專利名稱：用于變電站的分布式直流獨立供電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種分布式直流獨立供電系統(tǒng)，特別涉及一種用于變電站的分布式直流獨立供電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前直流供電系統(tǒng)，尤其是220kV及以上電壓等級的智能變電站，直流供電系統(tǒng)采用三充兩電、220V直流母線分段加聯(lián)絡(luò)開關(guān)的設(shè)計模式，直流電經(jīng)由主控室的直流母線通過饋電屏和分散在各個保護小室的分電屏或連接在直流母線上的直流電源子系統(tǒng)給用電設(shè)備供電，這是傳統(tǒng)的集中式直流供電系統(tǒng)。作為集中式的直流供電系統(tǒng)，較易發(fā)生絕緣降低或大面積的多支路同時接地，更關(guān)鍵的是當(dāng)處在同一個電氣連接的二次回路中出現(xiàn)多點接地時，不同點之前會出現(xiàn)電位差，有短路故障時，可能會引起差動保護誤動或保護拒動。中國專利申請201110130055.0公開了一種當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)某一部分出現(xiàn)故障時而不至于影響其他設(shè)備正常供電的分布式直流電源不間斷供電系統(tǒng)。這種分布式直流電源不間斷供電系統(tǒng)包括直流母線和若干個分布在不同場合的直流電源子系統(tǒng)，所述若干個直流電源子系統(tǒng)均通過直流母線上構(gòu)成供電網(wǎng)絡(luò)。解決了目前站場內(nèi)龐大的集中式直流電源系統(tǒng)占用了大量的場地空間，也避免了由于直流電源系統(tǒng)的微小故障，影響到所有設(shè)備的可靠供電的需求。中國專利申請201110130055.0取得一定的技術(shù)進步，解決了占用場地空間小、系統(tǒng)出現(xiàn)故障時不間斷供電等問題，但仍存在以下問題:I)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化供電存在較大的分布電容這種分布式直流不間斷供電系統(tǒng)供電網(wǎng)絡(luò)化的設(shè)計方式會增加分布電容。分布電容在線路空載時使線路呈容性，過大會影響支路絕緣檢測的精度，造成誤報支路接地，并抬高末端的電壓，對電力設(shè)備絕緣造成危害并影響設(shè)備的抗電磁干擾能力。更關(guān)鍵的是分布電容產(chǎn)生的電容電流過大時，二次回路中出現(xiàn)一點接地時，也可能會引起保護設(shè)備誤動。2)系統(tǒng)間不能實現(xiàn)上下級保護器件的選擇性配合(級差配合)直流供電系統(tǒng)供電設(shè)備多，饋線支路分布廣，在系統(tǒng)中有許多支路需要設(shè)置斷路器或熔斷器進行保護，這種分布式直流不間斷供電系統(tǒng)通過直流母線將子系統(tǒng)連接在一起，不能實現(xiàn)選擇正確保護方案和保護上下級之間的合理配合。導(dǎo)致出現(xiàn)越級跳閘將電力事故擴大化。3)系統(tǒng)蓄電池運行工況不明朗不管是集中式的直流供電系統(tǒng)，還是這種分布式直流不間斷供電系統(tǒng)，蓄鋰離子電池組一直處在浮充備用狀態(tài)，若其中某些蓄電池出現(xiàn)容量不足或過充等問題，只能通過定期的內(nèi)阻巡檢和核對性充放電來檢測，這種檢測方式實時性較差，不能第一時間對蓄電池工況做出判斷；另外，問題蓄電池進行在線更換維護也比較麻煩，存在一定的安全隱患。4)系統(tǒng)設(shè)計復(fù)雜、故障點多
