CN216794660U - 一种直流电源系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型具体涉及一种直流电源系统，属于电站用直流电源系统领域技术领域，解决了单体电池异常对整组蓄电池的影响以及新旧电池不能混用的难题，采用的方案为：一种基于单体电池充放电补偿方法的站用直流电源，包括整流模块AU、蓄电池组、蓄电池监控装置和直流监控装置，蓄电池组包括依次串联连接的放电二极管、分流器FL和多组单体蓄电池，单体蓄电池分别并联连接单体蓄电池维护装置，分流器FL和单体蓄电池维护装置的输出端依次电气连接蓄电池监控装置和直流监控装置，可以实现对单体蓄电池的精准维护，有效延长了蓄电池组的使用寿命，增加了系统的可靠性和安全性。

Description

一种直流电源系统

技术领域

本实用新型涉及电力系统领域，尤其涉及电站站用直流电源系统领域。

背景技术

直流电源系统是应用于水力、火力发电厂和各类变电站等，为信号设备、自动装置、事故照明、应急电源及断路器分、合闸操作提供直流电源的电源设备。直流电源系统是一个独立的电源，其不受发电机、厂用电及系统运行方式的影响，并在外部交流电中断的情况下，由蓄电池组继续提供直流电源，保障系统设备正常运行。

直流电源系统的用电负荷极为重要，对供电的可靠性要求很高，直流系统的可靠性是保障变电站安全运行的决定性条件之一。在系统发生故障，站用电中断的情况下，如果直流电源系统不能可靠的为工作设备提供直流工作电源，将会产生不可估计的损失。

蓄电池组作为直流电源系统的核心部分，电力直流操作电源系统失电且蓄电池组不能及时的为负荷供电时，将使电力负荷和控制负荷设备无法工作，往往会引起大的供电事故，造成整个直流系统失电，甚至整个变电站失电，造成巨大的损失。

图1为传统直流电源系统结构示意图，常规直流电源系统中，直流监控模块通过电池巡检装置对蓄电池组进行实时、完善的在线检测与管理，是对整组蓄电池进行统一的充放电管理，对于整个串联电池组而言，其有效容量由容量最弱的单体决定，一旦有个别单体出现异常后，整个电池组长期处于这种非正常的充放电状态，会加剧电池单体间参数的不一致性，进而就会导致整组蓄电池性能变差，续航能力迅速衰减，其寿命也会大打折扣。如果常规直流系统中出现个体异常的情况时，通常处理方法是对整组蓄电池进行更换，并作为废旧电池处理。实际上整组蓄电池中绝大部分单体的性能仍然很好，如果没有得到充分利用，将会造成巨大的资源浪费和环境污染。因此在直流电源系统中如何实现精准的对蓄电池进行维护，提高蓄电池的使用寿命，同时即使在蓄电池单体出现异常时能及时的进行能量补偿，保证整组蓄电池的正常充放电的研究也就应运而生。

实用新型内容

本实用新型克服了现有技术存在的不足，提供了一种直流电源系统。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

一种直流电源系统，包括整流模块AU、蓄电池组、单体蓄电池维护装置、蓄电池监控装置和直流监控装置；所述整流模块AU与控制负荷母线相连，所述控制负荷母线上连接有蓄电池组，所述蓄电池组包括依次串联连接的放电二极管D1、分流器FL和多组单体蓄电池，所述放电二极管D1的阴极连接控制负荷母线的正极线CL+，放电二极管D1的阳极连接所述分流器FL的一端，所述单体蓄电池分别并联连接单体蓄电池维护装置，所述分流器FL仪表接线端和单体蓄电池维护装置的输出端依次电气连接蓄电池监控装置和直流监控装置；所述放电二极管D1与蓄电池组开关K1并联连接设置；所述单体蓄电池维护装置对单体蓄电池电压、内阻和温度的采集，并将采集的电压信息上送给蓄电池监控装置，并接收蓄电池监控装置下发的工作模式及该模式下的输出电压、电流值。

