CN112491132B - 直流系统和直流监控系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种直流系统和直流监控系统，直流系统包括：锂电池、信号采集组件、平衡电路和控制器。通过设置有所述信号采集组件，所述信号采集组件实时采集锂电池输出的电信号并发送至所述控制器。所述控制器根据所述电信号控制所述平衡电路平衡所述锂电池的输出电压，从而使得本申请实施例所述直流系统可以输出稳定的电压，以提高所述直流系统的工作稳定性。本申请实施例解决了现有技术中存在的目前直流系统输出电压不稳定的技术问题，达到了提高直流系统输出电压的稳定性的技术效果。

Description

直流系统和直流监控系统

技术领域

本申请涉及直流电源系统，特别是涉及一种直流系统和直流监控系统。

背景技术

随着电力系统的不断发展，发电厂的电压等级也越来越高，发电厂的核心设备为发电机组，因此，发电机组对于整个发电厂的电能产出起到了至关重要的作用。发电机组的控制系统一般使用直流电，需要配备有专用的直流系统，控制专用直流系统的运行状况直接关系到整个发电厂的安全稳定运行，因此，需要对发电机组控制专用直流系统的运行状态进行实时监测，以确定其正常运行。

目前大多发电厂发电机组的控制专用直流系统采用6V或12V的阀控式密封铅酸蓄电池，但是阀控式密封铅酸蓄电池比较敏感，容易受环境影响，从而导致直流系统输出电压不稳定。

发明内容

基于此，有必要针对目前直流系统输出电压不稳定的问题，提供一种直流系统和直流监控系统。

一种直流系统，包括：

锂电池；

信号采集组件，与所述锂电池信号连接，用于采集所述锂电池输出的电信号；

平衡电路，所述平衡电路的输出端与所述锂电池电连接；

控制器，所述控制器的输入端与所述信号采集组件信号连接，所述控制器的输出端与所述平衡电路的控制端信号连接，所述控制器用于根据所述电信号控制所述平衡电路平衡所述锂电池的输出电压。

在其中一个实施例中，所述平衡电路与所述锂电池并联，所述平衡电路包括：

电阻组件；

开关组件，与所述电阻组件串联，所述开关组件的控制端与所述控制器信号连接。

在其中一个实施例中，所述平衡电路包括：

DC-DC转换器，所述DC-DC转换器的控制端与所述控制器信号连接，所述DC-DC转换器的输出端与所述锂电池电连接，所述DC-DC转换器用于平衡所述锂电池的输出电压。

在其中一个实施例中，所述信号采集组件包括：

电压采集器，所述电压采集器的输入端与所述锂电池信号连接，所述电压采集器的输出端与所述控制器的输入端信号连接；

电流采集器，所述电流采集器的输入端与所述锂电池信号连接，所述电流采集器的输出端与所述控制器的输入端信号连接。

在其中一个实施例中，所述信号采集组件还包括：

温度采集器，用于采集所述锂电池的温度；

电阻采集器，与所述锂电池信号连接，用于采集所述锂电池的电阻。

在其中一个实施例中，所述锂电池为磷酸铁锂电池。

在其中一个实施例中，所述磷酸铁锂电池的电解液中包含氧化-还原添加剂。

在其中一个实施例中，所述氧化-还原添加剂中包含乙酰二茂铁、五硝酸合铈季铵盐中的任一种或者多种组合。

在其中一个实施例中，所述锂电池的数量为多个，所述信号采集组件分别与多个所述锂电池信号连接，分别用于采集多个所述锂电池输出的电信号；

所述控制器用于根据多个所述电信号确定多个所述锂电池是否发生故障，以及在发生故障的情况下，根据多个所述电信号确定故障位置。

一种直流监控系统，包括：

如上所述的直流系统；

中控系统，与所述控制器系统信号连接。

本申请实施例提供了一种直流系统，包括：锂电池、信号采集组件、平衡电路和控制器。通过设置有所述信号采集组件，所述信号采集组件实时采集锂电池输出的电信号并发送至所述控制器。所述控制器根据所述电信号控制所述平衡电路平衡所述锂电池的输出电压，从而使得本申请实施例所述直流系统可以输出稳定的电压，以提高所述直流系统的工作稳定性。本申请实施例解决了现有技术中存在的目前直流系统输出电压不稳定的技术问题，达到了提高直流系统输出电压的稳定性的技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一个实施例提供的直流系统及其应用环境示意图；

