專利名稱：用于核電站動(dòng)力應(yīng)急電源之蓄能系統(tǒng)模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于核電領(lǐng)域，涉及百萬(wàn)千瓦級(jí)先進(jìn)壓水堆核電站的新型節(jié)能系統(tǒng)，尤其涉及用于核電站應(yīng)急系統(tǒng)中用于向核電站用電設(shè)備供電的蓄能系統(tǒng)中的電池模組和換流裝置。
背景技術(shù)：
核電站(nuclear power plant)是利用核裂變(Nuclear Fission)或核聚變 (Nuclear Fusion)反應(yīng)所釋放的能量產(chǎn)生電能的發(fā)電廠。為了保護(hù)核電站工作人員和核電站周圍居民的健康，核電站的設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)行均采用縱深防御的原則，從設(shè)備、措施上提供多重保護(hù)，以確保核電站對(duì)反應(yīng)堆的輸出功率進(jìn)行有效的控制，且能夠在出現(xiàn)各種自然災(zāi)害，如地震、海嘯、洪水等，或人為產(chǎn)生的火災(zāi)、爆炸等，也能確保對(duì)反應(yīng)堆燃料組件進(jìn)行充分的冷卻；進(jìn)而保證放射性物質(zhì)不發(fā)生向環(huán)境的排放。縱深防御原則一般包括五層防線，第一層防線精心設(shè)計(jì)、制造、施工，確保核電站有精良的硬件環(huán)境，建立完善的程序和嚴(yán)格的制度，對(duì)核電站工作人員有系統(tǒng)的教育和培訓(xùn)，建立完備的核安全文化；第二層防線加強(qiáng)運(yùn)行管理和監(jiān)督，及時(shí)正確處理異常情況，排除故障；第三層防線在嚴(yán)重異常情況下，反應(yīng)堆的控制和保護(hù)系統(tǒng)能及時(shí)并有效的動(dòng)作，以防止設(shè)備故障和人為差錯(cuò)進(jìn)而發(fā)展為事故；第四層防線在事故情況下，及時(shí)啟用核電站安全保護(hù)系統(tǒng)，包括各種專設(shè)安全設(shè)施，用以加強(qiáng)事故中的電站管理，防止事故擴(kuò)大，以保護(hù)核電站3道屏障的完整性；第五層防線萬(wàn)一發(fā)生極不可能發(fā)生的事故，并伴有放射性外泄，應(yīng)及時(shí)啟用廠內(nèi)外一切應(yīng)急系統(tǒng)，努力減輕事故對(duì)周圍居民和環(huán)境的影響。安全保護(hù)系統(tǒng)均采用獨(dú)立設(shè)備和冗余布置，使得安全系統(tǒng)可以抗地震和在其他惡劣環(huán)境中運(yùn)行。電源作為核電站運(yùn)行的動(dòng)力源，無(wú)論是設(shè)置上還是運(yùn)行上，都應(yīng)體現(xiàn)縱深防御的理念。為實(shí)現(xiàn)核電站電源系統(tǒng)的高可靠性，對(duì)某些特別重要的用電設(shè)備或特殊要求的設(shè)備均應(yīng)備有應(yīng)急電源，同時(shí)進(jìn)行多重性、獨(dú)立性地設(shè)置，以避免發(fā)生共模故障導(dǎo)致應(yīng)急電源的不可用。核電站的應(yīng)急電源系統(tǒng)和正常電源系統(tǒng)一起，共同構(gòu)成廠用電系統(tǒng)，為廠內(nèi)所有的用電設(shè)備提供安全可靠的供電。應(yīng)急電源必須保證在正常運(yùn)行工況、事故工況期間或事故工況后為核電站的應(yīng)急安全設(shè)備提供電源，以執(zhí)行安全功能。由于核電站核安全的特殊性，故而其電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求應(yīng)大大高于其他行業(yè)。核電站設(shè)置有多道冗余電源，包括廠外主電源、廠外輔助電源和應(yīng)急固定式柴油機(jī)等專用應(yīng)急電源，各電源各司其職，同時(shí)又互有配合，不僅形式多樣，而且層層設(shè)置，多重冗余，最大限度地為電核電站提供可靠的供電。目前，核電站的廠用電系統(tǒng)運(yùn)行方式如下1)在正常運(yùn)行條件下，整個(gè)廠用設(shè)備的配電系統(tǒng)由機(jī)組的^KV母線經(jīng)過(guò)高壓廠用變壓器供電；
2)當(dāng)機(jī)組運(yùn)行時(shí)，26KV母線由主發(fā)電機(jī)供電；3)發(fā)電機(jī)停機(jī)時(shí)，則由400/500KV電網(wǎng)經(jīng)過(guò)主變壓器向^KV母線倒送電；4)如果^KV母線失去電源或失去高壓廠用變壓器，即失去廠外主電源，則220KV 電網(wǎng)經(jīng)過(guò)輔助變壓器向必須運(yùn)行的安全輔助設(shè)施供電，使反應(yīng)堆維持在熱停堆狀態(tài)；5)如果廠外主電源和廠外輔助電源均失去供電，則由應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組(一個(gè)機(jī)組配兩臺(tái)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī))向應(yīng)急廠用設(shè)備供電，使反應(yīng)堆進(jìn)入冷停堆狀態(tài)；6)當(dāng)核電機(jī)組的任何一臺(tái)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組不可用時(shí)，則由第五臺(tái)柴油機(jī)取代， 執(zhí)行應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組的功能，向應(yīng)急廠用設(shè)備供電。然而，固定式的應(yīng)急柴油機(jī)組，具有一定的局限性。這是因?yàn)?，在固定式柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)、將柴油的能量轉(zhuǎn)化為電能時(shí)，必須通過(guò)在固定式柴油機(jī)汽缸內(nèi)、將過(guò)濾后的潔凈空氣與噴油嘴噴射出的高壓霧化柴油充分混合后，推動(dòng)活塞下行，各汽缸按一定順序依次作功，從而帶動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)。再通過(guò)固定式柴油機(jī)的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，利用“電磁感應(yīng)”原理，發(fā)電機(jī)就會(huì)輸出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，經(jīng)閉合的負(fù)載回路就能產(chǎn)生電流，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)電功能。上述發(fā)電過(guò)程中，必須通過(guò)空氣與高壓霧化柴油的充分混合才能實(shí)現(xiàn)。當(dāng)在洪水、海嘯、泥石流等情形下時(shí)，固定式柴油機(jī)的電氣系統(tǒng)將有可能因?yàn)樗投?，供油管道、壓縮空氣管道將有可能因?yàn)橥獠繘_擊力而斷裂，柴油機(jī)本體有可能因?yàn)闆_擊力而結(jié)構(gòu)發(fā)生變形，這些都會(huì)導(dǎo)致固定式柴油發(fā)電機(jī)組無(wú)法啟動(dòng)，進(jìn)而無(wú)法提供應(yīng)急電源。因此，在其他電源失去的情況下，作為核電站最終應(yīng)急電源的固定式應(yīng)急柴油機(jī)組，由于其自身特點(diǎn)決定了其不能抵抗水淹災(zāi)害——如洪水、海嘯、臺(tái)風(fēng)潮等，當(dāng)出現(xiàn)超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)的極端自然災(zāi)害時(shí)，固定式應(yīng)急柴油機(jī)組很容易失去供電，無(wú)法為核電站提供反應(yīng)堆芯余熱排出和乏燃料水池冷卻的動(dòng)力需求，這將導(dǎo)致核電站產(chǎn)生災(zāi)難性的后果。目前，現(xiàn)有的核電站蓄電池系統(tǒng)多采用鉛酸蓄電池，多用于在應(yīng)急情況下為電站控制系統(tǒng)電，容量小(一般為200-3000Ah)，體積大，一般在地面上通過(guò)鋼框架進(jìn)行固定，占地面積大，且不能對(duì)每個(gè)電池模組或電池單體進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，而且不便于根據(jù)不同核電站的容量需求進(jìn)行模塊化組裝擴(kuò)容。