一种基于三端口充放电机的蓄电池在线维护系统的制作方法

本发明涉及电力领域，更具体地说，涉及一种基于三端口充放电机的蓄电池在线维护系统。

背景技术：

随着科技技术的发展和实际应用要求的提高，电力系统的可靠性要求也在不断提高，其中作为储能设备的蓄电池组必不可少，当电力系统的交流供电端出现事故导致交流断电时，蓄电池组将充当功率输出端，保证直流母线上用电设备正常工作，避免造成事故影响的扩大化。因此，蓄电池组的可靠运行是电力系统可靠性运行的一道重要保障。鉴于蓄电池组的重要性，为了保证蓄电池组能长期可靠运行，需要定期对蓄电池组进行维护。

目前电力系统中直流电源系统常用的蓄电池组系统连接方式如图1，系统配置2组蓄电池，分为两段直流母线，通过开关k0互为备用。目前常规的蓄电池组维护方法是定期使用蓄电池放电仪放电，在放电过程中，通过电池巡检仪计算蓄电池组的容量并根据各单节电池端电压的一致性判断蓄电池组的优劣。这种维护方法一般是采用离线维护方式，在维护时首先闭合开关k0，然后断开被维护蓄电池组的输出开关(k1或k2)，闭合被维护蓄电池组的放电开关(k3或k4)。在电力系统的直流电源系统中，一般不允许远程遥控开关，因此，这些开关的操作需要专业维护人员现场手动操作，维护过程中需要专业操作人员全程跟踪，且每组蓄电池维护一次的时间约为10～20小时，电力系统中使用的蓄电池组数量庞大，因此需要大量的专业操作人员，人力成本很高。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种基于三端口充放电机的蓄电池在线维护系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种基于三端口充放电机的蓄电池在线维护系统，用于维护直流电源系统中的蓄电池，其中，直流电源系统包括第一蓄电池组和第二蓄电池组，所述在线维护系统包括：

第一电池巡检仪，与所述第一蓄电池组连接，实时计算所述第一蓄电池组的剩余电量、检测所述第一蓄电池组的电池信息，输出第一检测结果；所述第一检测结果包括：所述第一蓄电池组的剩余电量及检测信息；

第二电池巡检仪，与所述第二蓄电池组连接，实时计算所述第二蓄电池组的剩余电量、检测所述第二蓄电池组的电池信息，输出第二检测结果；所述第二检测结果包括：所述第二蓄电池组的剩余电量及检测信息；

交流电网，为所述直流电源系统提供交流电；

三端口充放电机，分别与所述第一蓄电池组、第二蓄电池组、以及所述交流电网连接，为所述第一蓄电池组或第二蓄电池组的在线维护提供条件，并将所述第一蓄电池组或第二蓄电池组的放电量输出至所述交流电网；

系统监控器，在所述第一蓄电池组或第二蓄电池组满足在线维护条件时，根据预设规则输出维护控制指令启动所述三端口充放电机以使所述第一蓄电池组或所述第二蓄电池组向所述交流电网放电，同时对所述第一检测结果或第二检测结果进行处理。

在本发明所述的基于三端口充放电机的蓄电池在线维护系统中，优选地，所述在线维护系统还包括：

与所述第一蓄电池组连接的第一直流母线；

与所述第二蓄电池组连接的第二直流母线；

所述第一直流母线与第二直流母线之间设有母联开关，所述母联开关控制所述第一直流母线和第二直流母线的连通或断开。

在本发明所述的基于三端口充放电机的蓄电池在线维护系统中，优选地，所述三端口充放电机设有第一直流端口、第二直流端口、以及交流端口；

所述第一直流端口与所述第一直流母线连接，所述第二直流端口与所述第二直流母线连接，所述交流端口接所述交流电网，且所述第一直流端口、第二直流端口、以及交流端口均为工作状态可转换的端口。

在本发明所述的基于三端口充放电机的蓄电池在线维护系统中，优选地，所述三端口充放电机内设有隔离变压器，用于实现所述第一直流端口、第二直流端口、以及交流端口之间的相互隔离。

