核电厂直流电源系统及供电方法与流程

本发明涉及核电站技术领域，尤其涉及一种核电厂直流电源系统及供电方法。

背景技术：

核电厂直流电源系统为控制、信号、保护和自动装置(统称为控制负荷)，以及断路器电磁合闸、直流电动机、逆变器、事故照明(统称为动力负荷)等供电，涉及应急柴油机控制盘、核反应堆保护组、棒电源断路器屏、停堆断路器、核仪表等重要负荷，对核电厂的安全稳定运行起到至关重要的作用。蓄电池是核电厂直流电源系统的重要设备。在正常运行情况下，蓄电池处于浮充状态，由充电器为下游负荷供电，并为蓄电池提供浮充电流，如果系统中出现过大的冲击负荷，充电器无法提供足够大的冲击负荷，这时，蓄电池会短时放电，提供冲击电流，以使系统电压保持平稳；在失去交流电源或充电器本身发生故障时，充电器退出工作，蓄电池开始放电，以保证在要求时间内为下游负荷提供稳定电源，保证重要负荷的持续供电，确保核电厂安全。

现有技术中的核电厂直流电源系统，包括1组蓄电池、1台或2台充电器，用于对相互独立的各个直流负载供电。在核电站的正常供电发生中断的情况下，必须由蓄电池单独地为直流负载继续提供电能。但是，核电站直流电源系统中的蓄电池组不能够长时间供电，承受冲击电流能力差，不能带大功率负荷，且不能移动，当核电站在严重事故下需要长时间大功率负荷直流电源时，蓄电池组无法满足需求。另外，若要将蓄电池组设计为长时间供电，则需要提高蓄电池组容电量，使得蓄电池组占用空间过大。

技术实现要素：

本发明针对现有技术中存在的问题，提供了一种核电厂直流电源系统及供电方法，能够在充电通道供电异常时，仍保证直流负载的长时间持续供电，且电压稳定。

本发明就上述技术问题而提出的技术方案如下：

一方面，本发明提供一种核电厂直流电源系统，包括：

充电通道，分别与电网和直流配电母线连接，用于通过电网为各个直流负载供电；

至少一个燃料电池通道，与所述直流配电母线连接，用于在所述充电通道供电异常时启动，将燃料具有的化学能转换为电能为所述各个直流负载供电；以及，

蓄电池通道，与所述直流配电母线连接，用于在由所述充电通道供电切换为由所述燃料电池通道供电的过程中，无间断地为所述各个直流负载供电。

进一步地，所述核电厂直流电源系统还包括分别与所述充电通道、每一所述燃料电池通道连接的输出控制模块；

所述输出控制模块用于实时对所述充电通道的供电状态进行检测，并在检测到所述充电通道供电异常时，控制所述燃料电池通道启动，在检测到所述充电通道供电恢复正常时，控制所述燃料电池通道停止供电。

进一步地，每一所述燃料电池通道均包括串联的燃料电池和第一开关；

所述燃料电池用于在所述充电通道供电异常时，将空气和氢气化学反应所产生的化学能转换为电能，以给所述各个直流负载供电；

所述第一开关用于通过打开或关闭来控制所述燃料电池是否进行供电。

进一步地，所述充电通道包括并联的主充电通道和备用充电通道；

所述主充电通道包括串联在所述电网和所述直流配电母线之间的主充电器和第二开关；所述主充电器用于通过电网为所述各个直流负载供电，所述第二开关用于通过打开或关闭来控制所述主充电器是否进行供电；

所述备用充电通道包括串联在所述电网和所述直流配电母线之间的备用充电器和第三开关；所述备用充电器用于在所述主充电器故障时，通过电网为所述各个直流负载供电，所述第三开关用于通过打开或关闭来控制所述备用充电器是否进行供电。

进一步地，所述蓄电池通道包括蓄电池组以及串联在所述蓄电池组和所述直流配电母线之间的第四开关；

所述蓄电池组用于在所述充电通道供电正常时处于浮充状态，在所述充电通道供电异常，切换为所述燃料电池通道供电的过程中，提供满足切换过程所需的电荷以无间断地为所述各个直流负载供电；

