CN113507163A - 一种变电站直流供电***的核容切换装置及核容方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种变电站直流供电***的核容切换装置及核容方法，由蓄电池组AC/DC整流电路、DC/AC逆变电路、DC/DC降压充电电路、控制开关组、通讯接口和动态监控电路所构成，电网分别与AC/DC整流电路及DC/AC逆变电路相连，控制开关组在动态监控电路的控制下经通讯接口分别与DC/AC逆变电路、AC/DC整流电路、多路备份蓄电池组及对应的DC/DC降压充电电路远程切换连接，分步完成由不同蓄电池组对DC/AC逆变电路的放电和由DC/DC降压充电电路对不同蓄电池组的充电，记录放电和充电的数据，完成对每个蓄电池组的核容，在放电和充电过程中保证直流母线电压的稳定，实现电池充电和放电过程的自动检测和远程监控，减少人为干预，实现放电电能回馈电网的能源再利用。

Description

一种变电站直流供电***的核容切换装置及核容方法
技术领域
本发明涉及变电站直流供电领域，尤其涉及一种变电站直流供电***的核容切换装置及核容方法。
背景技术
变电站直流供电***广泛服务于水力、变电站、火力发电厂及其它使用直流设备的用户，是一种为信号设备、断电保护、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的供电设备。直流供电***是一种独立的电源，它不受发电机、厂用电及***运行方式的影响，能够在外部交流电中断的情况下，由作为后备电源的蓄电池继续提供直流电源。
新安装的阀控蓄电池在验收时需要进行全容量核对性充放电，以后每隔6个月应进行1次全容量核对性充放电，运行了2年以后的阀控蓄电池，宜每3个月进行1次全容量核对性充放电。对仅有一组蓄电池的变电站，采用备用蓄电池组替换，该组蓄电池应进行全容量核容。
现有阀控蓄电池主要采用离线核容的方法，核容实验开始时，将蓄电池组从直流母线脱离，利用外部负载或其它设备对电池进行完整放电，通过计算电流×电压×时间，从而统计电池的核电状态，然后通过整流***对电池进行充电和放电。
还有一种如专利CN108551189A的核容方法，该方案利用脉冲宽度调制PWM技术，通过调节开关模块的导通频率，对电池进行恒流放电，通过负载消耗的方式来实现放电核容，通过电池管理***BMS由整流器实现充电。
采用现有技术进行离线核容时，需要人力参与***的核容工作，人员投入多；为了加快核容速度就要采用电阻箱等外部设备来消耗放电电能，虽然放电电流加大，但电能浪费多；另外，由于变电站日常使用设备的负载功率较小，放电电流最大不会超过负载电流，因而放电电流小，放电时间长，而且无法保证核容过程中直流母线电压的稳定，从而对负载设备的正常工作带来影响。
发明内容
本发明的目的是：提供一种变电站直流供电***的核容切换装置及利用这种装置的核容方法，可以在无人值守的情况下实现核容；通过加大放电电流，加快核容速度；通过降压限流充电，维持核容状态下直流母线电压的稳定。
本发明的技术方案是：一种变电站直流供电***的核容切换装置，包括直流母线、AC/DC整流电路、DC/AC逆变电路和蓄电池组，AC/DC整流电路的输入端与电网相连，AC/DC整流电路的输出端与直流母线及直流负载相接，DC/AC逆变电路的输入端与直流母线相连，DC/AC逆变电路的输出端与电网相接，还包括控制开关组、DC/DC降压充电电路、通讯接口和动态监控电路，蓄电池组和DC/DC降压充电电路分别为多组备份，每组蓄电池组的输入端分别与对应DC/DC降压充电电路的输出端相连，每组DC/DC降压充电电路的输入端分别与直流母线相接，每组蓄电池组经控制开关组与DC/AC逆变电路的输入端相连，DC/AC逆变电路的输出端与电网相连接；直流母线电压为230V，蓄电池组由多个单体电池连接而成，AC/DC整流电路、DC/AC逆变电路、蓄电池组、DC/DC降压充电电路和控制开关组均设有通信接口，并通过RS485总线与动态监控装置相连接。