這種分布式直流不間斷供電系統(tǒng)設(shè)計較為復(fù)雜；直流母線多次分段，母線維護或者進行蓄鋰離子電池組充放電時需要投切多路開關(guān)，增加了系統(tǒng)的故障點，且直流母線網(wǎng)絡(luò)化供電易造成直流母線各段之間互竄，這些問題點一旦出現(xiàn)，不僅對用電設(shè)備造成嚴重損害，而且運行人員較難進行及時排查，更不能進行在線維護。5)缺乏有效的監(jiān)控體系中國專利申請201110130055.0是子系統(tǒng)內(nèi)的通信單元通過RS485或CAN總線或以以太網(wǎng)口與站場內(nèi)的上位機聯(lián)網(wǎng)通訊，信息繁瑣處理量大，缺乏整體的信息處理和監(jiān)控。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于變電站的分布式直流獨立供電系統(tǒng)，將直流供電系統(tǒng)將化整為零，根據(jù)變電站的布局規(guī)劃和用電設(shè)備(保護設(shè)備、GIS設(shè)備、合并單元、智能終端等)的所需容量，將直流供電系統(tǒng)按照用電設(shè)備的類別和安裝位置或變電站小室的數(shù)量合理分成幾個各自獨立運行的直流供電子系統(tǒng)，就近安置在用電設(shè)備處。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:一種用于變電站的分布式直流獨立供電系統(tǒng)，它包括變電站通信總線以及分別與其連接的總控系統(tǒng)和若干個獨立運行的直流供電子系統(tǒng)，所述直流供電子系統(tǒng)根據(jù)區(qū)域劃分為主控室子系統(tǒng)、GIS設(shè)備子系統(tǒng)、智能終端柜子系統(tǒng)、合并單元柜子系統(tǒng)以及分布于變電站各個區(qū)域的保護小室子系統(tǒng)；核算每個直流供電子系統(tǒng)所需容量，每個直流供電子系統(tǒng)的容量可按10Ah、30Ah、50Ah這三種標準規(guī)格組合；每個直流供電子系統(tǒng)均包括若干段直流母線，所述直流母線與饋線終端單元連接，每兩段相鄰的直流母線通過開關(guān)連接，每兩段相鄰的直流母線配置:箱式封裝的若干個并聯(lián)的鋰離子電池組，其輸出端分別通過開關(guān)連接至直流母線.
至少一個充電單元，用于對各個鋰離子電池組充電，并熱備用給直流母線供電；以及至少一個監(jiān)控單元，連接至變電站通信總線，將直流供電子系統(tǒng)的信號測量上送給總控系統(tǒng)并接收總控系統(tǒng)的電網(wǎng)用電信息，設(shè)定電網(wǎng)高峰低谷的時間段，將鋰離子電池組充電時間段控制在用電低谷期，以對電網(wǎng)削峰平谷，控制充電單元對各個鋰離子電池組交替充電，并控制至少一個鋰離子電池組與直流母線連通；實時采集鋰離子電池組的容量、電壓、內(nèi)阻、溫度和充電單元的輸入輸出電壓、電流信息，從而判斷鋰離子電池組容量是否滿足供電需求。 所述變電站為常規(guī)變電站、數(shù)字化變電站和智能化變電站中的任一種。所述總控系統(tǒng)包括一體化電源監(jiān)控系統(tǒng)、主站后臺系統(tǒng)，兩者互相以IEC61850規(guī)約通信；所述一體化電源監(jiān)控系統(tǒng)、主站后臺系統(tǒng)均連接至變電站通信總線。所述直流母線電壓為IlOV ;所述鋰離子電池組、充電單元和監(jiān)控單元均支持即插即用。所述鋰離子電池組采用分布式直流電源電池箱進行箱式封裝，具有主動均衡系統(tǒng)，標準接插件支持大電流快速充電。
所述主動均衡系統(tǒng)包括級聯(lián)的若干個均衡單元，實現(xiàn)對多節(jié)串聯(lián)鋰離子電池的均衡管理，對相鄰兩節(jié)單體電池之間的荷電狀態(tài)差異進行判斷，并把SOC狀態(tài)高的電池多余傳遞到SOC較低的單節(jié)電池中，實現(xiàn)電池容量最大化，并延長鋰離子電池組循環(huán)壽命。所述開關(guān)均為可控硅開關(guān)器件，在監(jiān)控單元控制下逐步關(guān)斷，有效避免分合時產(chǎn)生的沖擊電流；所述鋰離子電池組與直流母線之間還設(shè)有具備采樣功能的轉(zhuǎn)換投切開關(guān)，當(dāng)監(jiān)控單元出現(xiàn)故障時，轉(zhuǎn)換投切開關(guān)根據(jù)本身的采樣判斷鋰離子電池組的容量是否還可以繼續(xù)供電，并實現(xiàn)鋰離子電池組的一次投切。