张莎，王斌，罗晨，牟雪鹏，朱永清
贵州电网有限责任公司电网规划研究中心，贵阳550002
摘要：本文针对传统串联型直流系统的特点及存在问题进行分析，提出一种新型并联直流系统解决方案，并对该直流系统的模块组成、工作原理和优点详细介绍，并联型直流系统解决了原直流系统存在的问题，并为推广智能电网建设奠定了基础。
关键词：并联型直流系统；可靠性；利用率；在线核容和检修
0 引言
直流系统是变电站非常重要的组成部分，它的主要任务就是给继电保护装置、断路器操作、各类信号回路提供电源, 由蓄电池组、充电设备、直流屏等设备组成。直流系统的正常运行与否，关系到继电保护及断路器能否正确动作，会影响变电站乃至整个电网的安全运行。直流系统由充电设备、蓄电池、直流屏、直流分屏、绝缘监察装置、负载等组成。
传统串联直流系统存在电池在线核容、提前发现问题蓄电池、在线更换维护、蓄电池新旧混合使用等问题，对直流系统的安全可靠性产生较大影响，在此提出一种新型的并联型直流系统，来解决原串联型直流系统存在的相关问题。
1串联型直流系统
1.1特点
传统直流系统为串联型蓄电池组，蓄电池组通过104只蓄电池串联达到DC220V电压，与充电机组输出端并联于直流母线上，通过直流馈线开关为直流负荷提供可靠性稳定的直流电源。串联电池直流系统构成方式为充电机组+阀控式铅酸蓄电池组+电池巡检仪+监控系统，是使用最为广泛的系统方案。
1.2存在问题
蓄电池组在直流系统中地位十分重要，蓄电池组可靠与否，是关系到变电站直流系统在事故情况下能否正常发挥作用的关键因素。近几十年来这种串联结构没有任何变化。随着直流电能转换技术、在线监测技术、蓄电池技术不断发展，却难以根本改善蓄电池的安全可靠性问题，从而使得蓄电池串联连接结构产生的诸多问题变得越来越突出。
1.2.1单体结构及接线方式影响整组输出
串联型蓄电池组中只要有任何一点出现开路故障或单只蓄电池内部质量问题，整个蓄电池组将无法向负载供电。因此，由于蓄电池间串联结构引出了直流系统的可靠性问题。
1.2.2蓄电池电参数需严格保持一致
不同品牌、不同类型蓄电池不能混合使用，部分故障会导致整组报废，使蓄电池利用效率降低。
1.2.3不能在线全容量核容、在线更换
因铅酸蓄电池组容量的记忆效应，只能靠定期离线全容量核容实验才能真正确定实际容量。即使发现蓄电池内部质量问题也不能进行在线更换维护，需将备用蓄电池组并联带载，再退出问题蓄电池组维护，由另一组蓄电池带全站负荷。蓄电池巡检装置只能对单体电池端电压进行监测，平时蓄电池浮充运行，无法对其实际容量进行在线监测。串联型蓄电池组核容试验要求人员必须在现场，占较大工作比重。
1.2.4蓄电池组只能整组冗余配置、难以分散布置
蓄电池只能整组冗余配置，难以分散布置。因此，由于蓄电池间串联结构引出了直流系统的方便性问题。
1.3直流系统缺陷情况
2015年某省变电站站用直流电源缺陷1372次，同比2014年增长约36%，增加的缺陷次数为一般缺陷，缺陷数据呈逐步增大的趋势，缺陷数据增多的原因，除变电站数量增加之外，最主要的原因还是产品质量以及运维管理等问题。
2并联性直流系统
2.1接线及工作原理
改变电池组的连接方式，可以解决以上问题。
通过将单只12V蓄电池与匹配的并联模块（含AC/DC、DC/DC充放电变换及电池管理）组成并联电源组件，然后通过多只组件输出并联组成并联型直流电源系统。