蓄电池组为两组，且为蓄电池组B1和蓄电池组B2；DC/DC降压充电电路为两组，且为DC/DC降压充电电路D1和DC/DC降压充电电路D2；控制开关组为三组，且为控制开关K1、控制开关K2和控制开关K3，每个控制开关设有接点，控制开关组与直流母线、蓄电池组及DC/AC逆变电路之间构成选择切换关系。
可选地，直流母线电压优选为230V。
可选地，控制开关K1与控制开关K2连接于第二接点2，蓄电池组B1经控制开关K2、控制开关K1及DC/AC逆变电路与电网连通，控制开关K1的使用目的是为了避免同时将两组蓄电池组同时接入放电回路。
可选地，控制开关K2经第一接点1与直流母线相接，AC/DC整流电路经控制开关K2、DC/DC降压充电电路D1与蓄电池组B1相连接。
可选地，控制开关K1与控制开关K3连接于第三接点3，蓄电池组B2经控制开关K3、控制开关K1及DC/AC逆变电路与电网连通。控制开关K3经第四接点4与直流母线相接，AC/DC整流电路经控制开关K3、DC/DC降压充电电路D2与蓄电池组B2相连接。
一种利用变电站直流供电***核容切换装置的核容方法，多个互为备份的蓄电池组经控制开关组分别与对应的DC/AC逆变电路、DC/DC降压充电电路及AC/DC整流电路相连接，分别实现对每组蓄电池组的放电和充电核容，蓄电池组为蓄电池组B1和蓄电池组B2时，其放电和充电核容步骤如下：
步骤1：所述的控制开关K1接受动态监测装置的控制指令与控制开关K2连接于第二接点2，蓄电池组B1经控制开关K2、控制开关K1与DC/AC逆变电路连通，并向电网逆变放电，直到放电截止，记录放电量核容数据。
步骤2：所述的控制开关K2接受动态监测装置的控制指令经第一接点1与直流母线相接，AC/DC整流电路经控制开关K2、DC/DC降压充电电路D1与蓄电池组B1连通，并向蓄电池组B1降压限流充电，维持直流母线电压的稳定，直到充满电为止，记录充电量核容数据。
步骤3：所述的控制开关K1接受动态监测装置的控制指令与所述的控制开关K3连接于第三接点3，蓄电池组B2经控制开关K3、控制开关K1及DC/AC逆变电路与电网连通，并向电网逆变放电，直到放电截止，记录放电量核容数据。
步骤4：所述的控制开关K3接受动态监测装置的控制指令经第四接点4与直流母线相接，AC/DC整流电路经控制开关K3、DC/DC降压充电电路D2与蓄电池组B2相连通，并向蓄电池组B2降压限流充电，直到充满电为止，记录充电量核容数据。
可选地，所述直流母线的电压为230V，且步骤2和步骤4中是维持直流母线电压稳压在230V。
可选地，步骤1和步骤3中放电是直到放尽至电池单体2.8V为止，且步骤2和步骤4中是直到充满电到230V或至单体3.6V为止。
本发明的有益效果是：
1、减少人工干预：由于蓄电池组、控制开关组和各种单元电路通过通信接口与动态监控装置相连，实现远程检测和控制，将人工核容转换为自动核容，减少了核容操作过程中的人工参与，实现了无人值守和远程操作。
2、节省时间和能源：由于在核容放电过程中将蓄电池组的电能通过DC/AC逆变电路送入电网，加大了负载电流，减少了核容时间，实现了能源再利用。
