直流系统蓄电池并联保护器的应用 -电力系统保护与控制杂志社投稿

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直流系统蓄电池并联保护器的应用

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以蓄电池组为核心的传统变电站直流系统，在核容放电过程中会出现蓄电池组并联的情况，此操作难度大，容易导致环流和误操作的风险，严重威胁蓄电池的使用寿命。针对这一缺陷，国网浙江省建德市供电有限公司的研究人员蒋国臻、王嘉斌、王森、毛荣、徐泽政，在2020年第5期《电气技术》杂志上撰文，提出用蓄电池并联保护器对蓄电池组进行独立的充放电管理，支持变电站直流系统的并联应用，并提出了其在变电站直流系统的应用方案。若该技术得到大力推广，则能够增强变电站蓄电池组的安全性，简化蓄电池维护作业程序，降低变电站的维护成本，具有广阔的应用前景。

变电站的直流系统在电力、通信、信息领域均具有非常重要的作用，能够为控制信号、继电保护、自动装置及事故照明等提供可靠的稳定直流电源，为操作系统提供可靠的操作。目前，变电站的蓄电池是按一定的标准进行配备的：一般220kV变电站配备两组蓄电池，接线方式是一组蓄电池接一段母线，母线之间由开关控制，互为后备电源；一般110kV及以下等级变电站仅配备一组蓄电池。对于变电站，不管是配备一组蓄电池还是两组蓄电池，在核容放电过程中都需要接入备用电池，出现两组蓄电池直接并联的情况。变电站直流系统操作规程中明确规定，两组电池压差小于2V时才能进行短时间并联切换，操作难度较大，对操作人员的要求和依赖性较高，存在误操作的风险。本文通过对传统变电站直流系统并联方式的分析，提出了用变电站直流系统并联保护器支持变电站直流系统的并联应用，从而简化了直流系统之间备用切换的流程，降低了变电站的电力失效的风险，提高了电力系统的安全性。

1 传统变电站直流系统的并联方式及存在的风险以220kV变电站直流系统为例，传统的配置为直流屏1#接蓄电池组1#，直流屏2#接蓄电池组2#，直流母线之间由开关控制，在出现异常或维护过程中互为后备电源，其配置如图1所示。在将直流系统2切换为直流系统1备用时，为了避免蓄电池组1#放电后与直流屏1#或蓄电池组2#回路压差，造成大电流对直流系统造成的损害，需要控制母线合闸，直流屏1#退出，蓄电池组1#退出，由直流屏2#承担直流系统1的后备电源供电的作用。放电结束后，需要人工调节直流屏1#降低充电电压，逐步提升直流屏的输出电压，对蓄电池组1#充电，充满电后直流屏1#和蓄电池组1#重新接入系统，使控制母线和电源母线断开，恢复放电前原有系统的连接。

图1 220kV变电站直流系统传统配置图在备用接入和备用退出时均会出现蓄电池直接并联的情况，操作人员必须保证直流系统的压差小于2V时再进行短时并联。当两组直接并联的电池端电压存在压差时，会出现高电压电池组向低电压电池组放电，产生一个环流。蓄电池组内阻差异越大，电压差异越大，环流也越大。即使只是短时间的环流过程，也会严重影响到蓄电池的使用寿命，甚至可能导致电池损坏。

2 直流系统蓄电池组并联保护器及安全性分析为消除传统直流系统并联时蓄电池组之间的环流问题，本文设计一个并联保护器对两组电池进行完全独立的充电管理系统，其实现原理如图2所示。

图2 直流系统并联技术实现原理图将并联保护器连接至直流屏及蓄电池组之间，由直流屏提供直流输入，由并联保护器控制蓄电池组的充电电压及充电电流。每组电池配备相应的控制系统进行独立的充放电管理。为保证在外部交流供电异常时，使蓄电池组能够及时对负载进行供电，在蓄电池与直流母线之间的连接采用单向器件直接连接，以避免放电环流的影响。并联保护器是由CPU模块作为核心处理器，外围电路功能模块包括充电功能模块、放电功能模块、接口模块和电压电流采集模块。CPU模块可以通过接口模块输入的电池信息，采用脉宽调制（pulse w modulation, PWM）电路智能调节充电模块对电池的充电电压和充电电流，CPU模块可以对电压电流采集模块所采集的电流、电压等信号进行处理，实现对电池充电电压和充电电流的精确控制。2.1 充电通道安全性分析在并联保护器中的直流屏与蓄电池组之间接入IGBT（insulated gate bipolar transistor），通过PWM电路控制充电电压和充电电流大小，对充电电流进行限制。两组蓄电池通过并联保护器并联连接时，其充电通道并联等效电路如图3所示。当端电压较低的蓄电池组充电电流较大时，控制系统会智能调节PWM1或PWM2的脉冲频率，降低对蓄电池组的电流输入，阻止充电电流进一步增大，避免大电流充电对蓄电池造成损伤。

文章来源：《电力系统保护与控制》网址: http://www.dlxtbhykzzz.cn/zonghexinwen/2020/0801/414.html

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