所述第四开关用于通过打开或关闭来控制所述蓄电池组是否进行供电。

另一方面，本发明提供一种应用于上述核电厂直流电源系统的供电方法，包括：

通过充电通道由电网电力为各个直流负载供电；

在所述充电通道供电异常时，通过蓄电池通道为所述各个直流负载供电，并控制至少一个燃料电池通道启动，以将化学能转换为电能继续为所述各个直流负载供电。

进一步地，每一所述燃料电池通道均包括串联的燃料电池和第一开关，所述蓄电池通道包括串联的蓄电池组和第四开关；

所述在所述充电通道供电异常时，通过蓄电池通道为所述各个直流负载供电，并控制至少一个燃料电池通道启动，以将化学能转换为电能继续为所述各个直流负载供电，具体包括：

实时对所述充电通道的供电状态进行检测；

在检测到所述充电通道供电异常时，控制所述第四开关闭合，使所述蓄电池组为所述各个直流负载供电，并控制至少一个所述燃料电池启动，以将空气和氢气化学反应所产生的化学能转换为电能；

控制启动的燃料电池所对应的第一开关闭合，以通过转换的电能继续为所述各个直流负载供电。

进一步地，所述供电方法还包括：

在检测到所述充电通道供电恢复正常时，控制所述燃料电池通道停止供电。

进一步地，所述充电通道包括并联的主充电通道和备用充电通道；所述主充电通道包括串联在所述电网和所述直流配电母线之间的主充电器和第二开关，所述备用充电通道包括串联在所述电网和所述直流配电母线之间的备用充电器和第三开关；

所述通过充电通道由电网电力为各个直流负载供电，具体包括：

控制所述第二开关闭合，使所述电网电力通过所述主充电器为所述各个直流负载供电；

在所述主充电器故障时，控制所述第三开关闭合，使所述电网电力通过所述备用充电器为所述各个直流负载供电。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

在充电通道供电正常时，通过电网电力为各个直流负载供电，在充电通道异常时，通过蓄电池通道无间断为各个直流负载供电，同时启动至少一个燃料电池通道，使燃料电池将化学能转换为电能为各个直流负载供电，保证充电通道异常时对直流负载的长时间持续供电；蓄电池组作为燃料电池启动过程中的过渡电源，所需容量小，解决现有核电厂蓄电池组占用空间过大的问题，且电压稳定；燃料电池采用空气和氢气进行反应，容易运输和储存，且保证燃料电池的可持续使用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的核电厂直流电源系统的结构示意图；

图2是本发明实施例一提供的核电厂直流电源系统中的控制系统的结构示意图；

图3是本发明实施例一提供的核电厂直流电源系统的具体结构示意图；

图4是本发明实施例二提供的供电方法的流程示意图。

具体实施方式

为了解决现有技术在核电厂直流电源系统中存在的充电通道异常时蓄电池无法长时间持续供电，且蓄电池占用空间过大等技术问题，本发明旨在提供一种核电厂直流电源系统，其核心思想是：提供充电通道、至少一个燃料电池通道和蓄电池通道，在充电通道的供电异常时，启动至少一个燃料电池通道，将化学能转换为电能继续为各个直流负载供电，而且，在燃料电池通道启动过程中，通过蓄电池通道无间断地为各个直流负载供电。本发明所提供的核电厂直流电源系统能够在充电通道异常时保证对直流负载无间断的长时间持续供电，且蓄电池占用空间小，同时电压稳定，安全性和可靠性高。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例一

本发明实施例提供了一种核电厂直流电源系统，参见图1，该系统包括：

充电通道1，分别与电网和直流配电母线4连接，用于通过电网为各个直流负载供电；

至少一个燃料电池通道2，与所述直流配电母线4连接，用于在所述充电通道供电异常时启动，将燃料具有的化学能转换为电能为所述各个直流负载供电；以及，

蓄电池通道3，与所述直流配电母线4连接，用于在由所述充电通道供电切换为由所述燃料电池通道供电的过程中，无间断地为所述各个直流负载供电。

需要说明的是，电网一般提供380V交流电源，直流配电母线分别与各个直流负载连接，以分别对各个直流负载供电。在电网和充电通道正常运行时，电网电力通过充电通道为各个直流负载供电，且此时蓄电池通道处于浮充状态。当电网刚停止供电或充电通道刚故障时，蓄电池通道作为备用电源通道无间断为各个直流负载提供电力。同时，至少一个燃料电池通道开始启动，将化学能转换为电能为各个直流负载进行供电的模式，直到电网和充电通道恢复正常。其中，燃料电池通道的启动过程很快，一般在几秒内完成，蓄电池通道提供的电量仅需在燃料电池通道的启动阶段维持供电即可。采用本实施例能够在充电通道异常时保证对直流负载无间断的长时间持续供电。

