基于光伏电源及纳镍电池的变电站直流电源系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种基于光伏电源及纳镍电池的变电站直流电源系统,它包括用于将太阳能转换为电能的太阳能发电装置，所述太阳能发电装置的电源输出端在控制继电器模块的控制下接通48V直流母线；还包括纳镍蓄电池装置，所述纳镍蓄电池装置的电源端在控制继电器模块的控制下接通48V直流母线，同时220V交流市电经过AC/DC变换器后、在控制继电器模块的控制下接通48V直流母线，所述48V直流母线通过DC/DC变换器变换为220V直流电驱动负载。本实用新型结构以及对蓄电池的维护简单，且利用太阳能作为充电和驱动能源，极大地节省了现有的电能。本实用新型适用于任意变电站的直流系统。
【专利说明】
基于光伏电源及纳镍电池的变电站直流电源系统
技术领域
[0001]本实用新型属于电力系统的变电站供电领域，涉及一种基于光伏电源及纳镍电池的变电站直流电源系统。
【背景技术】
[0002]在我国的变电站直流系统中，需要设置直流电源为变电站中的各种照明设备或其他设备进行供电，目前，我国一般采用的是铅酸蓄电池作为直流电源，其中，阀控式铅酸蓄电池因为不需加水维护，也不需要调整电解液的密度而深受运行维护人员的欢迎，甚至很长一段时间以来，人们将其称为“免维护”铅酸蓄电池，因此，阀控式铅酸蓄电池因具有维护简单、价格便宜、性能相对稳定的优点而广泛应用在各个变电站的直流系统中。但是，铅酸电池的“免维护”只是体现在不用定时的加水和电解液，但是并不能真正的做到免维护，由于铅酸电池的记忆效应，硫酸铅有可能在极板上附着，且硫酸铅有可能在电解液出现杂质的时候在电池中结块，铅酸电池需要定时地进行放电维护，而放电过程比较繁琐并且耗时较长，所以铅酸电池并不是真正的免维护。
[0003]同时，对于使用时间较长，容量严重不足的阀控式铅酸蓄电池，在浮充状态下时端电压正常、温度正常、无漏液，误导运行维护人员以为电池平安无事，但在占用交流失电或意外低电压下，作为备用电源的阀控式铅酸蓄电池却会短时间崩溃，对变电站的运行造成严重的影响。
[0004]此外，废旧的铅酸蓄电池如果处理不好，其中的重金属和有毒废液会严重污染环境。因此，变电站中急需一种新型的、真正免维护的、寿命长的、无毒的蓄电池来代替铅酸电池。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型要解决的技术问题，是提供一种基于光伏电源及纳镍电池的变电站直流电源系统，不仅利用污染极小的纳镍电池，同时利用无污染的太阳能为蓄电池进行充电，以及负载进行供电，在外部太阳能不足的情况下，根据蓄电池的电能剩余量选择市电或蓄电池驱动负载，不仅实现了节省电能、电池的免维护，同时延长了蓄电池的使用寿命。
[0006]为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是:
[0007]—种基于光伏电源及纳镍电池的变电站直流电源系统，它包括用于将太阳能转换为电能的太阳能发电装置，所述太阳能发电装置的电源输出端在控制继电器模块的控制下接通48V直流母线;还包括纳镍蓄电池装置，所述纳镍蓄电池装置的电源端在控制继电器模块的控制下接通48V直流母线，同时220V交流市电经过AC/DC变换器后、在控制继电器模块的控制下接通48V直流母线，所述48V直流母线通过DC/DC变换器变换为220V直流电驱动负载。
[0008]作为对本实用新型的限定:所述太阳能发电装置包括多晶硅光伏板、光伏控制器，所述多晶硅光伏板的电压输出端连接光伏控制器，所述光伏控制器的电压输出端连接48V直流母线。
