一種基于鐵鋰電池的非浮充式變電站直流電源系統技術方案

一種基于鐵鋰電池的非浮充式變電站直流電源系統，高頻開關充電模塊的正、負輸出端分別與直流母線正極和直流母線負極連接，鐵鋰電池組的正、負極通過第四空開K4與直流母線正、負極連接，直流母線正、負極上并聯有多個輸出支路，高頻開關充電模塊為多個并聯，每個高頻開關充電模塊與型號為BMJ-FPC的監控器連接；絕緣監測裝置與監控器連接；安裝在每個輸出支路上的電流互感器CT的輸出端與絕緣監測裝置連接。本系統實現了鐵鋰電池組在非在線浮充方式下熱備用和自動補充電，具有電源設備使用壽命延長，安全性能提高，自動化程度增加的特點。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及電力系統變電站用直流電源系統，具體來說是一種基于磷酸亞鐵鋰離子電池組性能特點，采用電池組充、放電回路及相應控制保護裝置，使鐵鋰電池組處于不進行浮充電但不離線的運行方式的變電站用直流電源系統。
技術介紹
電力系統變電站用直流電源是輸變電設備的保護和控制及通信的工作電源，在電網事故造成交流電源中斷時，其電池組供變電站保護、控制、事故照明等事故用電。一直以來電力系統變電站采用的是電池組在線浮充運行方式，主要是①要補充鉛酸電池的自放電造成的容量損失，并且充電倍率低(0. 1C1(I)、時間長；②沒有電池管理系統(BMS)，采用定期進行均衡充電方式維護；③電池組通過斷路器(或熔斷器)直接連接在直流母線，以便交 流中斷后不間斷地提供直流電源。但長期浮充運行①會使電池極板鈍化，造成電池容量衰退和壽命降低；②沒有電池管理系統(BMS)，電池容量狀況只能依靠I 2年一次的核容放 電試驗進行評估，期間的容量狀況不得而知電池組直接連接在直流母線，在進行核容放電試驗時要脫離母線，必須用臨時電池組替代或其他措施，滿足DL/T724-2000電池組不脫離母線的要求。所以上述情況嚴重時，會在電網發生事故時，電池組無法滿足事故期間的用電，耽誤事故搶險，甚至造成事故擴大。國內目前有鐵鋰電池的變電站直流電源系統，但是基于原閥控式鉛酸蓄電池的結構和運行方式，只是簡單的把鉛酸電池換成鐵鋰電池，既沒遵守鐵鋰電池的充、放電特性，還會加速鐵鋰電池的容量衰退和減少運行壽命，使其性價比大大降低，故直接采用浮充電方式鐵鋰電池組的直流電源系統在電力系統開展應用存在難度。
技術實現思路
本技術的目的是根據磷酸亞鐵鋰離子電池不適宜浮充電運行的特性，提供一種基于鐵鋰電池的非浮充式變電站直流電源系統，旨在解決免鐵鋰電池組因長期浮充電造成的容量衰退和壽命降低的問題。本新型的目的是這樣實現的一種基于鐵鋰電池的非浮充式變電站直流電源系統，包括，其輸入端與交流電源連接的高頻開關充電模塊的正、負輸出端分別與直流母線正極和直流母線負極連接，鐵鋰電池組的正、負極通過第四空開K4分別與直流母線正、負極連接，直流母線正、負極上并聯有多個輸出支路，其特征是，所述高頻開關充電模塊為多個并聯，每個高頻開關充電模塊通過通訊總線與型號為BMJ-FPC的監控器連接；絕緣監測裝置通過通訊總線與監控器連接；所述每個輸出支路上安裝有電流互感器CT，電流互感器CT的信號輸出端與絕緣監測裝置連接；還具有，充電控制保護電路大功率二極管D2的正極接于所述鐵鋰電池組的正極，大功率二極管D2的負極接于所述直流母線正極，型號為GW3B的第五空開K5與大功率二極管D2并聯，來自監控器輸出端的參考電壓UA串接電阻R3后接于型號為LM339N的比較器U2的4腳，電阻Rl —端接于比較器U2的4腳，另一端接地，來自鐵鋰電池的端電壓UB串接電阻R6后接于比較器U2的5腳，電阻R7 —端接于比較器U2的5腳，另一端接地，比較器U2的I腳串接電阻R4后接于三極管Tl基極，比較器U2的2腳接二極管D5正極，二極管D5負極接比較器U2的I腳，三極管Tl發射極接地，三極管Tl集電極順次串接合閘繼電器JDQ、電阻R2后接于比較器U2的I腳，二極管D3正極接三極管Tl集電極，二極管D3負極接合閘繼電器JDQ與電阻R2的結點，第五空開K5的合閘線圈QH和合閘繼電器JDQ的常開接點JDQl串接在分合閘操作電源回路中，比較器U2的14腳串接電阻R9后接于三極管T2基極，三極管T2發射極接地，三極管集電極順次串接分閘繼電器ZJDQ、電阻R8后接于比較器U2的14腳，二極管D4正極接于三極管T2集電極，二極管D4負極接于分閘繼電器ZJDQ與電阻R8的結點，分閘繼電器ZJDQ的常開接點ZJDQl和第五空開K5的分閘線圈QF串接在分合閘操作電源回路中。 上述充電控制保護電路中還具有聲光報警電路電鈴BI串接在三極管Tl集電極與VCC之間，發光二極管Dl正極接于VCC，發光二極管Dl負極接于三極管Tl集電極。還具有充電按鈕H-AN ;充電按鈕H-AN與合閘繼電器JDQ的常開接點JDQl并聯。還具有緊急分閘按鈕F-AN ;緊急分閘按鈕F-AN與分閘繼電器ZJDQ的常開接點ZJDQl并聯。