在本发明所述的基于三端口充放电机的蓄电池在线维护系统中，优选地，所述在线维护系统还包括：

第一充电机，分别与所述第一直流母线、交流电网连接，在所述第一蓄电池组进行放电维护时，接收所述系统监控器的维护控制指令使自身的输出电压低于所述第一蓄电池组的端电压。

在本发明所述的基于三端口充放电机的蓄电池在线维护系统中，优选地，所述在线维护系统还包括：

第二充电机，分别与所述第二直流母线、交流电网连接，在所述第二蓄电池组进行放电维护时，接收所述系统监控器的维护控制指令使自身的输出电压低于所述第二蓄电池组的端电压。

在本发明所述的基于三端口充放电机的蓄电池在线维护系统中，优选地，所述在线维护系统还包括：

第一开关，设置在所述第一直流母线与所述第一蓄电池组之间，控制所述第一直流母线与第一蓄电池组的连通或断开；

第二开关，设置在所述第二直流母线与所述第二蓄电池组之间，控制所述第二直流母线与第二蓄电池组的连通或断开。

在本发明所述的基于三端口充放电机的蓄电池在线维护系统中，优选地，所述在线维护系统还包括：

第三开关，设置在所述三端口充放电机的第一直流端口与第一直流母线之间；

第四开关，设置在所述三端口充放电机的第二直流端口与第二直流母线之间。

在本发明所述的基于三端口充放电机的蓄电池在线维护系统中，优选地，所述在线维护系统还包括：

第五开关，设置在所述第一充电机与第一直流母线之间，控制所述第一充电机与第一直流母线之间的连通或断开；

第六开关，设置在所述第二充电机与第二直流母线之间，控制所述第二充电机与第二直流母线之间的连通或断开。

本发明还提供一种基于三端口充放电机的蓄电池在线维护系统，包括上位机，以及上述任一项所述的在线维护系统，所述上位机通过所述系统监控器实现与所述在线维护系统的数据通信。

实施本发明的基于三端口充放电机的蓄电池在线维护系统，具有以下有益效果：本发明技术方案可在不影响直流电源系统正常运行的前提下，实现对蓄电池的在线维护，可根据预设规则自动启动维护及终止维护，维护全程自动完成，不需要专业操作人员参与，且控制方式简单灵活，在系统中的充电机异常时，三端口充放电机自动替代故障的充电机，大大提高了直流电源系统的可靠性及稳定性。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1为现有电力系统中直流电源系统常用的蓄电池组连接示意图；

图2是本发明基于三端口充放电机的蓄电池在线维护系统一实施例的结构示意图；

图3是本发明基于三端口充放电机的蓄电池在线维护系统另一实施例的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以实现本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提出了一种基于三端口充放电机的蓄电池在线维护系统，该蓄电池在线维护系统利用系统监控器实现该维护系统的自动在线维护，系统配置三端口充放电机，在进行蓄电池维护时启动三端口充放电机以给蓄电池的维护提供条件，同时还可以在系统的充电机出现故障时，由三端口充放电机自动替代故障的充电机，大大提高了直流电源系统的可靠性及稳定性。

图2示出了本发明实施例提供的基于三端口充放电机的蓄电池在线维护系统的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。

本实施例的基于三端口充放电机的蓄电池在线维护系统可用于维护直流电源系统中的蓄电池，其中，一般的直流电源系统中配置两组蓄电池，如图2所示，分别为第一蓄电池组13和第二蓄电池组14，同时配置2段直流母线，分别为第一直流母线11和第二直流母线12。具体而言，本实施例的基于三端口充放电机30的蓄电池在线维护系统包括：第一电池巡检仪15、第二电池巡检仪16、交流电网20、三端口充放电机30、以及系统监控器40；还包括第一充电机17和第二充电机18，其中，

第一电池巡检仪15，与第一蓄电池组13连接，实时计算第一蓄电池组13的剩余电量及检测第一蓄电池组13的电池信息，并输出第一检测结果；该第一检测结果包括第一蓄电池组13的剩余电量及检测信息。