进一步地，单体蓄电池维护装置包括AD采样电路、补偿电路、CPU、通信电路和辅助电源电路。

进一步地，分流器FL和蓄电池组并联连接有可调电阻R1，所述可调电阻R1与放电测试开关K2串联连接设置。

本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：

通过蓄电池单体维护装置、蓄电池监控装置和直流监控装置的三级监测架构，解决了

一、均充末期因个别电池电压高，容易失水，提早损坏的问题；

二、解决个别电池有问题时，均充进程可能提前结束，造成大部分电池充不满电的问题，如内阻大的电池达到一定的量级，很快到均充恒压阶段，本系统中的单体蓄电池维护装置可以单独充电使其对应的蓄电池容量得以补充；

三、解决新旧电池不能混用的难题，正常情况下通过单体蓄电池维护装置对各电池单独浮充，新旧电池互不影响。

四、实现了蓄电池单体的精准维护，有效延长了蓄电池组的使用寿命，增加了系统的可靠性和安全性。

附图说明

下面结合附图对本实用新型做进一步的说明。

图1为传统直流电源系统结构示意图。

图2为本实用新型的直流电源系统结构示意图。

图3为本实用新型的单体蓄电池维护装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例做进一步的说明。

本实用新型的直流电源系统结构示意图如图2所示，一种直流电源系统，包括：

整流模块AU，为系统提供直流电源。

蓄电池组，在交流电源断电时能够实时地提供二次回路所需要的直流供电。

蓄电池监控装置，根据单体蓄电池维护装置上传的单体电压、内阻和温度值和采集得到的蓄电池组电压、电流值对单体蓄电池维护装置下发工作模式，如果单体蓄电池维护装置需要工作在充电模式，则根据需要同时下发充电电压和电流值。

直流监控装置，根据蓄电池监控装置上传的信息对蓄电池组的状态进行判断，与蓄电池监控装置通过RS485总线连接。

如图2所示，控制负荷母线包括正极线CL+、负极线CL-,整流模块AU与控制负荷母线的正极线CL+、控制负荷母线的负极线CL-相连，控制负荷母线上连接有蓄电池组，蓄电池组的正极和负极分别与控制负荷母线的正极线CL+、负极线CL-连接构成回路。蓄电池组包括依次串联连接的放电二极管D1、分流器FL和多组单体蓄电池，放电二极管D1的阴极连接控制负荷母线的正极线CL+，放电二极管D1的阳极连接所述分流器FL的一端，单体蓄电池分别并联连接单体蓄电池维护装置，附图2中，M1～M104为单体蓄电池维护装置，分流器FL的仪表接线端和单体蓄电池维护装置的输出端依次电气连接蓄电池监控装置和直流监控装置；放电二极管D1与蓄电池组开关K1并联连接设置；其中，分流器FL和蓄电池组并联连接有可调电阻R1，所述可调电阻R1与放电测试开关K2串联连接设置。

单体蓄电池维护装置对单体蓄电池电压、内阻和温度的采集，并将采集的电压信息上送给蓄电池监控装置，并接收蓄电池监控装置下发的工作模式及该模式下的输出电压、电流值。

其中如图3所示，单体蓄电池维护装置包括AD采样电路、补偿电路、CPU、通信电路和辅助电源电路。辅助电源电路通过对外接电源进行调压给CPU和其他元器件供电，AD采样电路和CPU配合采集蓄电池单体的端电压、内阻和温度，CPU通过通信电路和蓄电池监控装置完成信息的交互，CPU根据接收到的信息调节所述补偿电路进行输出，满足单体蓄电池电压补偿需求。其中通信电路采用RS485通信总线。

该直流电源系统中的单体蓄电池维护装置工作方模式有两种：测量模式和充电模式。

一、测量模式：此时装置不输出电流，测量蓄电池单体的端电压、内阻和温度。测量内阻的原理是：如果蓄电池组开关K1处于断开状态，测量的是蓄电池单体的开路电压U1，通过装置内部的电路给电池并联一个一定阻值的电阻R，然后再次记录蓄电池单体电压U2，此时可以通过公式1计算出蓄电池单体的内阻r，r=（U₁/ U ₂-1）-R。