进一步地，如图2所示，所述核电厂直流电源系统还包括分别与所述充电通道1、每一所述燃料电池通道2连接的输出控制模块5；

所述输出控制模块5用于实时对所述充电通道1的供电状态进行检测，并在检测到所述充电通道1供电异常时，控制所述燃料电池通道2启动，在检测到所述充电通道1供电恢复正常时，控制所述燃料电池通道2停止供电。

需要说明的是，输出控制模块实时对充电通道的供电状态进行检测，在检测到充电通道供电异常，如电网停止供电、充电通道故障时，控制燃料电池通道开始启动，使燃料电池通道将化学能转换为电能，然后进入燃料电池通道供电的运行方式，直到充电通道供电恢复正常，如电网重新供电或充电通道能够正常运行，输出控制模块控制燃料电池通道停止供电，以使充电通道重新对各个直流负载供电。

进一步地，如图3所示，每一所述燃料电池通道2均包括串联的燃料电池21和第一开关K1；

所述燃料电池21用于在所述充电通道供电异常时，将空气和氢气化学反应所产生的化学能转换为电能，以给所述各个直流负载供电；

所述第一开关K1用于通过打开或关闭来控制所述燃料电池是否进行供电。

需要说明的是，燃料电池一般由核电站的氢气和压缩空气供应系统为其提供氢气和空气，并使氢气和空气进行化学反应，以将反应中所产生的化学能转换为电能，为各个直流负载供电。

进一步地，所述充电通道1包括并联的主充电通道和备用充电通道；

所述主充电通道包括串联在所述电网和所述直流配电母线4之间的主充电器U1和第二开关K2；所述主充电器U1用于通过电网为所述各个直流负载供电，所述第二开关K2用于通过打开或关闭来控制所述主充电器U1是否进行供电；

所述备用充电通道包括串联在所述电网和所述直流配电母线之间的备用充电器U2和第三开关K3；所述备用充电器U2用于在所述主充电器U1故障时，通过电网为所述各个直流负载供电，所述第三开关K3用于通过打开或关闭来控制所述备用充电器U2是否进行供电。

需要说明的是，充电通道一般设置有两个并联的充电通道，即主充电通道和备用充电通道。在正常情况下，由主充电通道通过电网电力为各个直流负载供电。若主充电通道出现故障，如主充电器出现故障，则由备用充电通道通过电网为各个直流负载供电。若电网停止供电，或者，主充电器和备用充电器均出现故障，则说明充电通道供电异常，可使蓄电池通道开始供电，且启动至少一个燃料电池通道。

进一步地，所述蓄电池通道3包括蓄电池组31以及串联在所述蓄电池组31和所述直流配电母线4之间的第四开关K4；

所述蓄电池组31用于在所述充电通道1供电正常时处于浮充状态，在所述充电通道1供电异常，切换为所述燃料电池通道供电的过程中，提供满足切换过程所需的电荷以无间断地为所述各个直流负载供电；

所述第四开关K4用于通过打开或关闭来控制所述蓄电池组是否进行供电。

需要说明的是，在电网正常运行时，由电网电力供电，蓄电池组处于浮充状态。在电网刚停止供电，或者，主充电器和备用充电器均出现故障时，蓄电池组作为备用电源无间断为各个直流负载提供电力，直到燃料电池开始供电为止。其中，蓄电池组的供电一般只需几秒，使得蓄电池组容量比现有技术中的蓄电池组容量小很多，本实施例中的蓄电池组虽然供电能力有限，但足够燃料电池启动切换阶段维持必要的负荷所需。另外，本实施例采用蓄电池组作为过渡电源，相对于一些现有直流电源系统采用超级电容与燃料电池并联的方式来说，对原有核电厂直流电源系统改动小，避免增加系统的复杂程度，且蓄电池电压稳定，使系统工作更加稳定。

