充电监控装置及直流充电系统

技术领域

本申请属于电力系统技术领域，尤其涉及一种充电监控装置及直流充电系统。

背景技术

直流电源系统是发电厂、变电站电源系统的重要组成部分，对电网的安全运行和国家的稳定发展有着重要影响。直流电源系统的电力供应主要由整流充电装置和蓄电池组两部分组成。正常情况下，直流电源系统由厂站用交流电源经整流充电装置给直流负荷供电，同时给蓄电池组充电。

高频型充电装置是采用功率半导体器件作为高频变换开关，经高频变压器隔离，将交流电转换为直流电的一种整流充电装置。高频型充电装置在电力直流电源系统中用于对蓄电池充电和提供直流电源。为保障电力直流电源系统的稳定运行，需要对高频型充电装置进行检修。

目前，通常采用人工定期巡查检修的方式对高频型充电装置进行检修。然而，这种检修方式对高频型充电装置的监控力度弱，高频型充电装置的故障率高。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种充电监控装置及直流充电系统，旨在解决高频型充电装置的故障率高的问题。

本发明实施例的第一方面提供了一种充电监控装置，所述充电监控装置用于与高频型充电装置连接，所述高频型充电装置包括多个充电模块，所述多个充电模块并联于交流电源和输出端直流母线之间；所述充电监控装置包括：采集单元、处理单元、控制单元；

所述采集单元，用于采集每个处于启用状态的充电模块的输出电流，将所述输出电流发送至所述处理单元；

所述处理单元，用于计算所述高频型充电装置的平均电流负荷比；并在所述平均电流负荷比低于第一预设阈值时，向所述控制单元发送第一控制指令；

所述控制单元，用于根据所述第一控制指令，将一个或多个处于启用状态的充电模块调整至热备用状态，以使调整后的高频型充电装置的平均电流负荷比位于预设区间，其中，所述预设区间的下限值大于或等于第一预设阈值。

本发明实施例的第二方面提供了一种直流充电系统，包括：至少一个如上第一方面所述的充电监控装置和至少一个高频型充电装置；其中，每个充电监控装置和一个高频型充电装置连接；每个高频型充电装置分别与一个交流电源连接；各个高频型充电装置与输出端直流母线连接。

本发明实施例提供的充电监控装置及直流充电系统，充电监控装置用于与高频型充电装置连接，高频型充电装置包括多个充电模块，多个充电模块并联于交流电源和输出端直流母线之间；充电监控装置包括：采集单元、处理单元、控制单元；采集单元，用于采集每个处于启用状态的充电模块的输出电流，将输出电流发送至处理单元；处理单元，用于计算高频型充电装置的平均电流负荷比；并在平均电流负荷比低于第一预设阈值时，向控制单元发送第一控制指令；控制单元，用于根据第一控制指令，将一个或多个处于启用状态的充电模块调整至热备用状态，以使调整后的高频型充电装置的平均电流负荷比位于预设区间，其中，预设区间的下限值大于或等于第一预设阈值。通过在平均电流负荷比过小时对高频充电装置中的各充电模块进行相应调整，能够避免各充电模块长期低负载运行导致的故障，有效提高高频充电装置的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一个实施例提供的充电监控装置的结构示意图；

图2是本发明另一个实施例提供的充电监控装置的结构示意图；

图3是本发明一个实施例提供的直流充电系统的电路示意图；

图4是本发明一个实施例提供的直流充电系统的结构示意图；

图5是本发明另一个实施例提供的直流充电系统中的两个高频型充电装置的电路示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

直流电源系统是发电厂、变电站电源系统的重要组成部分，为继电控制保护装置、自动化控制装置、断路器分合闸机构、计量、通信、事故照明等厂站二次系统和设备提供可靠的供电电源。随着大机组发电厂、特高压变电站等现代大型电力工程的不断建设发展，作为大型厂站供电命脉的直流电源系统，对电网的安全运行和国家的稳定发展有着重要影响。直流电源系统的电力供应主要由整流充电装置和蓄电池组两部分组成，正常情况下，直流电源系统由厂站用交流电源经整流充电装置给直流负荷供电，同时给蓄电池组浮充电。充电装置作为厂站直流电源系统中最为核心部件之一，是厂站系统安全、稳定运行的重要保障。