所述充電單元的輸入端連接至電流進線，輸出端通過開關(guān)分別連接至直流母線以及各個鋰離子電池組，所述充電單元為若干個并聯(lián)連接的充電模塊，穩(wěn)壓精度< ±0.5%，穩(wěn)流精度彡土 1.0%，紋波系數(shù)彡0.5% ;根據(jù)現(xiàn)場情況自由投退，輸出為DCllOV ;充電單元平時只是交替給若干組鋰離子電池組充電，實現(xiàn)在線均衡充電(深度充放電，消除各節(jié)電池間的差異)并不直接掛在直流母線上，只有當(dāng)所有鋰離子電池組檢修維護時，才作為備用充電設(shè)備給母線供電；當(dāng)監(jiān)控單元出現(xiàn)故障時，能夠自主運行。所述電流進線為交流進線、太陽能電池板或風(fēng)能發(fā)電機的輸出電，所述交流進線為AC380V或AC220V，所述太陽能電池板或風(fēng)能發(fā)電機的輸出電還通過開關(guān)連接至直流母線；正常運行時，鋰離子電池組交替掛在直流母線上給用電設(shè)備供電，充電單元脫離母線熱備，由監(jiān)控單元控制充電單元對鋰離子電池組交替充電。監(jiān)控單元通過荷電狀態(tài)(S0C)實時監(jiān)測鋰電池的容量，對鋰電池充電過程采用恒流模式充電，根據(jù)最高單節(jié)電池電壓調(diào)整充電限流值大小，在單節(jié)電池電壓達到3.65V或電池管理系統(tǒng)(BMS)判定SOC達到100%時，停止充電。本發(fā)明的有益效果是:I)將變電站的直流供電系統(tǒng)切分后，每個直流子系統(tǒng)獨立運行，無線路上的連接，從而使全站的分布電容變小，對系統(tǒng)造成的干擾減弱，二次回路一點接地時，電容放電電流的沖擊較弱，很難再引起保護誤動。2)每個直流子系統(tǒng)獨立運行，就近供電，電纜長度基本可以確定，且母線、饋線、用電設(shè)備明晰，級差配合變得非常簡單。3)蓄電池組在母線上投退以及充電單元在母線上投退的操作機構(gòu)采用可控硅開關(guān)器件，投退功能模塊時有個緩沖、逐步關(guān)斷的過程，有效避免了分合的沖擊電流給母線電壓帶來波動。鋰離子電池組直接作·用到母線，不斷循環(huán)的進行充放電，電池的性能及健康狀況通過監(jiān)控單元的監(jiān)測實時反映給運行人員，電池隱患可以提早發(fā)現(xiàn)提早處理，不再一直處于浮充備用狀態(tài)，電池狀態(tài)不明朗。鋰離子電池目前在電力行業(yè)中主要應(yīng)用于電動汽車、光伏儲能等新能源領(lǐng)域；在變電站的應(yīng)用正處于起步階段，本發(fā)明選擇使用了鋰離子電池，與閥控式密封鉛酸電池相t匕，優(yōu)勢突出:①超長壽命，閥控式密封鉛酸電池的循環(huán)壽命最高只有500次，而鋰離子電池循環(huán)壽命達到2000次以上。②可大電流2C快速充放電，而閥控式密封鉛酸電池現(xiàn)在無此性能。③鋰離子電池工作溫度范圍寬廣(-20°C + 75°C)。
④鋰離子電池體積小，容量大。⑤鋰離子電池可隨充隨用，無須先放完再充電。⑥綠色環(huán)保。鋰離子電池不含任何重金屬與稀有金屬，無毒，無污染，為絕對的綠色環(huán)保電池。鋰離子電池采用箱式封裝技術(shù)，標準接口連接到系統(tǒng)。監(jiān)控單元按照既定的充電策略和控制策略自動控制充電單元交替完成所有電池組的充放電，并24小時實時在線監(jiān)測所有電池組的容量、電壓、內(nèi)阻、溫度等信息和當(dāng)前的運行狀態(tài)(BMS)，并將這些數(shù)據(jù)形成月度報表記錄供運行人員參考。當(dāng)有任意一組電池組達不到運行要求時，監(jiān)控單元通過控制可控硅開關(guān)器件實現(xiàn)電池組的投退。直流母線或充電單元在某些特定地區(qū)也可引入太陽能、風(fēng)能充電，使變電站的直流供電系統(tǒng)變成一個完全綠色環(huán)保無污染的潔凈能源系統(tǒng)。4)變電站的分布式直流獨立供電系統(tǒng)，消除了各個用電設(shè)備間直流母線的關(guān)聯(lián)，有效的規(guī)避了直流母線互竄的問題。直流子系統(tǒng)到用電設(shè)備間電纜長度變短，導(dǎo)線截面積對輸電信號的衰減可忽略，直流母線可直接降壓到110V，帶動全站的低壓微型斷路器電壓等級下調(diào)，提高經(jīng)濟性。