变电站蓄电池故障排除系统及其控制方法

技术领域：

本发明涉及一种变电站蓄电池故障排除系统及其控制方法。

背景技术：

直流系统作为变电站各类保护、测控、自动装置等装置的工作电源，是电力系统控制、保护的基础，当变电站所用电消失时，直流系统必须保证能持续供电，可以说直流系统的可靠运行是电力系统安全运行的保证，因此近来年对变电站直流系统的研究越来越受到人们重视，随着现代科学技术，尤其是计算机技术和通信技术的发展，电力系统向着综合自动化。网络集中化的方向发展，这对变电站直流系统的稳定性和可靠性提出了更高的要求。

发明内容：

本发明的目的是提供一种变电站蓄电池故障排除系统及其控制方法。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种变电站蓄电池故障排除系统，其组成包括：Un蓄电池、n-1模块、n-2模块、n-1蓄电池在线监测模块、n-1驱动与控制模块、上位机，所述的Un蓄电池、所述的n-1模块、所述的n-2模块、所述的n-1蓄电池在线监测模块、所述的n-1驱动与控制模块和所述的上位机组成一个单体蓄电池故障排除系统，所述的单体蓄电池故障排除系统与站内串联蓄电池数量相同，且每个单体蓄电池故障排除系统与蓄电池对应连接的方式相同，蓄电池Un与n-2模块串联后再与n-1模块n-1并联，即蓄电池Un的负极与n-1模块的正极相连，蓄电池Un的正极与n-2模块的正极相连，n-1模块的负极与n-2模块的负极相连，n-1蓄电池在线监测模块用于采集Un蓄电池的电压U、内阻Rb、电流Ib及SOC信号，并将采集的信号发送给n-1驱动与控制模块，与Un蓄电池并联，Un蓄电池的正极与n-1蓄电池在线监测模块的正极端相连，Un蓄电池的负极与n-1蓄电池在线监测模块的负极端相连，n-1驱动与控制模块根据n-1蓄电池在线监测模块发送的信号，发出驱动信号至n-1模块、n-2模块控制其工作状态，并将控制结果信号发送至上位机，上位机接收来自n-1驱动与控制模块控制结果信号并显示控制结果。

所述的变电站蓄电池故障排除系统，所述的n-1模块包括Qn-1绝缘栅双极晶体管、Dn-1二极管、Qn-2绝缘栅双极晶体管及Dn-2二极管，Qn-1绝缘栅双极晶体管的集电极与Un蓄电池的负极相连，Qn-1绝缘栅双极晶体管的发射极连接Dn-1二极管的阳极，Dn-1二极管的阴极与Un蓄电池的正极相连，Qn-1绝缘栅双极晶体管的栅极接受来自驱动与n-1控制模块的驱动信号，Qn-2绝缘栅双极晶体管的集电极与Un蓄电池的正极相连，Qn-2绝缘栅双极晶体管的发射极连接Dn-2二极管的阳极，Dn-2二极管的阴极与Un蓄电池的负极相连，Qn-2绝缘栅双极晶体管的栅极接受来自驱动与n-1控制模块的驱动信号。

所述的变电站蓄电池故障排除系统，所述的n-2所述的模块包括Qn-3绝缘栅双极晶体管、Dn-3二极管、Qn-4绝缘栅双极晶体管及Dn-4二极管，Qn-3绝缘栅双极晶体管的集电极与Un蓄电池的正极相连，Qn-3绝缘栅双极晶体管的发射极连接Dn-3二极管的阳极，Dn-3二极管的阴极与Qn-4绝缘栅双极晶体管的集电极相连，Qn-3绝缘栅双极晶体管的栅极接受来自驱动与n-1控制模块的驱动信号，Qn-4绝缘栅双极晶体管的集电极与Dn-3二极管的阴极相连，Qn-4绝缘栅双极晶体管的发射极连接Dn-3二极管的阳极，Dn-3二极管的阴极与Un蓄电池的正极相连，Qn-4绝缘栅双极晶体管的栅极接受来自驱动与n-1控制模块的驱动信号。