[0009]作为对本实用新型的进一步限定:所述控制继电器模块包括用于检测光伏控制器输出电压的过压继电器、当过压继电器启动而将光伏控制器输出电压接入48V直流母线的光伏接入继电器、用于检测纳镍蓄电池装置的欠压继电器、当欠压继电器启动而将220V交流市电接入48V直流母线的市电接入继电器，所述过压继电器连接光伏控制器的电压输出端，光伏接入继电器的线圈通过过压继电器的常开触点、欠压继电器的常闭触点接入供电线路，光伏接入继电器的常开触点连接光伏控制器与48V直流母线之间的线路；
[0010]所述欠压继电器连接纳镍蓄电池的电压输出端，市电接入继电器的线圈通过过压继电器的常开触点、欠压继电器的常闭触点接入供电线路，市电接入继电器的常闭触点接入220V交流市电与48V直流母线之间的线路。
[0011]作为对本实用新型的更进一步限定:所述控制继电器模块还包括当太阳能发电装置具有电能时保持太阳能发电装置接入48V直流母线的保持继电器，所述保持继电器的线圈与过压继电器的线圈、欠压继电器的线圈共同通过过压继电器的常开触点、欠压继电器的常闭触点接入供电线路，同时保持继电器自身的常开触点并接于过压继电器常开触点的两端。
[0012]由于采用了上述的技术方案，本实用新型与现有技术相比，所取得的技术进步在于:
[0013](I)本实用新型选用新型的纳镍蓄电池作为蓄电池模块，与现有技术的铅酸蓄电池相比由于不含硫酸铅电解液，因此不会出现电解液结块的现象，进而无需对蓄电池进行放电操作，令蓄电池的维护更加简单，使用寿命也相应的更长；
[0014](2)本实用新型选择性的采用太阳能发电装置或者市电为纳镍蓄电池进行充电，极大地节省了能源；
[0015](3)本实用新型采用DC/DC变换器作为纳镍蓄电池以及太阳能发电模块电压输出的稳压装置，为负载提供了更加稳定的直流电压，令负载工作更为稳定；
[0016](4)本实用新型采用控制继电器模块实现太阳能发电装置与220V交流市电自动切换为蓄电池装置充电，或驱动负载，控制原理简单，实现效果好；
[0017](5)本实用新型的控制继电器模块不仅包含有过压继电器、光伏接入继电器、欠压继电器、市电接入继电器，还设有保持继电器，令本实用新型对太阳能发电装置所发的电利用更加彻底，进一步节省能源。
[0018]本实用新型结构以及对蓄电池的维护简单，且利用太阳能作为充电和驱动能源，极大地节省了现有的电能。
[0019]本实用新型适用于任意变电站的直流系统。
[0020]本实用新型下面将结合具体实施例作进一步详细说明。
【附图说明】
[0021]图1为本实用新型实施例的结构示意图；
[0022]图2为本实用新型实施例中控制继电器模块的运行逻辑控图。
[0023]图中:1、太阳能发电装置，1-1、多晶硅光伏板，1-2、光伏控制器，2、纳镍蓄电池装置，3、AC/DC变换器，4、DC/DC变换器。
【具体实施方式】
[0024]实施例基于光伏电源及纳镍电池的变电站直流电源系统
[0025]本实施例提供了一种基于光伏电源及纳镍电池的变电站直流电源系统，如图1所示，它包括:
[0026](I)太阳能发电装置I，用于将太阳能转换为电能，所述太阳能发电装置I的电源输出端在控制继电器模块的控制下接通48V直流母线。本实施例中的太阳能发电装置I如图1所示，包括多晶硅光伏板1-1、光伏控制器1-2，其中多晶硅光伏板1-1采用现有技术中额定功率6.97kW、额定输出电压88V，直流48V额定输出电流140A的多晶硅太阳能发电板，光伏控制器1-2则采用现有技术中控制输出电压不超过57V、额定输出电流不超过140A的光伏可控制器即可，保证输出电压适用于钠镍电池充电电压范围。所述多晶硅光伏板1-1的电压输出端连接光伏控制器1-2，所述光伏控制器1-2的电压输出端连接48V直流母线。