可以理解地，通过第一电池巡检仪15对第一蓄电池组13的实时检测，且在第一蓄电池组13放电时，可实时计算第一蓄电池组13的剩余电量，检测第一蓄电池组13中各单节电池的电压，并实时将所计算的剩余电量及第一蓄电池组13中各单节电池的电压信息上传给系统监控器40，不仅可有效、可靠的检测出第一蓄电池组13中异常的单节电池，而且可实时掌握其存储电量的情况。

第二电池巡检仪16，与第二蓄电池组14连接，实时计算第二蓄电池组14的剩余电量及检测第二蓄电池组14的电池信息，输出第二检测结果；该第二检测结果包括第二蓄电池组14的剩余电量及检测信息。

可以理解地，通过第二电池巡检仪16对第二蓄电池组14的实时检测，且在第二蓄电池组14放电时，可实时计算第二蓄电池组14的剩余电量，检测第二蓄电池组14中各单节电池的电压，并实时将所计算的剩余电量及第二蓄电池组14中各单节电池的电压信息上传给系统监控器40，不仅可有效、可靠的检测出第二蓄电池组14中异常的单节电池，而且可实时掌握其存储电量的情况。

交流电网20，与三端口充放电机30连接，为直流电源系统提供交流电，并在第一蓄电池组13或第二蓄电池组14放电维护过程中，通过三端口充放电机30使第一蓄电池组13或第二蓄电池组14向交流电网20放电。

三端口充放电机30，分别与第一蓄电池组13、第二蓄电池组14、系统监控器40、以及交流电网20连接。优选地，本实施例中，三端口充放电机30设置有三个端口，分别为第一直流端口a、第二直流端口b、以及交流端口c，且三个端口均为工作状态可转换的端口。直流电源系统正常运行时，三端口充放电机30处于备用状态。

其中，第一直流端口a与第一直流母线11连接，通过第一直流母线11实现三端口充放电机30与第一蓄电池组13的连通。第二直流端口b与第二直流母线12连接，通过第二直流母线12实现三端口充放电机30与第二蓄电池组14的连通。交流端口c与交流电网20连接，通过交流端口c实现三端口充放电机30与交流电网20的连通。进一步地，三端口充放电机30可与系统监控器40进行通信，可采用rs485或can实现两者之间的通信。

本实施例的三端口充放电机30内部设有隔离变压器，通过该隔离变压器实现三个端口之间的相互隔离。

需要说明的是，当直流电源系统正常运行时，三端口充放电机30处于备用状态，此时，第一直流端口a和第二直流端口b均被设置为输入端口，交流端口c则被设置为闭锁状态，若第一充电机17或第二充电机18故障时，三端口充放电机30可自动投入替代故障的第一充电机17或第二充电机18的工作(此时，交流端口c被设置为输入端口，第一直流端口a或第二直流端口b被设置为输出端口)；当第一蓄电池组13需进行放电维护时，第一直流端口a被设置为输入端口，第二直流端口b被设置为闭锁状态，交流端口c被设置为输出端口。反之，当第二蓄电池组14需进行放电维护时，第一直流端口a被设置为闭锁状态，第二直流端口b被设置为输入端口，交流端口c被设置为输出端口。

第一充电机17，分别与第一直流母线11、交流电网20连接。在直流电源系统正常运行时，为第一直流母线11上的负载供电并为第一蓄电池组13补充电，在第一蓄电池组13进行放电维护时，根据系统监控器40发送的维护控制指令改变自身的输出电压使其低于第一蓄电池组13的端电压，为第一蓄电池组13的放电维护提供条件。可以理解地，第一充电机17可由电力操作电源用高频开关电源模块并机组成，其容量根据第一蓄电池组13的容量和第一直流母线11上的负载进行配置。一般地，当第一充电机17为第一蓄电池组13充电时，存在均充和浮充模式。另外，第一充电机17与系统监控器40之间的通信可通过rs485或can实现。