一种变电站蓄电池故障排除系统的控制方法，该方法的具体步骤为：

（1）蓄电池在n-1线监测模块采集Un蓄电池的电压U、内阻Rb、电流Ib及SOC信号，并将信号发送至驱动与n-1控制模块；

（2）n-1驱动与控制模块根据采集的内阻Rb信号,判断内阻Rb是否大于a，若是，则执行步骤（3），否则执行步骤（4）；

（3）n-1驱动与控制模块发出驱动信号至Qn-1绝缘栅双极晶体管、Qn-2绝缘栅双极晶体管使之处于导通状态，不发送驱动信号至Qn-3绝缘栅双极晶体管、Qn-4绝缘栅双极晶体管使之处截止状态，并发出报警信号至上位机，返回步骤（1）；

（4）n-1驱动与控制模块根据采集的电压U及电流Ib计算出蓄电池输出功率P，判断蓄电池输出功率P是否大于0，若是则执行步骤（5），否则执行步骤（6）；

（5）n-1驱动与控制模块不发出驱动信号使Qn-1绝缘栅双极晶体管、Qn-2绝缘栅双极晶体管及Qn-4绝缘栅双极晶体管处于截止状态，发出驱动信号至Qn-3绝缘栅双极晶体管使之处于导通状态，并发出正常工作信号至上位机，返回步骤（1）；

（6）n-1驱动与控制模块不发出驱动信号使Qn-1绝缘栅双极晶体管、Qn-2绝缘栅双极晶体管及Qn-3绝缘栅双极晶体管处于截止状态，发出驱动信号至Qn-4绝缘栅双极晶体管使之处于导通状态，并发出正常工作信号至上位机，返回步骤（1）；

所述的一种变电站蓄电池故障排除系统的控制方法，步骤（2）中a的取值为15；

所述的一种变电站蓄电池故障排除系统的控制方法，所述蓄电池的输出功率P为：

式中，Ui为i时刻蓄电池的电压信号，Ibi为i时刻蓄电池的电流信号。

本发明的有益效果：

1.本发明解决了现有变电站内直流系统中蓄电池容量衰减、老化造成直流系统全站失电的问题，本发明通过设计蓄电池故障排除系统及控制方法使变电站内蓄电池发生故障时保证直流系统可以短时运行，并为事故处理争取时间，避免了变电站内继电保护装置全部失电的情况出现。本发明适用于变电站内直流系统故障排除。

附图说明：

附图1是本发明的结构示意图。

附图2是附图1的工作原理示流程图。

图中：1、n-1模块，2、n-2模块，3、n-1蓄电池在线监测模块，4、n-1驱动与控制模块，5、上位机。

具体实施方式：

实施例1：

一种变电站蓄电池故障排除系统，其组成包括：Un蓄电池、n-1模块1、n-2模块2、n-1蓄电池在线监测模块3、n-1驱动与控制模块4、上位机5，所述的Un蓄电池、所述的n-1模块、所述的n-2模块、所述的n-1蓄电池在线监测模块、所述的n-1驱动与控制模块和所述的上位机组成一个单体蓄电池故障排除系统，所述的单体蓄电池故障排除系统与站内串联蓄电池数量相同，且每个单体蓄电池故障排除系统与蓄电池对应连接的方式相同，蓄电池Un与n-2模块串联后再与n-1模块n-1并联，即蓄电池Un的负极与n-1模块的正极相连，蓄电池Un的正极与n-2模块的正极相连，n-1模块的负极与n-2模块的负极相连，n-1蓄电池在线监测模块用于采集Un蓄电池的电压U、内阻Rb、电流Ib及SOC信号，并将采集的信号发送给n-1驱动与控制模块，与Un蓄电池并联，Un蓄电池的正极与n-1蓄电池在线监测模块的正极端相连，Un蓄电池的负极与n-1蓄电池在线监测模块的负极端相连，n-1驱动与控制模块根据n-1蓄电池在线监测模块发送的信号，发出驱动信号至n-1模块、n-2模块控制其工作状态，并将控制结果信号发送至上位机，上位机接收来自n-1驱动与控制模块控制结果信号并显示控制结果。