電池組、充電單元和監(jiān)控單元均支持即插即用，三者采用模塊化設(shè)計，充電單元作為一個功能模塊、監(jiān)控單元作為一個功能模塊，電池組采用箱式封裝后也作為一個功能模塊，直流子系統(tǒng)的搭建就是一個模塊組裝的過程，每個功能模塊對外均采用統(tǒng)一標準的電氣及物理接口，均支持即插即用，任一功能模塊出現(xiàn)故障后，備件均方便替換；減小故障對系統(tǒng)運行帶來的影響，替換下來的故障模塊可進行離線式維修。5)系統(tǒng)中監(jiān)控單元對充電單元和具備主動均衡系統(tǒng)的電池箱等模塊的監(jiān)測和控制策略自動完成，無需人工干預(yù)，出現(xiàn)問題后系統(tǒng)會及時報警通知運行人員處理，完全適用于無人值守變電站。監(jiān)控單元可通過SOC實時監(jiān)測鋰離子電池的容量，對鋰電池充電過程采用恒流模式充電，根據(jù)最高單節(jié)電池電壓調(diào)整充電限流值大小，在單節(jié)電池電壓達到
3.65V或BMS判定SOC達到100%時，停止充電。監(jiān)控單元對上支持多種規(guī)約通訊，具備通過實時檢測系統(tǒng)內(nèi)的各種信息對直流子系統(tǒng)進行智能分析，隱患預(yù)判等高級應(yīng)用，并將分析結(jié)果形成月度報表提交用戶，協(xié)助用戶實現(xiàn)系統(tǒng)的管理。監(jiān)控單元根據(jù)總控系統(tǒng)得來的電網(wǎng)運行工況數(shù)據(jù)進行智能分析，判斷出電網(wǎng)用電的高峰期和低谷期，在對電池充電時間段的選擇上采取控制，或者通過人工判斷手動設(shè)定高峰低谷的時間段，避免在用電高峰期對電池充電，將電池充電時間段控制在用電低谷期，對電網(wǎng)起到削峰平谷的作用?？偪叵到y(tǒng)及獨立運行的直流供電子系統(tǒng)均連接至通信總線，信息交換方便快捷，能夠整體有效地控制所有子系統(tǒng)的正常運行。
圖1是傳統(tǒng)直流供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的分布式直流供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本發(fā)明的通訊架構(gòu)圖；圖4是實施例1直流子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖5是實施例2直流子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是實施例3直流子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是實施例4直流子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是實施例5直流子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖9是實施例6直流子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖10是實施例7直流子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖11是主動均衡系統(tǒng)的電路圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行進一步的闡述，應(yīng)該說明的是，下述說明僅是為了解釋本發(fā)明，并不對其內(nèi)容進行限定。一種用于變電站的分布式直流獨立供電系統(tǒng)，它包括變電站通信總線以及分別與其連接的總控系統(tǒng)和若干個獨立運行的直流供電子系統(tǒng)，所述直流供電子系統(tǒng)根據(jù)區(qū)域劃分為主控室子系統(tǒng)、GIS設(shè)備子系統(tǒng)、智能終端柜子系統(tǒng)、合并單元柜子系統(tǒng)以及分布于變電站各個區(qū)域的保護小室子系統(tǒng)；核算每個直流供電子系統(tǒng)所需容量，每個直流供電子系統(tǒng)的容量可按10Ah、30Ah、50Ah這三種標準規(guī)格組合；每個直流供電子系統(tǒng)均包括若干段直流母線，所述直流母線與饋線終端單元連接，每兩段相鄰的直流母線通過開關(guān)連接，每兩段相鄰的直流母線配置:箱式封裝的若干個并聯(lián)的鋰離子電池組，其輸出端分別通過開關(guān)連接至直流母線.
