使用氫燃料電池的變電站直流系統技術方案

本實用新型專利技術公開了一種使用氫燃料電池的變電站直流系統，涉及直流系統領域。本實用新型專利技術包括直流開關柜、氫燃料電池、供氫系統和系統控制器，其中：直流開關柜內設置有開關整流模塊、降壓裝置、監控單元、蓄電池組和絕緣監察裝置；氫燃料電池包括電化學反應器、整流穩壓電路和監控系統，氫燃料電池與蓄電池組采用兩段直流母線連接，氫燃料電池與供氫系統連接處設置有供氣接口；供氫系統包括供氣總管，供氣總管上通過供氣接口連接有多個氫氣瓶，所述氫氣瓶和供氣總管之間均設置有壓力表和氣閥；系統控制器通過信號線與所述直流開關柜、氫燃料電池和供氫系統相連。本實用新型專利技術既減少了備用蓄電池的使用量，又方便更換氫氣瓶。

DC system for substation using hydrogen fuel cell

The utility model discloses a transformer substation DC system using a hydrogen fuel cell, which relates to the DC system field. The utility model comprises a DC switchgear, hydrogen fuel cells, hydrogen supply system and a system controller, including: DC switch cabinet is provided with a switch rectifier module, step-down device, monitoring unit, battery and insulation monitoring device; hydrogen fuel cell including electrochemical reactor, rectifying circuit and control system of hydrogen fuel cells and batteries group by connecting two sections of the DC bus, hydrogen fuel cells and hydrogen supply system is provided with a gas interface; hydrogen supply system consists of air supply duct, a plurality of hydrogen cylinders through the air supply is connected with air supply duct, a pressure gauge and a valve are arranged between the hydrogen cylinders and gas supply duct system through the signal line and the controller; the DC switchgear, hydrogen fuel cell and hydrogen supply system. The utility model not only reduces the use of the spare accumulator, but also facilitates the replacement of the hydrogen cylinder.