高频型充电装置是采用功率半导体器件作为高频变换开关，经高频变压器隔离，将交流电转换为直流电的一种电源变换装置。在电力直流电源系统中用于对蓄电池充电和提供直流电源。近年来，高频型充电装置以其相对先进的技术、良好的性能以及充电模块的冗余配置，逐步淘汰相控型充电装置，成为电力直流电源系统的首选。

根据厂站的规模和电压等级，直流电源系统供电方式配置主要分为单蓄单充、双蓄双充和双蓄三充。单蓄单充供电方式即直流电源系统采用单母线供电，并配置一套高频型充电装置和一组蓄电池，一套高频型充电装置由多个同型号的高频型充电模块并联组成，为直流母线供电。一套高频型充电装置设置有一主一备两路交流供电电源，并在交流总进线处采用交流切换装置进行主备电源间的投切。双蓄双充供电方式即直流电源系统采用两段单母线供电方式，每段母线配置一套高频型充电装置和一组蓄电池，每段母线的充电装置配置情况与单蓄单充供电方式相同。双蓄三充供电方式即在双蓄双充供电方式的基础上，增设了一套备用高频型充电装置，作为检修及故障备用。

虽然高频型充电装置提高了电力直流电源系统的供电可靠性，但从实际运行经验来看，现在的供电模式仍然存在着以下问题，制约着高频型充电装置的可靠运行。一是为了提高供电可靠性，每套高频型充电装置有一主一备两路交流供电电源，但是实际运维中，经常出现当主交流电源失电时，因为交流切换装置故障或投切不到位，导致备用交流电源不能及时正确的投入，从而整套高频型充电装置失电。二是每套充电装置虽由多个同型号的高频型充电模块采用冗余配置并联组成，但是目前大部分电力工程中每个高频型充电模块没有设置单独的进线断路器，导致单个模块故障或投退检修时，需整套高频型充电装置停电。目前每个高频型充电模块虽然加装了进线断路器。但是当模块故障或投退时，仍需人工操作，缺乏自动投退功能。三是缺乏充电模块主动轮换投退运维策略，导致主充电装置充电模块长时间运行，而备用充电装置充电模块长期搁置，备用充电装置只能人为手动投入，不利于充电装置整体的健康运行。四是对充电模块的输入输出不能做到有效监测和故障告警。

针对以上问题，本发明提出了一种充电监控装置和直流充电系统，实现单个或多个充电模块的智能投退，以及充电模块进出线的在线监测和故障告警，提高高频型直流充电装置的寿命和供电稳定性。

图1是本发明一个实施例提供的充电监控装置的结构示意图。如图1所示，充电监控装置1用于与高频型充电装置连接，高频型充电装置包括多个充电模块，多个充电模块并联于交流电源和输出端直流母线之间。充电监控装置1包括：采集单元11、处理单元12、控制单元13。

采集单元11，用于采集每个处于启用状态的充电模块的输出电流，将输出电流发送至处理单元12。

处理单元12，用于计算高频型充电装置的平均电流负荷比；并在平均电流负荷比低于第一预设阈值时，向控制单元13发送第一控制指令。

控制单元13，用于根据第一控制指令，将一个或多个处于启用状态的充电模块调整至热备用状态，以使调整后的高频型充电装置的平均电流负荷比位于预设区间，其中，预设区间的下限值大于或等于第一预设阈值。

本实施例中，采集单元11可以采集高频型充电装置中任一节点的电压、电流数据。各个充电模块可以是高频型直流转换装置，也可以是高频型直流充电机，在此不作限定。各个充电模块的输出电压可以调整。可选的，第一预设阈值可以为0.2。将处于启用状态的充电模块调整至热备用状态为：将该充电模块的输出电压调低，使其输出电压小于输出端直流母线的电压，此时该输出模块停止输出的状态。当充电模块调整至热备用状态时，其原运行负荷将由其他处于启用状态的充电模块承担。当充电模块处于热备用状态时，其不参与供电，但并未从电路中退出，可以随时快速启用。可选的，预设区间可以是[0.3，0.6]。当充电模块在预设区间内运行时，会有较稳定的工作状态和较长的寿命。