現(xiàn)有電動(dòng)車領(lǐng)域所用到的電池單體容量小，體積小，重量輕，規(guī)模小，數(shù)量少，便于安裝和固定。這樣的電池用到核電站這樣的大容量需求的場(chǎng)合，單體電池的數(shù)量無(wú)遺將是一個(gè)龐大的數(shù)字，，其疊放固定方式無(wú)法適用于核電站應(yīng)急動(dòng)力電源蓄能系統(tǒng)大量高容量電池?，F(xiàn)有電池管理系統(tǒng)的管理方法之一是單體電池分別本地化檢測(cè)計(jì)算，計(jì)算數(shù)據(jù)通過(guò)一定的通訊手段集中起來(lái)統(tǒng)一再處理和并進(jìn)行控制。該方法用到核電站作為應(yīng)急動(dòng)力電源蓄能系統(tǒng)時(shí)存在的問(wèn)題是由于電池?cái)?shù)量大，需要用到的電池內(nèi)置檢測(cè)計(jì)算芯片也多， 使得成本和復(fù)雜度提高，并且要求通信總線有很高的帶載能力?，F(xiàn)有電池管理系統(tǒng)的管理方法之二是集中檢測(cè)計(jì)算并進(jìn)行控制的方法所有單體電池的電壓、電流、溫度統(tǒng)一引入至中央管理系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)計(jì)算并進(jìn)行控制。該方法用到核電站作為應(yīng)急動(dòng)力電源蓄能模塊時(shí)存在的問(wèn)題是由于電池?cái)?shù)量大，引線長(zhǎng)而且多，容易受到電磁干擾，而且因?yàn)榫€阻大而直接影響測(cè)量精度，因?yàn)樾枰褌€(gè)單體電池電壓信號(hào)引入中央管理系統(tǒng)，容易引起導(dǎo)線發(fā)生短路而直接影響蓄能系統(tǒng)安全，因?yàn)橐€數(shù)量多，中央管理系統(tǒng)難以有相同數(shù)量的接線端□。目前，模塊化整流/充電模塊已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，少量UPS模塊并聯(lián)也有樣機(jī)出現(xiàn)。但是，現(xiàn)有的核電站應(yīng)急動(dòng)力電源換流裝置的結(jié)構(gòu)為整體單機(jī)型式，所以其容量受限， 無(wú)法用在大容量的應(yīng)急電源裝置中。而且如果核電站應(yīng)急動(dòng)力電源換流裝置內(nèi)部的某個(gè)部分發(fā)生故障，將導(dǎo)致整個(gè)核電站應(yīng)急動(dòng)力電源換流裝置無(wú)法供電，失去應(yīng)急或備用電源的獨(dú)特作用，這樣也會(huì)大大降低核電站應(yīng)急動(dòng)力電源換流裝置的可靠性。目前的換流裝置的固定結(jié)構(gòu)中，雖然有各種形式的常規(guī)結(jié)構(gòu)的裝置，但是現(xiàn)有技術(shù)中的裝置抗震性能差，無(wú)法承受高烈度的地震，在地震中裝置的機(jī)柜很容易變形，將導(dǎo)致?lián)Q流裝置不能正常地工作，影響核電站相關(guān)設(shè)備運(yùn)行的可靠性，不利于核電站的安全運(yùn)行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供了一種用于核電站應(yīng)急電源中的蓄能系統(tǒng)模塊，解決現(xiàn)有的核電站應(yīng)急動(dòng)力電源換流裝置在其某個(gè)部分發(fā)生故障時(shí)，導(dǎo)致整個(gè)核電站應(yīng)急動(dòng)力電源換流裝置無(wú)法供電、容量受限以及抗震性差的問(wèn)題；同時(shí)解決對(duì)于大量高容量單體電池的可靠疊放固定和監(jiān)測(cè)管理問(wèn)題，使得既能便于維修更換、節(jié)省占地空間、便于模塊化擴(kuò)容， 又有利于電池散熱保證使用壽命，而且能夠在發(fā)生高烈度地震時(shí)不會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)或開(kāi)裂等損壞，保證設(shè)備功能正常，在廠外主、廠外輔助電源和廠內(nèi)應(yīng)急電源等通用電源失去、而應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)不能正常起動(dòng)時(shí)，蓄電池組能夠?qū)崿F(xiàn)快速、及時(shí)地向反應(yīng)堆安全設(shè)施及乏燃料系統(tǒng)提供應(yīng)急電源，維持核電站處于安全狀態(tài)，從而防止在發(fā)生緊急狀態(tài)時(shí)由于斷電而帶來(lái)的嚴(yán)重后果。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種用于核電站動(dòng)力應(yīng)急電源的蓄能系統(tǒng)模塊，包括由多個(gè)電池模組并聯(lián)構(gòu)成的電池陣列、通過(guò)直流母線與各所述電池模組電連接的換流裝置，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制各電池模組狀態(tài)的電池模組監(jiān)控器。所述電池模組由多個(gè)電池包串聯(lián)或/和并聯(lián)構(gòu)成，所述電池包為多個(gè)單體電池串接后形成的模塊式結(jié)構(gòu)。所用到的電池單體具有容量大(可能達(dá)5000-10000Ah)、體積比較
大，重量重的特點(diǎn)。所述電池包串聯(lián)時(shí)，在本串電池包的串聯(lián)母線上設(shè)有電流檢測(cè)元件，實(shí)現(xiàn)對(duì)串聯(lián)在一起的電池包中的所有單體電池工作電流的本地化分組檢，并將電流值上傳到電池模組監(jiān)控器。所述各單體電池成行或成列排列，各單體電池之間夾設(shè)有柔性墊或至少兩豎向設(shè)置的柔性條，且各相鄰的單體電池正、負(fù)極柱之間柔性電連接。所述各單體電池之正、負(fù)極柱上開(kāi)設(shè)有連接孔，柔性電連接線兩端通過(guò)連接件固定于連接孔上。所述連接件頂部包覆有一絕緣罩。所述單體電池內(nèi)置有溫度采集元件、電壓采集元件，用于將采集的單體電池溫度和電壓信息傳送至所屬電池包的信號(hào)檢測(cè)模塊上，所述信號(hào)檢測(cè)模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)相應(yīng)電池包內(nèi)的所有單體電池溫度信號(hào)和電壓信號(hào)的本地化檢測(cè)分組匯總，其中對(duì)電壓信號(hào)的檢測(cè)方法是采用高速切換開(kāi)對(duì)相應(yīng)電池包內(nèi)的所有單體電池的電壓信號(hào)進(jìn)行交替檢測(cè)，所述信號(hào)檢測(cè)模塊通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸線與電池模組監(jiān)控器相連，將檢測(cè)數(shù)據(jù)上傳到電池模組監(jiān)控器。所述電池模組監(jiān)控器對(duì)來(lái)自下游的各信號(hào)檢測(cè)模塊和各電流檢測(cè)元件的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，以獲得單體電池剩余電量、內(nèi)阻、溫度、電壓、電流等狀態(tài)參數(shù)，并進(jìn)行顯示、記錄，并通過(guò)CAN總線與外界中央控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的本地化分組處理。外界中央控制系統(tǒng)對(duì)下游各電池模組監(jiān)控器進(jìn)行集中監(jiān)測(cè)和控制。將所述電池包置于一電池柜或電池架內(nèi)。所述電池柜柜體包括設(shè)置于四條豎直邊內(nèi)部豎直方向的四根槽鋼、電池倉(cāng)兩側(cè)的鋼架結(jié)構(gòu)、電池柜柜體的側(cè)面焊接加強(qiáng)鋼梁。所述電池柜或電池架內(nèi)設(shè)置有多個(gè)平行設(shè)置的隔板，在豎直方向上形成一列或多列可放置多個(gè)電池包的電池倉(cāng)，所述信號(hào)檢測(cè)模塊設(shè)于電池倉(cāng)內(nèi)，于電池柜或電池架側(cè)端， 豎向設(shè)有布線倉(cāng)，所述電池模組監(jiān)控器設(shè)于柜體或架體上。所述電池柜背部開(kāi)設(shè)有可進(jìn)氣的百葉窗，頂部設(shè)有排氣風(fēng)扇，隔板上開(kāi)設(shè)有散熱槽。將所述電池包置于一外殼內(nèi)，再安裝于所述電池倉(cāng)內(nèi)；所述外殼內(nèi)壁設(shè)有與所述電池包外側(cè)柔性接觸的彈性件。