图2为本申请一个实施例提供的直流系统结构示意图；

图3为本申请一个实施例提供的直流系统平衡电路示意图；

图4为本申请一个实施例提供的直流系统部分结构示意图；

图5为本申请一个实施例提供的直流系统部分结构示意图；

图6为本申请一个实施例提供的直流监控系统结构示意图。

附图标记说明：

10、直流系统；100、锂电池；200、信号采集组件；210、电压采集器；220、电流采集器；230、温度采集器；240、电阻采集器；300、平衡电路；310、电阻组件；320、开关组件；330、DC-DC转换器；400、控制器；20、直流监控系统；21、中控系统。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本申请的一种直流系统和直流监控系统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用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

请参见图1，本申请实施例提供了一种直流系统10，应用于发电机组的控制系统，给所述发电机组的控制系统进行供电。在使用时，本申请实施例的直流系统与所述发电机组的控制系统直接电连接，为所述发电机组的控制系统供电。以下以所述直流系统应用于发电机组的控制系统为例进行具体说明。

请参见图2，本申请一个实施例提供了一种直流系统10，包括：锂电池100、信号采集组件200、平衡电路300和控制器400。

所述锂电池100作为所述直流系统10的电源设备，为所述直流系统10提供持续不断的电能。所述锂电池100性能稳定，可工作于温差较大的环境，不易受环境影响，可持续稳定的输出电压。所述锂电池100可以为沽酸锂(LiCoO2)电池、锰酸锂(LiMn2O4)、磷酸铁锂电池或者一次性二氧化锰锂电池中的任一种或者任一组合，本实施例不作具体限定，可根据实际情况具体选择，只需要满足可以实现可以为所述直流系统10提供稳定的输出电压的功能即可。

所述信号采集组件200与所述锂电池100信号连接，所述信号采集组件200用于采集所述锂电池100输出的电信号，也就是所述锂电池100输出的电压和/或电流信号。所述信号采集组件200的数量可以为一个，也可以为多个，多个所述信号采集组件200分别采集所述锂电池100的不同的运行参数。所述信号采集组件200可以为电流采集器，例如电流表、电流互感器等，所述信号采集组件200也可以为电压采集器，例如电压表、电压互感器等，所述信号采集组件200还可以为电阻测量仪、温度测量仪等，本实施例不作具体限定。本实施例对于所述信号采集组件200的类型、数量、型号等均不作任何限定，可根据实际情况具体选择或者设定，只需要满足可以实现采集所述锂电池100输出的电信号的功能即可。

所述平衡电路300的输出端与所述锂电池100电连接，所述平衡电路300用于在所述锂电池100输出不稳定，例如产生过电压或过电流时，降低所述锂电池100的输出电压和或输出电流，防止产生的过电压或者过电流影响所述发电机组的控制系统的正常工作，甚至击穿发电机组的控制系统，从而导致危险事故的发生。所述平衡电流可以通过增大所述锂电池100的电阻或者减小锂电池100的输出电压来实现，本实施例对于所述平衡电路300的具体类型不作任何限定，可根据实际情况具体选择或者设定，只需要满足可以实现平衡所述锂电池100的输出电压的功能即可。

所述控制器400的输入端与所述信号采集组件200信号连接，所述控制器400的输出端与所述平衡电路300的控制端信号连接，所述控制器400用于根据所述电信号控制所述平衡电路300平衡所述锂电池100的输出电压。例如所述控制器400判断出所述电信号的强度大于预设阈值，则控制所述平衡电路300投入工作，减小所述锂电池100的输出电压，从而达到稳定所述锂电池100的输出电压，以保护发电机组的控制系统的目的。

本实施例提供的直流系统10，包括：锂电池100、信号采集组件200、平衡电路300和控制器400。所述平衡电路300与所述锂电池100的输出端电连接，所述平衡电路300的输入端与所述锂电池100的输出端电连接，所述平衡电路300的输出端与发电机组的控制系统电连接，为所述发电机组的控制系统供电。所述信号采集组件200与所述锂电池100信号连接，实时采集所述锂电池100的电信号，也就是所述锂电池100的工作状态参数，并将采集到的所述电信号传输至所述控制器400。所述控制器400对接收到的所述电信号进行分析处理，判断所述电信号的强度是否超过预设阈值，若所述电信号的强度未超过预设阈值，则确定所述锂电池100工作正常；若所述电信号的强度超过预设阈值，则证明所述锂电池100出现了放电异常，此时，所述控制器400控制所述平衡电路300通过增大电阻等方式减小所述锂电池100的输出电流和/或电压，从而达到稳定锂电池100的输出电压，以保护发电机组的控制系统的目的。

