變電站直流電源系統的製作方法
2023-09-17 09:39:15
專利名稱：變電站直流電源系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及變電站直流電源系統領域，尤其涉及一種基於磷酸鐵鋰電池的變、配電站直流電源系統。
背景技術：
直流系統是變電站的一個重要組成部分，為變電站的繼電保護、控制系統、信號系統、自動裝置、UPS和事故照明等提供電源，對變電站的正常運行和故障保護起著重要的作用。隨著無人值守變電站和城市化變電站的普及以及配電自動化系統的推廣，變、配電站直流系統的智能化、數位化和自動化水平的大幅提高，對變、配電站用直流系統電池的體積、性能、安全性和免維護性提出了更高的要求。磷酸鐵鋰電池在變、配電站直流系統的應用， 實現變、配電站直流電源系統儲能電池的綠色環保、低成本、長壽命、免維護和小體積的目 應用的推廣價值。申請號為201020605382.8的實用新型專利，公開一種後備電源用閥控電池組智能控制系統，屬於VRLA鉛酸蓄電池狀態監控技術領域。技術方案是包含若干個電壓檢測及均衡模塊、一個電池參數檢測模塊、一個主控模塊，若干個電壓檢測及均衡模塊、一個電池參數檢測模塊匹配設置，分別通過通訊隔離、數據總線與一個主控模塊連接。該實用新型的有益效果是替代目前只能檢測電池電壓的電池巡檢儀，可提高電池使用壽命、提高變電站直流系統的安全、可靠性。傳統的變電站直流電源系統採用閥控鉛酸電池，整體監控部分結構如圖I所示，該系統至少包括鉛酸電池組(一般由24 28個鉛酸電池串聯而成)、高頻充電電源模塊、配電監控盒、絕緣監測儀、電池巡檢單元以及直流屏中央監控單元等構成，不具備直接應用的磷酸鐵鋰電池的條件。然而，將磷酸鐵鋰電池代替鉛酸電池應用於變、配電站電源系統中必然存在直流電源裝置與磷酸鐵鋰電池BMS不匹配問題，無法實時監控、管理直流電源系統。如何在現有變電站直流系統的架構下實現基於磷酸鐵鋰電池的新型變電站直流電源系統的集成控制成為實現該技術廣泛大規模推廣的關鍵。有鑑於此，有必要提供一種滿足大、中、小型發電廠、變電站和配電站的基於磷酸鐵鋰電池的智能型直流電源系統，以解決上述問題。
發明內容為了解決上述問題，本實用新型的目的是，為針對背景技術中基於鉛酸電池的傳統變電站直流電源系統所提出的問題，提供一種基於磷酸鐵鋰電池組的變、配電站直流電源系統，快速實現基於現有傳統變電站直流電源系統的升級改造。本實用新型以直流電源系統集成控制器為主要集成控制和監控模塊，通過直流電源系統集成控制器直接對電池管理系統(BMS)進行監控，實時查詢電池組的各單體電壓、電流及溫度等信息。對現有直流電源系統的直流屏中央監控單元進行控制，並由中央監控單元控制和監測下級各模塊的實時狀態信息，如配電監控盒、絕緣監測儀和高頻充電電源模塊，實現對磷酸鐵鋰電池組的充放電控制。本實用新型所採用的技術方案是一種變電站直流電源系統，包括磷酸鐵鋰電池組、直流電源系統集成控制器、直流屏中央監控單元以及電池能量管理系統BMS，其特徵在於直流屏中央監控單元包括配電監控盒、高頻充電電源模塊和絕緣監測儀，通過直流電源系統集成控制器與直流屏中央監控單元之間進行通訊，實時控制底層的配電監控盒、高頻充電電源模塊和絕緣監測儀，實現直流電源系統的繼電開關和充電模塊控制；通過直流電源系統集成控制器與電池能量管理系統BMS之間進行通訊得到磷酸鐵鋰電池組的單體電池電壓、電流及電池組SOC信息，直流電源系統集成控制器在得到電 池組信息的前提下，與電池能量管理系統BMS和上層站用監控系統之間通過RS485或者CAN總線通信，實現磷酸鐵鋰電池組充放電能量管理控制。如上所述的變電站直流電源系統，其特徵在於，所述磷酸鐵鋰電池組由6Γ74個磷酸鐵鋰電池單元串聯或並聯而成。如上所述的變電站直流電源系統，其特徵在於，所述直流電源系統還包括液晶觸控螢幕，直流電源系統集成控制器與液晶觸控螢幕之間採用MODBUS或PR0FIBUS通訊協議進行通訊，接收液晶屏的設置和控制，同時在屏上顯示直流電源系統所有信息和狀態，包括磷酸鐵鋰電池組狀態。如上所述的變電站直流電源系統，其特徵在於，所述電池能量管理系統BMS包括數據採集模塊和通訊模塊，電池組的單體信息和整體狀態由電池管理系統BMS的數據採集模塊負責進行各狀態量採集、數據處理和故障報警，再由通訊模塊與直流電源系統集成控制器進行數據通訊。