本实施例中，充电监控装置1用于与高频型充电装置连接，高频型充电装置包括多个充电模块，多个充电模块并联于交流电源和输出端直流母线之间；充电监控装置1包括：采集单元11、处理单元12、控制单元13；采集单元11，用于采集每个处于启用状态的充电模块的输出电流，将输出电流发送至处理单元12；处理单元12，用于计算高频型充电装置的平均电流负荷比；并在平均电流负荷比低于第一预设阈值时，向控制单元13发送第一控制指令；控制单元13，用于根据第一控制指令，将一个或多个处于启用状态的充电模块调整至热备用状态，以使调整后的高频型充电装置的平均电流负荷比位于预设区间，其中，预设区间的下限值大于或等于第一预设阈值。通过在平均电流负荷比过小时对高频充电装置中的各充电模块进行相应调整，能够避免各充电模块长期低负载运行导致的故障，有效提高高频充电装置的使用寿命。

在一些实施例中，采集单元11分别与高频型充电装置的各个充电模块、处理单元12连接；控制单元13分别与高频型充电装置的各个充电模块、处理单元12连接。

平均电流负荷比为每个处于启用状态的充电模块的输出电流之和与额定电流之和的比值。

本实施例中，平均电流负荷比的表达式如下：

其中，F

在一些实施例中，处理单元12，具体用于在每个限压周期内，当平均电流负荷比低于第一预设阈值时，向控制单元13发送第一控制指令。

处理单元12，还用于：在每个限压周期结束后，控制控制单元13将全部处于热备用状态的充电模块调整至启用状态，并进入下一限压周期。

本实施例中，限压周期可以根据实际需求调整。可选的，可以将限压周期设置为7天。

本实施例中，通过采用限压周期，可以使各充电模块在各限压周期内进行轮流待机休整，能够有效提高充电模块的使用寿命。

在一些实施例中，采集单元11，还用于采集各个处于启用状态的充电模块的温度值并发送给处理单元12。

处理单元12，还用于针对每个处于启用状态的充电模块，计算该充电模块的电流负荷比；其中，电流负荷比为输出电流与额定电流的比值。

按照温度值大小确定处于启用状态的充电模块的第一优先级，其中，温度值越高，第一优先级越高。若存在第一优先级相同的充电模块，则按照电流负荷比大小确定第一优先级相同的充电模块的第二优先级，其中，电流负荷比越大，第二优先级越高。

处理单元12，具体用于按照各个充电模块的第一优先级和第二优先级，依次选择一个或多个处于启用状态的充电模块作为待调整充电模块，控制控制单元13将待调整充电模块调整至热备用状态，以使调整后的高频型充电装置的平均电流负荷比位于预设区间。

本实施例中，第二优先级可以为第一优先级的子级。例如，令第一优先级的编号为1、2、3、…、n，编号数字越小表示优先级越高，某一组第二优先级的编号可以是2.1、2.2、2.3，则待调整模块的调整顺序为：1、2.1、2.2、2.3、3、…、n。

在一些实施例中，处理单元，还用于按照温度值大小确定处于启用状态的充电模块的第一序号；按照电流负荷比大小确定处于启用状态的充电模块的第二序号。

处理单元，具体用于按照第一序号和第二序号的加权和从小到大，依次选择一个或多个处于启用状态的充电模块作为待调整充电模块，控制控制单元将待调整充电模块调整至热备用状态，以使调整后的高频型充电装置的平均电流负荷比位于预设区间。

本实施例中，温度越小，第一序号越小。电流负荷比越小，第二序号越小。加权和的表达式如下：

W＝n

其中，W为加权和，n

本实施例中，通过优先调整温度高、电流负荷比小的充电模块，可以有效防止充电模块过热和高负荷运行，能够有效降低充电模块的故障率，提高充电模块的使用寿命，提高充电模块的供电稳定性。