所述外殼側(cè)面及底面開(kāi)設(shè)有散熱槽，所述外殼兩個(gè)側(cè)面還分別設(shè)置有可固定在電池倉(cāng)上的第一連接件。所述外殼底部設(shè)有至少二個(gè)便于移動(dòng)的滾輪或滾軸。所述外殼上還設(shè)有一可將外殼內(nèi)單體電池壓緊、固定的端蓋。將所述電池包置于一端開(kāi)口的電池筐上，再安裝于所述電池倉(cāng)上；所述電池筐上設(shè)有與所述電池包外側(cè)柔性接觸的彈性件。所述電池筐上設(shè)置有第二連接件，用于連接可將排列于電池筐內(nèi)單體電池拉緊的緊固條，所述電池筐上還設(shè)置有可將其固定在所述電池倉(cāng)上的第三連接件。所述電池筐底部設(shè)有至少二個(gè)滾輪或滾軸。所述換流裝置包括多路換流單元，所述每一路換流單元的交流側(cè)接交流母線，所述每一路換流單元的直流側(cè)接直流母線；分別與每一路換流單元的輸出端連接，采集每一路換流單元的輸出電信號(hào)的采樣單元；分別與所述多路換流單元連接的多個(gè)內(nèi)置控制器，用于分別控制所述多路換流單元的IGBT開(kāi)關(guān)導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間完全同步，使所述多路換流單元均流、穩(wěn)壓同步工作；以及分別與所述采樣單元和多個(gè)內(nèi)置控制器連接的中央控制器，用于根據(jù)所述采樣單元采集的電信號(hào)，對(duì)所述多個(gè)內(nèi)置控制器的工作進(jìn)行控制。所述多路換流單元為多路雙向換流器，所述每一路雙向換流器的交流側(cè)接交流母線，所述每一路雙向換流器的直流側(cè)接直流母線。所述采樣單元為分別與每一路雙向換流器的交流側(cè)連接的交流側(cè)采樣單元；分別與每一路雙向換流器的直流側(cè)連接的直流側(cè)采樣單元。所述內(nèi)置控制器包括與所述一路雙向換流器的交流側(cè)連接的交流側(cè)采樣模塊。與所述一路雙向換流器的直流側(cè)連接的直流側(cè)采樣模塊。分別與所述交流側(cè)采樣模塊、直流側(cè)采樣模塊、中央控制器和一路雙向換流器連接的控制模塊，用于根據(jù)所述交流側(cè)采樣模塊和直流側(cè)采樣模塊采集的電信號(hào)以及中央控制器的控制信號(hào)，使所述一路雙向換流器輸出的電信號(hào)值與預(yù)設(shè)電信號(hào)值相同。所述每一路雙向換流器的交流側(cè)與交流母線之間還連接有一交流濾波單元。所述每一路雙向換流器的直流側(cè)與直流母線之間還連接有一直流濾波單元。所述中央控制器分別通過(guò)雙線串行通信的CAN-BUS總線分別與所述多個(gè)內(nèi)置控制器連接。所述交流側(cè)采樣單元采集的電信號(hào)包括交流電壓、交流電流或相角。所述直流側(cè)采樣單元采集的電信號(hào)包括直流電壓或直流電流。所述多路換流單元為多路整流器，所述每一路整流器的交流側(cè)接交流母線，所述每一路整流器的直流側(cè)接直流母線。所述采樣單元為分別與每一路整流器的直流側(cè)連接的直流側(cè)采樣單元。所述內(nèi)置控制器包括與所述一路整流器的直流側(cè)連接的直流側(cè)采樣模塊。分別與所述直流側(cè)采樣模塊、中央控制器和一路整流器連接的控制模塊，用于根據(jù)所述直流側(cè)采樣模塊采集的電信號(hào)以及中央控制器的控制信號(hào)，使所述一路整流器輸出的電信號(hào)值與預(yù)設(shè)電信號(hào)值相同。所述每一路整流器的交流側(cè)與交流母線之間還連接有一交流濾波單元。所述每一路整流器的直流側(cè)與直流母線之間還連接有一直流濾波單元。所述中央控制器分別通過(guò)雙線串行通信的CAN-BUS總線分別與所述多個(gè)內(nèi)置控制器連接。所述直流側(cè)采樣單元采集的電信號(hào)包括直流電壓或直流電流。所述多路換流單元為多路逆變器，所述每一路逆變器的交流側(cè)接交流母線，所述每一路逆變器的直流側(cè)接直流母線。所述采樣單元為分別與每一路逆變器的交流側(cè)連接的交流側(cè)采樣單元。所述內(nèi)置控制器包括與所述一路逆變器的交流側(cè)連接的交流側(cè)采樣模塊。分別與所述交流側(cè)采樣模塊、中央控制器和一路逆變器連接的控制模塊，用于根據(jù)所述交流側(cè)采樣模塊采集的電信號(hào)以及中央控制器的控制信號(hào)，使所述一路逆變器輸出的電信號(hào)值與預(yù)設(shè)電信號(hào)值相同。所述每一路逆變器的交流側(cè)與交流母線之間還連接有一交流濾波單元。所述每一路逆變器的直流側(cè)與直流母線之間還連接有一直流濾波單元。所述中央控制器分別通過(guò)雙線串行通信的CAN-BUS總線分別與所述多個(gè)內(nèi)置控制器連接。所述交流側(cè)采樣單元采集的電信號(hào)包括交流電壓、交流電流和相角。本發(fā)明中電池柜或電池架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，實(shí)現(xiàn)大量高容量單體電池的有序疊放，既便于維修更換、節(jié)省占地空間，又有利于電池散熱保證使用壽命，而且從物理結(jié)構(gòu)上支持電池管理系統(tǒng)的模塊化及本地化檢測(cè)匯總、本地化分組監(jiān)控和集中監(jiān)控，方便蓄能模塊進(jìn)行模塊化擴(kuò)容，同時(shí)，該電池柜或電池架的結(jié)構(gòu)及內(nèi)部電池倉(cāng)、電池包的結(jié)構(gòu)，能夠在遭受核電站運(yùn)行基準(zhǔn)地震(OBE)和安全停堆地震(SSE)時(shí)不會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)或開(kāi)裂等損壞，保證設(shè)備功能正常。本發(fā)明電池管理系統(tǒng)采用模塊化及本地化檢測(cè)分組匯總、本地化分組計(jì)算處理和集中監(jiān)控的結(jié)構(gòu)方法，連線簡(jiǎn)單，減少了電纜的數(shù)量和長(zhǎng)度，減少了受外界電磁干擾的機(jī)會(huì)，測(cè)量精度較高；信號(hào)檢測(cè)模塊利用高速切換開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)對(duì)電池包內(nèi)多個(gè)單體電池的電壓進(jìn)行交替檢測(cè)，避免了對(duì)單體電池的長(zhǎng)期連續(xù)取電，有利于節(jié)能；利用總線通信方式解決了外界中央控制系統(tǒng)與電池模組的隔離問(wèn)題，加強(qiáng)了蓄電儲(chǔ)能系統(tǒng)的靈活性和易擴(kuò)容性，實(shí)現(xiàn)了本地化監(jiān)控和集中監(jiān)控，增加了系統(tǒng)的可靠性。本發(fā)明換流裝置設(shè)置有多路換流單元、采樣單元、多個(gè)內(nèi)置控制器和中央控制器， 多個(gè)內(nèi)置控制器在中央控制器的控制下使多路換流單元均流、穩(wěn)壓同步工作，當(dāng)一路換流單元因故障停止工作，其它路換流單元仍然能獨(dú)立正常工作，因此提高了核電站應(yīng)急動(dòng)力電源換流裝置的可靠性，并且增大了核電站應(yīng)急動(dòng)力電源換流裝置的容量，另外，核電站應(yīng)急動(dòng)力電源換流裝置采用模塊化設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)在線更換與維修。由本發(fā)明蓄能系統(tǒng)模塊構(gòu)成的高容量蓄電池蓄能系統(tǒng)可以作為核電站的應(yīng)急動(dòng)力電源，避免了核電站現(xiàn)有應(yīng)急電源的共模故障，增強(qiáng)了核電站應(yīng)急電源的可靠性，降低反應(yīng)堆堆芯熔化概率20 %，提高了核電站的安全水平。本發(fā)明為核電站的設(shè)計(jì)提供了新的理念，突破了傳統(tǒng)蓄電池蓄能系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，使蓄能系統(tǒng)取代或補(bǔ)充核電站的應(yīng)急電源成為可能。因此，高容量蓄電池蓄能系統(tǒng)將擁有廣闊的使用范圍和良好的推廣前景。