3、母线电压稳定：由于采用了降压充电电路，在充电的全部过程中自动调整充电电压，实现限流充电，保证了核容过程中母线电压的稳定及对直流母线电压的影响。
4、供电安全：由于本装置由多个蓄电池组并线互备，轮流充电和放电，在核容过程中至少有一个蓄电池组处于备电状态，因而保证了直流供电***的不间断供电。
附图说明
图1为本发明变电站直流供电***的核容切换装置方块图。
图2为本发明蓄电池组1放电状态的***方块图。
图3为本发明蓄电池组1充电状态的***方块图。
图4为本发明蓄电池组2放电状态的***方块图。
图5为本发明蓄电池组2充电状态的***方块图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
如图1所示，一种变电站直流供电***的核容切换装置，包括直流母线、AC/DC整流电路、DC/AC逆变电路和蓄电池组，AC/DC整流电路的输入端与电网相连，AC/DC整流电路的输出端与直流母线及直流负载相接，DC/AC逆变电路的输入端与直流母线相连，DC/AC逆变电路的输出端与电网相接，还包括控制开关组、DC/DC降压充电电路、通讯接口和动态监控电路，蓄电池组和DC/DC降压充电电路分别为多组备份，每组蓄电池组的输入端分别与对应DC/DC降压充电电路的输出端相连，每组DC/DC降压充电电路的输入端分别与直流母线相接，每组蓄电池组经控制开关组与DC/AC逆变电路的输入端相连，DC/AC逆变电路的输出端与电网相连接。直流母线电压为230V，蓄电池组由多个单体电池连接而成，AC/DC整流电路、DC/AC逆变电路、蓄电池组、DC/DC降压充电电路和控制开关组均设有通信接口，蓄电池组由多个单体电池连接而成，例如采用磷酸铁锂电池64节串联形成，单节电池电压范围为2.8V～3.6V,额定电压3.2V，蓄电池组的电压根据配置单体电池数量的多少及每节单体电池的标称电压所决定。在蓄电池组的内部设有用于监控单体电池电压、温度、电流、荷电状态和健康状态的检测部件，并通过RS485总线与动态监控装置相连接，在需要对不同的蓄电池组进行放电和充电核容时，由动态监控装置向蓄电池组、控制开关组和各种电路发出接通指令，通过自动检测和控制，实现动态管理和远程操控。直流母线电压优选为230V。
如图1所示，对两组蓄电池组进行放电和充电的核容切换，且分为蓄电池组B1和蓄电池组B2；DC/DC降压充电电路也为两组，且为对应的DC/DC降压充电电路D1和DC/DC降压充电电路D2；控制开关组为三组，且为控制开关K1、控制开关K2和控制开关K3，控制开关组与直流母线、蓄电池组及DC/AC逆变电路之间构成选择切换关系，每个控制开关设有接点，经过远程操控继电器控制电路的常开和常闭接点，实现不同时刻的状态切换。
如图2所示，当控制开关K1与控制开关K2连接于第二接点2时，蓄电池组B1经控制开关K2、控制开关K1及DC/AC逆变电路与电网连通，此时蓄电池组B1在向连接于直流母线上的直流负载放电的同时，也向电网放电，通过加大负载，加大放电电流，加快核容放电速度。
如图3所示，当控制开关K2经第一接点1与直流母线相接时，AC/DC整流电路经控制开关K2、DC/DC降压充电电路D1与蓄电池组B1相联通，此时经过稳压的AC/DC整流电路通过DC/DC降压充电电路D1向蓄电池组B1充电。因为在充电的开始和末期其充电电流会随着蓄电池组的电能的饱和程度发生变化，控制充电的电压，可以实现限流充电，保证直流母线上的电压稳定在230V，从而不影响其它直流负载的用电，实现稳压核容充电。