在一些实施例中，处理单元12，还用于在平均电流负荷比高于第三预设阈值时，向控制单元13发送第二控制指令。

控制单元13，还用于根据第二控制指令，将一个或多个处于热备用状态的充电模块调整至启用状态，以使调整后的高频型充电装置的平均电流负荷比位于预设区间，其中，预设区间的上限值小于或等于第三预设阈值。

本实施例中，通过在平均电流负荷比过高时对充电装置进行相应调整，可以有效防止充电模块持续高负荷运行造成的供电不稳定和故障，有效提高充电模块的使用寿命和供电稳定性。

在一些实施例中，处理单元12，还具体用于获取各个处于启用状态的充电模块的已运行时长，根据已运行时长确定第二优先级；

若平均电流负荷比高于第三预设阈值，则控制控制单元13按照第二优先级将一个或多个处于热备用状态的充电模块调整至启用状态，以使调整后的高频型充电装置的平均电流负荷比位于预设区间。

本实施例中，通过根据已运行时长确定充电模块的调整顺序，可以避免某一充电模块相对于其他充电模块使用时间过长，导致该充电模块与其他模块输出的电流不均衡，影响供电稳定性。

图2是本发明另一个实施例提供的充电监控装置的结构示意图。如图2所示，在一些实施例中，充电监控装置1还包括报警单元14。报警单元14与处理单元12连接。

采集单元11，还用于采集交流电源的输出电流和输出端直流母线的输出电流。

处理单元12，还用于执行下述实现方式中的至少一项：

在一种可能的实现方式中，处理单元12在每个预设限压周期内，在预设条件成立时，判断处于启用状态的充电模块存在异常，则控制报警单元14发出异常报警信号，并控制控制单元13将异常的充电模块调整至退出状态，将除该异常的充电模块外的全部处于热备用状态的充电模块调整至启用状态，进入下一限压周期；其中，预设条件包括交流电源的输出电流和输出端直流母线的输出电流均为正常值，且存在处于启用状态的充电模块的输出电流为零并且该充电模块的输出电压无法调节。

在一种可能的实现方式中，处理单元12在每个预设限压周期内，计算各个处于启用状态的充电模块的均流不平衡度；若存在均流不平衡度超出预设不平衡度区间的充电模块，则控制报警单元14发出不均衡报警信号，控制控制单元13将全部处于热备用状态的充电模块调整至启用状态，进入下一限压周期，并控制控制单元13在下一限压周期将均流不平衡度最高的充电模块的状态调整为热备用状态或退出状态。

在一种可能的实现方式中，处理单元12在每个预设限压周期内，若存在处于启用状态的充电模块的温度值大于第二预设阈值，则控制报警单元14发出过热报警信号，控制控制单元13将全部处于热备用状态的充电模块调整至启用状态，进入下一限压周期，并控制控制单元13在下一限压周期将温度值最高的充电模块的状态调整为热备用状态或退出状态。

本实施例中，将充电模块调整至退出状态可以是将充电模块的进线断路器断开。在充电模块退出后，可以方便检修人员对其进行检查。处于启用状态的充电模块的均流不平衡度的表达式为：

其中，ECU

可选的，预设不平衡度区间可以是[-5％，5％]。可选的，第二预设阈值可以为60摄氏度。

本实施例中，通过对异常的充电模块(例如充电模块短路)进行相应控制，可以有效防止单个充电模块异常对高频型充电装置造成的影响，有效提高供电稳定性。通过监测各充电模块的均流不平衡度，可以有效防止单个充电模块过载损坏，提高充电模块的使用寿命，还可以防止各充电模块输出电流差异造成的输出端直流母线的供电质量变低。通过监测各充电模块的温度，可以有效防止充电模块的过热损坏，提高使用寿命。