【技術實現步驟摘要】
使用氫燃料電池的變電站直流系統
本技術涉及直流系統領域，特別是指一種使用氫燃料電池的變電站直流系統。
技術介紹
變電站直流電源是變電站必不可少的重要設備，直流電源中最主要的組成部分是備用電源。備用電源在直流系統中能夠為現場機械設備操作和控制提供電源，為調節設備的傳動機構、通信設備應急情況和監控設備提供穩定的電源，因此，備用電源性能的好壞直接影響著變電站整個系統工作的穩定性和可靠性。現有的蓄電池式直流電源有很多固有缺點，處于浮充狀態下的電池，有柵板腐蝕、硫化、結晶和熱失控等諸多問題影響其壽命，因此電池的維修、更換也是變電站日常工作中的一項重要任務，而換掉的舊電池又會產生浪費并對環境造成嚴重污染。新型清潔能源-氫燃料電池能夠彌補上述缺點，能夠在常溫下運行，其反應最終產物是水，效率高達50％，不管從環保角度還是從節能高效上講，都有著廣闊的市場前景和競爭力。
技術實現思路
本技術提供一種使用氫燃料電池的變電站直流系統，既減少了備用蓄電池的使用量，又方便更換氫氣瓶。為解決上述技術問題，本技術提供技術方案如下：一種使用氫燃料電池的變電站直流系統，包括直流開關柜、氫燃料電池、供氫系統和系統控制器，其中：所述直流開關柜內設置有開關整流模塊、降壓裝置、用于監控直流電源系統的運行狀態的監控單元、用作備用電源的蓄電池組和用于監測接地故障的絕緣監察裝置；所述氫燃料電池包括電化學反應器、整流穩壓電路和用于監控和檢測每節燃料電池的輸出情況的監控系統，所述氫燃料電池與所述直流開關柜中的蓄電池組采用兩段直流母線連接；所述供氫系統包括用于為所述氫燃料電池供氣的供氣總管，所述供氣總管上通過供氣接口連接有多個氫氣瓶，所述氫氣瓶和供氣總管之間均設置有壓力表和氣閥；所述系統控制器通過信號線與所述直流開關柜、氫燃料電池和供氫系統相連。進一步的，所述氫燃料電池的整流穩壓電路包括燃料電池發電系統、DC/DC變換器、蓄電池充電管理單元、系統控制單元、蓄電池和弱電供電單元，其中：所述燃料電池發電系統與所述系統控制單元連接，接收系統控制單元下發的控制命令；所述燃料電池發電系統的輸出端連接所述DC/DC變換器的輸入端，所述DC/DC變換器的輸出端連接所述系統單元、蓄電池充電管理單元和弱電供電單元；所述系統控制單元與所述蓄電池充電管理單元連接；所述蓄電池充電管理單元與蓄電池之間、蓄電池充電管理單元與系統控制單元之間均設置有開關。進一步的，所述供氫系統和氫燃料電池之間設置有安全閥和供氣總閥。進一步的，所述反應器包括膜電極、雙極板和氣體通道，所述膜電極為陽極、陰極和質子交換膜中加入全氟磺酸樹脂形成的電極-膜-電極組件。進一步的，所述兩段直流母線之間設置有聯絡開關，所述絕緣監察裝置設置在每段直流母線上。本技術具有以下有益效果：本技術中，直流開關柜為變電站提供直流電，正常情況下使用市電作為電源，當發生停電狀況時，切換到備用電源為變電站提供直流電；本技術中取消了多數的蓄電池組，只保留部分蓄電池作為過渡電源，在氫燃料電池啟動到穩定供電期間，由部分蓄電池組提供直流電，大量減少了蓄電池的使用，減少了環境污染；系統控制器通過信號線與直流開關柜、氫燃料電池和供氫系統相連，主要監測：直流開關柜的電流、電壓，蓄電池組的電量及充放電控制；氫燃料電池的反應狀況、輸出電壓和輸出氣壓等；供氫系統中各氫氣瓶的壓力以及預計剩余氣體可用時間等。供氫系統由多個獨立的氫氣瓶組成，每個氫氣瓶都有單獨的氣閥，通過一根總管共同供氣，當某個氫氣瓶內氫氣量不足時，關閉該氫氣瓶與總管的氣閥，單獨更換，不影響系統的正常運行。附圖說明圖1為本技術的使用氫燃料電池的變電站直流系統的整體結構圖；圖2為本技術的使用氫燃料電池的變電站直流系統的整流穩壓電路示意圖；圖3為本技術的使用氫燃料電池的變電站直流系統的備用電源系統模式示意圖。具體實施方式為使本技術要解決的技術問題、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖及具體實施例進行詳細描述。本技術提供一種使用氫燃料電池的變電站直流系統，如圖1-3所示，包括直流開關柜1、氫燃料電池2、供氫系統3、系統控制器4，其中：直流開關柜1內設置有開關整流模塊5、降壓裝置(未示出)、用于監控直流電源系統的運行狀態的監控單元、用作備用電源的蓄電池組6和用于監測接地故障的絕緣監察裝置(未示出)；監控單元具備自診斷功能，能夠診斷內部的電路故障和不正常的運行狀態，并以硬接點和報文形式給出警報到變電站綜合自動化系統后臺，且監控單元退出不影響整個直流電源系統的可靠運行，開關整流模塊5由主電路、調整控制電路和輔助電路三部分組成，主電路由交流整流濾波、直流-直流變換器等元器件組成，其作用是從單相或三相交流電網取得交流電，并將其轉換位為符合要求的直流電，降壓裝置有兩種，一是單獨采用硅鏈自動調壓裝置的調壓裝置，二是采用硅鏈自動調壓裝置和DC/DC穩壓器構成的高頻開關無極調壓裝置；氫燃料電池2包括電化學反應器、整流穩壓電路和用于監控和檢測每節燃料電池的輸出情況的監控系統，氫燃料電池2與所述直流開關柜1中的蓄電池組6采用兩段直流母線連接；供氫系統3包括用于為所述氫燃料電池供氣的供氣總管8，供氣總管8上通過供氣接口7連接有多個氫氣瓶9，氫氣瓶9和供氣總管8之間均設置有壓力表10和氣閥11；系統控制器4通過信號線12與直流開關柜1、氫燃料電池2和供氫系統3相連。本技術中，直流開關柜為變電站提供直流電，正常情況下使用市電作為電源，當發生停電狀況時，切換到備用電源為變電站提供直流電；本技術中取消了多數的蓄電池組，只保留部分蓄電池作為過渡電源，在氫燃料電池啟動到穩定供電期間，由部分蓄電池組提供直流電，大量減少了蓄電池的使用，減少了環境污染；系統控制器通過信號線與直流開關柜、氫燃料電池和供氫系統相連，主要監測：直流開關柜的電流、電壓，蓄電池組的電量及充放電控制；氫燃料電池的反應狀況、輸出電壓和輸出氣壓等；供氫系統中各氫氣瓶的壓力以及預計剩余氣體可用時間等。供氫系統由多個獨立的氫氣瓶組成，每個氫氣瓶都有單獨的氣閥，通過一根總管共同供氣，當某個氫氣瓶內氫氣量不足時，關閉該氫氣瓶與總管的氣閥，單獨更換，不影響系統的正常運行。優選的，氫燃料電池2的整流穩壓電路包括燃料電池發電系統14、DC/DC變換器15、蓄電池充電管理單元16、系統控制單元17、蓄電池18和弱電供電單元19，其中：燃料電池發電系統14與系統控制單元17連接，接收系統控制單元17下發的控制命令；燃料電池發電系統14的輸出端連接DC/DC變換器15的輸入端，DC/DC變換器15的輸出端連接系統控制單元17、蓄電池充電管理單元16和弱電供電單元19；系統控制單元17與蓄電池充電管理單元16連接；蓄電池充電管理單元16與蓄電池18之間、蓄電池充電管理單元16與系統控制單元17之間均設置有開關。在氫燃料電池2的整流穩壓電路中，系統控制單元根據工作電源的供電狀態、蓄電池的剩余電量、備用系統狀態等控制備用電源系統中燃料電池發電系統的啟動與停止、蓄電池的充放電、備用電池的投入與切除；備用電源系統具有三種工作模式：待機模式、蓄電池供電模式和燃料電池供電模式。如圖2-3所示，備用電源系統安裝完成后，閉合開關K1為負載設備供本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種使用氫燃料電池的變電站直流系統，其特征在于，包括直流開關柜、氫燃料電池、供氫系統和系統控制器，其中：所述直流開關柜內設置有開關整流模塊、降壓裝置、用于監控直流電源系統的運行狀態的監控單元、用作備用電源的蓄電池組和用于監測接地故障的絕緣監察裝置；所述氫燃料電池包括電化學反應器、整流穩壓電路和用于監控和檢測每節燃料電池的輸出情況的監控系統，所述氫燃料電池與所述直流開關柜中的蓄電池組采用兩段直流母線連接；所述供氫系統包括用于為所述氫燃料電池供氣的供氣總管，所述供氣總管上通過供氣接口連接有多個氫氣瓶，所述氫氣瓶和供氣總管之間均設置有壓力表和氣閥；所述系統控制器通過信號線與所述直流開關柜、氫燃料電池和供氫系統相連。