并联变换电源模块基本工作原理：模块同时接入交流电源及蓄电池。当交流正常时，通过AC/DC给12V蓄电池充电，同时蓄电池通过升压DC/DC变换与母线连接，当交流失电时，升压DC/DC变换器不间断为母线供电，系统实现不间断为重要负荷供电。并联型直流电源系统的蓄电池与交流母线、直流母线及各蓄电池之间全隔离，具备单个模块/蓄电池异常不会影响直流母线电压正常输出、自动在线核容、新旧蓄电池在同一系统中混用、运维简洁等优点。
2.2与串联型直流系统的差异
充电模块、串联蓄电池组、蓄电池组巡检装置、蓄电池组核容假负载取消。
2.3并联型直流系统的优点
2.3.1可靠性更高
相对于传统的104只/2V单体电池串联模式，整串电池整体性能受制于最弱的一支电池性能，整体可靠性是“与”的关系，串联越多，可靠性越差。而并联系统是整体可靠性是“或”的关系，并联越多，可靠性越高。对于常规串联系统若一只电池损坏，则整组输出受影响，而并联型直流系统单只蓄电池损坏，母线由其他模块提供，不影响系统运行。
2.3.2在线核容技术
通过在并联型直流系统中各组件独立配置12V蓄电池的设计方案，组件采用间歇性调控输出电压方式，实现蓄电池在线0.1C10全容量核容功能，解决自动核容管理问题。通过自动核容，提前发现落后蓄电池，其核容结果保存在直流监控中，并支持数据U盘导出，让系统维护变的更为简单。
并联型直流系统可自动对蓄电池在线全容量核容，并且每次只允许一个电池进行核容，利用系统母线负载进行核容，电池核容完成后自动转入均充管理阶段，核容过程中间隔半小时记录核容数据，蓄电池电压低于11V后每10分钟记录一次核容数据，并把核容数据在系统监控界面导出，通过系统N+X冗余设计，即使现场一个模块因核容出现问题退出运行也不影响整个系统的运行。通过自动核容能够及时发现容量落后电池，当核容后的蓄电池容量<80%标称容量时，监控及时发出告警，提醒运维人员对蓄电池进行更换，减小了系统的维护工作量，提高了直流系统运行可靠性。
2.3.3实现新旧电池混用，提升蓄电池利用率
常规直流系统中的部分蓄电池损坏需要整组更换，把没有损坏的电池也一起淘汰，造成资源浪费，单体电池的利用率不高。并联型系统中的每节12V电池是相互独立的，电池可单独进行更换，跟其他的电池无任何关联，系统对可对每节蓄电池进行0.1C10在线核容，提前发现存在异常的蓄电池，把每只蓄电池使用至寿命终止期，同时可以实现新旧电池混用，相比于常规系统，提高蓄电池利用率。
2.3.4在线检修更换蓄电池
并联型直流电源系统中的每只蓄电池对应一个并联变换电源组件，系统中各蓄电池之间相互独立，无直接联系。并联变换电源采用插拔式接头，可以带电热插拔。系统采用N+1/N+2冗余设计，一个并联变换电源组件退出系统对系统供电无影响。蓄电池在线更换只需将相对应的并联变换电源模块交流输入开关及蓄电池输出开关断开，即可对蓄电池进行更换，无需停电。
2.3.5直流电源系统分布式布置
根据并联变换电源组件的特点，可根据直流母线负荷大小灵活选择组件数量，根据变电站不同电压等级设备分布于不同区域，就近为相同电压等级设备设计直流电源系统，可实现全站直流系统分布式布置。该技术减少直流电缆的使用量，降低一次建设成本及绝缘问题的发生率，且无需设置单独蓄电池室，减少投资。
3结论
随着现在智能变电站建设的快速发展，对站用电源模块化、智能化、易更换、易维护等要求也越来越高。并联型直流系统解决了蓄电池在线核容、提前发现问题蓄电池、在线更换维护、蓄电池新旧混合使用等问题。最终实现短期内人力资源与智能设备均衡使用，最优化利用的效果，积累传统电网进行智能电网改造与建设的相关经验，为推广智能电网建设奠定基础。
参考文献
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