圖1是本發(fā)明一種用于核電站電力應(yīng)急電源之蓄能系統(tǒng)模塊；圖2是本發(fā)明一種用于核電站電力應(yīng)急電源之蓄能系統(tǒng)模塊的電池柜布置圖；圖3是本發(fā)明一種用于核電站電力應(yīng)急電源之蓄能系統(tǒng)模塊的電池柜內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖；圖4是本發(fā)明一種用于核電站電力應(yīng)急電源之蓄能系統(tǒng)模塊的電池包組成示意圖；圖5是本發(fā)明一種用于核電站電力應(yīng)急電源之蓄能系統(tǒng)模塊的電池管理系統(tǒng)原理圖；圖6是本發(fā)明換流裝置第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖；圖7是本發(fā)明換流裝置第一實(shí)施例的內(nèi)置控制器的結(jié)構(gòu)圖；圖8是本發(fā)明換流裝置第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖；圖9是本發(fā)明換流裝置第二實(shí)施例的內(nèi)置控制器的結(jié)構(gòu)圖；圖10是本發(fā)明換流裝置第三實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖；圖11是本發(fā)明換流裝置第三實(shí)施例的內(nèi)置控制器的結(jié)構(gòu)圖；圖12是本發(fā)明換流裝置的同步工作控制方法的流程圖；圖13是本發(fā)明換流裝置的模塊結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。根據(jù)《核電廠設(shè)計(jì)安全規(guī)定》(HAF102)，所有與安全相關(guān)的系統(tǒng)都要滿足“單一故障準(zhǔn)則”。即“在其任何部位發(fā)生單一隨機(jī)故障時(shí)，仍能保持所賦子的功能。源于單一故障的各種繼發(fā)故障，均視作單一故障不可分割的組成部分”。電源系統(tǒng)也不例外。研發(fā)適應(yīng)核電站特點(diǎn)的高容量的蓄電池蓄能系統(tǒng)，使該系統(tǒng)能夠在核電站在失去外部電源時(shí)，作為柴油機(jī)系統(tǒng)的備用應(yīng)急電源，避免應(yīng)急電源的共模失效，提供反應(yīng)堆芯余熱排出和乏燃料水池冷卻的動(dòng)力需求。高容量電池蓄能系統(tǒng)主要有電池儲(chǔ)能部分和能量轉(zhuǎn)換部分組成，不同電站的不同負(fù)荷對(duì)儲(chǔ)能容量和功率的需求也不同。為滿足不同的負(fù)載要求，對(duì)蓄能系統(tǒng)的電池和能量轉(zhuǎn)換設(shè)備需進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)。參見(jiàn)圖1、圖3，本發(fā)明提供了一種用于核電站動(dòng)力應(yīng)急電源之蓄能系統(tǒng)模塊，包括由多個(gè)電池模組2并聯(lián)構(gòu)成的電池陣列3、通過(guò)直流母線與各所述電池模組2電連接的換流裝置1、可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制各電池模組2狀態(tài)的電池模組監(jiān)控器8。各蓄能系統(tǒng)模塊可并聯(lián)連接，形成一大容量蓄能系統(tǒng)，能夠在核電站失去外部電源和現(xiàn)有應(yīng)急電源時(shí)，及時(shí)向核電站用電設(shè)備供電，為核電站的專設(shè)安全設(shè)施、反應(yīng)堆堆芯余熱排出和乏燃料水池冷卻提供動(dòng)力，進(jìn)一步提高核電站核安全水平。圖2-圖5展示了本發(fā)明電池模組2結(jié)構(gòu)及使用時(shí)的安裝方式及安裝結(jié)構(gòu)。參見(jiàn)圖4，所述電池模組2可由多個(gè)電池包44串聯(lián)或/和并聯(lián)構(gòu)成，所述電池包 44為多個(gè)單體電池洲串接后形成的模塊式結(jié)構(gòu)。上述構(gòu)成方式，一方面可方便各單體電池觀之間的連接、組合、包裝、運(yùn)輸和安裝，同時(shí)可根據(jù)核電廠供電和安全防護(hù)要求靈活配置所需的容量，以滿足其負(fù)載要求，方便、快捷，容易實(shí)現(xiàn)。所述各單體電池觀可根據(jù)實(shí)際需要成行或成列排列串接，相鄰各單體電池觀之間可夾設(shè)有柔性墊或至少兩豎向設(shè)置的柔性條30，可防止由于兩電池之間的空隙導(dǎo)致其相互擺動(dòng)、撞擊而引起損壞，且可補(bǔ)償各單體電池觀外表面加工誤差，柔性條之間的空隙也有利于氣流的流通，實(shí)現(xiàn)散熱效果。同時(shí)，各相鄰的單體電池觀的正、負(fù)極柱之間采用柔性電連接方式。參見(jiàn)圖4A、圖4B，具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，各單體電池之正、負(fù)極柱32通過(guò)柔性連接件四連接，柔性連接件四包括一軟線33及兩端的連接頭金屬部分36，各單體電池之正、負(fù)極柱 32上開(kāi)設(shè)螺栓孔，通過(guò)一螺栓34將柔性連接件四兩端的連接頭金屬部分36壓緊于各相鄰兩單體電池之正、負(fù)極柱25的金屬頭32上。螺栓34固于連接孔上后，可采用一護(hù)套保護(hù)， 并用一絕緣罩35將螺栓34包覆。這樣，在整個(gè)電池模組受到外來(lái)沖擊力時(shí)，柔性電連接線 33可承受和吸收其沖擊，以保證電池模組2的正常使用，同時(shí)，避免正、負(fù)極柱32裸露在外 所述單體電池觀內(nèi)置有溫度采集元件、電壓采集元件，用于將采集的單體電池觀溫度和電壓信號(hào)傳送至單體電池觀的信號(hào)端口 31上。所述所述信號(hào)端口 31的信號(hào)傳送至所屬電池包的信號(hào)檢測(cè)模塊27的匯總端子排上，所述信號(hào)檢測(cè)模塊27通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸線與電池模組監(jiān)控器8相連。所述信號(hào)檢測(cè)模塊27的端子排拔出后，對(duì)應(yīng)的所有單體電池觀便與信號(hào)檢測(cè)模塊27斷開(kāi)連接，以方便電池包的拆卸和更換，以減少接線工作量。
本發(fā)明具體結(jié)構(gòu)中，為方便使用、安裝和更換，可將多個(gè)電池包固定于一電池柜42 或電池架內(nèi)，所述電池柜42或電池架內(nèi)設(shè)置有多個(gè)平行設(shè)置的隔板M，形成可放置多個(gè)電池包的電池倉(cāng)10，所述電池倉(cāng)10內(nèi)壁具有信號(hào)檢測(cè)模塊27，各單體電池信號(hào)端口 31的溫度和電壓信號(hào)匯總后傳送至信號(hào)檢測(cè)模塊27的匯總端口，匯總端口從信號(hào)檢測(cè)模塊27拔下后，電池包44中的所有單體電池觀便全部與信號(hào)檢測(cè)模塊斷開(kāi)連接，減少了拆線工作量。參見(jiàn)圖5，所述信號(hào)檢測(cè)模塊27實(shí)現(xiàn)對(duì)來(lái)自相應(yīng)電池包中的單體電池內(nèi)置溫度采集元件和電壓采集元件的信號(hào)本地化檢測(cè)匯總后，將數(shù)據(jù)上傳到電池模組監(jiān)控器8。所述信號(hào)檢測(cè)模塊27對(duì)相應(yīng)電池包中各單體電池進(jìn)行電壓檢測(cè)的方法是采用高速切換開(kāi)關(guān)對(duì)各單體電池的電壓信號(hào)進(jìn)行交替檢測(cè)，避免對(duì)每個(gè)電池進(jìn)行持續(xù)取電，以節(jié)省電池能量。電流檢測(cè)元件46實(shí)現(xiàn)對(duì)串聯(lián)在一起的各電池包44工作電流的本地化分組檢測(cè)并上傳到電池模組監(jiān)控器8。電池模組監(jiān)控器8對(duì)來(lái)自下游信號(hào)檢測(cè)模塊27和電流檢測(cè)元件46的信號(hào)進(jìn)行計(jì)算，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的本地化分組處理，以獲得單體電池剩余電量、內(nèi)阻、溫度、電壓、電流等狀態(tài)參數(shù)，并進(jìn)行顯示和記錄，并通過(guò)CAN總線與中央控制系統(tǒng)40。中央控制系統(tǒng)對(duì)下游各電池模組監(jiān)控器進(jìn)行集中監(jiān)測(cè)和控制。參見(jiàn)圖3，于電池柜42或電池架側(cè)端，豎向設(shè)有布線倉(cāng)11，用于集中、固定各種電纜線，防止線的散亂和相互的牽扯及意外短路。參見(jiàn)圖2，在所述電池柜42的背部，還開(kāi)設(shè)有可進(jìn)氣的百葉窗，頂部設(shè)有排氣風(fēng)扇 7，用于排除柜內(nèi)的熱量，提高各電池模組的散熱性能，有利于提高電池的使用壽命。