至少一個充電單元，用于對各個鋰離子電池組充電，并熱備用給直流母線供電；以及至少一個監(jiān)控單元，連接至變電站通信總線，將直流供電子系統(tǒng)的信號測量上送給總控系統(tǒng)并接收總控系統(tǒng)的電網(wǎng)用電信息，設(shè)定電網(wǎng)高峰低谷的時間段，將鋰離子電池組充電時間段控制在用電低谷期，以對電網(wǎng)削峰平谷，控制充電單元對各個鋰離子電池組交替充電，并控制至少一個鋰離子電池組與直流母線連通；實時采集鋰離子電池組的容量、電壓、內(nèi)阻、溫度和充電單元的輸入輸出電壓、電流信息，從而判斷鋰離子電池組容量是否滿足供電需求。所述變電站為常規(guī)變電站、數(shù)字化變電站和智能化變電站中的任一種。所述總控系統(tǒng)包括一體化電源監(jiān)控系統(tǒng)、主站后臺系統(tǒng)，兩者互相以IEC61850規(guī)約通信；所述一體化電源監(jiān)控系統(tǒng)、主站后臺系統(tǒng)均連接至變電站通信總線。所述直流供電子系統(tǒng)包括主控室子系統(tǒng)、GIS設(shè)備子系統(tǒng)、智能終端柜子系統(tǒng)、合并單元柜子系統(tǒng)以及分布于變電站各個區(qū)域的保護小室子系統(tǒng)；核算每個直流供電子系統(tǒng)所需容量，每個直流供電子系統(tǒng)的容量可按10Ah、30Ah、50Ah這三種標準規(guī)格組合。所述直流母線電壓為IlOV ;所述鋰離子電池組、充電單元和監(jiān)控單元均支持即插即用。所述鋰離子電池組為鋰離子電池組或閥控式密封鉛酸鋰離子電池組。優(yōu)選的，所述鋰離子電池組為鋰離子電池組，采用分布式直流電源電池箱進行箱式封裝，具有主動均衡系統(tǒng)，標準接插件支持大電流快速充電。
所述主動均衡系統(tǒng)包括級聯(lián)的若干個均衡單元，實現(xiàn)對多節(jié)串聯(lián)鋰離子電池的均衡管理，對相鄰兩節(jié)單體電池之間的荷電狀態(tài)差異進行判斷，并把SOC狀態(tài)高的電池多余傳遞到SOC較低的單節(jié)電池中，實現(xiàn)電池容量最大化，并延長鋰離子電池組循環(huán)壽命。所述開關(guān)均為可控硅開關(guān)器件，在監(jiān)控單元控制下逐步關(guān)斷，有效避免分合時產(chǎn)生的沖擊電流；所述鋰離子電池組與直流母線之間還設(shè)有具備采樣功能的轉(zhuǎn)換投切開關(guān)，當(dāng)監(jiān)控單元出現(xiàn)故障時，轉(zhuǎn)換投切開關(guān)根據(jù)本身的采樣判斷鋰離子電池組的容量是否還可以繼續(xù)供電，并實現(xiàn)鋰離子電池組的一次投切。所述充電單元的輸入端連接至電流進線，輸出端通過開關(guān)分別連接至直流母線以及各個鋰離子電池組，所述充電單元為若干個并聯(lián)連接的充電模塊，穩(wěn)壓精度< ±0.5%，穩(wěn)流精度≤± 1.0%，紋波系數(shù)≤0.5% ;根據(jù)現(xiàn)場情況自由投退，輸出為DCllOV ;充電單元平時只是交替給若干組鋰離子電池組充電，實現(xiàn)在線均衡充電(深度充放電，消除各節(jié)電池間的差異)并不直接掛在直流母線上，只有當(dāng)所有鋰離子電池組檢修維護時，才作為備用充電設(shè)備給母線供電；當(dāng)監(jiān)控單元出現(xiàn)故障時，能夠自主運行。所述電流進線為交流進線、太陽能電池板或風(fēng)能發(fā)電機的輸出電，所述交流進線為AC380V或AC220V，所述太陽能電池板或風(fēng)能發(fā)電機的輸出電還通過開關(guān)連接至直流母線；正常運行時，鋰離子電池組交替掛在直流母線上給用電設(shè)備供電，充電單元脫離母線熱備，由監(jiān)控單元控制充電單元對鋰離子電池組交替充電。