另外，如图3所示，所述核电厂直流电源系统还包括蓄电池放电试验回路6，通过第五开关K5与主充电器U1的输出端连接，用于进行放电试验。

在一个优选地实施方式中，燃料电池还可与蓄电池组串联后，连接在直流配电母线上。

本发明实施例在充电通道供电正常时，通过电网电力为各个直流负载供电，在充电通道异常时，通过蓄电池通道无间断为各个直流负载供电，同时启动至少一个燃料电池通道，使燃料电池将化学能转换为电能为各个直流负载供电，保证充电通道异常时对直流负载的长时间持续供电；蓄电池组作为燃料电池启动过程中的过渡电源，所需容量小，解决现有核电厂蓄电池组占用空间过大的问题，且电压稳定；燃料电池采用空气和氢气进行反应，容易运输和储存，且保证燃料电池的可持续使用。

实施例二

本发明实施例提供了一种应用于上述实施例中的核电厂直流电源系统的供电方法，参见图4，该方法包括：

S1、通过充电通道由电网电力为各个直流负载供电；

S2、在所述充电通道供电异常时，通过蓄电池通道为所述各个直流负载供电，并控制至少一个燃料电池通道启动，以将化学能转换为电能继续为所述各个直流负载供电。

进一步地，每一所述燃料电池通道均包括串联的燃料电池和第一开关，所述蓄电池通道包括串联的蓄电池组和第四开关；

所述在所述充电通道供电异常时，通过蓄电池通道为所述各个直流负载供电，并控制至少一个燃料电池通道启动，以将化学能转换为电能继续为所述各个直流负载供电，具体包括：

实时对所述充电通道的供电状态进行检测；

在检测到所述充电通道供电异常时，控制所述第四开关闭合，使所述蓄电池组为所述各个直流负载供电，并控制至少一个所述燃料电池启动，以将空气和氢气化学反应所产生的化学能转换为电能；

控制启动的燃料电池所对应的第一开关闭合，以通过转换的电能继续为所述各个直流负载供电。

进一步地，所述供电方法还包括：

在检测到所述充电通道供电恢复正常时，控制所述燃料电池通道停止供电。

进一步地，所述充电通道包括并联的主充电通道和备用充电通道；所述主充电通道包括串联在所述电网和所述直流配电母线之间的主充电器和第二开关，所述备用充电通道包括串联在所述电网和所述直流配电母线之间的备用充电器和第三开关；

所述通过充电通道由电网电力为各个直流负载供电，具体包括：

控制所述第二开关闭合，使所述电网电力通过所述主充电器为所述各个直流负载供电；

在所述主充电器故障时，控制所述第三开关闭合，使所述电网电力通过所述备用充电器为所述各个直流负载供电。

本发明实施例在充电通道供电正常时，通过电网电力为各个直流负载供电，在充电通道异常时，通过蓄电池通道无间断为各个直流负载供电，同时启动至少一个燃料电池通道，使燃料电池将化学能转换为电能为各个直流负载供电，保证充电通道异常时对直流负载的长时间持续供电；蓄电池组作为燃料电池启动过程中的过渡电源，所需容量小，解决现有核电厂蓄电池组占用空间过大的问题，且电压稳定；燃料电池采用空气和氢气进行反应，容易运输和储存，且保证燃料电池的可持续使用。

综上所述，本发明提出了一种核电厂直流电源系统及供电方法，其具有较好的实用效果：所用燃料为氢气和空气，很容易运输和储存，并从应用上保证了燃料电池的可持续使用，可以很好地解决核电站在失去交流电源或者充电器本身故障时，蓄电池型直流电源系统无法保证重要负荷长时间持续供电问题；燃料电池本身体积较小，且应用了体积只有原来几十分之一的蓄电池组作为燃料电池启动阶段的过渡电源，从而解决了现有核电厂蓄电池组占地过大的问题；采用蓄电池组作为过渡电源，相比超级电容，技术成熟度较高，对原有系统改动较少，会使系统工作更加稳定；所述核电厂直流电源系统能够直接应用于核电厂核岛安全级直流系统、核岛非安全级直流系统和常规岛直流系统。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。