上述充電控制保護電路中，還具有補充充電電路VCC順次串接電阻RlO以及由監控器控制的開關JKl后接于比較器U2的6腳，型號為74LS04的反相器U3的I腳接于開關JKl的進端，反相器U3的2腳接于開關JKl的出端，電阻Rll —端接于開關JKl的進端，另一端接地；由監控器控制的開關JK2 —端與反相器U3的I腳以及3腳連接，開關JK2另一端與反相器U3的4腳以及比較器U2的8腳連接。上述充電控制保護電路中還具有工作電源電路DC/DC變換器J3的正、負輸入端分別與直流母線正、負極連接，電容C3串接在DC/DC變換器J3的正、負輸出端之間，電解電容C2正極接于DC/DC變換器J3的正輸出端，電解電容C2負極接地，DC/DC變換器J3的負輸出端接地。上述多個高頻開關充電模塊中有一個為備用高頻開關充電模塊。上述鐵鋰電池型號為FP3291152，高頻開關充電模塊型號為HD22020-3，監控器型號為BMJ-FPC，絕緣監測裝置型號為JYM-2。還具有電池電壓采集電路；電池電壓采集電路的信號輸出端與電阻R6的進端連接。上述述交流電源與高頻開關充電模塊之間還連接有第一空開K1。本變電站直流電源系統由以下部分組成充電裝置部分監控器(內嵌電池管理系統)、高頻開關充電模塊、絕緣監測裝置、電池采集電路、電池均衡電路、100A交流空氣開關Ki、315A直流空氣開關K2及相應的電路連接、測試以及CAN總線等組成?？諝忾_關K1的三個進端分別與多個高頻開關充電模塊的交流輸入端連接，高頻開關充電模塊的直流正、負輸出端通過K2分別對應與饋電電壓直流母線正、負極相連接。高頻開關充電模塊通過通訊總線與監控器連接，絕緣監測裝置分別采集直流母線正、負極電壓并通過各直流輸出支路的CT進行母線絕緣監測和偵測確定絕緣降低的支路(選線)。電池管理系統(BMS)通過電池采集電路對電池參數的采集、分析，通過監控器和電池均衡電路進行電池組的充、放電控制、保護與管理；饋電部分由直流母線和各輸出支路組成，直流空氣開關K3的兩個輸入端分別與直流母線正、負極相連接，出端連接直流負載。K3應該是一組直流空氣開關，是按照直流供電負載的容量和數量配置的；電池組部分由磷酸亞鐵鋰離子電池及相應的采集、均衡、保護控制等組成。其中250A直流空開K4在外部短路時保護電池組，250A自動直流空開K5與大功率二極管D2 (采用兩只并聯提供可靠性)組成充電控制與保護，使鐵鋰電池在補充充電和人為強制充電外，不進行長期在線浮充電，同時保證電池組能在需要時不間斷的為直流母線通過電源；上述磷酸亞鐵鋰電池型號為FP3291152，高頻開關充電模塊型號為HD22020-3，監控器型號為BMJ-FPC，絕緣監測裝置JYM-2，自動直流空開型號為GW3B。本新型基于鐵鋰電池的非浮充式變電站直流電源系統及使用方法，是以磷酸亞鐵 鋰離子電池組、基于CAN總線監測系統(監控器、絕緣監測裝置、電池管理系統)、高頻開關充電模塊等組成。電池管理系統本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于鐵鋰電池的非浮充式變電站直流電源系統，包括，其輸入端與交流電源連接的高頻開關充電模塊的正、負輸出端分別與直流母線正極和直流母線負極連接，鐵鋰電池組的正、負極通過第四空開K4分別與直流母線正、負極連接，直流母線正、負極上并聯有多個輸出支路，其特征是，所述高頻開關充電模塊為多個并聯，每個高頻開關充電模塊通過通訊總線與型號為BMJ？FPC的監控器連接；絕緣監測裝置通過通訊總線與監控器連接；所述每個輸出支路上安裝有電流互感器CT，電流互感器CT的信號輸出端與絕緣監測裝置連接；還具有，充電控制保護電路：大功率二極管D2的正極接于所述鐵鋰電池組的正極，大功率二極管D2的負極接于所述直流母線正極，型號為GW3B的第五空開K5與大功率二極管D2并聯，來自監控器輸出端的參考電壓UA串接電阻R3后接于型號為LM339N的比較器U2的4腳，電阻R1一端接于比較器U2的4腳，另一端接地，來自鐵鋰電池的端電壓UB串接電阻R6后接于比較器U2的5腳，電阻R7一端接于比較器U2的5腳，另一端接地，比較器U2的1腳串接電阻R4后接于三極管T1基極，比較器U2的2腳接二極管D5正極，二極管D5負極接比較器U2的1腳，三極管T1發射極接地，三極管T1集電極順次串接合閘繼電器JDQ、電阻R2后接于比較器U2的1腳，二極管D3正極接三極管T1集電極，二極管D3負極接合閘繼電器JDQ與電阻R2的結點，第五空開K5的合閘線圈QH和合閘繼電器JDQ的常開接點JDQ1串接在分合閘操作電源回路中，比較器U2的14腳串接電阻R9后接于三極管T2基極，三極管T2發射極接地，三極管集電極順次串接分閘繼電器ZJDQ、電阻R8后接于比較器U2的14腳，二極管D4正極接于三極管T2集電極，二極管D4負極接于分閘繼電器ZJDQ與電阻R8的結點，分閘繼電器ZJDQ的常開接點ZJDQ1和第五空開K5的分閘線圈QF串接在分合閘操作電源回路中。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：李晶，丁丹一，衛小凡，李旻，
申請(專利權)人：四川電力科學研究院，
類型：實用新型
國別省市：