變電站蓄電池遠程充放電控制系統的研究

國網湖北電力有限公司檢修公司 周 凱 畢如玉 溫皓瀾 邱紅葉 楊荊宜

1 引言

隨著我國經濟實力和科技水平的不斷提高，人民生產生活對各類能源的需求也越來越大。在眾多能源的需求比重中，人民生產、生活、出行等活動對電力能源的需求比重是最大的。因此，這就要求各類變電站必須保證自身的工作效能，及時地進行充放電工作。蓄電池作為變電站直流輸電系統的備用電源，在正常情況下，蓄電池保持待機、備用的狀態。當變電站的直流電源的充電設備發生故障或出現問題而不能繼續供電時，變電站蓄電池就可以開始工作，對變電站的直流電源進行供電，從而在一定時間內維持區域內電力系統的正常運轉，為工作人員修復直流電源充電設備出現的問題，也能很大程度上降低停電所造成的經濟損失。綜上所述，蓄電池的重要性不言而喻。但是，以往的變電站蓄電池充電、放電控制工作都是由人力完成，不僅無法保證及時性，并且還容易耗費過大的人力資源和外業成本。因此，研究一個有效的變電站蓄電池遠程充電、放電的控制系統是非常有必要的。

2 傳統變電站蓄電池充放電控制工作流程及弊端

2.1 傳統的變電站蓄電池充電、放電控制工作的流程

出現問題，進行人員調度。變電站工作人員發現并進行人員調動，派出專業人員前往修復；人員出發，前往問題區域。在接到調度指令后，專業技術人員才能乘車出發，前往問題區域進行變電站直流電電源線修復或蓄電池充放電；安全工作準備。到達問題現場后，先要進行安全交底工作，保證作業安全；對問題變電站進行檢查與實驗。在確保作業環境的安全后，專業技術人員再對問題直流電源進行檢查和靜態放電實驗，從而修復存在問題，若問題一時難以修復，技術人員則需要手動打開蓄電池充放電設備，從而保證直流電源可以正常供電；記錄工作并反饋。在完成直流電源不供電問題解決的工作后，專業技術人員向電力部門進行工作反饋。工作確認后，再恢復供電；技術人員返回。

2.2 傳統變電站蓄電池充放電控制工作流程的弊端

傳統的變電站蓄電池充放電控制工作的方法，雖然也可以對變電站直流電源充電設備不供電的問題進行修復，但是由于工作復雜性以及需要時間調度并前往現場等問題，從而導致了變電站的直流電充電設備助力工作和蓄電池備用電源充放電工作不具備及時性的特點，不僅會消耗大量工作所需的人力和外業的資源，甚至還可能會對人民的生產、生活造成惡劣的影響。

3 變電站蓄電池遠程充放電控制系統設計

在對變電站蓄電池的遠程充放電控制系統進行設計時，首先要對實現變電站蓄電池充電、放電功能的技術進行了解。當下，相控整流、IGBT 整流和以電壓或電流為主要控制手段的脈沖整流技術成為了進行蓄電池充放電工作的依據。其中，電壓型的脈沖整流技術最為成熟，應用最為廣泛。電壓型脈沖整流器作為一個非常理想的交一直變流器，可以通過在直流側進行直流電流和直流電壓的平直化提供，從而可以保證交流供電網和直流電力系統的平穩運轉。并且，通過這種脈沖整流，還可以與物聯網技術相適應，從而及時的對蓄電池充放電進行遠程調控。接下來，本文將在電壓型脈沖整流技術和物聯網技術的基礎上對變電站蓄電池的遠程充放電控制系統進行設計，具體硬件和全面方面內容如下。

3.1 硬件方面

控制系統需要強有力、承載力強、數據算法好的主板芯片。因此，在進行控制系統的主板設計時，應該選用F2812等一系列算法較好、承載力較強的中心控制板。除此之外，系統的硬件設備還包括AC220V 的電源模塊，電源作用的受主板控制的真空繼電器控制模塊，兩個有220V 電源和5V 電源作用的四路和六路驅動板，兩個驅動板均與相應的濕度傳感器相連接。整個硬件系統的核心主板再與±15V 的電壓傳感器進行連接，并為主板配置5V 的風扇板。

通過整個控制系統的硬件模塊設計，可以通過F2812核心主板與電壓傳感器以及四路、六路充電板的相互作用，從而造成對反饋的信號的及時處理。除此之外，控制系統還可以通過進行AD 轉換、DC/DC 轉換，產生PWM 整流器控制脈沖。通過這一控制系統，可以方便電力部門變電站監管人員及時在控制系統軟件中對變電站蓄電池情況進行掌握。在變電站直流電充電設備發生故障時，及時地向蓄電池控制主板發出信號，操作蓄電池對直流電源進行供電，從而保證供電工作正常運轉，減少不必要損耗。

