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變電站直流電源系統(tǒng)的制作方法

文檔序號:7480450閱讀:352來源:國知局
專利名稱:變電站直流電源系統(tǒng)的制作方法
技術領域
本實用新型涉及變電站直流電源系統(tǒng)領域,尤其涉及一種基于磷酸鐵鋰電池的變、配電站直流電源系統(tǒng)。
背景技術
直流系統(tǒng)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(tǒng)、信號系統(tǒng)、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(tǒng)的推廣,變、配電站直流系統(tǒng)的智能化、數(shù)字化和自動化水平的大幅提高,對變、配電站用直流系統(tǒng)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(tǒng)的應用, 實現(xiàn)變、配電站直流電源系統(tǒng)儲能電池的綠色環(huán)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?zhí)枮?01020605382.8的實用新型專利,公開一種后備電源用閥控電池組智能控制系統(tǒng),屬于VRLA鉛酸蓄電池狀態(tài)監(jiān)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(shù)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(shù)檢測模塊匹配設置,分別通過通訊隔離、數(shù)據(jù)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(tǒng)的安全、可靠性。傳統(tǒng)的變電站直流電源系統(tǒng)采用閥控鉛酸電池,整體監(jiān)控部分結構如圖I所示,該系統(tǒng)至少包括鉛酸電池組(一般由24 28個鉛酸電池串聯(lián)而成)、高頻充電電源模塊、配電監(jiān)控盒、絕緣監(jiān)測儀、電池巡檢單元以及直流屏中央監(jiān)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于變、配電站電源系統(tǒng)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(jiān)控、管理直流電源系統(tǒng)。如何在現(xiàn)有變電站直流系統(tǒng)的架構下實現(xiàn)基于磷酸鐵鋰電池的新型變電站直流電源系統(tǒng)的集成控制成為實現(xiàn)該技術廣泛大規(guī)模推廣的關鍵。有鑒于此,有必要提供一種滿足大、中、小型發(fā)電廠、變電站和配電站的基于磷酸鐵鋰電池的智能型直流電源系統(tǒng),以解決上述問題。
發(fā)明內(nèi)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于鉛酸電池的傳統(tǒng)變電站直流電源系統(tǒng)所提出的問題,提供一種基于磷酸鐵鋰電池組的變、配電站直流電源系統(tǒng),快速實現(xiàn)基于現(xiàn)有傳統(tǒng)變電站直流電源系統(tǒng)的升級改造。本實用新型以直流電源系統(tǒng)集成控制器為主要集成控制和監(jiān)控模塊,通過直流電源系統(tǒng)集成控制器直接對電池管理系統(tǒng)(BMS)進行監(jiān)控,實時查詢電池組的各單體電壓、電流及溫度等信息。對現(xiàn)有直流電源系統(tǒng)的直流屏中央監(jiān)控單元進行控制,并由中央監(jiān)控單元控制和監(jiān)測下級各模塊的實時狀態(tài)信息,如配電監(jiān)控盒、絕緣監(jiān)測儀和高頻充電電源模塊,實現(xiàn)對磷酸鐵鋰電池組的充放電控制。本實用新型所采用的技術方案是一種變電站直流電源系統(tǒng),包括磷酸鐵鋰電池組、直流電源系統(tǒng)集成控制器、直流屏中央監(jiān)控單元以及電池能量管理系統(tǒng)BMS,其特征在于直流屏中央監(jiān)控單元包括配電監(jiān)控盒、高頻充電電源模塊和絕緣監(jiān)測儀,通過直流電源系統(tǒng)集成控制器與直流屏中央監(jiān)控單元之間進行通訊,實時控制底層的配電監(jiān)控盒、高頻充電電源模塊和絕緣監(jiān)測儀,實現(xiàn)直流電源系統(tǒng)的繼電開關和充電模塊控制;通過直流電源系統(tǒng)集成控制器與電池能量管理系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)BMS和上層站用監(jiān)控系統(tǒng)之間通過RS485或者CAN總線通信,實現(xiàn)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(tǒng),其特征在于,所述磷酸鐵鋰電池組由6Γ74個磷酸鐵鋰電池單元串聯(lián)或并聯(lián)而成。