第二充电机18，分别与第二直流母线12、交流电网20连接。在直流电源系统正常运行时，为第二直流母线12上的负载供电并为第二蓄电池组14补充电，在第二蓄电池组14进行放电维护时，根据系统监控器40发送的维护控制指令改变自身的输出电压使其低于第二蓄电池组14的端电压，为第二蓄电池组14的放电维护提供条件。可以理解地，第二充电机18可由电力操作电源用高频开关电源模块并机组成，其容量根据第二蓄电池组14的容量和第二直流母线12上的负载进行配置。一般地，当第二充电机18为第二蓄电池组14充电时，存在均充和浮充模式。另外，第二充电机18与系统监控器40之间的通信可通过rs485或can实现。

系统监控器40，分别与三端口充放电机30、第一电池巡检仪15和第二电池巡检仪16连接，用于实时接收并处理第一电池巡检仪15或第二电池巡检仪16上传的第一检测结果、第二检测结果，并在第一蓄电池组13或第二蓄电池组14满足维护条件时，根据预设规则输出相应的维护控制指令，启动三端口充放电机30，实现对第一蓄电池组13或第二蓄电池组14的放电维护。

例如，当第一蓄电池组13满足维护条件时，系统监控器40根据预先设置在其中的维护周期、维护时间向三端口充放电机30、第一充电机17发送维护控制指令，第一充电机17的输出电压被调整至低于第一蓄电池组13的端电压，为第一蓄电池组13的放电维护提供条件，三端口充放电机30接收到维护控制指令后，将第一直流端口a设置为输入端口，第二直流端口b设置为闭锁状态，交流端口c设置为输出端口，三端口充放电机30被启动，且通过三端口充放电机30使第一蓄电池组13向交流电网20放电，当达到设定的放电终止条件时，系统监控器40发出相应的控制指令使三端口充放电机30处于充电状态，以向第一蓄电池组13补充充电；或者系统监控器40也可以控制关闭三端口充放电机30，通过控制第一充电机17为第一蓄电池组13补充充电。

另外，在第一蓄电池组13放电过程中，若发现第一蓄电池组13状态异常或交流电源失电，系统监控器40立即终止放电维护，并通过控制三端口充放电机30自动将第二蓄电池组14的电能转移至第一蓄电池组13，使两组蓄电池组的电能保持相近。

综上，本发明实施例的基于三端口充放电机的蓄电池在线维护系统可通过预设在系统监控器40中的蓄电池组在线维护策略(即前述的预设规则)，通过系统监控器40自动实现蓄电池组的在线维护，在整个蓄电池组的维护过程中蓄电池组均未脱离直流电源系统，且放电过程中如果交流电网20停电，可通过三端口充放电机30将高压端能量自动转移至低压端以使两组蓄电池组自动均衡，实现了蓄电池组的自动在线维护。

需要说明的是，本发明第一蓄电池组13与第二蓄电池组14各自在放电过程中是相互独立的，互不影响。因此，本发明对蓄电池组的在线维护可以根据实际情况自由选择各蓄电池组自身的放电深度。

如图2所示，本实施例的基于三端口充放电机的蓄电池在线维护系统还包括：

母联开关k0，母联开关k0设置在第一直流母线11与第二直流母线12之间，用于控制第一直流母线11和第二直流母线12的连通或断开。

第一开关k1，设置在第一直流母线11与第一蓄电池组13之间，控制第一直流母线11与第一蓄电池组13的连通或断开。

第二开关k2，设置在第二直流母线12与第二蓄电池组14之间，控制第二直流母线12与第二蓄电池组14的连通或断开。

第三开关k3，设置在三端口充放电机30的第一直流端口a与第一直流母线11之间；第四开关k4，设置在三端口充放电机30的第二直流端口b与第二直流母线12之间。

第五开关k5，设置在第一充电机17与第一直流母线11之间，控制第一充电机17与第一直流母线11之间的连通或断开。

第六开关k6，设置在第二充电机18与第二直流母线12之间，控制第二充电机18与第二直流母线12之间的连通或断开。

系统正常运行时，第一开关k1、第二开关k2、第三开关k3、第四开关k4、第五开关k5、以及第六开关k6均处于闭合状态，母联开关k0处于断开状态。当需要对第一蓄电池组13或第二蓄电池组14进行放电维护时，第一开关k1和第二开关k2保持闭合状态，即在蓄电池组的放电维护过程中，蓄电池组与直流电源不脱离，实现真正的在线放电维护。