[0027](2)纳镍蓄电池装置2，所述纳镍蓄电池装置2的电源端在控制继电器模块的控制下接通48V直流母线。本实施例中的纳镍蓄电池装置2采用现有技术中的纳镍蓄电池即可。此外，220V交流市电经过AC/DC变换器3后、在控制继电器模块的控制下接通48V直流母线，而由于光伏电源不稳定，而且纳镍蓄电池装置2放电时电压会随容量减少而降低，所以本实施例中设置有DC/DC变换器4，所述48V直流母线通过DC/DC变换器4变换为220V直流电驱动负载。而本实施例的DC/DC变换器采用现有技术中的直流DC/DC(48V/230V)转换装置升压并输出稳定电压，所述直流DC/DC转换装置4为48V转换230V高频开关电源，由四个模块组成，输入电压范围42V-60V，输出电压为220V-242V可调、稳压，额定电流20A。
[0028]由于上述的太阳能电池装置1、纳镍蓄电池装置2、220V交流市电均通过控制继电器模块进行控制接入48V直流母线，因此本实施的控制继电器模块如图1、图2所示，包括:用于检测光伏控制器1-2的输出电压的过压继电器J3、当过压继电器J3启动而将光伏控制器1-2输出电压接入48V直流母线的光伏接入继电器J1、用于检测纳镍蓄电池装置2的欠压继电器J4、当欠压继电器J4启动而将220V交流市电接入48V直流母线的市电接入继电器J2，所述过压继电器J3连接光伏控制器1-2的电压输出端，通过光伏控制器1-2的输出电压控制过压继电器J3的启动与否，光伏接入继电器Jl的线圈通过过压继电器J3的常开触点K3、欠压继电器J4的常闭触点K4接入供电线路，光伏接入继电器Jl的常开触点Kl连接光伏控制器与48V直流母线之间的线路;所述欠压继电器J4连接纳镍蓄电池装置2的电压输出端，市电接入继电器的线圈J2通过过压继电器J3的常开触点K3、欠压继电器J4的常闭触点K4接入供电线路，市电接入继电器J2的常闭触点K2接入220V交流市电与48V直流母线之间的线路。
[0029]为了完善本实施例，所述控制继电器模块还包括当太阳能发电装置I具有电能时保持太阳能发电装置I接入48V直流母线的保持继电器J5，所述保持继电器J5的线圈与过压继电器J3的线圈、欠压继电器J4的线圈共同通过过压继电器J3的常开触点K3、欠压继电器J4的常闭触点K4接入供电线路，同时保持继电器J5自身的常开触点K5并接于过压继电器J3常开触点K3的两端。
[0030 ]本实施例通过控制继电器模块自动切换太阳能发电装置I与2 20V交流市电电源，具体运行方式为:当外界太阳能充足时，太阳能发电装置I发电充足，且光伏控制器1-2输出的电压达到55V时，光伏控制器1-2会启动过压继电器J3，令过压继电器J3通电，此时过压继电器J3的常开触电K3会接通光伏接入继电器J1、市电接入继电器J2、保持继电器J5的线圈，令光伏接入继电器Jl、市电接入继电器J2的线圈通电，通电后光伏接入继电器Jl的常开触点Kl闭合、市电接入继电器J2的常闭触点K2断开，这样就令通电的通电会令接触器K2为常闭，此太阳能发电装置I接入48V母线，不仅驱动负载，同时为纳镍蓄电池装置2充电，而市电接入继电器J2的常闭触点则K2断开市电高频电源。
[0031]而光伏控制器1-2的输出电压小于55V，但是仍然能够进行发电时，首先过压继电器J3恢复未通电状态，过压继电器J3的常开触点K3恢复断开状态，但是由于过压继电器J3的常开触点K3两端并接有保持继电器J5的常开触点K5，因此光伏接入继电器J1、市电接入继电器J2的线圈仍然保持通电状态，即太阳能发电装置I仍然接入48V直流母线，但如果此时的电能不足以驱动负载的话，直接由纳镍蓄电池装置2补充输出电能即可。