監(jiān)控單元通過荷電狀態(tài)(S0C)實時監(jiān)測鋰電池的容量，對鋰電池充電過程采用恒流模式充電，根據(jù)最高單節(jié)電池電壓調(diào)整充電限流值大小，在單節(jié)電池電壓達到3.65V或電池管理系統(tǒng)(BMS)判定SOC達到100%時，停止充電。以下是每個直流子系統(tǒng)的具體實施案例:實施例1如圖4所示的直流子系統(tǒng)包括一段直流母線，直流母線與饋線終端單元連接，該直流母線配置:并聯(lián)的1#鋰離子電池組和2#鋰離子電池組、一充電單元以及一監(jiān)控單元。當(dāng)1#鋰離子電池組供電，2#鋰離子電池組充電時，開關(guān)Kl、開關(guān)K4斷開，開關(guān)K2、開關(guān)K3閉合；2#鋰離子電池組充電完畢時開關(guān)K3斷開，2#鋰離子電池組處于熱備狀態(tài)。當(dāng)1#鋰離子電池組電量不足時，系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)為由2#鋰離子電池組供電1#鋰離子電池組充電，此時，開關(guān)K1、開關(guān)K4閉合，然后開關(guān)K2斷開，充電單元對1#鋰離子電池組充電，充電完畢開關(guān)Kl斷開，1#鋰離子電池組處于熱備狀態(tài)。若充電單元出現(xiàn)異常，開關(guān)K3、開關(guān)K4同時閉合，兩組鋰離子電池組同時給直流母線供電，供電時間延長一倍。若鋰離子電池組出現(xiàn)異常，開關(guān)K5閉合，由充電單元給母線供電。充電單元和鋰離子電池組任何一個出現(xiàn)異常，監(jiān)控單元同時會有報警通知后臺和調(diào)度中心，安排人員及時處理。開關(guān)Kl K5均為可控硅開關(guān)器件，在監(jiān)控單元控制下可逐步關(guān)斷，可以有效避免分合時產(chǎn)生的沖擊電流。充電單元平時只是交替給兩組電池充電，實現(xiàn)在線均衡充電(深度充放電，消除各節(jié)電池間的差異)并不直接掛在母線上，除非當(dāng)兩組電池檢修維護時，開關(guān)K7才會閉合，充電單元作為備用充電設(shè)備給直流母線供電。
電流進線為交流進線。鋰離子電池組采用鋰電池，支持大電流快速充電。充電單元采用AC/DC充電模塊。實施例2如圖5所示的直流子系統(tǒng)與實施例1相比唯一的不同是:每組蓄電池通過兩組可控硅開關(guān)器件連接到母線上，互為備用，增加母線的可靠性。實施例3如圖6所示的直流子系統(tǒng)與實施例1相比唯一的不同是:系統(tǒng)多增加了 3#鋰離子電池組和4#鋰離子電池組這兩組蓄電池，正常運行時兩組蓄電池同時掛在母線上進行供電，2X2的方式進行交替投入，充電單元對分別對脫離的2組蓄電池依次進行充電，增加鋰離子電池組的可靠性。實施例4如圖7所示的直流子系統(tǒng)與實施例1相比唯一的不同是:引入了太陽能、風(fēng)能等新的潔凈能源，一方面，在太陽能、風(fēng)能資源充足的情況下，直接通過直流母線給設(shè)備供電，開關(guān)K6接通，充電單元和鋰離子電池組都處在熱備狀態(tài)，在太陽能、風(fēng)能資源不足的情況下投入鋰離子電池組。另一方面，充電單元可直接從電網(wǎng)上取交流電轉(zhuǎn)換成直流電給鋰離子電池組充電，也可以直接引入太陽能、風(fēng)能并轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流給鋰離子電池組充電。實施例5如圖8所示的直流子系統(tǒng)與實施例1相比唯一的不同是:兩組鋰離子電池組到直流母線之間增加了轉(zhuǎn)換投切開關(guān)，轉(zhuǎn)換投切開關(guān)具備采樣功能，當(dāng)監(jiān)控單元出現(xiàn)故障時，轉(zhuǎn)換投切開關(guān)可以根據(jù)本身的采樣判斷鋰離子電池組的容量是否還可以繼續(xù)供電，并進行鋰離子電池組的一次投切。