如上所述的變電站直流電源系統(tǒng),其特征在于,所述直流電源系統(tǒng)還包括液晶觸摸屏,直流電源系統(tǒng)集成控制器與液晶觸摸屏之間采用MODBUS或PR0FIBUS通訊協(xié)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(tǒng)所有信息和狀態(tài),包括磷酸鐵鋰電池組狀態(tài)。如上所述的變電站直流電源系統(tǒng),其特征在于,所述電池能量管理系統(tǒng)BMS包括數(shù)據(jù)采集模塊和通訊模塊,電池組的單體信息和整體狀態(tài)由電池管理系統(tǒng)BMS的數(shù)據(jù)采集模塊負責進行各狀態(tài)量采集、數(shù)據(jù)處理和故障報警,再由通訊模塊與直流電源系統(tǒng)集成控制器進行數(shù)據(jù)通訊。如上所述的變電站直流電源系統(tǒng),其特征在于,所述數(shù)據(jù)采集模塊包括電流傳感器、電壓傳感器、信號采集電路、DSP數(shù)字處理器,電流及電壓傳感器和信號采集電路負責狀態(tài)量的采集,再將采集到的信號與直流電壓系統(tǒng)集成控制器進行數(shù)據(jù)通訊,采用M0DBUS、PR0FIBUS或CAN通訊方式。本實用新型的有益效果是(I)本系統(tǒng)在傳統(tǒng)變電站直流電源系統(tǒng)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(tǒng)(BMS)以及外接功能模塊的不同通訊規(guī)約需求的基礎上,完成各模塊間以及與站級監(jiān)控系統(tǒng)之間的通訊規(guī)約轉(zhuǎn)換,實現(xiàn)整體變電站直流電源系統(tǒng)的通訊控制。(2)本系統(tǒng)實現(xiàn)了系統(tǒng)整體監(jiān)控功能的集成化控制,傳統(tǒng)變電站直流電源系統(tǒng)一般基于大品牌廠家的變電站模塊組成整體變電站直流電源系統(tǒng),在接入非傳統(tǒng)元件后系統(tǒng)難以滿足監(jiān)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(tǒng)改動條件下能滿足新的控制需求,實現(xiàn)整體系統(tǒng)監(jiān)控功能。(3)本系統(tǒng)在通過電池管理系統(tǒng)(BMS)取得磷酸鐵鋰電池組信息后,能及時通過中央監(jiān)控單元,實現(xiàn)配電監(jiān)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(tǒng)實現(xiàn)了在原有變、配電站直流電源系統(tǒng)的模塊化設計,模塊化便于系統(tǒng)的改變和結構調(diào)整,只需設計標準模塊,節(jié)約系統(tǒng)升級改造的時間。

圖I是傳統(tǒng)變、配電站直流電源系統(tǒng)方案示意圖。圖2是本實用新型實施例的基于磷酸鐵鋰電池的變電站直流電源系統(tǒng)方案示意圖。圖3是本實用新型的基于磷酸鐵鋰電池的變電站直流電源系統(tǒng)控制系統(tǒng)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(tǒng),包括磷酸鐵鋰電池組、直流電源系統(tǒng)集成控制器、直流屏中央監(jiān)控單元以及電池能量管理系統(tǒng)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(lián)或并聯(lián)而成。直流屏中央監(jiān)控單元包括配電監(jiān)控盒、高頻充電電源模塊和絕緣監(jiān)測儀,通過直流電源系統(tǒng)集成控制器與直流屏中央監(jiān)控單元之間進行通訊,實時控制底層的配電監(jiān)控盒、高頻充電電源模塊和絕緣監(jiān)測儀,實現(xiàn)直流電源系統(tǒng)的繼電開關和充電模塊控制。