如上所述的變電站直流電源系統，其特徵在於，所述數據採集模塊包括電流傳感器、電壓傳感器、信號採集電路、DSP數字處理器，電流及電壓傳感器和信號採集電路負責狀態量的採集，再將採集到的信號與直流電壓系統集成控制器進行數據通訊，採用M0DBUS、PR0FIBUS或CAN通訊方式。本實用新型的有益效果是(I)本系統在傳統變電站直流電源系統的各功能模塊與新型儲能電池，如磷酸鐵鋰電池組配套用電池管理系統(BMS)以及外接功能模塊的不同通訊規約需求的基礎上，完成各模塊間以及與站級監控系統之間的通訊規約轉換，實現整體變電站直流電源系統的通訊控制。(2)本系統實現了系統整體監控功能的集成化控制，傳統變電站直流電源系統一般基於大品牌廠家的變電站模塊組成整體變電站直流電源系統，在接入非傳統元件後系統難以滿足監控要求時，往往很難進行改進滿足實際需要。通過集成控制模塊的加入，在不對原系統改動條件下能滿足新的控制需求，實現整體系統監控功能。(3)本系統在通過電池管理系統(BMS)取得磷酸鐵鋰電池組信息後，能及時通過中央監控單元，實現配電監控單元和充電模塊動作，完成對電池組的開機、關機、停機保護等動作。[0019](4)本系統實現了在原有變、配電站直流電源系統的模塊化設計，模塊化便於系統的改變和結構調整，只需設計標準模塊，節約系統升級改造的時間。
圖I是傳統變、配電站直流電源系統方案示意圖。圖2是本實用新型實施例的基於磷酸鐵鋰電池的變電站直流電源系統方案示意圖。圖3是本實用新型的基於磷酸鐵鋰電池的變電站直流電源系統控制系統結構框圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步的詳細闡述。 本實用新型提供一種變電站直流電源系統，包括磷酸鐵鋰電池組、直流電源系統集成控制器、直流屏中央監控單元以及電池能量管理系統BMS，如圖2所示。磷酸鐵鋰電池組一般由6Γ74個磷酸鐵鋰電池單元串聯或並聯而成。直流屏中央監控單元包括配電監控盒、高頻充電電源模塊和絕緣監測儀，通過直流電源系統集成控制器與直流屏中央監控單元之間進行通訊，實時控制底層的配電監控盒、高頻充電電源模塊和絕緣監測儀，實現直流電源系統的繼電開關和充電模塊控制。通過直流電源系統集成控制器與電池能量管理系統BMS之間進行通訊得到磷酸鐵鋰電池組的單體電池電壓、電流及電池組SOC信息，直流電源系統集成控制器在得到電池組信息的前提下，與電池能量管理系統BMS和上層站用監控系統之間通過RS485或者CAN總線通信，實現符合磷酸鐵鋰電池組充放電特性曲線的能量管理控制，包括快速充電、淺充淺放。直流電源系統中圍繞集成控制器的主要控制信號示意圖如圖3所示，主要部件由集成控制器、直流屏監控模塊、顯示屏、電池管理系統BMS構成。本系統以集成控制器為系統的主控模塊，分別與直流屏中央監控單元、電池管理系統(BMS)、液晶顯示模塊和站級監控系統之間進行通訊。根據鋰電池BMS系統採集的單體電池電壓和電池組的電壓、電流、溫度，判斷電池的運行狀態，通過直流屏監控模塊控制配電監控盒和充電電源模塊進行對電池的浮充、均充控制和防過充、過放管理，並在運行過程中應用淺充淺放技術提高磷酸鐵鋰電池的使用性能和壽命。直流電源系統集成控制器接收變、配電站的站級監控系統的輪詢和調度，都歸由主控站控制，作為一主多從通訊系統的通訊節點。此一主多從的通訊系統採用的通訊機制有輪詢和上報方式。每個通訊節點每隔一定時間就向主控站上傳該節點的狀態信息，主控站按照各節點的地址順序，向各分節點發送數據上傳命令。該命令帶有節點地址，只有該地址的節點返回自己的狀態信息，其他節點保持原狀態。每個節點只有在接收到查詢指令後才進行通訊應答，平時不進行任何數據的接收和發送。這樣的通訊機制能夠減少或杜絕通訊數據的碰撞問題，而數據通訊的可靠性是保證系統正常採集的基礎。集成控制器與液晶觸控螢幕，採用MODBUS或PR0FIBUS通訊協議進行通訊，接收液晶屏的設置和控制，同時在屏上顯示變電站直流電源系統所有信息和狀態，包括磷酸鐵鋰電池組狀態。電池組的單體信息和整體狀態由電池管理系統的數據採集部分負責進行各狀態量採集、數據處理和故障報警，再由通訊部分與集成控制器進行數據通訊。數據採集部分由電流傳感器、電壓傳感器、信號採集電路、DSP數字處理器等組成。傳感器和信號採集電路負責狀態量的採集，再將採集到的信號與集成控制器進行數據通訊，採用M0DBUS、PR0FIBUS或CAN通訊方式。