實施例6如圖9所示的直流子系統(tǒng)包括兩段直流母線，直流母線與饋線終端單元連接，兩段直流母線通過聯(lián)絡(luò)開關(guān)連接，每段直流母線配置與實施例1相同，只是兩段母線四組蓄電池共用一套充電單元和監(jiān)控單元。監(jiān)控單元同時檢測蓄鋰離子電池組的運行工況，充電單元依次給四組鋰離子電池組充電。實施例7如圖10所示的直流子系統(tǒng)與實施例6相比唯一的不同是:每段母線帶各自的充電單元，兩段母線仍然共用一套監(jiān)控單元。實施例1 7可根據(jù)實際設(shè)計需要自由組合，以滿足更復(fù)雜的系統(tǒng)要求。上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范圍的限制，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍以內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于變電站的分布式直流獨立供電系統(tǒng)，其特征在于，它包括變電站通信總線以及分別與其連接的總控系統(tǒng)和若干個獨立運行的直流供電子系統(tǒng)，所述直流供電子系統(tǒng)根據(jù)區(qū)域劃分為主控室子系統(tǒng)、GIS設(shè)備子系統(tǒng)、智能終端柜子系統(tǒng)、合并單元柜子系統(tǒng)以及分布于變電站各個區(qū)域的保護小室子系統(tǒng)；每個直流供電子系統(tǒng)均包括若干段直流母線，所述直流母線與饋線終端單元連接，每兩段相鄰的直流母線通過開關(guān)連接，每兩段相鄰的直流母線配置: 箱式封裝的若干個并聯(lián)的鋰離子電池組，其輸出端分別通過開關(guān)連接至直流母線； 至少一個充電單元，用于對各個鋰離子電池組充電，并熱備用給直流母線供電；以及 至少一個監(jiān)控單元，連接至變電站通信總線，將直流供電子系統(tǒng)的信號測量上送給總控系統(tǒng)并接收總控系統(tǒng)的電網(wǎng)用電信息，設(shè)定電網(wǎng)高峰低谷的時間段，將鋰離子電池組充電時間段控制在用電低谷期，以對電網(wǎng)削峰平谷，控制充電單元對各個鋰離子電池組交替充電，并控制至少一個鋰離子電池組與直流母線連通；實時采集鋰離子電池組的容量、電壓、內(nèi)阻、溫度和充電單元的輸入輸出電壓、電流信息，從而判斷鋰離子電池組容量是否滿足供電需求。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分布式直流獨立供電系統(tǒng)，其特征在于，所述變電站為常規(guī)變電站、數(shù)字化變電站和智能化變電站中的任一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分布式直流獨立供電系統(tǒng)，其特征在于，所述總控系統(tǒng)包括一體化電源監(jiān)控系統(tǒng)和主站后臺系統(tǒng)，兩者互相以IEC61850規(guī)約通信；所述一體化電源監(jiān)控系統(tǒng)、主站后臺系統(tǒng)均連接至變電站通信總線。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分布式直流獨立供電系統(tǒng)，其特征在于，直流母線電壓為IlOV ;所述鋰離子電池組、充電單元和監(jiān)控單元均支持即插即用。