本發(fā)明具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，為便于安裝，可將所述電池包44置于一外殼內(nèi)(未圖示)，再安裝于所述電池倉(cāng)10內(nèi)；為防止電池包44安裝于外殼內(nèi)時(shí)因震動(dòng)引起的晃動(dòng)，本發(fā)明在所述外殼內(nèi)壁，設(shè)有與所述電池包外側(cè)柔性接觸的彈性件。為更好的固定各單體電池觀，所述外殼上還設(shè)有一可將外殼內(nèi)單體電池壓緊、固定的端蓋。為提高置于外殼內(nèi)的電池模組散熱性能，可在所述外殼側(cè)面及底面開(kāi)設(shè)散熱槽。為便于裝有電池包的外殼在電池倉(cāng)10內(nèi)的固定，在所述外殼兩個(gè)側(cè)面分別設(shè)置有可固定在電池倉(cāng)10上的第一連接件，通過(guò)該第一連接件可將各電池包44牢固固定在電池倉(cāng)10內(nèi)。為方便電池包的更換和維修，在所述外殼底部，設(shè)有至少二個(gè)滾輪或滾軸，操作者可很方便將電池倉(cāng)10內(nèi)電池包抽出和放入。參見(jiàn)圖3，本發(fā)明也可將所述單體電池28排列后的電池包置于一端開(kāi)口的電池筐 12上，再安裝于所述電池倉(cāng)10上；同樣地，所述電池筐12上設(shè)有與所述電池包10外側(cè)柔性接觸的彈性件，防止電池包10安裝于電池筐12內(nèi)時(shí)因震動(dòng)引起的晃動(dòng)。所述電池筐12上設(shè)置有第二連接件，用于連接可將排列于電池筐12內(nèi)各單體電池觀拉緊的緊固條19。同樣地，為便于裝有電池包的電池筐12在電池倉(cāng)10的固定，在所述電池筐12背面上方設(shè)有固定耳16，固定耳16可固定于電池倉(cāng)10的定位耳15上；在所述電池筐12的正面中間位置設(shè)有固定耳18，固定耳18可固定于電池倉(cāng)10內(nèi)的定位耳17上；在電池筐12 的底面兩端有四個(gè)底腳20，底腳20可固定于電池倉(cāng)10的承力梁21上。為了使電池筐12中的電池包不在地震中上下竄動(dòng)，電池倉(cāng)10內(nèi)設(shè)有可固定在角鋼14上的壓條13，將電池包 44壓緊。為方便電池包44的更換和維修，在所述電池筐12底部，設(shè)有至少二個(gè)滾輪22或滾軸，操作者可很方便將電池倉(cāng)10內(nèi)的電池包44抽出和放入。所述電池柜42柜體包括設(shè)置于四條豎直邊內(nèi)部豎直方向的四根槽鋼(未圖示)、 電池倉(cāng)10兩側(cè)的鋼架結(jié)構(gòu)23、電池柜42柜體的側(cè)面焊接加強(qiáng)鋼梁；加強(qiáng)鋼梁對(duì)角交叉設(shè)置及對(duì)中設(shè)置，分別連接于相鄰槽鋼上，大大增強(qiáng)了電池柜機(jī)體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，即使在高烈度的地震等惡劣情況下，電池柜42柜體仍然可以保證結(jié)構(gòu)的可靠性，電池柜42柜體不會(huì)變形，從而保證電池柜42柜體內(nèi)部的電池包的可靠性。所述隔板M通過(guò)鎖緊件固定連接于所述槽鋼上，其拆裝方便且結(jié)構(gòu)可靠，即使在地震等極限情況下仍然可以使隔板M可以可靠地固定。優(yōu)選地，所述鎖緊件為螺栓，所述鎖緊件穿設(shè)于所述固定通孔和安裝通孔，螺栓采用6. 8級(jí)以上的螺栓，以保證結(jié)構(gòu)的可靠性。參見(jiàn)圖2，所述電池柜42柜體的底部設(shè)置有安裝部件，電池柜42柜體固定于水泥臺(tái)沈上，水泥臺(tái)沈中預(yù)埋有預(yù)埋件，所述預(yù)埋件上設(shè)置有螺絲孔，所述安裝部件通過(guò)緊固件鎖緊于預(yù)埋件的螺絲孔內(nèi)，通過(guò)這樣的設(shè)計(jì)，可以使電池柜42柜體可靠地固定于預(yù)埋件上。預(yù)埋件埋設(shè)于水泥臺(tái)沈中，其十分穩(wěn)固。優(yōu)選地，所述緊固件為螺栓，所述螺栓上套設(shè)有彈性墊片，以提高結(jié)構(gòu)的可靠性。電池柜42頂端還可設(shè)有吊耳5，方便安裝階段進(jìn)行吊裝。電池柜42頂端設(shè)有電纜孔6，對(duì)進(jìn)出電纜進(jìn)行固定，電池孔6用防火材料進(jìn)行封堵。電池柜42正面和背面有柜門(mén) 43，正面和背面的柜門(mén)43均打開(kāi)后，可對(duì)電池柜42的設(shè)備進(jìn)行兩個(gè)方向的操作，十分方便。 柜門(mén)43設(shè)有上下兩個(gè)鎖緊把手9。本發(fā)明換流裝置1包括多路換流單元，所述每一路換流單元的交流側(cè)接交流母線，所述每一路換流單元的直流側(cè)接直流母線；分別與每一路換流單元的輸出端連接，采集每一路換流單元的輸出電信號(hào)的采樣單元；分別與所述多路換流單元連接的多個(gè)內(nèi)置控制器，用于分別控制所述多路換流單元的IGBT開(kāi)關(guān)導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間完全同步，使所述多路換流單元均流、穩(wěn)壓同步工作；以及分別與所述采樣單元和多個(gè)內(nèi)置控制器連接的中央控制器，用于根據(jù)所述采樣單元采集的電信號(hào)，對(duì)所述多個(gè)內(nèi)置控制器的工作進(jìn)行控制。圖6示出了本發(fā)明提供的換流裝置1的結(jié)構(gòu)第一實(shí)施例，為了便于說(shuō)明，僅示出了與本發(fā)明實(shí)施例相關(guān)的部分。參見(jiàn)圖6，所述多路換流單元為多路雙向換流器100，所述每一路雙向換流器100 的交流側(cè)接交流母線，所述每一路雙向換流器100的直流側(cè)接直流母線。采樣單元為分別與每一路雙向換流器100的交流側(cè)連接的交流側(cè)采樣單元200 ；分別與每一路雙向換流器100的直流側(cè)連接的直流側(cè)采樣單元300。核電站應(yīng)急動(dòng)力電源的蓄能系統(tǒng)模塊之換流裝置還包括
分別與多路雙向換流器100連接的多個(gè)內(nèi)置控制器400，用于分別控制多路雙向換流器100的IGBT開(kāi)關(guān)導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間完全同步，使多路雙向換流器100均流、穩(wěn)壓同步工作；以及分別與交流側(cè)采樣單元200、直流側(cè)采樣單元300與多個(gè)內(nèi)置控制器400連接的中央控制器500，用于根據(jù)交流側(cè)采樣單元200和直流側(cè)采樣單元300采集的電信號(hào)，對(duì)多個(gè)內(nèi)置控制器400的工作進(jìn)行控制。圖7示出了本發(fā)明換流裝置第一實(shí)施例的內(nèi)置控制器的結(jié)構(gòu)，為了便于說(shuō)明，僅示出了與本發(fā)明實(shí)施例相關(guān)的部分。所述內(nèi)置控制器400包括與一路雙向換流器100的交流側(cè)連接的交流側(cè)采樣模塊4001。與所述一路雙向換流器100的直流側(cè)連接的直流側(cè)采樣模塊4002。分別與交流側(cè)采樣模塊4001、直流側(cè)采樣模塊4002、中央控制器500和一路雙向換流器100連接的控制模塊4003，用于根據(jù)交流側(cè)采樣模塊4001和直流側(cè)采樣模塊4002 采集的電信號(hào)以及中央控制器500的控制信號(hào)，使一路雙向換流器100輸出的電信號(hào)值與預(yù)設(shè)電信號(hào)值相同。每一路雙向換流器100的交流側(cè)與交流母線之間還連接有一交流濾波單元600。每一路雙向換流器100的直流側(cè)與直流母線之間還連接有一直流濾波單元700。中央控制器500分別通過(guò)雙線串行通信的CAN-BUS總線分別與多個(gè)內(nèi)置控制器 400連接。中央控制器500采用DSP?；虿捎每删幊滔冗M(jìn)控制器。交流側(cè)采樣單元200采集的電信號(hào)包括交流電壓、交流電流或相角。直流側(cè)采樣單元300采集的電信號(hào)包括直流電壓或直流電流。圖8示出了本發(fā)明換流裝置1第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)，為了便于說(shuō)明，僅示出了與本發(fā)明實(shí)施例相關(guān)的部分。參見(jiàn)圖8，多路換流單元為多路整流器101，所述每一路整流器101的交流側(cè)接交流母線，所述每一路整流器101的直流側(cè)接直流母線。采樣單元為分別與每一路整流器101的直流側(cè)連接的直流側(cè)采樣單元301。核電站應(yīng)急動(dòng)力電源的蓄能系統(tǒng)模塊之換流裝置還包括分別與多路整流器101連接的多個(gè)內(nèi)置控制器401，用于分別控制多路整流器101 的IGBT開(kāi)關(guān)導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間完全同步，使所述多路整流器101均流、穩(wěn)壓同步工作；以及分別與所述直流側(cè)采樣單元301與多個(gè)內(nèi)置控制器401連接的中央控制器501，用于根據(jù)所述直流側(cè)采樣單元301采集的電信號(hào)，對(duì)所述多個(gè)內(nèi)置控制器401的工作進(jìn)行控制。圖9示出了本發(fā)明提供的換流裝置第二實(shí)施例的內(nèi)置控制器的結(jié)構(gòu)，為了便于說(shuō)明，僅示出了與本發(fā)明實(shí)施例相關(guān)的部分。參見(jiàn)圖9，所述內(nèi)置控制器401包括與所述一路整流器101的直流側(cè)連接的直流側(cè)采樣模塊4012。
