一种防止直流电源母线失压的系统的制作方法

本实用新型涉及一种防止直流电源母线失压的系统，属于电力系统直流电源领域。

背景技术：

发电厂或变电站直流系统，为信号设备、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，是一个独立的电源，它不受发电机、站用交流电及系统运行方式的影响，在正常运行时，充电装置承担经常负荷，同时向蓄电池组补充充电，以补充蓄电池的自放电，使蓄电池以满容量的状态处于备用，在外部交流电中断的情况下，由后备电源即蓄电池组继续向负载提供直流电源。

作为直流电源系统的核心部件，蓄电池组大多采用多节单体蓄电池串联的形式，随着蓄电池运行时间的不断加长，以及温度、湿度等环境的影响，蓄电池组中各单体蓄电池的性能也在不断变化，其中会导致部分蓄电池内阻增大、容量下降或其他的故障，在需要直流系统向负载提供电源的时刻，由于一节或几节单体蓄电池的故障使得整组蓄电池无法输出，造成直流母线失压，从而造成保护设备或控制设备无法正常工作。

以下列举几例典型事故：

1)2013年，南方某220kV变电站110kV两段母线相继三相故障，该110kV母差出口，跳开了5台110kV开关，由于变电站直流系统异常，站内其他断路器无法正常跳闸，越级至上级电源线路跳闸，导致变电站全站失压。其原因在于：220kV变电站110kV母线发生三相故障后，10kV电压下降，直流充电机退出运行，110kV母线保护动作，但因蓄电池组某一节发生虚断，使得直流电源不稳定，当事故发生需要蓄电池向外放电时，蓄电池组无法输出电压，造成全站多个110kV断路器未跳开。

2)2013年，西北区域某电力公司发生由于交流侧故障导致站用交流电源失压，此前蓄电池组已断路而未发现及处理，从而造成直流母线失压，保护电器未动作，造成烧毁主变2台。

3)2015年，华北区域某电力公司由于35kV二段母线失电，2#站变失电，3#站变不能投入，全站交流电源失电，事后检查原因为1#蓄电池组73#电池内部开路，导致直流一段母线失电，用2#蓄电池组带全站直流负荷后，2#蓄电池组44#蓄电池内部又发生开路，全站直流母线失压。

由于事故影响较大，相关单位及厂家做了一些工作来避免此类事故的发生。专利201310668765.8提供了一种“串联蓄电池组的充放电补偿系统”，通过给每节单体蓄电池设置充电器来实现对单体蓄电池故障的补偿；专利201010598584.9提供了一种“基于蓄电池并联的直流电源系统”，通过设置的变换器将多组电池并联起来，当发生一个或多个电池故障时，未故障的蓄电池仍能为直流母线提供电源；专利201410316418.3提供了一种“蓄电池组自动无隙旁接系统”，在每节单体蓄电池上设置监测管理单元和跨接单元，当检测到单体蓄电池产生故障时，自动跨接过该节电池，实现了无故障单体电池组成的电池组可以持续提供电源的要求。

上述技术虽在一定程度上解决了单节电池故障时造成的母线失压，但均存在实现机理繁琐、成本高等缺点。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种防止直流电源母线失压的系统，运行在含有蓄电池组(X)且蓄电池组(X)含有m节串联的单体蓄电池的直流电源系统中，通过对母线电压及电压变化率的判断，自动补偿对直流母线的供电补给，从而避免母线失压。

本实用新型的技术解决方案为：

一种防止直流电源母线失压的系统，运行在含有蓄电池组(BT)且蓄电池组(BT)含有m节串联的单体蓄电池的直流电源系统中，包括至少一个智能检测模块(J)和一个或多个DC/DC模块(M)，其特征在于：智能检测模块(J)包括母线电压采集电路单元(JY)、控制输出电路单元(JS)和智能判断电路单元(JP)，其中的母线电压采集电路单元(JY)接至直流电源母线，可以检测直流电源母线的电压；DC/DC模块(M)具有输入和输出接口，如果设置一个DC/DC模块(M)，则还需设置至少一个独立蓄电池组(BT1),DC/DC模块(M)的输入接口接至蓄电池组(BT1)的两端，其输出接口接至直流母线；如果设置多个DC/DC模块(M)，DC/DC模块(M)的输入接口可以接至直流电源系统蓄电池组(BT)某连续的若干节单体蓄电池的两端，也可以接至设置的多个独立蓄电池组(BTn)的两端，或者上述两种模式的混合，其输出接口接至直流母线。