【技術特征摘要】
1.一種使用氫燃料電池的變電站直流系統，其特征在于，包括直流開關柜、氫燃料電池、供氫系統和系統控制器，其中：所述直流開關柜內設置有開關整流模塊、降壓裝置、用于監控直流電源系統的運行狀態的監控單元、用作備用電源的蓄電池組和用于監測接地故障的絕緣監察裝置；所述氫燃料電池包括電化學反應器、整流穩壓電路和用于監控和檢測每節燃料電池的輸出情況的監控系統，所述氫燃料電池與所述直流開關柜中的蓄電池組采用兩段直流母線連接；所述供氫系統包括用于為所述氫燃料電池供氣的供氣總管，所述供氣總管上通過供氣接口連接有多個氫氣瓶，所述氫氣瓶和供氣總管之間均設置有壓力表和氣閥；所述系統控制器通過信號線與所述直流開關柜、氫燃料電池和供氫系統相連。2.根據權利要求1所述的使用氫燃料電池的變電站直流系統，其特征在于，所述氫燃料電池的整流穩壓電路包括燃料電池發電系統、DC/DC變換器、蓄電池充電管理單元、系統控制單元、蓄電池和弱電供電單元，其中...

【專利技術屬性】
技術研發人員：杜宗展，高琦，
申請(專利權)人：山東大學，
類型：新型
國別省市：山東,37