採用此系統可同時在線監測變電站所有蓄電池的單體端電壓、電流和內阻等狀態，同時還可得到蓄電池的荷電狀態(SOC)估值。集成控制器與直流屏中央監控單 元、電池管理系統(BMS)之間的通訊控制機制描述如下(I)輪詢機制。集成控制器採用輪詢方式，每隔一定的時間間隔AT按照各分節點的地址順序，或計算機控制系統配置的節點順序，向直流屏中央監控單元、電池管理系統(BMS)等分節點發送數據上傳命令。通訊包帶地址發送，只有地址相同的節點返回狀態信號，其他節點保持原狀態。當系統具有N個分節點進行輪詢時，總的狀態數據更新時間為NX Δ T0採用輪詢機制，能有效防止通訊數據碰撞。(2)控制機制。集成控制器根據上級主站或液晶屏操控命令，通過與直流屏中央監控單元發送指令信號，向底層各單元模塊發送操作指令，進行相應開機、啟動、停機及各設置參量調整等動作。(3)故障處理機制。集成控制器根據電池管理系統(BMS)等下級模塊上傳的各狀態信息內容和故障上報情況，進行判斷，並通知直流屏中央監控單元採取相應的故障處理動作a.恆壓限流均充充電程序；b.續流均充充電程序；c.浮充程序；d.交流電中斷(停電放電)處理程序；e.交流電恢復(來電限流均充)處理程序。以上僅為本實用新型的實施例而已，並不用於限制本實用新型，因此，凡在本實用新型的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的權利要求範圍之內。
權利要求1.一種變電站直流電源系統，包括磷酸鐵鋰電池組、直流電源系統集成控制器、直流屏中央監控單元以及電池能量管理系統BMS，其特徵在於 直流屏中央監控單元包括配電監控盒、高頻充電電源模塊和絕緣監測儀，通過直流電源系統集成控制器與直流屏中央監控單元之間進行通訊，實時控制底層的配電監控盒、高頻充電電源模塊和絕緣監測儀，實現直流電源系統的繼電開關和充電模塊控制； 通過直流電源系統集成控制器與電池能量管理系統BMS之間進行通訊得到磷酸鐵鋰電池組的單體電池電壓、電流及電池組SOC信息，直流電源系統集成控制器在得到電池組信息的前提下，與電池能量管理系統BMS和上層站用監控系統之間通過RS485或者CAN總線通信，實現磷酸鐵鋰電池組充放電能量管理控制。
2.根據權利要求I所述的變電站直流電源系統，其特徵在於，所述磷酸鐵鋰電池組由604個磷酸鐵鋰電池單元串聯或並聯而成。
3.根據權利要求I所述的變電站直流電源系統，其特徵在於，所述直流電源系統還包括液晶觸控螢幕，直流電源系統集成控制器與液晶觸控螢幕之間採用MODBUS或PR0FIBUS通訊協議進行通訊，接收液晶屏的設置和控制，同時在屏上顯示直流電源系統所有信息和狀態，包括磷酸鐵鋰電池組狀態。
4.根據權利要求I所述的變電站直流電源系統，其特徵在於，所述電池能量管理系統BMS包括數據採集模塊和通訊模塊，電池組的單體信息和整體狀態由電池管理系統BMS的數據採集模塊負責進行各狀態量採集、數據處理和故障報警，再由通訊模塊與直流電源系統集成控制器進行數據通訊。
5.根據權利要求4所述的變電站直流電源系統，其特徵在於，所述數據採集模塊包括電流傳感器、電壓傳感器、信號採集電路、DSP數字處理器，電流及電壓傳感器和信號採集電路負責狀態量的採集，再將採集到的信號與直流電壓系統集成控制器進行數據通訊，採用MODBUS、PR0FIBUS 或 CAN 通訊方式。
專利摘要本實用新型提供一種變電站直流電源系統，包括磷酸鐵鋰電池組、直流電源系統集成控制器、直流屏中央監控單元以及電池能量管理系統BMS，其特徵在於直流屏中央監控單元包括配電監控盒、高頻充電電源模塊和絕緣監測儀；通過直流電源系統集成控制器與電池能量管理系統BMS之間進行通訊得到磷酸鐵鋰電池組的單體電池電壓、電流及電池組SOC信息，直流電源系統集成控制器在得到電池組信息的前提下，與電池能量管理系統BMS和上層站用監控系統之間通過RS485或者CAN總線通信，實現磷酸鐵鋰電池組充放電能量管理控制。本系統可快速實現基於現有傳統變電站直流電源系統的升級改造，實現對磷酸鐵鋰電池組的充放電控制。
文檔編號H02J11/00GK202721494SQ201220263168
公開日2013年2月6日 申請日期2012年6月6日 優先權日2012年6月6日
發明者張 傑, 呂華林, 祝亞峰, 劉飛 申請人:國網電力科學研究院武漢南瑞有限責任公司, 國家電氣設備檢測與工程能效測評中心(武漢), 國網電力科學研究院, 國家電網公司