进一步地，智能判断电路单元(JP)包括至少一个微处理器，微处理器通过所述的母线电压采集电路单元(JY)判断直流母线是否具有失压的趋势；所述的DC/DC模块(M)的输入和输出在电气上是隔离的；所述的DC/DC模块(M)的输出是可控的；直流母线电压正常时，DC/DC模块(M)不输出，当直流母线具有失压的趋势时，通过所述的控制输出电路单元(JS)发出指令，控制DC/DC模块(M)的输出。

进一步地，当所述的DC/DC模块(M)的输入接口(MI)接至蓄电池组(BT)某连续的若干节单体蓄电池的两端时，可以将蓄电池组(BT)的m节串联的单体蓄电池分成n个组，并设置n个所述的DC/DC模块(M)与之对应。

一种防止直流电源母线失压的方法，运行在上述防止直流电源母线失压的系统上，包含以下步骤：

1)采集直流母线电压Um；

2)依据步骤1)中采集的母线电压Um，与设定的直流系统标称电压Un，做如下判断：

a)若Um≥i×Un，则判断直流系统蓄电池组处于均衡充电状态；

b)若i×Un＞Um≥j×Un，则判断直流系统蓄电池组处于浮充状态；

c)若j×Un＞Um≥Un，则判断直流系统充电装置输出异常；

d)若Un＞Um，则判断蓄电池组处于放电状态。

其中i，j为倍率常数。

3)根据步骤2)的判定结论，如果系统运行状态为步骤2)中的a)或者b)，则返回步骤1)；如果系统运行状态为为c)或者d)时，则做如下判断：

在t₁时刻采集母线电压U(t1)，经时间间隔Δt，采集母线电压U(t1+Δt),并计算在此时间间隔内母线电压的变化率P：

4)根据步骤3)中采集的电压值U(t1+Δt)及计算得到的变化率P进行如下判断：

若P高于设定值Ps，或U(t1+Δt)低于设定值Us，则输出控制信号(JS),投入运行DC/DC模块(M)。

其中，步骤3)中的倍率常数i和j满足条件：i＞j＞1。

本实用新型采用上述系统及方法，对可能造成的直流母线失压进行监测和补偿，保证直流系统安全稳定的运行。

附图说明

图1是直流电源系统基本原理图。

图2是本实用新型系统的技术原理图。

图3是本实用新型系统实施例1技术原理图。

图4是本实用新型系统实施例2技术原理图。

图5是本实用新型系统实施例3技术原理图。

图6是本实用新型方法的流程图。

具体实施方式

本实用新型涉及一种防止直流电源母线失压的系统。

图1是直流电源系统基本原理图。直流电源系统的组成及运行方式为：电力直流系统由直流母线、蓄电池组BT、充电模块AC/DC组成；蓄电池组BT由m个单体蓄电池通过串联组成，如对于220kV变电站，一般采用104节单体电压为2V的电池；充电模块AC/DC是一个或多个可将交流电压转换成直流电压的装置，其输入端接站用交流电源，输出端连接到直流母线，充电机模块AC/DC将交流电转换成直流电，供直流负载用，同时补充蓄电池组BT的自放电；L1-Ln是直流母线的若干条负载回路。

图2是本实用新型系统的技术原理图。本实用新型的系统包括至少一个智能检测模块(J)和至少一个DC/DC模块(M)，智能检测模块(J)和DC/DC模块(M)均接至直流母线；智能检测模块(J)主要用于测量直流母线的电压，判断直流系统的运行状态，DC/DC模块(M)主要用于为直流母线提供电源；DC/DC模块(M)的输入接自蓄电池组BT的若干节，或另外独立的蓄电池组。

DC/DC模块(M)可以设置一个，也可以设置多个，根据设置的DC/DC模块(M)的数量及其输入，本实用新型提供以下4个实施例。

实施例一：设置多个DC/DC模块(M)的输入来自蓄电池组BT。

图3是实施例一的技术原理图。如图，本方案设置n个DC/DC模块(M)，n大于1；将蓄电池组BT中的m节单体蓄电池组分成n个组，每个组的首尾两端接至单个DC/DC模块(M)；DC/DC模块(M)的输出接到直流母线上。