如图4所示，蓄电池组B1完成放电和充电核容后，选择合适的时间可以开始对蓄电池组B2的核容，经动态监控装置的控制，控制开关K1与控制开关K3连接于第三接点3，蓄电池组B2经控制开关K3、控制开关K1及DC/AC逆变电路与电网连通，实现对蓄电池组B2的放电核容。
如图5所示，当控制开关K3经第四接点4与直流母线相接时，AC/DC整流电路经控制开关K3、DC/DC降压充电电路D2与蓄电池组B2相联通，并完成对蓄电池组B2的充电核容。
一种利用变电站直流供电***核容切换装置的核容方法，直流母线电压为230V，多个互为备份的蓄电池组经控制开关组分别与对应的DC/AC逆变电路、DC/DC降压充电电路及AC/DC整流电路相连接，分别实现对每组蓄电池组的放电和充电核容，当蓄电池组为两路备份，且为蓄电池组B1和蓄电池组B2时，其放电和充电核容步骤如下：
步骤1、对蓄电池组B1的放电，控制开关K1接受动态监测装置的控制指令与控制开关K2连接于第二接点2，蓄电池组B1经控制开关K2、控制开关K1与DC/AC逆变电路连通，并向直流负载和电网逆变放电，加大放电电流，加快放电速度，直到蓄电池组的电能放尽，并到达单体2.8V以下时，完成核容放电，记录放电量核容数据。
步骤2、对蓄电池组B1充电，控制开关K2接受动态监测装置的控制指令经第一接点1与直流母线相接，AC/DC整流电路经控制开关K2、DC/DC降压充电电路D1与蓄电池组B1连通，并向蓄电池组B1充电，控制AC/DC整流电路的充电量及DC/DC降压充电电路的电压，直到充满电到230V或单体3.6V为止，记录充电量核容数据。
步骤3、对蓄电池组B2放电，控制开关K1接受动态监测装置的控制指令与所述的控制开关K3连接于第三接点3，蓄电池组B2经控制开关K3、控制开关K1及DC/AC逆变电路与电网连通，并向电网逆变放电，直到放尽电到单体2.8V为止，记录放电量核容数据。
步骤4、对蓄电池组B2充电，控制开关K3接受动态监测装置的控制指令经第四接点4与直流母线相接，AC/DC整流电路经控制开关K3、DC/DC降压充电电路2与蓄电池组B2相连通，并向蓄电池组B2充电，控制AC/DC整流电路的充电量，直到充满电到230V或单体3.6V为止，记录充电量核容数据。
采用这种变电站直流供电***的核容切换装置及核容方法，通过动态监控装置的远程控制，减少了人工干预。通过DC/AC逆变电路向电网和直流负载放电，加大了负载电流，减少了核容时间，实现了能源再利用。通过DC/DC降压充电电路的降压调整作用，实现了限流充电，保证了直流母线电压的稳定。

Claims (10)

1.一种变电站直流供电***的核容切换装置，包括直流母线、AC/DC整流电路、DC/AC逆变电路和蓄电池组，AC/DC整流电路的输入端与电网相连，AC/DC整流电路的输出端与直流母线及直流负载相接，DC/AC逆变电路的输出端与电网相接，其特征在于：还包括控制开关组、DC/DC降压充电电路、通讯接口和动态监控电路，所述的蓄电池组和DC/DC降压充电电路分别为多组备份，每组蓄电池组的输入端分别与对应DC/DC降压充电电路的输出端相连，每组DC/DC降压充电电路的输入端分别与直流母线相接，每组蓄电池组经控制开关组与DC/AC逆变电路的输入端相连，DC/AC逆变电路的输出端与电网相连接；，所述的蓄电池组由多个单体电池连接而成，所述的AC/DC整流电路、DC/AC逆变电路、蓄电池组、DC/DC降压充电电路和控制开关组均设有通信接口，并通过RS485总线与动态监控装置相连接。