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分布式直流獨立供電系統(tǒng)，其特征在于，所述鋰離子電池組采用分布式直流電 源電池箱進行箱式封裝，具有主動均衡系統(tǒng)，標準接插件支持大電流快速充電；所述主動均衡系統(tǒng)包括級聯(lián)的若干個均衡單元，實現(xiàn)對多節(jié)串聯(lián)鋰離子電池的均衡管理，對相鄰兩節(jié)單體電池之間的荷電狀態(tài)差異進行判斷，并把SOC狀態(tài)高的電池多余傳遞到SOC較低的單節(jié)電池中，實現(xiàn)電池容量最大化，并延長鋰離子電池組循環(huán)壽命。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分布式直流獨立供電系統(tǒng)，其特征在于，所述開關(guān)均為可控硅開關(guān)器件，在監(jiān)控單元控制下逐步關(guān)斷；所述鋰離子電池組與直流母線之間還設(shè)有具備采樣功能的轉(zhuǎn)換投切開關(guān)，當(dāng)監(jiān)控單元出現(xiàn)故障時，根據(jù)本身的采樣判斷鋰離子電池組的容量是否還可以繼續(xù)供電，并實現(xiàn)鋰離子電池組的一次投切。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分布式直流獨立供電系統(tǒng)，其特征在于，所述充電單元的輸入端連接至電源進線，輸出端通過開關(guān)分別連接至直流母線以及各個鋰離子電池組，所述充電單元為若干個并聯(lián)連接的充電模塊，根據(jù)現(xiàn)場情況自由投退，輸出為DCl 10V。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分布式直流獨立供電系統(tǒng)，其特征在于，所述電流進線為交流進線、太陽能電池板或風(fēng)能發(fā)電機的輸出電，所述交流進線為AC380V或AC220V，所述太陽能電池板或風(fēng)能發(fā)電機的輸出電還通過開關(guān)連接至直流母線。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分布式直流獨立供電系統(tǒng)，其特征在于，監(jiān)控單元實時監(jiān)測鋰離子電池的容量，對鋰離子電池充電過程采用恒流模式充電，根據(jù)最高單節(jié)電池電壓調(diào)整充電限流值大小，在單節(jié)電池電壓達到3.65V或電池管理系統(tǒng)判定荷電狀態(tài)達到100%時，停止 充電。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于變電站的分布式直流獨立供電系統(tǒng)，根據(jù)變電站的布局規(guī)劃和用電設(shè)備的所需容量，將直流供電系統(tǒng)合理分成幾個各自獨立運行的直流供電系統(tǒng)，就近安置在用電設(shè)備處。它包括變電站通信總線以及分別與其連接的總控系統(tǒng)和若干個獨立運行的直流供電子系統(tǒng)，直流供電子系統(tǒng)根據(jù)區(qū)域劃分為主控室子系統(tǒng)、GIS設(shè)備子系統(tǒng)、智能終端柜子系統(tǒng)、合并單元柜子系統(tǒng)以及分布于變電站各個區(qū)域的保護小室子系統(tǒng)；每個直流供電子系統(tǒng)均包括若干段直流母線，直流母線與饋線終端單元連接，每兩段相鄰的直流母線通過開關(guān)連接，每兩段相鄰的直流母線配置若干個并聯(lián)的箱式封裝鋰離子電池組；至少一個充電單元以及至少一個監(jiān)控單元。
文檔編號H02J3/28GK103117596SQ20131008450
公開日2013年5月22日 申請日期2013年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月15日
發(fā)明者姜志鵬, 劉耀輝, 劉寧, 孟祥軍, 梁鵬 申請人:山東魯能智能技術(shù)有限公司