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以蓄電池組為中心的傳統(tǒng)變電站直流屏系統(tǒng),，在核容放電進(jìn)程中會(huì)出現(xiàn)蓄電池組并聯(lián)的狀況,，此操作難度大，簡(jiǎn)單導(dǎo)致環(huán)流和誤操作的風(fēng)險(xiǎn),，嚴(yán)重威脅蓄電池的運(yùn)用壽命,。

針對(duì)這一缺點(diǎn)，國(guó)網(wǎng)浙江省建德市供電有限公司的研究人員蔣國(guó)臻,、王嘉斌,、王森、毛榮,、徐澤政,，在2020年第5期《電氣技能》雜志上撰文，提出用蓄電池并聯(lián)保護(hù)器對(duì)蓄電池組進(jìn)行獨(dú)立的充放電處理,，支撐變電站直流屏系統(tǒng)的并聯(lián)運(yùn)用,，并提出了其在變電站直流屏系統(tǒng)的運(yùn)用計(jì)劃。若該技能得到大力推廣,，則能夠增強(qiáng)變電站蓄電池組的安全性,，簡(jiǎn)化蓄電池保護(hù)作業(yè)程序，下降變電站的保護(hù)成本,，具有寬廣的運(yùn)用前景,。

變電站的直流屏系統(tǒng)在電力、通信,、信息領(lǐng)域均具有非常重要的作用,，能夠?yàn)榭刂菩盘?hào)、繼電保護(hù),、自動(dòng)裝置及事端照明等供應(yīng)可靠的穩(wěn)定直流電源,，為操作系統(tǒng)供應(yīng)可靠的操作。現(xiàn)在,，變電站的蓄電池是按必定的規(guī)范進(jìn)行配備的：一般220kV變電站配備兩組蓄電池,，接線辦法是一組蓄電池接一段母線，母線之間由開關(guān)控制，互為后備電源,；一般110kV及以下等級(jí)變電站僅配備一組蓄電池,。

關(guān)于變電站，不管是配備一組蓄電池仍是兩組蓄電池,，在核容放電進(jìn)程中都需求接入備用電池,，出現(xiàn)兩組蓄電池直接并聯(lián)的狀況。變電站直流屏系統(tǒng)操作規(guī)程中明確規(guī)定,，兩組電池壓差小于2V時(shí)才華進(jìn)行短時(shí)間并聯(lián)切換,，操作難度較大，對(duì)操作人員的要求和依賴性較高,，存在誤操作的風(fēng)險(xiǎn),。

本文通過對(duì)傳統(tǒng)變電站直流屏系統(tǒng)并聯(lián)辦法的分析，提出了用變電站直流屏系統(tǒng)并聯(lián)保護(hù)器支撐變電站直流屏系統(tǒng)的并聯(lián)運(yùn)用,，然后簡(jiǎn)化了直流屏系統(tǒng)之間備用切換的流程,，下降了變電站的電力失效的風(fēng)險(xiǎn)，提高了電力系統(tǒng)的安全性,。

1傳統(tǒng)變電站直流屏系統(tǒng)的并聯(lián)辦法及存在的風(fēng)險(xiǎn)

以220kV變電站直流屏系統(tǒng)為例,，傳統(tǒng)的配備為直流屏1#接蓄電池組1#，直流屏2#接蓄電池組2#,，直流母線之間由開關(guān)控制,，在出現(xiàn)異常或保護(hù)進(jìn)程中互為后備電源,，其配備如圖1所示,。

在將直流屏系統(tǒng)2切換為直流屏系統(tǒng)1備用時(shí)，為了避免蓄電池組1#放電后與直流屏1#或蓄電池組2#回路壓差,，構(gòu)成大電流對(duì)直流屏系統(tǒng)構(gòu)成的危害,，需求控制母線合閘，直流屏1#退出,，蓄電池組1#退出,，由直流屏2#承當(dāng)直流屏系統(tǒng)1的后備電源供電的作用。

放電完畢后,，需求人工調(diào)理直流屏1#下降充電電壓,，逐步提高直流屏的輸出電壓，對(duì)蓄電池組1#充電,，充滿電后直流屏1#和蓄電池組1#從頭接入系統(tǒng),，使控制母線和電源母線斷開，恢復(fù)放電前原有系統(tǒng)的聯(lián)接,。