在一些实施例中，充电监控装置还包括状态监测单元15和/或存储单元16。状态监测单元15与处理单元12连接。存储单元16与处理单元12连接。

状态监测单元15，用于监测各充电模块的运行状态并发送给处理单元12。

处理单元12，还用于若存在充电模块的运行状态无法切换，则控制报警单元14发出状态切换异常报警信号。

存储单元，用于存储处理单元发送的各充电模块的运行数据和故障数据。

本实施例中，状态监测单元15，具体用于监测各充电模块对应的进线断路器的通断情况，若进线断路器故障，则控制报警单元14发出状态切换异常报警信号。

图3是本发明一个实施例提供的直流充电系统的电路示意图。如图3所示，直流充电系统，包括至少一个充电监控装置31和至少一个高频型充电装置32。其中，每个充电监控装置31和一个高频型充电装置32连接；每个高频型充电装置32分别与一个交流电源连接；各个高频型充电装置32与输出端直流母线连接。

本实施例中，Tn为各充电模块，Sn、J为进线断路器。

图4是本发明一个实施例提供的直流充电系统的结构示意图。如图4所示，在一些实施例中，直流充电系统还包括监控终端33。充电监控装置31还包括通信单元。监控终端33与通信单元连接；通信单元与处理单元连接。

本实施例中，监控终端33可以包括但不限于台式计算机、笔记本电脑、平板电脑等，在此不作限定。通讯单元可以是通过485通讯装置、以太网通信装置等，在此不作限定。

图5是本发明一个实施例提供的直流充电系统中的两个高频型充电装置的电路示意图。如图5所示，在一些实施例中，直流充电系统可以包括两个以上的并联高频型充电装置。

充电监控装置31，用于向监控终端33发送其对应的高频型充电装置32的运行数据、故障数据、报警信号。

监控终端33用于执行下述实现方式中的至少一项：

在一种可能的实现方式中，监控终端33在每个预设限压周期内，计算各个处于启用状态的高频型充电装置32的均流不平衡度；若存在均流不平衡度超出预设不平衡度区间的高频型充电装置32，则发出不均衡报警信号，将全部处于热备用状态的高频型充电装置32调整至启用状态，进入下一限压周期，并在下一限压周期将均流不平衡度最高的高频型充电装置32的状态调整为热备用状态或退出状态；

在一种可能的实现方式中，监控终端33在高频型充电装置32中的控制单元需要执行将处于热备用状态的充电模块调整至启用状态的步骤，并且该高频充电装置32中不存在处于热备用状态的充电模块时；若其他高频型充电装置32中存在处于热备用状态的充电模块，则控制处于热备用状态的高频型充电装置32对应的的充电监控装置31，将处于热备用状态的高频型充电装置32中的一个或多个处于热备用状态的充电模块调整至启用状态。

在一种可能的实现方式中，监控终端33在每个预设限压周期内，监测各个交流电源；若存在交流电源失电，则发出失电报警，并将该交流电源对应的高频型充电装置32的状态调整至退出状态；将除该高频型充电装置32外的全部处于热备用状态的高频型充电装置32调整至启用状态，进入下一限压周期；

在一种可能的实现方式中，监控终端33若存在交流电源的状态无法切换，则发出电源状态切换报警信号。

在一种可能的实现方式中，监控终端33在每个预设轮退周期内，按照预设轮退策略将相应的各个高频型充电装置32或各个高频型充电装置32中的部分充电模块的状态调整至退出状态；在该轮退周期结束后，将在该轮退周期内处于退出状态的充电模块调整至启动状态，并进入下一轮退周期。

本实施例中，预设轮退周期可以是7天，也可以是一个月，在此不作限定。预设轮退策略可以是单次轮退的充电模块数小于或等于高频型充电装置32中充电模块总数的1/4。

本实施例中，通过根据各个处于启用状态的高频型充电装置32的均流不平衡度对各高频型充电装置32进行相应调整，可以有效防止单一高频型充电装置32的输出电流过高或过低，提高供电稳定性和装置寿命。通过在某高频型充电装置32无空闲充电模块时调用其他高频型充电装置32的充电装置，能够实现灵活供电，提高使用寿命。通过对交流电源及其对应的断路器进行监测，能够有效提高供电稳定性。通过在无故障时的周期性轮退，可以使各个高频型充电装置32中的充电模块轮流修正，提高各个高频型充电装置32的寿命。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端实施例仅仅是示意性的，例如，模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，计算机程序包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。