通過直流電源系統(tǒng)集成控制器與電池能量管理系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)BMS和上層站用監(jiān)控系統(tǒng)之間通過RS485或者CAN總線通信,實現(xiàn)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(tǒng)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(jiān)控模塊、顯示屏、電池管理系統(tǒng)BMS構成。本系統(tǒng)以集成控制器為系統(tǒng)的主控模塊,分別與直流屏中央監(jiān)控單元、電池管理系統(tǒng)(BMS)、液晶顯示模塊和站級監(jiān)控系統(tǒng)之間進行通訊。根據(jù)鋰電池BMS系統(tǒng)采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(tài),通過直流屏監(jiān)控模塊控制配電監(jiān)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,并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(tǒng)集成控制器接收變、配電站的站級監(jiān)控系統(tǒng)的輪詢和調(diào)度,都歸由主控站控制,作為一主多從通訊系統(tǒng)的通訊節(jié)點。此一主多從的通訊系統(tǒng)采用的通訊機制有輪詢和上報方式。每個通訊節(jié)點每隔一定時間就向主控站上傳該節(jié)點的狀態(tài)信息,主控站按照各節(jié)點的地址順序,向各分節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)上傳命令。該命令帶有節(jié)點地址,只有該地址的節(jié)點返回自己的狀態(tài)信息,其他節(jié)點保持原狀態(tài)。每個節(jié)點只有在接收到查詢指令后才進行通訊應答,平時不進行任何數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。這樣的通訊機制能夠減少或杜絕通訊數(shù)據(jù)的碰撞問題,而數(shù)據(jù)通訊的可靠性是保證系統(tǒng)正常采集的基礎。集成控制器與液晶觸摸屏,采用MODBUS或PR0FIBUS通訊協(xié)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(tǒng)所有信息和狀態(tài),包括磷酸鐵鋰電池組狀態(tài)。電池組的單體信息和整體狀態(tài)由電池管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集部分負責進行各狀態(tài)量采集、數(shù)據(jù)處理和故障報警,再由通訊部分與集成控制器進行數(shù)據(jù)通訊。數(shù)據(jù)采集部分由電流傳感器、電壓傳感器、信號采集電路、DSP數(shù)字處理器等組成。傳感器和信號采集電路負責狀態(tài)量的采集,再將采集到的信號與集成控制器進行數(shù)據(jù)通訊,采用M0DBUS、PR0FIBUS或CAN通訊方式。采用此系統(tǒng)可同時在線監(jiān)測變電站所有蓄電池的單體端電壓、電流和內(nèi)阻等狀態(tài),同時還可得到蓄電池的荷電狀態(tài)(SOC)估值。集成控制器與直流屏中央監(jiān)控單 元、電池管理系統(tǒng)(BMS)之間的通訊控制機制描述如下(I)輪詢機制。集成控制器采用輪詢方式,每隔一定的時間間隔AT按照各分節(jié)點的地址順序,或計算機控制系統(tǒng)配置的節(jié)點順序,向直流屏中央監(jiān)控單元、電池管理系統(tǒng)(BMS)等分節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)上傳命令。通訊包帶地址發(fā)送,只有地址相同的節(jié)點返回狀態(tài)信號,其他節(jié)點保持原狀態(tài)。當系統(tǒng)具有N個分節(jié)點進行輪詢時,總的狀態(tài)數(shù)據(jù)更新時間為NX Δ T0采用輪詢機制,能有效防止通訊數(shù)據(jù)碰撞。(2)控制機制。集成控制器根據(jù)上級主站或液晶屏操控命令,通過與直流屏中央監(jiān)控單元發(fā)送指令信號,向底層各單元模塊發(fā)送操作指令,進行相應開機、啟動、停機及各設置參量調(diào)整等動作。(3)故障處理機制。