有源逆變放電裝置在電力直流操作電源中的應用分析

摘要：介紹采用逆變放電裝置的一體化直流操作電源系統，并對蓄電池放電參數進行檢測，證明該裝置可在線對電池放電并逆變回饋電網。裝置有恒流放電，維護方便等特點。

關鍵詞：有源逆變 蓄電池放電 DC/DC DC/AC

0 引言

電力直流操作電源系統通常由蓄電池組、充電器、饋線、檢測、監(jiān)控等組成，作為變電站（所）的控制、信號、操作、保護及自動裝置、事故照明等設備的控制和操作電源。是變電站（所）正常運行的重要環(huán)節(jié)。

蓄電池組作為能量儲存及轉換的裝置，是該系統的核心，因此對蓄電池組的維護及檢修成為站內二次工作人員的常規(guī)內容。在蓄電池組維護過程中，為活化蓄電池、測量蓄電池容量，須定期（半年或一年）對蓄電池進行充放電試驗。目前較多采用的是電阻放電裝置，將電能轉化為熱能，該種放電方式簡單，易于操作，造價低。但這種放電方式存在以下弊端：①需要專業(yè)人員進行跟蹤，勞動強度較大。②放電電流無法保持恒定，對蓄電池測量結果有較大偏差。③裝置釋放熱量較大，對設備環(huán)境形成安全隱患。

有源逆變蓄電池放電裝置可將直流電轉為交流并回饋電網，該裝置采用DSP數字控制技術，結合高頻開關整流技術及直流監(jiān)控單元，可設定放電電流及放電終止條件，計算蓄電池容量，具有高可靠、高集成性的特點。

1 有源逆變放電系統的原理及組成

1.1逆變放電裝置原理 裝置由DC/DC和DC/AC兩個功率單元組成，除此之外還有輔助電源、輸入輸出檢測保護電路、切換電路。直流輸入經EMI濾波以滿足輸入電流諧波及EMC標準。DC/DC變換經過高頻變壓器輸出后經整流濾波輸出DC，用于后級DC/AC全橋逆變電路工作輸出AC220V。可控硅切換作用是可切換逆變模塊為逆變輸出還是回饋電網。

輔助電源為兩種，一種在DC/DC變換之前，利用直流輸入產生控制電路所需電源。另一種利用交流電網輸入產生控制電路所需電源。輸入檢測實現輸入過欠壓檢測。DC/DC，DC/AC檢測保護電路包括輸出電壓電流檢測，風扇溫度檢測等，用于對DC/DC、DC/AC進行控制和保護。485通訊用于實現通訊功能。

DC/DC，DC/AC變換控制電路可控制蓄電池恒流放電，并將直流電壓變換為整流逆變電路所需的電壓。蓄電池放電設置電流與實際電流進行比較，誤差信號經過內部調節(jié)器送入控制器，控制器產生控制信號，經驅動電路驅動后控制IGBT元件，即可使實際放電電流跟蹤給定電流，達到恒流放電的目的。如整流逆變電路故障無法向電網回饋交流電，而此時直流變換控制電路仍處于恒流放電狀態(tài)，會引起直流側電壓升高。為避免設備過壓，在控制電路中引入電壓限壓控制環(huán)，當直流側電壓高于設定值時，電路轉換為恒壓控制。

1.2 系統配置方案 本文舉例在10~110kV變電站（所）應用案例的系統組成：充電器、監(jiān)控單元、檢測單元，逆變放電裝置。原理圖如下圖2所示（圖中僅表示各部件間電氣聯系，省略必要的保護器件）：

配置表：充電器：艾默生ER22010/T；蓄電池：理士DJ200；電池巡檢儀：艾默生EBU01；監(jiān)控單元：艾默生EMU10；檢測單元：艾默生EDU01；逆變放電裝置：艾默生UBI3KVA-220F；諧波表：斯菲爾PA2000。

2 案例分析

本文舉例國內某35kV地面變電站，采用一體化成套電源柜，配置200Ah（10小時放電率）蓄電池一組（104只），40A充電器一組，一臺3kVA有源逆變放電裝置，一臺監(jiān)控單元及一套檢測單元。

該站僅有一組蓄電池，站內常規(guī)負荷電流小于10A，蓄電池長期處于浮充電運行狀態(tài)。采用的放電維護方法是：每年以實際負荷做一次核對性放電，放出額定容量的30-40％（10小時率60Ah~80Ah）；每3年做一次容量試驗，放電深度為80％C10(即160Ah)。

采用有源逆變放電裝置進行放電試驗，由監(jiān)控單元通過通訊接口（RS485）設定放電電流（10小時放電率電流20A），放電終止電壓（2V×104=208V）。監(jiān)控裝置發(fā)出關閉直流電源命令，啟動有源逆變放電裝置。電池巡檢儀實時檢測每只蓄電池的電壓并通過通信口（RS485）上傳給監(jiān)控單元，當電池總電壓低于208V時或單只電池電壓低于2V時，監(jiān)控單元發(fā)出關閉有源放電裝置命令，重新啟動直流電源。放完電后立即用20A電流進行恒流限壓充電→恒壓充電→浮充電，反復放充2~3次，蓄電池組容量得到恢復。

放電過程中在監(jiān)控單元顯示屏中觀察，蓄電池放電電流上限為20.02A，下限為19.98A，紋波系數不超過0.1%，說明蓄電池放電電流為恒定。輸出交流側采用電力多功能諧波表檢測，輸出電流波形接近理想正弦波，且與電網電壓反向，說明該裝置為向電網回饋能量模式運行，諧波表顯示交流輸出電流諧波總畸變率THD≤3%。

3 結語

本文采用一體化直流操作電源設備，應用逆變電源設備，實現在線控制蓄電池放電并回饋電網，具有以下特點：①將蓄電池放電能量回饋電網，避免采用電阻假負載放電發(fā)熱造成的各種隱患；②放電裝置為恒流放電，更準確計算蓄電池容量，在線偵測蓄電池特性。③整流、逆變裝置均可熱插拔，維護方便。

參考文獻：

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