第一开关量接口实现所述线圈的驱动控制，以及通过所述第二开关量接口检测所述主触头是否有效闭合或者断开。

5.根据权利要求1或2所述的直流电源后备蓄电池组放电远程控制系统，其特征在于，所述主控制器与所述服务器通过GPRS、WIFI或者以太网互联，所述主控制器通过RS232/485与所述馈网逆变器、三态充电机连接，所述主控制器通过电力线载波通信与后备蓄电池组正负极连接。

6.根据权利要求5所述的直流电源后备蓄电池组放电远程控制系统，其特征在于，所述系统还包括通过LAN连接所述服务器的PC终端和通过WIFI或GPRS连接所述服务器的移动终端。

7.根据权利要求1或2所述的直流电源后备蓄电池组放电远程控制系统，其特征在于，所述系统还包括数据集合显示器，所述数据集合显示器通过WIFI、RS232/485或者LAN与主控制器互联，用于显示电池状态参数以及告警信息。

8.一种直流电源后备蓄电池组放电远程控制系统，用于对设置在变电站的后备蓄电池组进行放电控制，其特征在于，包括与所述后备蓄电池组对应的控制电路，所述控制电路包括主控制器、假负载设备以及可以在充电、放电、浮充三种状态之间切换的三态充电机；所述三态充电机平常处于浮充状态，其输入端连接交流电网、输出端连接直流母线、控制端连接所述主控制器，所述假负载设备的输入端连接所述后备蓄电池组、控制端连接所述主控制器，所述后备蓄电池组挂载于对应的直流母线上，所述主控制器还与后备蓄电池组、服务器分别连接，所述直流母线上挂载有直流负载；所述主控制器用于在接收到服务器发送的放电指令时控制所述三态充电机切换到充电状态，并在所述后备蓄电池组充满后控制所述三态充电机切换到放电状态以及所述假负载设备工作。

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