CN106602689B - 一种防止直流电源母线失压的***及其运行方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种防止直流电源母线失压的***及其运行方法,运行在含有蓄电池组且蓄电池组含有m节串联的单体蓄电池的直流电源***中,包括至少一个智能检测模块和一个或多个DC/DC模块,智能检测模块包括母线电压采集电路单元、控制输出电路单元和智能判断电路单元,其中的母线电压的电路单元接至直流电源母线;DC/DC模块具有输入和输出接口,本发明对可能造成的直流母线失压进行监测和补偿,保证直流***安全稳定的运行。
Description
技术领域
本发明涉及一种防止直流电源母线失压的***及其运行方法,属于电力***直流电源领域。
背景技术
发电厂或变电站直流***,为信号设备、保护、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,是一个独立的电源,它不受发电机、站用交流电及***运行方式的影响,在正常运行时,充电装置承担经常负荷,同时向蓄电池组补充充电,以补充蓄电池的自放电,使蓄电池以满容量的状态处于备用,在外部交流电中断的情况下,由后备电源即蓄电池组继续向负载提供直流电源。
作为直流电源***的核心部件,蓄电池组大多采用多节单体蓄电池串联的形式,随着蓄电池运行时间的不断加长,以及温度、湿度等环境的影响,蓄电池组中各单体蓄电池的性能也在不断变化,其中会导致部分蓄电池内阻增大、容量下降或其他的故障,在需要直流***向负载提供电源的时刻,由于一节或几节单体蓄电池的故障使得整组蓄电池无法输出,造成直流母线失压,从而造成保护设备或控制设备无法正常工作。
以下列举几例典型事故:
1)2013年,南方某220kV变电站110kV两段母线相继三相故障,该110kV母差出口,跳开了5台110kV开关,由于变电站直流***异常,站内其他断路器无法正常跳闸,越级至上级电源线路跳闸,导致变电站全站失压。其原因在于:220kV变电站110kV母线发生三相故障后,10kV电压下降,直流充电机退出运行,110kV母线保护动作,但因蓄电池组某一节发生虚断,使得直流电源不稳定,当事故发生需要蓄电池向外放电时,蓄电池组无法输出电压,造成全站多个110kV断路器未跳开。
2)2013年,西北区域某电力公司发生由于交流侧故障导致站用交流电源失压,此前蓄电池组已断路而未发现及处理,从而造成直流母线失压,保护电器未动作,造成烧毁主变2台。
3)2015年,华北区域某电力公司由于35kV二段母线失电,2#站变失电,3#站变不能投入,全站交流电源失电,事后检查原因为1#蓄电池组73#电池内部开路,导致直流一段母线失电,用2#蓄电池组带全站直流负荷后,2#蓄电池组44#蓄电池内部又发生开路,全站直流母线失压。
由于事故影响较大,相关单位及厂家做了一些工作来避免此类事故的发生。专利201310668765.8提供了一种“串联蓄电池组的充放电补偿***”,通过给每节单体蓄电池设置充电器来实现对单体蓄电池故障的补偿;专利201010598584.9提供了一种“基于蓄电池并联的直流电源***”,通过设置的变换器将多组电池并联起来,当发生一个或多个电池故障时,未故障的蓄电池仍能为直流母线提供电源;专利201410316418.3提供了一种“蓄电池组自动无隙旁接***”,在每节单体蓄电池上设置监测管理单元和跨接单元,当检测到单体蓄电池产生故障时,自动跨接过该节电池,实现了无故障单体电池组成的电池组可以持续提供电源的要求。
上述技术虽在一定程度上解决了单节电池故障时造成的母线失压,但均存在实现机理繁琐、成本高等缺点。
发明内容
本发明的目的是提供一种防止直流电源母线失压的***及其运行方法,运行在含有蓄电池组(X)且蓄电池组(X)含有m节串联的单体蓄电池的直流电源***中,通过对母线电压及电压变化率的判断,自动补偿对直流母线的供电补给,从而避免母线失压。