3.2 軟件方面

在對控制系統的硬件構成設計結束后，完備的軟件系統設計也非常重要。控制系統的軟件設計方面可以采用雙機位監管，控制系統的軟件設置可以分為上機位和下機位共同監管。上位機軟件的主要作用是進行控制蓄電池啟動，發送啟動的命令并對反饋的信號和數據進行處理，并在專用界面進行顯示，方便監管人員監控。下位機軟件的作用就是對數據進行運算和處理，對運行過程中出現的各種故障進行監測、處理，并將結果在上位機中進行顯示。通過雙位機的應用，可以及時的對蓄電池充電、放電的參數進行監測和設置，并及時對數據進行記錄。不僅可以實現變電站蓄電池充放電的遠程控制，也可以及時將系統各個環節進行數據記錄，便于查詢和系統維護。

3.3 控制邏輯和保護措施

蓄電池遠程充放電系統布置后，直流電源系統圖如圖1所示，正常運行情況下，1#充電機送電至I段直流母線，送電至1#組蓄電池；2#充電機送電至II 段直流母線，送電至2#組蓄電池；3#充電機保持備用狀態。這種情況下是按上述正常順序對1#組蓄電池和2#組蓄電池進行核容放電。

圖1 蓄電池遠程充放電功能實施后直流電源系統圖

當1#充電機故障或2#充電機故障時，此時故障的充電機退出運行，3#充電機送電至I 段母線或者II 段母線，以1#充電機故障或維護時退出為例，此時3#充電機送電至I 段母線，送電至1#組蓄電池。這種情況下，發送放電指令，提出放電申請時審批時需要核驗是3#充電機代1#充電機工作時的放電，確認無誤后，放電時需斷開整流器屏充電機開關就不是1QF1，而是3QF 開關。

放電過程中，如遇到市電停電、電池組電壓或單體電池達到最低值、溫度超溫、蓄電池智能充放電模塊自身故障、直流母線脫離信息異常、設備通訊離線等等情況，系統將停止智能充放電模塊工作，并產生一級報警信息，保證直流系統供電的安全性。

4 研究變電站蓄電池遠程充放電控制系統的意義

4.1 減少人力資源、外業資源消耗

通過對變電站蓄電池遠程充放電控制系統的研究，可以大大的降低變電站蓄電池充放電控制工作的難度和不必要的人力和外業資源消耗。除此之外，遠程控制系統的研究還可以使電力系統的工作體系更加完善，降低變電站直流電源斷電造成負面效應的概率。

4.2 數據反饋更加及時、準確

采用電壓型脈沖整流技術、F2812核心控制板以及雙位機軟件系統，不僅可以實現對變電站蓄電池充放電的遠程控制。并且，準確、高效的核心主板和系統算法也可以完成對蓄電池充放電工作各個環節數據的及時性、準確性把控，使電力部門監管人員的工作更為快捷，為直流電源充電設備問題的修復工作爭取時間，降低直流電源斷電對人民生產、生活的影響。

5 變電站蓄電池遠程充放電遠程控制系統運作注意事項

雖然，通過作用變電站蓄電池充放電遠程控制系統可以大大的降低蓄電池充放電控制工作的時間，但是電力部門也必須對人工調配制度進行完善，確保電力監管和遠程控制系統的24小時監管。通過對人工調度的完善，從而可以保證問題處理、數據接受，確保系統操控的及時性。

6 變電站蓄電池遠程充放電控制系統研究成果展望

6.1 從資源、經濟消耗來看

通過對變電站蓄電池充放電工作的遠程控制系統的研究，一方面可以有效的減少為了處理直流電源異常終止供電問題的人力、時間資源的損耗，從而降低搶險工作作業的成本投入。另一方面，遠程控制系統的研究，也大大的降低了直流電源停止供電對居民生產、生活的影響，保證了居民的生活幸福感，完善了城市的基礎設施體系。

6.2 從應用性和推廣來看

變電站蓄電池遠程充放電控制系統的研究是在眾多優秀技術的基礎上產生的，因此具備高適應性和高效性的工作能力。這一系統可以廣泛的應用于各類電站的建設工程之中，完善電站工作系統，提高電站工作效率。因此，系統具有廣泛的應用性和推廣性。

7 結語

本文從傳統變電站蓄電池充放電控制工作流程及弊端出發，對實現蓄電池充放電作業的遠程控制系統進行了硬件和軟件兩方面的設計和研究。綜上所述，運用蓄電池充放電遠程控制系統可以使電力部門的工作人員及時地進行蓄電池數據監測，在發生直流電源充電設備故障時，通過軟件控制蓄電池就行供電作業，從而可以保證電力系統的持續性、高效性運轉。除此之外，運用遠程控制系統，還可以大大的提高電力部門工作效率，減少不必要的資源損耗。