以下以第一蓄电池组13的放电维护为例，说明图2所示的基于三端口充放电机的蓄电池在线维护系统的控制原理：

假设直流电源系统为220vdc系统，第一蓄电池组13和第二蓄电池组14的配置完全一致，均充电压为242vdc，浮充电压为230vdc，第一蓄电池组13和第二蓄电池组14的放电终止电压均为198vdc；当系统监控器40检测到第一蓄电池组13或第二蓄电池组14的端电压降低到198vdc时，即发出结束维护的控制指令，终止第一蓄电池组13或第二蓄电池组14的放电维护；其中，第一蓄电池组13或第二蓄电池组14的端电压由第一电池巡检仪15、第二电池巡检仪16对应检测并上传至系统监控器40。

直流电源系统正常运行时，第一蓄电池组13和第二蓄电池组14均处于浮充状态，端电压均为230vdc，三端口充放电机30的第一直流端口a和第二直流端口b均被设置在输入端口，交流端口c处于闭锁状态，即此时三端口充放电机30处于备用状态。

当第一蓄电池组13满足在线维护条件时，系统监控器40下发维护第一蓄电池组13的指令，第一充电机17接收到该指令即将自身输出电压调整为放电终止电压198vdc，为第一蓄电池组13放电创造条件；三端口充放电机30接收到该指令后，将其第一直流端口a设置为输入端口，交流端口c设置为输出端口，第二直流端口b设置为闭锁状态，至此三端口充放电机30被启动，第一蓄电池组13可通过三端口充放电机30向交流电网20放电。在第一蓄电池组13放电过程中，第一电池巡检仪15实时计算第一蓄电池组13的剩余电量并检测第一蓄电池组13中的各单节电池的电压，同时将检测结果实时上传至系统监控器40，系统监控器40实时处理第一电池巡检仪15上传的检测信息。

当检测到第一蓄电池组13的端电压降低到198vdc时，系统监控器40发出结束维护的指令，此时，第一蓄电池组13需要补充充电，系统监控器40可选择第一充电机17为第一蓄电池组13补充充电，也可以选择三端口充放电机30为第一蓄电池组13补充充电。

假设系统监控器40选择三端口充放电机30为第一蓄电池组13补充充电，此时，三端口充放电机30的交流端口c被设置为输入端口，第一直流端口a被设置为输出端口，且第一直流端口a的输出电压设为均充电压242vdc，第二直流端口b保持为闭锁状态。当第一蓄电池组13充满电后，恢复正常的运行状态，至此，第一蓄电池组13的维护过程结束。

另外，在第一蓄电池组13的放电维护过程中，若发现第一蓄电池组13状态异常或交流电源失电，系统监控器40会立即终止放电过程并发出警告。其次，在第一蓄电池组13放电过程中，由于其蓄电量有所降低，因此，三端口充放电机30自动将第二蓄电池组14的电能转移至第一蓄电池组13，以使第一蓄电池组13和第二蓄电池组14的电能保持相近。

如图3所示，本发明还提供了一种基于三端口充放电机的蓄电池在线维护系统，包括上位机，以及前述基于三端口充放电机的蓄电池在线维护系统。上位机可通过系统监控器40实现与前述在线维护系统的通信。

具体而言，上位机可向系统监控器40主动发送维护指令，启动对蓄电池的维护，系统监控器40接收到上位机发送的维护指令后，即转换为相应的维护控制指令下发到三端口充放电机30、第一充电机17或第二充电机18，同时上位机还可接收系统监控器40返回的蓄电池组的在线维护信息。

以上实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据此实施，并不能限制本发明的保护范围。凡跟本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。