本发明的技术解决方案为:
一种防止直流电源母线失压的***,运行在含有蓄电池组(BT)且蓄电池组(BT)含有m节串联的单体蓄电池的直流电源***中,包括至少一个智能检测模块(J)和一个或多个DC/DC模块(M),其特征在于:智能检测模块(J)包括母线电压采集电路单元(JY)、控制输出电路单元(JS)和智能判断电路单元(JP),其中的母线电压采集电路单元(JY)接至直流电源母线,可以检测直流电源母线的电压;DC/DC模块(M)具有输入和输出接口,如果设置一个DC/DC模块(M),则还需设置至少一个独立蓄电池组(BT1),DC/DC模块(M)的输入接口接至蓄电池组(BT1)的两端,其输出接口接至直流母线;如果设置多个DC/DC模块(M),DC/DC模块(M)的输入接口可以接至直流电源***蓄电池组(BT)某连续的若干节单体蓄电池的两端,也可以接至设置的多个独立蓄电池组(BTn)的两端,或者上述两种模式的混合,其输出接口接至直流母线。
进一步地,智能判断电路单元(JP)包括至少一个微处理器,微处理器通过所述的母线电压采集电路单元(JY)判断直流母线是否具有失压的趋势;所述的DC/DC模块(M)的输入和输出在电气上是隔离的;所述的DC/DC模块(M)的输出是可控的;直流母线电压正常时,DC/DC模块(M)不输出,当直流母线具有失压的趋势时,通过所述的控制输出电路单元(JS)发出指令,控制DC/DC模块(M)的输出。
进一步地,当所述的DC/DC模块(M)的输入接口(MI)接至蓄电池组(BT)某连续的若干节单体蓄电池的两端时,可以将蓄电池组(BT)的m节串联的单体蓄电池分成n个组,并设置n个所述的DC/DC模块(M)与之对应。
一种防止直流电源母线失压的方法,运行在上述防止直流电源母线失压的***上,包含以下步骤:
1)采集直流母线电压Um;
2)依据步骤1)中采集的母线电压Um,与设定的直流***标称电压Un,做如下判断:
a)若Um≥i×Un,则判断直流***蓄电池组处于均衡充电状态;
b)若i×Un>Um≥j×Un,则判断直流***蓄电池组处于浮充状态;
c)若j×Un>Um≥Un,则判断直流***充电装置输出异常;
d)若Un>Um,则判断蓄电池组处于放电状态。
其中i,j为倍率常数。
3)根据步骤2)的判定结论,如果***运行状态为步骤2)中的a)或者b),则返回步骤1);如果***运行状态为为c)或者d)时,则做如下判断:
在t1时刻采集母线电压U(t1),经时间间隔Δt,采集母线电压U(t1+Δt),并计算在此时间间隔内母线电压的变化率P:
4)根据步骤3)中采集的电压值U(t1+Δt)及计算得到的变化率P进行如下判断:
若P高于设定值Ps,或U(t1+Δt)低于设定值Us,则输出控制信号(JS),投入运行DC/DC模块(M)。
其中,步骤3)中的倍率常数i和j满足条件:i>j>1。
本发明采用上述***及方法,对可能造成的直流母线失压进行监测和补偿,保证直流***安全稳定的运行。
附图说明
图1是直流电源***基本原理图。
图2是本发明***的技术原理图。
图3是本发明***实施例1技术原理图。
图4是本发明***实施例2技术原理图。
图5是本发明***实施例3技术原理图。
图6是本发明方法的流程图。
具体实施方式
本发明涉及一种防止直流电源母线失压的***及其运行方法。
图1是直流电源***基本原理图。直流电源***的组成及运行方式为:电力直流***由直流母线、蓄电池组BT、充电模块AC/DC组成;蓄电池组BT由m个单体蓄电池通过串联组成,如对于220kV变电站,一般采用104节单体电压为2V的电池;充电模块AC/DC是一个或多个可将交流电压转换成直流电压的装置,其输入端接站用交流电源,输出端连接到直流母线,充电机模块AC/DC将交流电转换成直流电,供直流负载用,同时补充蓄电池组BT的自放电;L1-Ln是直流母线的若干条负载回路。