圖1220kV變電站直流屏系統(tǒng)傳統(tǒng)配置圖

在備用接入和備用退出時(shí)均會(huì)出現(xiàn)蓄電池直接并聯(lián)的狀況,，操作人員有必要保證直流屏系統(tǒng)的壓差小于2V時(shí)再進(jìn)行短時(shí)并聯(lián),。當(dāng)兩組直接并聯(lián)的電池端電壓存在壓差時(shí)，會(huì)出現(xiàn)高電壓電池組向低電壓電池組放電,，發(fā)生一個(gè)環(huán)流,。蓄電池組內(nèi)阻差異越大，電壓差異越大,，環(huán)流也越大,。即便僅僅短時(shí)間的環(huán)流進(jìn)程，也會(huì)嚴(yán)峻影響到蓄電池的使用壽命,，甚至或許導(dǎo)致電池?fù)p壞,。

2直流屏體系蓄電池組并聯(lián)保護(hù)器及安全性分析

為消除傳統(tǒng)直流屏體系并聯(lián)時(shí)蓄電池組之間的環(huán)流問題，本文規(guī)劃一個(gè)并聯(lián)保護(hù)器對(duì)兩組電池進(jìn)行完全獨(dú)立的充電管理體系,，其實(shí)現(xiàn)原理如圖2所示。

圖2直流屏系統(tǒng)并聯(lián)技術(shù)實(shí)現(xiàn)原理圖

將并聯(lián)保護(hù)器連接至直流屏及蓄電池組之間,，由直流屏提供直流輸入,，由并聯(lián)保護(hù)器控制蓄電池組的充電電壓及充電電流。每組電池配備相應(yīng)的控制系統(tǒng)進(jìn)行獨(dú)立的充放電管理,。為保證在外部交流供電異常時(shí),，使蓄電池組能夠及時(shí)對(duì)負(fù)載進(jìn)行供電，在蓄電池與直流母線之間的連接采用單向器件直接連接,，以避免放電環(huán)流的影響,。

并聯(lián)保護(hù)器是由CPU模塊作為核心處理器，外圍電路功能模塊包括充電功能模塊,、放電功能模塊,、接口模塊和電壓電流采集模塊。CPU模塊可以通過接口模塊輸入的電池信息,，采用脈寬調(diào)制（PWM）電路智能調(diào)節(jié)充電模塊對(duì)電池的充電電壓和充電電流,，CPU模塊可以對(duì)電壓電流采集模塊所采集的電流、電壓等信號(hào)進(jìn)行處理,，實(shí)現(xiàn)對(duì)電池充電電壓和充電電流的精確控制,。

1充電通道安全性分析

在并聯(lián)保護(hù)器中的直流屏與蓄電池組之間接入IGBT，通過PWM電路控制充電電壓和充電電流大小,，對(duì)充電電流進(jìn)行限制,。兩組蓄電池通過并聯(lián)保護(hù)器并聯(lián)連接時(shí)，其充電通道并聯(lián)等效電路如圖3所示,。

當(dāng)端電壓較低的蓄電池組充電電流較大時(shí),，控制系統(tǒng)會(huì)智能調(diào)節(jié)PWM1或PWM2的脈沖頻率，降低對(duì)蓄電池組的電流輸入,，阻止充電電流進(jìn)一步增大,，避免大電流充電對(duì)蓄電池造成損傷,。

圖3充電通道并聯(lián)等效電路圖

在進(jìn)行充電限制之后，不論在何種條件下進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間并聯(lián),，均不會(huì)出現(xiàn)電池組大電流充電的情況,。

2放電通道安全性剖析

在外部交流供電異常時(shí)，蓄電池組由連接在直流屏正極與蓄電池組正極之間的大功率二極管VD1/VD2無縫對(duì)負(fù)載進(jìn)行供電,。放電通道并聯(lián)等效電路如圖4所示,。在電池組并聯(lián)時(shí)，即便兩組電池存在電壓差,，高電壓蓄電池組與低電壓蓄電池組之間也不導(dǎo)通,，不存在充電回路，故避免了環(huán)流現(xiàn)象的產(chǎn)生,。

3保護(hù)進(jìn)程安全性剖析

根據(jù)上述直流屏體系并聯(lián)技能,，在變電站進(jìn)行蓄電池保護(hù)進(jìn)程中，可在直接進(jìn)行母聯(lián)合閘后,，將待保護(hù)直流屏體系中并聯(lián)保護(hù)器的充電回路斷開,，使蓄電池在線進(jìn)行放電。放電完成后再將電池組主動(dòng)轉(zhuǎn)入充電狀況,，由并聯(lián)保護(hù)器控制體系對(duì)充電電壓和充電電流進(jìn)行有效的調(diào)節(jié),。

例如：對(duì)測(cè)試蓄電池組進(jìn)行0.1C的恒流充電，在蓄電池組充電達(dá)80%后再轉(zhuǎn)為恒壓充電,，最終進(jìn)入涓流充電狀況,，避免了大電流充電對(duì)蓄電池組的損傷；電池充滿電后直接斷開母聯(lián),，康復(fù)正常連接,。本文介紹的并聯(lián)技能保證了蓄電池組在保護(hù)進(jìn)程中直流屏體系的供電安全性，簡(jiǎn)化了蓄電池組放電保護(hù)作業(yè)流程,。