二、充电模式：如果是正常浮充状态，则装置工作在恒压限流模式；如果是补充充电状态，则将装置输出设定值提高至蓄电池单体均充电压，如果是放电补偿状态，则装置按照最大功率输出。

若直流电源系统正常稳定运行时，直流母线的电压由整流模块AU输出提供。此时蓄电池组开关K1处于断开状态，单体蓄电池维护装置工作在充电模式下，对各自的单体蓄电池进行恒压限流浮充，此种模式下能解决蓄电池串联时浮充电压不一致的问题。如果该直流系统由于交流电源异常蓄电池组开始事故放电时，CL母线电压下降，放电二极管D1自动导通蓄电池组开始放电，为了防止放电二极管D1过热可以闭合蓄电池组开关K1,此时蓄电池监控装置根据单体蓄电池维护装置上传的各自单体电压值来实时的判断各单体蓄电池电压下降情况，对下降大的蓄电池单体给其对应的单体维护模块下发放电补偿的命令给其进行放电电流补偿，维持其电压与正常单体蓄电池电压尽量一致，达到电池容量补偿的目的。系统恢复正常后会对蓄电池组进行充电，此时母线电压是由整流模块AU输出提供，此时蓄电池组开关K1仍处于闭合状态，开始进行主充进程，充电电压电流由母线提供，单体蓄电池维护装置处于测量模式，当蓄电池充入70%容量或出现单体蓄电池电压过高时断开蓄电池组开关K1，停止主充进程，蓄电池监控装置给单体蓄电池维护模块下发补充充电命令，剩余容量由各自的单体蓄电池维护模块补充，直至充电电流小于设定值一段时间后，单体蓄电池维护模块转入浮充状态。

该直流电源系统进行蓄电池维护时断开蓄电池组开关K1,闭合放电测试开关K2，通过调节可调电阻R1的电阻来得到整组蓄电池的电压变化△U和通过分流器FL测量得到的电流变化△I，则△U/△I即是蓄电池组内阻。

本发明通过蓄电池单体维护装置、蓄电池监控装置和直流监控装置的三级监测架构，解决了单体电池异常对整组蓄电池的影响以及新旧电池不能混用的难题，实现了蓄电池单体的精准维护，有效延长了蓄电池组的使用寿命，增加了系统的可靠性和安全性。

以上给出了本实用新型涉及具体的实施方式，但本实用新型不局限于所描述的实施方式。在本实用新型给出的思路下，采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本实用新型中的相应技术手段基本相同、实现的实用新型目的也基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本实用新型的保护范围内。上述实施方式仅示例性说明本实用新型的原理及其效果，而非用于限制本实用新型。对于熟悉此技术的人皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改进。因此，凡举所述技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (3)

1.一种直流电源系统，其特征在于，包括整流模块AU、蓄电池组、单体蓄电池维护装置、蓄电池监控装置和直流监控装置；

所述整流模块AU与控制负荷母线（CL+、CL-）相连，所述控制负荷母线（CL+、CL-）上连接有蓄电池组，所述蓄电池组包括依次串联连接的放电二极管D1、分流器FL和多组单体蓄电池，所述放电二极管D1的阴极连接控制负荷母线（CL+、CL-）的正极，放电二极管D1的阳极连接所述分流器FL的一端，所述单体蓄电池分别并联连接单体蓄电池维护装置，所述分流器FL仪表接线端和单体蓄电池维护装置的输出端依次电气连接蓄电池监控装置和直流监控装置；所述放电二极管D1与蓄电池组开关K1并联连接设置；

所述单体蓄电池维护装置对单体蓄电池电压、内阻和温度进行采集，并将采集的电压信息上送给蓄电池监控装置，并接收蓄电池监控装置下发的工作模式及该模式下的输出电压、电流值。

2.根据权利要求1所述的一种直流电源系统，其特征在于，所述单体蓄电池维护装置包括AD采样电路、补偿电路、CPU、通信电路和辅助电源电路。

3.根据权利要求2所述的一种直流电源系统，其特征在于，所述分流器FL和蓄电池组并联连接有可调电阻R1，所述可调电阻R1与放电测试开关K2串联连接设置。

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