例如，电网中的220kV变电站，直流电源系统母线电压常设置为220V，采用104节的单体电压为2V的蓄电池组成的蓄电池组。应用本方案，可选用4个输入为DC48V，输出为DC220V的DC/DC模块(M)，将蓄电池组BT的104节电池，第1-24节的作为第1个DC/DC模块(M)的输入，第25-48节的作为第2个DC/DC模块(M)的输入，第49-72节的作为第3个DC/DC模块(M)的输入，第73-96节的作为第4个DC/DC模块(M)的输入，上述4个DC/DC模块(M)的输出接到DC220V直流母线上。

采用这种方案的有益效果是，当电力系统产生故障，交流电源失电，直流母线需要依靠蓄电池组提供电源时，若蓄电池组某一节发生断开或失效故障，可由设置的多个DC/DC模块(M)持续向直流母线提供电源。

实施例二：设置一个或多个DC/DC模块(M)的输入来自另外独立的蓄电池组BT2。

图4是实施例二的技术原理图。本方案同样设置n个DC/DC模块(M)，n大于或等于1；与实施例一不同，本方案中，再设置n个独立的蓄电池组(BT1-BTn)相应的置于n个DC/DC模块(M)输入端；DC/DC模块(M)的输出接到直流母线上

采用这种方案同样可以达到实施例一的有益效果，由于本方案采用了独立的蓄电池组，较实施例一可靠性更高，但增加了系统的成本。

实施例三：设置多个DC/DC模块(M)的输入分别来自蓄电池组BT和另外独立的蓄电池组BT1-BTn。

图5是实施例三的技术原理图。如图，本方案设置j个DC/DC模块(M)，j大于1；与实施例一和实施例二不同的是，本方案中的DC/DC模块(M)的输入不仅仅来源于原蓄电池组或独立的蓄电池组，而是两种的混合。

采用这种方案同样可以达到实施例一的有益效果，其可靠性和成本均介于实施例一和实施例二之间。

上述三个实施例仅仅依据DC/DC模块(M)的数量及其输入的三个技术方案，还包括以下技术方案：

设置智能检测模块(J)，且智能检测模块(J)包括母线电压采集电路单元(JY)、控制输出电路单元(JS)和智能判断电路单元(JP)，其中的母线电压的电路单元(JY)接至直流电源母线，可以检测直流电源母线的电压。

智能判断电路单元(JP)包括至少一个微处理器，微处理器通过所述的母线电压采集电路单元(JY)判断直流母线是否具有失压的趋势；DC/DC模块(M)的输入和输出在电气上是隔离的，输出是可控的；在直流母线电压正常时，DC/DC模块(M)不输出，当直流母线具有失压的趋势时，通过控制输出电路单元(JS)发出指令，控制DC/DC模块(M)的输出。

当DC/DC模块(M)的输入接口(MI)接至蓄电池组(BT)某连续的若干节单体蓄电池的两端时，可以将蓄电池组(BT)的m节串联的单体蓄电池分成n个组，并设置n个所述的DC/DC模块(M)与之对应。

本实用新型方法的流程图如图6。

具体实施步骤为：

1)采集直流母线电压Um；

2)依据步骤1)中采集的母线电压Um，与设定的直流系统标称电压Un，做如下判断：

a)若Um≥i×Un，则判断直流系统蓄电池组处于均衡充电状态；

b)若i×Un＞Um≥j×Un，则判断直流系统蓄电池组处于浮充状态；

c)若j×Un＞Um≥Un，则判断直流系统充电装置输出异常；

d)若Un＞Um，则判断蓄电池组处于放电状态，或异常的浮充状态。

其中i，j为倍率常数。

3)根据步骤2)的判定结论，如果系统运行状态为步骤2)中的a)或者b)，则返回步骤1)；如果系统运行状态为为c)或者d)时，则做如下判断：

在t₁时刻采集母线电压U(t1)，经时间间隔Δt，采集母线电压U(t1+Δt),并计算在此时间间隔内母线电压的变化率P：

4)根据步骤3)中采集的电压值U(t1+Δt)及计算得到的变化率P进行如下判断：

若P高于设定值Ps，或U(t1+Δt)低于设定值Us，则输出控制信号(JS),使DC/DC模块(M)输出电压到直流母线上。

其中，步骤3)中的倍率常数i和j满足条件：i＞j＞1，如对于电力系统来讲，一般i为1.1，j为1.05。