本申请实施例提供了一种直流系统10，包括：锂电池100、信号采集组件200、平衡电路300和控制器400。通过设置有所述信号采集组件200，所述信号采集组件200实时采集锂电池100输出的电信号并发送至所述控制器400。所述控制器400根据所述电信号控制所述平衡电路300平衡所述锂电池100的输出电压，从而使得本申请实施例所述直流系统10可以输出稳定的电压，以提高所述直流系统10的工作稳定性。本申请实施例解决了现有技术中存在的目前直流系统10输出电压不稳定的技术问题，达到了提高直流系统10输出电压的稳定性的技术效果。

请参见图3，在一个实施例中，所述平衡电路300与所述锂电池100并联，所述平衡电路300包括电阻组件310和开关组件320。

所述电阻组件310在工作时与所述锂电池100并联，所述电阻组件310用于消耗所述锂电池100在工作不稳定时产生的过电压和/或过电流。所述电阻组件310可以包括一个或多个电阻，多个电阻之间可以串联，也可以并联，本实施例不作具体限定，可根据实际情况具体选择或者设定。

所述开关组件320与所述电阻组件310串联，所述开关组件320的控制端与所述控制器400信号连接，所述开关组件320为电子开关，所述控制器400控制所述电子开关的断开或接通。在所述锂电池100正常工作时，或者所述锂电池100的电压输出稳定时，所述电子开关断开，所述电阻组件310与所述锂电池100不并联，所述锂电池100正常工作。当所述锂电池100出现异常时，例如产生过电压或过电流时，所述控制器400控制所述电子开关闭合，此时，所述电阻组件310与所述锂电池100并联，对所述锂电池100的输出电流进行分流，从而降低所述锂电池100的输出电流，达到保护所述发电机组控制系统的目的。本实施例中所述开关组件320中电子开关的数量可以为一个，也可以为多个，多个所述电子开关之间可以串联，以提高本实施例所述直流系统10的工作稳定性。

请参见图4，在一个实施例中，所述平衡电路300包括：DC-DC转换器330。

所述DC-DC转换器330的控制端与所述控制器400信号连接，所述DC-DC转换器330的输出端与所述锂电池100电连接，所述DC-DC转换器330用于平衡所述锂电池100的输出电压。所述DC-DC转换器330可以为升压型转换器，也可以为降压型转换器，还可以为升降压型转换器，本实施例优选为升降压型转换器，可以同时实现升压和降压功能，方便根据所述锂电池100的工作状态以及所述发电机组控制系统的不同需要进行灵活调整，以输出不同的电压。所述DC-DC转换器330的型号一旦固定，其输出电压即也相对固定，例如所述DC-DC转换器330的输出电压可以为5V、10V等，将所述锂电池100输出的电压转换为稳定的5V或10V电压，以提供给发电机组的控制系统固定大小的电压，稳定性高。本实施例对于所述DC-DC转换器330的型号、数量等均不作任何限定，可根据实际情况具体选择或者设定。

请参见图5，在一个实施例中，所述信号采集组件200包括：电压采集器210、电流采集器230、温度采集器230、电阻采集器240。

所述电压采集器210的输入端与所述锂电池100信号连接，所述电压采集器210的输出端与所述控制器400的输入端信号连接。所述电压采集器210可以为电压表，在使用时与所述锂电池100并联连接，直接采集所述锂电池100的电压参数，成本低，且信号采集的保真性高。所述电压采集器210还可以为电压互感器，无需与所述锂电池100进行电连接，只需要近距离接触即可，通过电磁感应采集所述锂电池100的电压参数，方便移动，灵活性高，可采集不同位置的电压参数。本实施例对于所述电压采集器210的类型、数量等均不作任何限定，可根据实际情况具体选择或者设定。

所述电流采集器230的输入端与所述锂电池100信号连接，所述电流采集器230的输出端与所述控制器400的输入端信号连接。所述电流采集器230可以为电流表，在使用时与所述锂电池100电连接，直接采集所述锂电池100的电流参数，成本低，且信号采集的保真性高。所述电流采集器230还可以为电流互感器，无需与所述锂电池100进行电连接，只需要近距离接触即可，通过电磁感应采集所述锂电池100的电流参数，方便移动，灵活性高，可采集不同位置的电流参数。本实施例对于所述电流采集器230的类型、数量等均不作任何限定，可根据实际情况具体选择或者设定。