集成控制器根據(jù)電池管理系統(tǒng)(BMS)等下級模塊上傳的各狀態(tài)信息內(nèi)容和故障上報情況,進行判斷,并通知直流屏中央監(jiān)控單元采取相應的故障處理動作a.恒壓限流均充充電程序;b.續(xù)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,并不用于限制本實用新型,因此,凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi),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范圍之內(nèi)。
權利要求1.一種變電站直流電源系統(tǒng),包括磷酸鐵鋰電池組、直流電源系統(tǒng)集成控制器、直流屏中央監(jiān)控單元以及電池能量管理系統(tǒng)BMS,其特征在于 直流屏中央監(jiān)控單元包括配電監(jiān)控盒、高頻充電電源模塊和絕緣監(jiān)測儀,通過直流電源系統(tǒng)集成控制器與直流屏中央監(jiān)控單元之間進行通訊,實時控制底層的配電監(jiān)控盒、高頻充電電源模塊和絕緣監(jiān)測儀,實現(xiàn)直流電源系統(tǒng)的繼電開關和充電模塊控制; 通過直流電源系統(tǒng)集成控制器與電池能量管理系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)BMS和上層站用監(jiān)控系統(tǒng)之間通過RS485或者CAN總線通信,實現(xiàn)磷酸鐵鋰電池組充放電能量管理控制。
2.根據(jù)權利要求I所述的變電站直流電源系統(tǒng),其特征在于,所述磷酸鐵鋰電池組由604個磷酸鐵鋰電池單元串聯(lián)或并聯(lián)而成。
3.根據(jù)權利要求I所述的變電站直流電源系統(tǒng),其特征在于,所述直流電源系統(tǒng)還包括液晶觸摸屏,直流電源系統(tǒng)集成控制器與液晶觸摸屏之間采用MODBUS或PR0FIBUS通訊協(xié)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(tǒng)所有信息和狀態(tài),包括磷酸鐵鋰電池組狀態(tài)。
4.根據(jù)權利要求I所述的變電站直流電源系統(tǒng),其特征在于,所述電池能量管理系統(tǒng)BMS包括數(shù)據(jù)采集模塊和通訊模塊,電池組的單體信息和整體狀態(tài)由電池管理系統(tǒng)BMS的數(shù)據(jù)采集模塊負責進行各狀態(tài)量采集、數(shù)據(jù)處理和故障報警,再由通訊模塊與直流電源系統(tǒng)集成控制器進行數(shù)據(jù)通訊。
5.根據(jù)權利要求4所述的變電站直流電源系統(tǒng),其特征在于,所述數(shù)據(jù)采集模塊包括電流傳感器、電壓傳感器、信號采集電路、DSP數(shù)字處理器,電流及電壓傳感器和信號采集電路負責狀態(tài)量的采集,再將采集到的信號與直流電壓系統(tǒng)集成控制器進行數(shù)據(jù)通訊,采用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(tǒng),包括磷酸鐵鋰電池組、直流電源系統(tǒng)集成控制器、直流屏中央監(jiān)控單元以及電池能量管理系統(tǒng)BMS,其特征在于直流屏中央監(jiān)控單元包括配電監(jiān)控盒、高頻充電電源模塊和絕緣監(jiān)測儀;通過直流電源系統(tǒng)集成控制器與電池能量管理系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)BMS和上層站用監(jiān)控系統(tǒng)之間通過RS485或者CAN總線通信,實現(xiàn)磷酸鐵鋰電池組充放電能量管理控制。本系統(tǒng)可快速實現(xiàn)基于現(xiàn)有傳統(tǒng)變電站直流電源系統(tǒng)的升級改造,實現(xiàn)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(yōu)先權日2012年6月6日
發(fā)明者張 杰, 呂華林, 祝亞峰, 劉飛 申請人:國網(wǎng)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(wǎng)電力科學研究院, 國家電網(wǎng)公司
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