圖4放電通道并聯(lián)等效電路圖

3直流屏體系并聯(lián)保護(hù)器的使用

1單組蓄電池的改善

在僅裝備單組蓄電池的變電站中,，能夠?qū)⒃械男铍姵亟M與直流母線之間接入1套并聯(lián)保護(hù)器，當(dāng)需要對(duì)電池組進(jìn)行保護(hù)時(shí),，斷開并聯(lián)保護(hù)器的充電回路即可進(jìn)行在線核容放電實(shí)驗(yàn),，放電過程中電池仍可作為直流屏體系的備用電池。關(guān)于單組電池變電站,，能夠使用本文并聯(lián)技術(shù),，別的添加1套并聯(lián)保護(hù)器和1組與原有蓄電池組電壓等級(jí)相同的蓄電池組接入直流母線。特別是關(guān)于面臨退役的蓄電池組,，在蓄電池組更換過程中,，能夠由此新增蓄電池組作為后備電源，如圖5所示,。一起,，還能夠一定程度上滿意變電站容量擴(kuò)大的需求,，或延長(zhǎng)變電站的供電時(shí)間，為交流供電的搶修爭(zhēng)取更多的時(shí)間,。

2雙組蓄電池的改善

關(guān)于裝備了兩組蓄電池的變電站,，將原有的兩組蓄電池各添加1套并聯(lián)保護(hù)器。改善后的直流屏體系在互為備用,、母線刀閘閉合時(shí),，直流母線的壓差即使超過2V也不會(huì)造成蓄電池組的損傷，然后簡(jiǎn)化了蓄電池組放電保護(hù)作業(yè)的過程,，也增強(qiáng)了直流屏體系的安全性,，如圖6所示。

3擬擴(kuò)容變電站的改善

跟著社會(huì)的開展和電力需求的變化,，變電站擴(kuò)容,，變壓器臺(tái)數(shù)隨之添加，變電站內(nèi)的二次繼電保護(hù)和操控回路相應(yīng)添加,，對(duì)直流屏體系的容量需求不斷加大,，蓄電池的容量也需要進(jìn)行相應(yīng)的添加。

關(guān)于220kV的變電站,，如果將原有的兩組蓄電池直接全部更換為更大容量的蓄電池組,，將會(huì)造成蓄電池的巨大糟蹋,。本文蓄電池并聯(lián)保護(hù)器的使用在完成擴(kuò)容的一起充分使用了原有的蓄電池資源,。變電站擴(kuò)容改造計(jì)劃如圖7所示。

圖5雙組電池并聯(lián)應(yīng)用方案

圖6兩套直流屏系統(tǒng)備用并聯(lián)方案

圖7變電站擴(kuò)容改造方案

將原有的兩組蓄電池通過本文方法進(jìn)行并聯(lián)使用,，形成容量更大的蓄電池系統(tǒng)接入直流母線1將另一個(gè)大容量的新蓄電池組及相應(yīng)的控制系統(tǒng)接入直流母線2,。在運(yùn)行幾年后，待原有的兩組蓄電池到了使用壽命后,，再更換成新的大容量的蓄電池組,，將提高蓄電池組的利用率，降低電池采購成本,。

本文提出了對(duì)直流屏蓄電池并聯(lián)保護(hù)器的應(yīng)用,，將蓄電池通過大功率二極管無縫向直流母線供電，同時(shí)避免兩組電池并聯(lián)產(chǎn)生環(huán)流對(duì)蓄電池組造成損傷,；通過IGBT器件對(duì)蓄電池的充電電壓和充電電流進(jìn)行控制,，避免了蓄電池的大電流充電，在保護(hù)蓄電池充電安全的同時(shí)簡(jiǎn)化了蓄電池維護(hù)過程,，增強(qiáng)了變電站直流屏系統(tǒng)運(yùn)行過程中的安全性與可靠性,。

本文所闡述的方法可以在傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)上對(duì)不同等級(jí)的變電站進(jìn)行簡(jiǎn)單的升級(jí)改進(jìn)，而不需要耗費(fèi)大量的人力物力,，改造成本很低,，安全性能更高,。該應(yīng)用如果在電力系統(tǒng)中得以推廣，將能夠增強(qiáng)蓄電池的安全性,，簡(jiǎn)化蓄電池維護(hù)作業(yè)程序,，降低變電站的直流屏維護(hù)成本，故而具有廣闊的應(yīng)用前景,。