2.根据权利要求1所述的一种变电站直流供电***的核容切换装置，其特征在于：所述的蓄电池组为两组，且为蓄电池组(B1)和蓄电池组(B2)；所述的DC/DC降压充电电路为两组，且为DC/DC降压充电电路(D1)和DC/DC降压充电电路(D2)；所述的控制开关组为三组，且为控制开关(K1)、控制开关(K2)和控制开关(K3)，每个控制开关设有接点，控制开关组与直流母线、蓄电池组及DC/AC逆变电路之间构成选择切换关系。
3.根据权利要求1或2所述的一种变电站直流供电***的核容切换装置，其特征在于：所述的控制开关(K1)与控制开关(K2)连接于第二接点(2)，蓄电池组(B1)经控制开关(K2)、控制开关(K1)及DC/AC逆变电路与电网连通。
4.根据权利要求1或2所述的一种变电站直流供电***的核容切换装置，其特征在于：所述的控制开关(K2)经第一接点(1)与直流母线相接，AC/DC整流电路经控制开关(K2)、DC/DC降压充电电路(D1)与蓄电池组(B1)相连接。
5.根据权利要求1或2所述的一种变电站直流供电***的核容切换装置，其特征在于：所述的控制开关(K1)与所述的控制开关(K3)连接于第三接点(3)，蓄电池组(B2)经控制开关(K3)、控制开关(K1)及DC/AC逆变电路与电网连通。
6.根据权利要求1或2所述的一种变电站直流供电***的核容切换装置，其特征在于：所述的控制开关(K3)经第四接点(4)与直流母线相接，AC/DC整流电路经控制开关(K3)、DC/DC降压充电电路(D2)与蓄电池组(B2)相连接。
7.根据权利要求1所述的一种变电站直流供电***的核容切换装置，其特征在于：所述的直流母线电压为230V。
8.一种利用变电站直流供电***核容切换装置的核容方法，多个互为备份的蓄电池组经控制开关组分别与对应的DC/AC逆变电路、DC/DC降压充电电路及AC/DC整流电路相连接，分别实现对每组蓄电池组的放电和充电核容，其特征在于：所述的蓄电池组为蓄电池组(B1)和蓄电池组(B2)时，其放电和充电核容步骤如下：
步骤1：所述的控制开关(K1)接受动态监测装置的控制指令与控制开关(K2)连接于第二接点(2)，蓄电池组(B1)经控制开关(K2)、控制开关(K1)与DC/AC逆变电路连通，并向电网逆变放电，直到放电截止，记录放电量核容数据；
步骤2：所述的控制开关(K2)接受动态监测装置的控制指令经第一接点(1)与直流母线相接，AC/DC整流电路经控制开关(K2)、DC/DC降压充电电路(1)与蓄电池组(B1)连通，并向蓄电池组(B1)降压限流充电，维持直流母线电压的稳定，直到充满电为止，记录充电量核容数据；
步骤3：所述的控制开关(K1)接受动态监测装置的控制指令与所述的控制开关(K3)连接于第三接点(3)，蓄电池组(B2)经控制开关(K3)、控制开关(K1)及DC/AC逆变电路与电网连通，并向电网逆变放电，直到放电，记录放电量核容数据；
步骤4：所述的控制开关(K3)接受动态监测装置的控制指令经第四接点(4)与直流母线相接，AC/DC整流电路经控制开关(K3)、DC/DC降压充电电路(2)与蓄电池组(B2)相连通，并向蓄电池组(B2)降压限流充电，直到充满电为止，记录充电量核容数据。
9.如权利要求8所述一种利用变电站直流供电***核容切换装置的核容方法，其特征在于：所述的直流母线电压为230V，且步骤2和步骤4中是维持直流母线电压稳压在230V。
10.如权利要求8所述一种利用变电站直流供电***核容切换装置的核容方法，其特征在于：所述步骤1和步骤3中的放电截止是指单体电池放电到2.8V为止；所述步骤2和步骤4中充满电为止是指蓄电池组充满电到230V或至单体电池充满电到3.6V为止。
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