实施例2：

根据实施例1所述的变电站蓄电池故障排除系统及其控制方法，所述的n-1模块包括Qn-1绝缘栅双极晶体管、Dn-1二极管、Qn-2绝缘栅双极晶体管及Dn-2二极管，Qn-1绝缘栅双极晶体管的集电极与Un蓄电池的负极相连，Qn-1绝缘栅双极晶体管的发射极连接Dn-1二极管的阳极，Dn-1二极管的阴极与Un蓄电池的正极相连，Qn-1绝缘栅双极晶体管的栅极接受来自驱动与n-1控制模块的驱动信号，Qn-2绝缘栅双极晶体管的集电极与Un蓄电池的正极相连，Qn-2绝缘栅双极晶体管的发射极连接Dn-2二极管的阳极，Dn-2二极管的阴极与Un蓄电池的负极相连，Qn-2绝缘栅双极晶体管的栅极接受来自驱动与n-1控制模块的驱动信号。

实施例3：

根据实施例1或2所述的变电站蓄电池故障排除系统及其控制方法，n-2所述的模块包括Qn-3绝缘栅双极晶体管、Dn-3二极管、Qn-4绝缘栅双极晶体管及Dn-4二极管，Qn-3绝缘栅双极晶体管的集电极与Un蓄电池的正极相连，Qn-3绝缘栅双极晶体管的发射极连接Dn-3二极管的阳极，Dn-3二极管的阴极与Qn-4绝缘栅双极晶体管的集电极相连，Qn-3绝缘栅双极晶体管的栅极接受来自驱动与n-1控制模块的驱动信号，Qn-4绝缘栅双极晶体管的集电极与Dn-3二极管的阴极相连，Qn-4绝缘栅双极晶体管的发射极连接Dn-3二极管的阳极，Dn-3二极管的阴极与Un蓄电池的正极相连，Qn-4绝缘栅双极晶体管的栅极接受来自驱动与n-1控制模块的驱动信号。

实施例4：

一种变电站蓄电池故障排除系统的控制方法，该方法的具体步骤为：

（1）蓄电池在n-1线监测模块采集Un蓄电池的电压U、内阻Rb、电流Ib及SOC信号，并将信号发送至驱动与n-1控制模块；

（2）n-1驱动与控制模块根据采集的内阻Rb信号,判断内阻Rb是否大于a，若是，则执行步骤（3），否则执行步骤（4）；

（3）n-1驱动与控制模块发出驱动信号至Qn-1绝缘栅双极晶体管、Qn-2绝缘栅双极晶体管使之处于导通状态，不发送驱动信号至Qn-3绝缘栅双极晶体管、Qn-4绝缘栅双极晶体管使之处截止状态，并发出报警信号至上位机，返回步骤（1）；

（4）n-1驱动与控制模块根据采集的电压U及电流Ib计算出蓄电池输出功率P，判断蓄电池输出功率P是否大于0，若是则执行步骤（5），否则执行步骤（6）；

（5）n-1驱动与控制模块不发出驱动信号使Qn-1绝缘栅双极晶体管、Qn-2绝缘栅双极晶体管及Qn-4绝缘栅双极晶体管处于截止状态，发出驱动信号至Qn-3绝缘栅双极晶体管使之处于导通状态，并发出正常工作信号至上位机，返回步骤（1）；

（6）n-1驱动与控制模块不发出驱动信号使Qn-1绝缘栅双极晶体管、Qn-2绝缘栅双极晶体管及Qn-3绝缘栅双极晶体管处于截止状态，发出驱动信号至Qn-4绝缘栅双极晶体管使之处于导通状态，并发出正常工作信号至上位机，返回步骤（1）。

实施例5：

根据实施例4所述的一种变电站蓄电池故障排除系统的控制方法，步骤（2）中a的取值为15。

实施例6：

根据实施例5所述的一种变电站蓄电池故障排除系统的控制方法，所述蓄电池的输出功率P为：

式中，Ui为i时刻蓄电池的电压信号，Ibi为i时刻蓄电池的电流信号。