分別與所述直流側(cè)采樣模塊4012、中央控制器501和一路整流器101連接的控制模塊4013，用于根據(jù)所述直流側(cè)采樣模塊4012采集的電信號(hào)以及中央控制器501的控制信號(hào)，使所述一路整流器101輸出的電信號(hào)值與預(yù)設(shè)電信號(hào)值相同。所述每一路整流器101的交流側(cè)與交流母線之間還連接有一交流濾波單元601。所述每一路整流器101的直流側(cè)與直流母線之間還連接有一直流濾波單元701。所述中央控制器501分別通過(guò)雙線串行通信的CAN-BUS總線分別與所述多個(gè)內(nèi)置控制器401連接。所述中央控制器501采用DSP。所述中央控制器501采用可編程先進(jìn)控制器。所述直流側(cè)采樣單元301采集的電信號(hào)包括直流電壓或直流電流。圖10示出了本發(fā)明提供的換流裝置第三實(shí)施例的結(jié)構(gòu)，為了便于說(shuō)明，僅示出了與本發(fā)明實(shí)施例相關(guān)的部分。參見(jiàn)圖10，多路換流單元為多路逆變器102，所述每一路逆變器102的交流側(cè)接交流母線，所述每一路逆變器102的直流側(cè)接直流母線。所述采樣單元為分別與每一路逆變器102的交流側(cè)連接的交流側(cè)采樣單元202。換流裝置還包括分別與所述多路逆變器102連接的多個(gè)內(nèi)置控制器402，用于分別控制所述多路逆變器102的IGBT開(kāi)關(guān)導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間完全同步，使所述多路逆變器102均流、穩(wěn)壓同步工作；以及分別與所述交流側(cè)采樣單元202與多個(gè)內(nèi)置控制器402連接的中央控制器502，用于根據(jù)所述交流側(cè)采樣單元202采集的電信號(hào)，對(duì)所述多個(gè)內(nèi)置控制器402的工作進(jìn)行控制。圖11示出了本發(fā)明提供的換流裝置1第三實(shí)施例的內(nèi)置控制器的結(jié)構(gòu)，為了便于說(shuō)明，僅示出了與本發(fā)明實(shí)施例相關(guān)的部分。參見(jiàn)圖11，所述內(nèi)置控制器402包括與所述一路逆變器102的交流側(cè)連接的交流側(cè)采樣模塊4021。分別與所述交流側(cè)采樣模塊4021、中央控制器502和一路逆變器102連接的控制模塊4023，用于根據(jù)所述交流側(cè)采樣模塊4021采集的電信號(hào)以及中央控制器502的控制信號(hào)，使所述一路逆變器102輸出的電信號(hào)值與預(yù)設(shè)電信號(hào)值相同。所述每一路逆變器102的交流側(cè)與交流母線之間還連接有一交流濾波單元602。所述每一路逆變器102的直流側(cè)與直流母線之間還連接有一直流濾波單元702。所述中央控制器502分別通過(guò)雙線串行通信的CAN-BUS總線分別與所述多個(gè)內(nèi)置控制器402連接。所述中央控制器502采用DSP。所述中央控制器502采用可編程先進(jìn)控制器。所述交流側(cè)采樣單元202采集的電信號(hào)包括交流電壓、交流電流或相角。圖12示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的核電站應(yīng)急動(dòng)力電源的蓄能系統(tǒng)模塊之換流裝置的同步工作控制方法的流程圖。
上述換流裝置1的同步工作控制方法流程如下步驟S101，多個(gè)內(nèi)置控制器分別采集多路換流單元輸出的電信號(hào)值；步驟S102，中央控制器根據(jù)所述電信號(hào)值，計(jì)算出電信號(hào)平均值；步驟S103，采樣單元采集多路換流單元輸出的電信號(hào)數(shù)值的實(shí)時(shí)并列電信號(hào)平均值；步驟S104，中央控制器根據(jù)所述電信號(hào)平均值和實(shí)時(shí)并列電信號(hào)平均值，計(jì)算電信號(hào)平均差值，并對(duì)所述電信號(hào)平均差值進(jìn)行分解，得到補(bǔ)償值；步驟S105，多個(gè)內(nèi)置控制器得到補(bǔ)償值，并控制與所述內(nèi)置控制器相對(duì)應(yīng)的換流單元輸出的電信號(hào)，使所述多路換流單元輸出的電信號(hào)同步。圖13示出了本發(fā)明換流裝置的模塊結(jié)構(gòu)實(shí)施例。核電站應(yīng)急動(dòng)力電源的蓄能系統(tǒng)模塊之換流裝置的工作模式分為兩種一種是將交流電變直流電；另一種是將直流電變交流電。工作模式的選擇由工作模式選擇器來(lái)控制，工作模式選擇器可通過(guò)自動(dòng)檢測(cè)、接受來(lái)自核電站應(yīng)急動(dòng)力電源之蓄能系統(tǒng)的在線監(jiān)控系統(tǒng)的遠(yuǎn)動(dòng)信號(hào)和手動(dòng)信號(hào)來(lái)決定雙向換流裝置的工作模式。核電站應(yīng)急動(dòng)力電源的蓄能系統(tǒng)模塊之換流裝置的運(yùn)行模式有以下幾種a)平均充電在蓄電池電量下降或放電試驗(yàn)完成后，需要對(duì)電池深度充電，可以設(shè)置為均充，保證蓄電池儲(chǔ)存盡可能多的電量；b)強(qiáng)制充電在核電站可能面臨失電風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，可以對(duì)蓄電池進(jìn)行強(qiáng)制充電，保證電池陣列儲(chǔ)存更多的電量，以應(yīng)對(duì)電站失電后的需求；c)強(qiáng)制放電正常運(yùn)行時(shí)，強(qiáng)制放電可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)模塊的放電試驗(yàn)，并將其電能轉(zhuǎn)移入其他模塊；最為重要的是，可以在電站在危急情況下讓其輸出盡可能多的電量，直至電池模組損壞為止。本發(fā)明中電池柜或電池架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，實(shí)現(xiàn)大量高容量單體電池的有序疊放，既便于維修更換、節(jié)省占地空間，又有利于電池散熱保證使用壽命，而且從物理結(jié)構(gòu)上支持電池管理系統(tǒng)的模塊化及本地化檢測(cè)匯總、本地化分組監(jiān)控和集中監(jiān)控，方便蓄能模塊進(jìn)行模塊化擴(kuò)容，同時(shí)，該電池柜或電池架的結(jié)構(gòu)及內(nèi)部電池倉(cāng)、電池包的結(jié)構(gòu)，能夠在遭受核電站運(yùn)行基準(zhǔn)地震(OBE)和安全停堆地震(SSE)時(shí)不會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)或開(kāi)裂等損壞，保證設(shè)備功能正常。本發(fā)明電池管理系統(tǒng)采用模塊化及本地化檢測(cè)分組匯總、本地化分組計(jì)算處理和集中監(jiān)控的結(jié)構(gòu)方法，連線簡(jiǎn)單，減少了電纜的數(shù)量和長(zhǎng)度，減少了受外界電磁干擾的機(jī)會(huì)，測(cè)量精度較高；信號(hào)檢測(cè)模塊利用高速切換開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)對(duì)電池包內(nèi)多個(gè)單體電池的電壓進(jìn)行交替檢測(cè)，避免了對(duì)單體電池的長(zhǎng)期連續(xù)取電，有利于節(jié)能；利用總線通信方式解決了外界中央控制系統(tǒng)與電池模組的隔離問(wèn)題，加強(qiáng)了蓄電儲(chǔ)能系統(tǒng)的靈活性和易擴(kuò)容性，實(shí)現(xiàn)了本地化監(jiān)控和集中監(jiān)控，增加了系統(tǒng)的可靠性。