[发明专利]一种电池间歇式充电的直流电源系统及协同控制方法

说明书

本发明公开了一种电池间歇式充电的直流电源系统及协同控制方法。其中，电池间歇式充电的直流电源系统包括：充电机、直流母线、充放电控制阀和蓄电池组串，其协同控制方法包括：蓄电池多组串轮流放电协同控制方法、蓄电池多组串轮流充电协同控制方法和蓄电池组串补充充电控制方法。本发明改变传统电池间歇充电运行方式只能配备单组蓄电池的弊端，实现蓄电池多组串协同运行和蓄电池组串小容量多路并联互备，提升直流电源系统的可靠性。

技术领域

本发明涉及直流电源系统技术领域，并且更具体地，涉及一种电池间歇式充电的直流电源系统及协同控制方法。

背景技术

直流电源系统是电力系统厂站中继电保护、自动控制、安全稳定系统的工作电源，被誉为厂站二次系统的心脏，直流电源系统出现故障，将直接造成厂站运行瘫痪。传统直流电源中充电机将交流电整流成直流电，并采用铅酸蓄电池作为交流失电后的备用电源，而且一段直流母线只配备一组铅酸蓄电池；铅酸蓄电池存在使用寿命超预期衰减和内部腐蚀导致的开路隐患，降低了直流电源系统的供电可靠性，锂离子电池替代一直是直流电源系统改进升级的主要技术方向。

动力型锂离子电池主要用于电动汽车和储能系统，采用循环方式运行，不能适应传统直流电源系统中铅酸蓄电池的浮充电运行方式，为了实现电池替代，锂电直流电源系统通常采用间歇充电运行方式，锂电池在开路静置备电和间歇性短时补充充电之间进行状态转换。

锂离子电池在直流电源系统替代铅酸蓄电池，主要面临三个问题：1、常规的直流电源系统只能一段母线配一组蓄电池，由于目前铅酸蓄电池或锂离子电池的电池管理技术都不支持电池组串之间的均流，不能实现单充电机对多蓄电池组串并联同时充电，而且锂电池的常规间歇充电方式也不支持电池组串轮流充电，轮流充电造成的电池组串荷电状态(State of Charge，SOC)的差异，必然在电池组串之间形成巨大的充电环流；2、单体锂离子电芯容量较小，在一段母线只能配备单一锂电池组串的应用方式下，不能用于发电厂和高电压等级变电站等需要高备电容量的应用场景；3、锂离子电池的内阻远小于铅酸电池，锂电直流电源系统的短路电流也成倍高于铅酸电池直流电源系统，影响直流电源供电回路中保护电器之间的级差配合，在直流电源系统升级改造中不能采用简单的锂电池系统和铅酸蓄电池等容量替换。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种电池间歇式充电的直流电源系统及协同控制方法。电池间歇式充电的直流电源系统包括：充电机、直流母线、充放电控制阀和蓄电池组串，其协同控制方法包括：蓄电池多组串轮流放电协同控制方法、蓄电池多组串轮流充电协同控制方法和蓄电池组串补充充电控制方法。本发明改变传统电池间歇充电运行方式只能配备单组蓄电池的弊端，实现蓄电池多组串协同运行和蓄电池组串小容量多路并联互备，提升直流电源系统的可靠性。

根据本发明的第一个方面，提供了一种电池间歇式充电的直流电源系统，包括：

充电机、直流母线和电池单元；所述电池单元包括充放电控制阀和蓄电池组串；

所述直流母线的数量为1，所述电池单元的数量为N，其中N为不小于1的任意整数；

所述充电机的输出端和所述直流母线并联；每个所述充放电控制阀具备电池端口和母线端口，每个所述电池端口与属于同一电池单元的蓄电池组串的第一极相连，每个所述母线端口与所述直流母线的第一极相连；所述蓄电池组串和所述直流母线的第二极相连以形成公共端。

可选地，每套所述电池单元中的充放电控制阀和蓄电池组串的数量各为1。

可选地，每个所述充放电控制阀由单向导通的硅元件D₁和单向导通的硅元件链D₂串联而成，串联后的两端分别接至每个所述充放电控制阀的母线端口和电池端口；每个所述单向导通的硅元件D₁的两端并联接触器K_u1的常开触点，每个所述单向导通的硅元件链D₂的两端并联接触器K_u2的常开触点，其中u为电池单元的编号，1≤u≤N。