图2是本发明***的技术原理图。本发明的***包括至少一个智能检测模块(J)和至少一个DC/DC模块(M),智能检测模块(J)和DC/DC模块(M)均接至直流母线;智能检测模块(J)主要用于测量直流母线的电压,判断直流***的运行状态,DC/DC模块(M)主要用于为直流母线提供电源;DC/DC模块(M)的输入接自蓄电池组BT的若干节,或另外独立的蓄电池组。
DC/DC模块(M)可以设置一个,也可以设置多个,根据设置的DC/DC模块(M)的数量及其输入,本发明提供以下4个实施例。
实施例一:设置多个DC/DC模块(M)的输入来自蓄电池组BT。
图3是实施例一的技术原理图。如图,本方案设置n个DC/DC模块(M),n大于1;将蓄电池组BT中的m节单体蓄电池组分成n个组,每个组的首尾两端接至单个DC/DC模块(M);DC/DC模块(M)的输出接到直流母线上。
例如,电网中的220kV变电站,直流电源***母线电压常设置为220V,采用104节的单体电压为2V的蓄电池组成的蓄电池组。应用本方案,可选用4个输入为DC48V,输出为DC220V的DC/DC模块(M),将蓄电池组BT的104节电池,第1-24节的作为第1个DC/DC模块(M)的输入,第25-48节的作为第2个DC/DC模块(M)的输入,第49-72节的作为第3个DC/DC模块(M)的输入,第73-96节的作为第4个DC/DC模块(M)的输入,上述4个DC/DC模块(M)的输出接到DC220V直流母线上。
采用这种方案的有益效果是,当电力***产生故障,交流电源失电,直流母线需要依靠蓄电池组提供电源时,若蓄电池组某一节发生断开或失效故障,可由设置的多个DC/DC模块(M)持续向直流母线提供电源。
实施例二:设置一个或多个DC/DC模块(M)的输入来自另外独立的蓄电池组BT2。
图4是实施例二的技术原理图。本方案同样设置n个DC/DC模块(M),n大于或等于1;与实施例一不同,本方案中,再设置n个独立的蓄电池组(BT1-BTn)相应的置于n个DC/DC模块(M)输入端;DC/DC模块(M)的输出接到直流母线上
采用这种方案同样可以达到实施例一的有益效果,由于本方案采用了独立的蓄电池组,较实施例一可靠性更高,但增加了***的成本。
实施例三:设置多个DC/DC模块(M)的输入分别来自蓄电池组BT和另外独立的蓄电池组BT1-BTn。
图5是实施例三的技术原理图。如图,本方案设置j个DC/DC模块(M),j大于1;与实施例一和实施例二不同的是,本方案中的DC/DC模块(M)的输入不仅仅来源于原蓄电池组或独立的蓄电池组,而是两种的混合。
采用这种方案同样可以达到实施例一的有益效果,其可靠性和成本均介于实施例一和实施例二之间。
上述三个实施例仅仅依据DC/DC模块(M)的数量及其输入的三个技术方案,还包括以下技术方案:
设置智能检测模块(J),且智能检测模块(J)包括母线电压采集电路单元(JY)、控制输出电路单元(JS)和智能判断电路单元(JP),其中的母线电压的电路单元(JY)接至直流电源母线,可以检测直流电源母线的电压。
智能判断电路单元(JP)包括至少一个微处理器,微处理器通过所述的母线电压采集电路单元(JY)判断直流母线是否具有失压的趋势;DC/DC模块(M)的输入和输出在电气上是隔离的,输出是可控的;在直流母线电压正常时,DC/DC模块(M)不输出,当直流母线具有失压的趋势时,通过控制输出电路单元(JS)发出指令,控制DC/DC模块(M)的输出。
当DC/DC模块(M)的输入接口(MI)接至蓄电池组(BT)某连续的若干节单体蓄电池的两端时,可以将蓄电池组(BT)的m节串联的单体蓄电池分成n个组,并设置n个所述的DC/DC模块(M)与之对应。
本发明方法的流程图如图6。
具体实施步骤为:
1)采集直流母线电压Um;
2)依据步骤1)中采集的母线电压Um,与设定的直流***标称电压Un,做如下判断:
a)若Um≥i×Un,则判断直流***蓄电池组处于均衡充电状态;