本發(fā)明中，換流裝置包括多路換流單元、采樣單元、多個(gè)內(nèi)置控制器和中央控制器，多個(gè)內(nèi)置控制器在中央控制器的控制下使多路換流單元均流、穩(wěn)壓同步工作，當(dāng)一路換流單元因故障停止工作，其它路換流單元仍然能獨(dú)立正常工作，因此提高了核電站應(yīng)急動(dòng)力電源換流裝置的可靠性，并且增大了核電站應(yīng)急動(dòng)力電源換流裝置的容量，另外，核電站應(yīng)急動(dòng)力電源換流裝置采用模塊化設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)在線更換與維修。由本發(fā)明蓄能系統(tǒng)模塊構(gòu)成的高容量蓄電池蓄能系統(tǒng)可以作為核電站的應(yīng)急動(dòng)力電源，避免了核電站現(xiàn)有應(yīng)急電源的共模故障，增強(qiáng)了核電站應(yīng)急電源的可靠性，降低反應(yīng)堆堆芯熔化概率20 %，提高了核電站的安全水平。本發(fā)明為核電站的設(shè)計(jì)提供了新的理念，突破了傳統(tǒng)蓄電池蓄能系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，使蓄能系統(tǒng)取代或補(bǔ)充核電站的應(yīng)急電源成為可能。因此，高容量蓄電池蓄能系統(tǒng)將擁有廣闊的使用范圍和良好的推廣前景。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于核電站動(dòng)力應(yīng)急電源的蓄能系統(tǒng)模塊，其特征在于包括由多個(gè)電池模組并聯(lián)構(gòu)成的電池陣列、通過(guò)直流母線與各所述電池模組電連接的換流裝置，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制各電池模組狀態(tài)的電池模組監(jiān)控器。
2.如權(quán)利要求1所述的用于核電站動(dòng)力應(yīng)急電源的蓄能系統(tǒng)的電池模塊，其特征在于所述電池模組由多個(gè)電池包串聯(lián)或/和并聯(lián)構(gòu)成，所述電池包為多個(gè)單體電池串接后形成的模塊式結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求2所述的用于核電站動(dòng)力應(yīng)急電源的蓄能系統(tǒng)模塊，其特征在于所述各單體電池成行或成列排列，各單體電池之間夾設(shè)有柔性墊或至少兩豎向設(shè)置的柔性條， 且各相鄰的單體電池正、負(fù)極柱之間柔性電連接。
4.如權(quán)利要求3所述的用于核電站動(dòng)力應(yīng)急電源的蓄能系統(tǒng)模塊，其特征在于所述各單體電池之正、負(fù)極柱上開(kāi)設(shè)有連接孔，柔性電連接線兩端通過(guò)連接件固定于連接孔上。
5.如權(quán)利要求4所述的用于核電站動(dòng)力應(yīng)急電源的蓄能系統(tǒng)模塊，其特征在于所述連接件頂部包覆有一絕緣罩。
6.如權(quán)利要求2所述的用于核電站動(dòng)力應(yīng)急電源的蓄能系統(tǒng)模塊，其特征在于所述電池包對(duì)應(yīng)有一個(gè)信號(hào)檢測(cè)模塊，所述單體電池內(nèi)置有溫度采集元件、電壓采集元件，用于將采集的單體電池溫度和電壓信息傳送至所屬電池包的信號(hào)檢測(cè)模塊上。所述信號(hào)檢測(cè)模塊通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸線與電池模組監(jiān)控器相連。
7.如權(quán)利要求2所述的用于核電站動(dòng)力應(yīng)急電源的蓄能系統(tǒng)模塊，其特征在于將所述電池包置于一電池柜或電池架內(nèi)。
8.如權(quán)利要求2所述的用于核電站動(dòng)力應(yīng)急電源的蓄能系統(tǒng)模塊，其特征在于所述電池包串聯(lián)在一起時(shí)，串聯(lián)總線上設(shè)有測(cè)量該串電池包工作電流的電流檢測(cè)器件。
9.如權(quán)利要求7所述的用于核電站動(dòng)力應(yīng)急電源的蓄能系統(tǒng)模塊，其特征在于所述電池柜或電池架內(nèi)設(shè)置有多個(gè)平行設(shè)置的隔板，形成可放置多個(gè)電池包的電池倉(cāng)，所述信號(hào)檢測(cè)模塊設(shè)于電池倉(cāng)內(nèi)，于電池柜或電池架側(cè)端，豎向設(shè)有布線倉(cāng)，所述電流檢測(cè)器件設(shè)于布線倉(cāng)中，所述電池模組監(jiān)控器設(shè)于柜體或架體上。
10.如權(quán)利要求6所述的用于核電站動(dòng)力應(yīng)急電源的蓄能系統(tǒng)模塊，其特征在于所述信號(hào)檢測(cè)模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)相應(yīng)電池包中單體電池的溫度、電壓進(jìn)行本地化檢測(cè)匯總；所述電池模組監(jiān)控器對(duì)來(lái)自其下游各信號(hào)檢測(cè)模塊的信號(hào)、以及來(lái)自其下游各串電池包的電流檢測(cè)元件的信號(hào)進(jìn)行集中計(jì)算處理，以獲得各電池包中單體電池的溫度、電壓、電流、內(nèi)阻、剩余電量等狀態(tài)參數(shù)和定位地址，實(shí)現(xiàn)對(duì)其下游各電池包監(jiān)控；所述電池模組監(jiān)控器可與外界中央控制系統(tǒng)進(jìn)行通訊，即中央控制系統(tǒng)通過(guò)與各電池模組監(jiān)控器的通訊，實(shí)時(shí)監(jiān)視各電池模組中電池狀態(tài)，并對(duì)電池模組進(jìn)行控制。
11.如權(quán)利要求7所述的用于核電站動(dòng)力應(yīng)急電源的蓄能系統(tǒng)模塊，其特征在于所述電池柜背部開(kāi)設(shè)有可進(jìn)氣的百葉窗，頂部設(shè)有排氣風(fēng)扇，隔板上開(kāi)設(shè)有散熱槽。
12.如權(quán)利要求2所述的用于核電站動(dòng)力應(yīng)急電源的蓄能系統(tǒng)模塊，其特征在于將所述電池包置于一外殼內(nèi)，再安裝于所述電池倉(cāng)內(nèi)；所述外殼內(nèi)壁設(shè)有與所述電池包外側(cè)柔性接觸的彈性件。
13.如權(quán)利要求12所述的用于核電站動(dòng)力應(yīng)急電源的蓄能系統(tǒng)模塊，其特征在于所述外殼側(cè)面及底面開(kāi)設(shè)有散熱槽，所述外殼兩個(gè)側(cè)面還分別設(shè)置有可固定在電池倉(cāng)上的第一連接件。
14.如權(quán)利要求12所述的一種用于核電站動(dòng)力應(yīng)急電源的蓄能系統(tǒng)模塊，其特征在于所述外殼底部設(shè)有至少二個(gè)便于移動(dòng)的滾輪或滾軸。
15.如權(quán)利要求12所述的一種用于核電站動(dòng)力應(yīng)急電源的蓄能系統(tǒng)模塊，其特征在于所述外殼上還設(shè)有一可將外殼內(nèi)單體電池壓緊、固定的端蓋。
16.如權(quán)利要求2所述的一種用于核電站動(dòng)力應(yīng)急電源的蓄能系統(tǒng)模塊，其特征在于 將所述電池包置于一端開(kāi)口的電池筐上，再安裝于所述電池倉(cāng)上；所述電池筐上設(shè)有與所述電池包外側(cè)柔性接觸的彈性件。
17.如權(quán)利要求16所述的一種用于核電站動(dòng)力應(yīng)急電源的蓄能系統(tǒng)模塊，其特征在于所述電池筐上設(shè)置有第二連接件，用于連接可將排列于電池筐內(nèi)單體電池拉緊的緊固條，所述電池筐上還設(shè)置有可將其固定在所述電池倉(cāng)上的第三連接件。
18.如權(quán)利要求16所述的一種用于核電站動(dòng)力應(yīng)急電源的蓄能系統(tǒng)模塊，其特征在于所述電池筐底部設(shè)有至少二個(gè)滾輪或滾軸。