[0032]而一旦纳镍蓄电池装置2输出电压低于50V时，太阳能发电装置I与纳镍蓄电池装置2就无法提供足够的电能驱动负载，此时纳镍蓄电池装置2会启动欠压继电器J4，欠压继电器J4的常闭触点K4断开，令光伏接入继电器J1、市电接入继电器J2、保持继电器J5的线圈全部断开通电，此时光伏接入继电器Jl的常开触点Kl恢复断开，市电接入继电器J2的常闭触点K2恢复闭合，保持继电器J5的常开触点K5恢复断开，即太阳能发电装置I断开与48V直流母线的连接，而220V交流市电通过AC/DC变换器3接入48V直流母线驱动负载，并为纳镍蓄电池装置2进行充电。
【主权项】
1.一种基于光伏电源及纳镍电池的变电站直流电源系统，其特征在于:它包括用于将太阳能转换为电能的太阳能发电装置，所述太阳能发电装置的电源输出端在控制继电器模块的控制下接通48V直流母线;还包括纳镍蓄电池装置，所述纳镍蓄电池装置的电源端在控制继电器模块的控制下接通48V直流母线，同时220V交流市电经过AC/DC变换器后、在控制继电器模块的控制下接通48V直流母线，所述48V直流母线通过DC/DC变换器变换为220V直流电驱动负载。2.根据权利要求1所述的基于光伏电源及纳镍电池的变电站直流电源系统，其特征在于:所述太阳能发电装置包括多晶硅光伏板、光伏控制器，所述多晶硅光伏板的电压输出端连接光伏控制器，所述光伏控制器的电压输出端连接48V直流母线。3.根据权利要求2所述的基于光伏电源及纳镍电池的变电站直流电源系统，其特征在于:所述控制继电器模块包括用于检测光伏控制器输出电压的过压继电器、当过压继电器启动而将光伏控制器输出电压接入48V直流母线的光伏接入继电器、用于检测纳镍蓄电池装置的欠压继电器、当欠压继电器启动而将220V交流市电接入48V直流母线的市电接入继电器，所述过压继电器连接光伏控制器的电压输出端，光伏接入继电器的线圈通过过压继电器的常开触点、欠压继电器的常闭触点接入供电线路，光伏接入继电器的常开触点连接光伏控制器与48V直流母线之间的线路； 所述欠压继电器连接纳镍蓄电池的电压输出端，市电接入继电器的线圈通过过压继电器的常开触点、欠压继电器的常闭触点接入供电线路，市电接入继电器的常闭触点接入220V交流市电与48V直流母线之间的线路。4.根据权利要求3所述的基于光伏电源及纳镍电池的变电站直流电源系统，其特征在于:所述控制继电器模块还包括当太阳能发电装置具有电能时保持太阳能发电装置接入48V直流母线的保持继电器，所述保持继电器的线圈与过压继电器的线圈、欠压继电器的线圈共同通过过压继电器的常开触点、欠压继电器的常闭触点接入供电线路，同时保持继电器自身的常开触点并接于过压继电器常开触点的两端。
【文档编号】H02J7/35GK205693422SQ201620576447
【公开日】2016年11月16日
【申请日】2016年6月14日 公开号201620576447.8, CN 201620576447, CN 205693422 U, CN 205693422U, CN-U-205693422, CN201620576447, CN201620576447.8, CN205693422 U, CN205693422U
【发明人】王洪, 王建伟, 沈丙申, 张广辉, 林雄武, 赵立成, 马鑫晟, 蔡巍, 卢毅, 康占民, 李冬, 杨博
【申请人】国网冀北电力有限公司张家口供电公司, 国家电网公司, 国网冀北电力有限公司电力科学研究院