所述温度采集器230与所述控制器400信号连接，所述温度采集器230用于采集所述锂电池100的温度，并将所述锂电池100的温度信号传输至所述控制器400，供所述控制器400分析处理。所述温度采集器230可以为接触式的测温仪，例如热电偶测温仪，也可以为非接触式测温仪，例如红外测温仪等。所述温度采集器230的数量可以为一个，也可以为多个，当所述温度采集器230的数量为多个时，多个温度采集器230分别设置于所述锂电池100的不同位置，以测量所述锂电池100不同位置的温度参数，可以得到更为精确和全面的所述锂电池100工作状态的温度参数，提高所述控制器400的判断准确性，从而提高本实施例提供的所述直流系统10的输出稳定性。

所述电阻采集器240的输入端与所述锂电池100信号连接，所述电阻采集器240的输出端与所述控制器400信号连接，所述电阻采集器240用于采集所述锂电池100的电阻，并将所述锂电池100的电阻信号传输至所述控制器400，以供所述控制器400分析处理。所述电阻采集器240的数量可以为一个，也可以为多个，本实施例对于所述电阻采集器240的数量、型号等均不作任何限定，可根据实际情况具体选择，只需要满足可以实现采集所述锂电池100的电阻的功能即可。

在一个实施例中，所述锂电池100为磷酸铁锂电池。所述磷酸铁锂电池是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池，所述磷酸铁锂电池耐高温性能好，电热峰值可达350℃～500℃，工作稳定范围广，可达20℃～75℃，可工作于不同的环境温度，从而提高本实施例所述直流系统10的适应性以及在不同温度环境下的工作稳定性。所述磷酸铁锂电池无记忆效应，也就是说磷酸铁锂电池无论处于什么状态，可随充随用，无须先放完再充电，工作性能优异。同时，所述磷酸铁锂电池还具有大容量和寿命长的优异性能，可以延长本实施例所述直流系统10的供电时间以及提高供电量。本实施例对于所述磷酸铁锂电池的具体型号、类型等均不作任何限定，可根据实际情况具体选择。

在一个具体的实施例中，所述磷酸铁锂电池100的电解液中包含氧化-还原添加剂，所述磷酸铁锂电池100中的磷酸铁锂与锂离子之间处于消耗与生产的动态平衡状态，在所述磷酸铁锂电池100内部维持磷酸铁锂与锂离子之间的反应极限与动态平衡。所述氧化-还原添加剂在一定的电压下在正极上被氧化，形成活性分子，然后扩散到负极被还原为中性分子，即通过在电池内部建立持续不断的氧化还原平衡过程，并形成回路，释放掉电极上积累的电荷及电池内部的过剩电流，起到保护作用，建立一种防过充的电化学自我保护机制，可有效地解决电池过充问题，从而提高所述磷酸铁锂电池的工作稳定性，也即提高本实施例所述直流系统10的工作稳定性。所述氧化-还原添加剂中包含乙酰二茂铁、五硝酸合铈季铵盐中的任一种或者多种组合，本实施例对于所述氧化还原添加剂的种类、添加量等均不作任何限定，可根据实际情况具体选择或者设定，只需要满可以实现防过充的动态电化学稳定的功能即可。

在一个实施例中，所述锂电池100的数量为多个，所述信号采集组件200分别与多个所述锂电池100信号连接，多个所述锂电池100分别用于采集多个所述锂电池100输出的电信号。所述控制器400用于根据多个所述电信号确定多个所述锂电池100是否发生故障，以及在发生故障的情况下，根据多个所述电信号确定故障位置。所述锂电池100可以包括主电池组和备用电池组，每个所述主电池组中的电池数量大于备用电池组中的电池数量，在保证所述直流系统10工作稳定的前提下，降低所述直流系统10的成本。

本实施例所述直流系统10通过对所述锂电池100采用主动均衡，也就是在所述锂电池100电解液中添加氧化-还原添加剂，同时采用被动均衡，也就是通过设置由信号采集组件200、平衡电路300和控制器400构成的被动均衡系统，所述主动均衡系统和被动均衡系统共同作用，以实现所述直流系统10稳定安全的工作。

本实施例中的控制器400还可以控制所述锂电池100充电，例如在锂电池100充电时，在前80％的阶段，采用大电流充电，剩余20％采用小电流充电，一旦所述锂电池100充满之后，采用浮充充电，以提高所述锂电池100的充电效率。在所述锂电池100输出电压过高时可以通过平衡电路300平衡所述锂电池100的输出电压，或者直接关闭锂电池100，从而提高本实施例所述直流系统10的工作稳定性。