19.如權(quán)利要求1所述的一種用于核電站動(dòng)力應(yīng)急電源的蓄能系統(tǒng)模塊，其特征在于 所述換流裝置包括多路換流單元，所述每一路換流單元的交流側(cè)接交流母線，所述每一路換流單元的直流側(cè)接直流母線；分別與每一路換流單元的輸出端連接，采集每一路換流單元的輸出電信號(hào)的采樣單元；分別與所述多路換流單元連接的多個(gè)內(nèi)置控制器，用于分別控制所述多路換流單元的 IGBT開(kāi)關(guān)導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間完全同步，使所述多路換流單元均流、穩(wěn)壓同步工作；以及分別與所述采樣單元和多個(gè)內(nèi)置控制器連接的中央控制器，用于根據(jù)所述采樣單元采集的電信號(hào)，對(duì)所述多個(gè)內(nèi)置控制器的工作進(jìn)行控制。
20.如權(quán)利要求19所述的用于核電站動(dòng)力應(yīng)急電源的蓄能系統(tǒng)模塊，其特征在于所述多路換流單元為多路雙向換流器，所述每一路雙向換流器的交流側(cè)接交流母線，所述每一路雙向換流器的直流側(cè)接直流母線。
21.如權(quán)利要求20所述的用于核電站動(dòng)力應(yīng)急電源的蓄能系統(tǒng)模塊，其特征在于所述采樣單元為分別與每一路雙向換流器的交流側(cè)連接的交流側(cè)采樣單元；分別與每一路雙向換流器的直流側(cè)連接的直流側(cè)采樣單元。
22.如權(quán)利要求21所述的用于核電站動(dòng)力應(yīng)急電源的蓄能系統(tǒng)模塊，其特征在于所述內(nèi)置控制器包括與所述一路雙向換流器的交流側(cè)連接的交流側(cè)采樣模塊。與所述一路雙向換流器的直流側(cè)連接的直流側(cè)采樣模塊。分別與所述交流側(cè)采樣模塊、直流側(cè)采樣模塊、中央控制器和一路雙向換流器連接的控制模塊，用于根據(jù)所述交流側(cè)采樣模塊和直流側(cè)采樣模塊采集的電信號(hào)以及中央控制器的控制信號(hào)，使所述一路雙向換流器輸出的電信號(hào)值與預(yù)設(shè)電信號(hào)值相同。
23.如權(quán)利要求21所述的用于核電站動(dòng)力應(yīng)急電源的蓄能系統(tǒng)模塊，其特征在于所述每一路雙向換流器的交流側(cè)與交流母線之間還連接有一交流濾波單元。
24.如權(quán)利要求21或23所述的用于核電站動(dòng)力應(yīng)急電源的蓄能系統(tǒng)模塊，其特征在于所述每一路雙向換流器的直流側(cè)與直流母線之間還連接有一直流濾波單元。
25.如權(quán)利要求21所述的用于核電站動(dòng)力應(yīng)急電源的蓄能系統(tǒng)模塊，其特征在于所述中央控制器分別通過(guò)雙線串行通信的CAN-BUS總線分別與所述多個(gè)內(nèi)置控制器連接。
26.如權(quán)利要求21所述的用于核電站動(dòng)力應(yīng)急電源的蓄能系統(tǒng)模塊，其特征在于所述交流側(cè)采樣單元采集的電信號(hào)包括交流電壓、交流電流或相角。
27.如權(quán)利要求21所述的用于核電站動(dòng)力應(yīng)急電源的蓄能系統(tǒng)模塊，其特征在于所述直流側(cè)采樣單元采集的電信號(hào)包括直流電壓或直流電流。
28.如權(quán)利要求19所述的用于核電站動(dòng)力應(yīng)急電源的蓄能系統(tǒng)模塊，其特征在于所述多路換流單元為多路整流器，所述每一路整流器的交流側(cè)接交流母線，所述每一路整流器的直流側(cè)接直流母線。
29.如權(quán)利要求觀所述的用于核電站動(dòng)力應(yīng)急電源的蓄能系統(tǒng)模塊，其特征在于所述采樣單元為分別與每一路整流器的直流側(cè)連接的直流側(cè)采樣單元。
30.如權(quán)利要求四所述的用于核電站動(dòng)力應(yīng)急電源的蓄能系統(tǒng)模塊，其特征在于所述內(nèi)置控制器包括與所述一路整流器的直流側(cè)連接的直流側(cè)采樣模塊。分別與所述直流側(cè)采樣模塊、中央控制器和一路整流器連接的控制模塊，用于根據(jù)所述直流側(cè)采樣模塊采集的電信號(hào)以及中央控制器的控制信號(hào)，使所述一路整流器輸出的電信號(hào)值與預(yù)設(shè)電信號(hào)值相同。
31.如權(quán)利要求四所述的用于核電站動(dòng)力應(yīng)急電源的蓄能系統(tǒng)模塊，其特征在于所述每一路整流器的交流側(cè)與交流母線之間還連接有一交流濾波單元。
32.如權(quán)利要求四或31所述的用于核電站動(dòng)力應(yīng)急電源的蓄能系統(tǒng)模塊，其特征在于所述每一路整流器的直流側(cè)與直流母線之間還連接有一直流濾波單元。
33.如權(quán)利要求四所述的用于核電站動(dòng)力應(yīng)急電源的蓄能系統(tǒng)模塊，其特征在于所述中央控制器分別通過(guò)雙線串行通信的CAN-BUS總線分別與所述多個(gè)內(nèi)置控制器連接。
34.如權(quán)利要求四所述的用于核電站動(dòng)力應(yīng)急電源的蓄能系統(tǒng)模塊，其特征在于所述直流側(cè)采樣單元采集的電信號(hào)包括直流電壓或直流電流。
35.如權(quán)利要求19所述的用于核電站動(dòng)力應(yīng)急電源的蓄能系統(tǒng)模塊，其特征在于所述多路換流單元為多路逆變器，所述每一路逆變器的交流側(cè)接交流母線，所述每一路逆變器的直流側(cè)接直流母線。
36.如權(quán)利要求35所述的用于核電站動(dòng)力應(yīng)急電源的蓄能系統(tǒng)模塊，其特征在于所述采樣單元為分別與每一路逆變器的交流側(cè)連接的交流側(cè)采樣單元。
37.如權(quán)利要求36所述的用于核電站動(dòng)力應(yīng)急電源的蓄能系統(tǒng)模塊，其特征在于所述內(nèi)置控制器包括與所述一路逆變器的交流側(cè)連接的交流側(cè)采樣模塊。分別與所述交流側(cè)采樣模塊、中央控制器和一路逆變器連接的控制模塊，用于根據(jù)所述交流側(cè)采樣模塊采集的電信號(hào)以及中央控制器的控制信號(hào)，使所述一路逆變器輸出的電信號(hào)值與預(yù)設(shè)電信號(hào)值相同。
38.如權(quán)利要求36所述的用于核電站動(dòng)力應(yīng)急電源的蓄能系統(tǒng)模塊，其特征在于所述每一路逆變器的交流側(cè)與交流母線之間還連接有一交流濾波單元。
39.如權(quán)利要求36或38所述的用于核電站動(dòng)力應(yīng)急電源的蓄能系統(tǒng)模塊，其特征在于所述每一路逆變器的直流側(cè)與直流母線之間還連接有一直流濾波單元。
40.如權(quán)利要求36所述的用于核電站動(dòng)力應(yīng)急電源的蓄能系統(tǒng)模塊，其特征在于所述中央控制器分別通過(guò)雙線串行通信的CAN-BUS總線分別與所述多個(gè)內(nèi)置控制器連接。
41.如權(quán)利要求36所述的用于核電站動(dòng)力應(yīng)急電源的蓄能系統(tǒng)模塊，其特征在于所述交流側(cè)采樣單元采集的電信號(hào)包括交流電壓、交流電流和相角。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于核電站動(dòng)力應(yīng)急電源的蓄能系統(tǒng)模塊，包括由多個(gè)電池模組并聯(lián)構(gòu)成的電池陣列、通過(guò)直流母線與各所述電池模組電連接的換流裝置，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制各電池模組狀態(tài)的電池管理系統(tǒng)。所述電池模組由多個(gè)電池包串聯(lián)或/和并聯(lián)構(gòu)成，所述換流裝置包括多路換流單元，采樣單元、分別與所述多路換流單元連接的多個(gè)內(nèi)置控制器，以及分別與所述采樣單元和多個(gè)內(nèi)置控制器連接的中央控制器。所述電池管理系統(tǒng)由電池狀態(tài)參數(shù)采集元件、信號(hào)檢測(cè)模塊、電池模組監(jiān)控器組成。本發(fā)明可在廠外主電源、輔助電源和廠內(nèi)應(yīng)急電源失去時(shí)、而應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)不能正常起動(dòng)時(shí)，用作應(yīng)急電源的蓄能系統(tǒng)模塊，維持核電站重要用電設(shè)備正常運(yùn)行。
文檔編號(hào)H02J9/00GK102201691SQ201110131128
公開(kāi)日2011年9月28日 申請(qǐng)日期2011年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月20日
發(fā)明者宮振波, 朱鋼, 李吉生, 王成銘, 王永年, 韓雪華 申請(qǐng)人:中國(guó)廣東核電集團(tuán)有限公司, 大亞灣核電運(yùn)營(yíng)管理有限責(zé)任公司