b)若i×Un>Um≥j×Un,则判断直流***蓄电池组处于浮充状态;
c)若j×Un>Um≥Un,则判断直流***充电装置输出异常;
d)若Un>Um,则判断蓄电池组处于放电状态,或异常的浮充状态。
其中i,j为倍率常数。
3)根据步骤2)的判定结论,如果***运行状态为步骤2)中的a)或者b),则返回步骤1);如果***运行状态为为c)或者d)时,则做如下判断:
在t1时刻采集母线电压U(t1),经时间间隔Δt,采集母线电压U(t1+Δt),并计算在此时间间隔内母线电压的变化率P:
4)根据步骤3)中采集的电压值U(t1+Δt)及计算得到的变化率P进行如下判断:
若P高于设定值Ps,或U(t1+Δt)低于设定值Us,则输出控制信号(JS),使DC/DC模块(M)输出电压到直流母线上。
其中,步骤3)中的倍率常数i和j满足条件:i>j>1,如对于电力***来讲,一般i为1.1,j为1.05。
Claims (2)
1.一种防止直流电源母线失压***的运行方法,运行在含有蓄电池组(BT)且蓄电池组(BT)含有m节串联的单体蓄电池的直流电源***中,包括至少一个智能检测模块(J)和一个或多个DC/DC模块(M),其特征在于:
智能检测模块(J)包括母线电压采集电路单元(JY)、控制输出电路单元(JS)和智能判断电路单元(JP),其中的母线电压采集电路单元(JY)接至直流电源母线,用以检测直流电源母线的电压;
DC/DC模块(M)具有输入和输出接口;
设置一个DC/DC模块(M),则设置至少一个独立蓄电池组(BT1),DC/DC模块(M)的输入接口接至蓄电池组(BT1)的两端,其输出接口接至直流母线,或者
设置多个DC/DC模块(M),DC/DC模块(M)的输入接口接至直流电源***蓄电池组(BT)某连续的若干节单体蓄电池的两端,或接至设置的多个独立蓄电池组(BTn)的两端,其输出接口接至直流母线;
所述的智能判断电路单元(JP)包括至少一个微处理器,微处理器通过所述的母线电压采集电路单元(JY)判断直流母线是否具有失压的趋势;
所述的DC/DC模块(M)的输入和输出在电气上是隔离的;
所述的DC/DC模块(M)的输出是可控的;
在直流母线电压正常时,DC/DC模块(M)不输出,当直流母线具有失压的趋势时,通过所述的控制输出电路单元(JS)发出指令,控制DC/DC模块(M)的输出;
当所述的DC/DC模块(M)的输入接口(MI)接至蓄电池组(BT)某连续的若干节单体蓄电池的两端时,将蓄电池组(BT)的m节串联的单体蓄电池分成n个组,并设置n个所述的DC/DC模块(M)与之对应;
所述的防止直流电源母线失压***的运行方法包含以下步骤:
1)采集直流母线电压Um;
2)依据步骤1)中采集的母线电压Um,与设定的直流***标称电压Un,做如下判断:
a)若Um≥i×Un,则判断直流***蓄电池组处于均衡充电状态;
b)若i×Un>Um≥j×Un,则判断直流***蓄电池组处于浮充状态;
c)若j×Un>Um≥Un,则判断直流***充电装置输出异常;
d)若Un>Um,则判断蓄电池组处于放电状态;
其中i,j为倍率常数;
3)根据步骤2)的判定结论,如果***运行状态为步骤2)中的a)或者b),则返回步骤1);如果***运行状态为c)或者d)时,则做如下判断:
在t 1 时刻采集母线电压U(t1),经时间间隔Δt,采集母线电压U(t1+Δt),并计算在此时间间隔内母线电压的变化率P:
4)根据步骤3)中采集的电压值U(t1+Δt)及计算得到的变化率P进行如下判断:若P高于设定值Ps,或U(t1+Δt)低于设定值Us,则输出控制信号(JS),投入运行DC/DC模块(M)。
2.如权利要求1所述的一种防止直流电源母线失压***的运行方法,其特征在于:步骤3)中的倍率常数i和j满足条件:i>j>1。
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