请参见图6，本申请实施例提供了一种直流监控系统20，包括：直流系统10和中控系统21。

所述的直流系统10的有益效果已经在上述实施例中详细阐述，在此不再赘述。

所述中控系统21与所述控制器400系统信号连接，所述中控系统21用于监控所述直流系统10，监控直流系统10是否正常工作，以及获取所述直流系统10的日常运行参数等。

在一个实施例中，所述控制器400可以通过所述采集组件采集到的所述锂电池100的电信号，也就是所述锂电池100的运行工作参数，以及所述锂电池100的机械结构参数建立所述直流系统仿真模型，并将所述直流系统仿真模型存储于控制器400或中控系统21中。所述直流系统仿真模型可以提供可视化的直流系统10，工作人员通过所述直流系统仿真模型进行远程全景可视化监控，当发现所述直流系统10中某个参数出现异常，只需要通过该异常参数即可确定故障位置，工作人员可以通过远程控制快速解决，或者直接前往故障位置进行检修，避免了需要大量排查故障确定位置的问题，大大提高了检修效率。

在一个实施例中，所述信号采集组件200、所述控制器400以及所述中控系统21之间可以采用有线通信连接，也可以采用无线通信连接，例如3G、4G、蓝牙等进行通信，以避免需要进行现场布线，提高传输灵活性。同时，可以对所述信号采集组件200、所述控制器400以及所述中控系统21之间的通信进行加密，例如通过设置用户名称、密码、授权级别、安全责任分区定义等多重认证对操作进行限制，从而提高本实施例所述直流系统10和直流监控系统20的数据安全性。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种直流系统，其特征在于，包括：

锂电池；

信号采集组件，与所述锂电池信号连接，用于采集所述锂电池输出的电信号；

平衡电路，所述平衡电路的输出端与所述锂电池电连接；

控制器，所述控制器的输入端与所述信号采集组件信号连接，所述控制器的输出端与所述平衡电路的控制端信号连接，所述控制器用于根据所述电信号控制所述平衡电路增大所述锂电池的电阻或者减小所述锂电池的输出电压平衡所述锂电池的输出电压；

其中，所述平衡电路包括：电阻组件；开关组件，与所述电阻组件串联，所述开关组件的控制端与所述控制器信号连接，所述电阻组件用于消耗所述锂电池在工作不稳定时产生的过电压和/或过电流；或者，

所述平衡电路包括：DC-DC转换器，所述DC-DC转换器的控制端与所述控制器信号连接，所述DC-DC转换器的输出端与所述锂电池电连接，所述DC-DC转换器用于平衡所述锂电池的输出电压。

2.根据权利要求1所述的直流系统，其特征在于，所述开关组件为电子开关，所述控制器在所述锂电池正常工作时，或者所述锂电池的电压输出稳定时，控制所述电子开关断开，当所述锂电池出现异常时，所述控制器控制所述电子开关闭合。

3.根据权利要求1所述的直流系统，其特征在于，所述DC-DC转换器为升压型转换器、降压型转换器、升降压型转换器中的任意一种。

4.根据权利要求1所述的直流系统，其特征在于，所述信号采集组件包括：

电压采集器，所述电压采集器的输入端与所述锂电池信号连接，所述电压采集器的输出端与所述控制器的输入端信号连接；

电流采集器，所述电流采集器的输入端与所述锂电池信号连接，所述电流采集器的输出端与所述控制器的输入端信号连接。

5.根据权利要求4所述的直流系统，其特征在于，所述信号采集组件还包括：

温度采集器，用于采集所述锂电池的温度；

电阻采集器，与所述锂电池信号连接，用于采集所述锂电池的电阻。

6.根据权利要求1所述的直流系统，其特征在于，所述锂电池为磷酸铁锂电池。

7.根据权利要求6所述的直流系统，其特征在于，所述磷酸铁锂电池的电解液中包含氧化-还原添加剂。

8.根据权利要求7所述的直流系统，其特征在于，所述氧化-还原添加剂中包含乙酰二茂铁、五硝酸合铈季铵盐中的任一种或者多种组合。

9.根据权利要求1所述的直流系统，其特征在于，所述锂电池的数量为多个，所述信号采集组件分别与多个所述锂电池信号连接，分别用于采集多个所述锂电池输出的电信号；

所述控制器用于根据多个所述电信号确定多个所述锂电池是否发生故障，以及在发生故障的情况下，根据多个所述电信号确定故障位置。

10.一种直流监控系统，其特征在于，包括：

如权利要求1-9任一项所述的直流系统；

中控系统，与所述控制器系统信号连接。