面向移動(dòng)保電的規(guī)模化組合式智能充儲(chǔ)設(shè)備的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

國(guó)網(wǎng)上海市電力公司青浦供電公司 孫成剛 付慧敏 馮苗苗 魏欣悅 楊志浩

在實(shí)踐探究階段，互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能的建立，有助于轉(zhuǎn)變所面臨的問(wèn)題，并保證供電質(zhì)量的提升。為了能夠有效進(jìn)行優(yōu)化與創(chuàng)新，在不同的場(chǎng)景背景下要選擇差異化的共保模式，從而降低作用及價(jià)值展現(xiàn)。

1 智能沖儲(chǔ)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及智能電氣設(shè)備的設(shè)計(jì)要求

電池儲(chǔ)能中部分系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，如智能充儲(chǔ)系統(tǒng)，主要包含充能電池組、能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、電池調(diào)度管理系統(tǒng)、體育管理系統(tǒng)等。觀(guān)察圖1，對(duì)BMS 電池系統(tǒng)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，在電池管理系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中，主要通過(guò)實(shí)時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)監(jiān)測(cè)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行模型充足掌握，并通過(guò)在線(xiàn)SOC 診斷模式的建立最大化保障電池的穩(wěn)定運(yùn)行，在實(shí)踐探究階段應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況建立自我診斷功能，這樣可以檢測(cè)電池電壓、電池電流等，從而對(duì)可能出現(xiàn)異常的狀況進(jìn)行全面分析，避免受一定因素影響及限制，而且隨著控制單元的運(yùn)行，能夠?qū)﹄娷?chē)回路進(jìn)行快速切斷，隔離故障點(diǎn)可以對(duì)BMS 與外界信息進(jìn)行中斷處理并報(bào)告各項(xiàng)故障，為后續(xù)的智能監(jiān)控提供保障。

圖2中DC/DC 是進(jìn)行升降壓變換的重要組成，由于儲(chǔ)能電池組成結(jié)構(gòu)的特殊性，其內(nèi)部電壓通常低于電壓變流器、直流側(cè)電壓，因此需要運(yùn)用buck-boost 模型對(duì)變流器進(jìn)行分析，對(duì)其結(jié)構(gòu)有著充足掌握，這樣可以節(jié)省元件，促進(jìn)電池模塊化運(yùn)行的快速實(shí)現(xiàn)，使能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的整體工作效率有所提升，而且DC/AC 作為雙向變流器，在實(shí)際應(yīng)用PWM 控制系統(tǒng)的過(guò)程中，必須要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)運(yùn)行能量進(jìn)行可行性控制，這樣有助于更加合理地進(jìn)行處理并考慮高頻階段所面臨的問(wèn)題最大化，保障系統(tǒng)運(yùn)行的效率，從而引入高頻開(kāi)關(guān)波紋，更好地對(duì)多種工作進(jìn)行控制。

圖2 包含DC/DC 和DC/AC 環(huán)節(jié)的PCS

電氣設(shè)備智能化主要是指在電氣設(shè)備控制系統(tǒng)中，利用CPU 單片機(jī)等作用芯片實(shí)現(xiàn)更好地進(jìn)行監(jiān)測(cè)與控制，而且在實(shí)踐運(yùn)行階段，必須要根據(jù)電氣設(shè)備的各項(xiàng)優(yōu)勢(shì)展開(kāi)分析，尤其是針對(duì)操作簡(jiǎn)單管理便捷等，這樣可以更加有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)多樣化設(shè)備的統(tǒng)一管理。在智能化控制階段還應(yīng)更好的突出其運(yùn)行效果，通過(guò)對(duì)智能化電氣設(shè)備特點(diǎn)的要求更好地滿(mǎn)足各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)。例如在機(jī)電保護(hù)裝置運(yùn)行過(guò)程中，變壓器主保護(hù)裝置遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)等實(shí)現(xiàn)更加有效地進(jìn)行規(guī)劃和控制，這樣有助于更加智能化地對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行控制，而且在實(shí)踐探究階段，主要由現(xiàn)場(chǎng)信息采集、數(shù)據(jù)處理、指定輸出等部分組成，在實(shí)踐運(yùn)行階段可以更好地進(jìn)行優(yōu)化管理，實(shí)現(xiàn)更為準(zhǔn)確的進(jìn)行優(yōu)化控制。

在數(shù)據(jù)處理階段，主要就是對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)與處理，實(shí)時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)電氣設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行狀況，這樣可以更加全面掌握其運(yùn)行特點(diǎn)，從而了解運(yùn)行所面臨問(wèn)題，而且電氣智能化設(shè)備能夠在統(tǒng)一平臺(tái)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的實(shí)施管控工作，所以智能化電氣設(shè)備必須要建立統(tǒng)一的支撐平臺(tái)，這樣可以將其分為兩個(gè)方面，包括支撐平臺(tái)與應(yīng)用軟件兩方面，從而通過(guò)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的建立更好地進(jìn)行規(guī)范化處理應(yīng)用軟件進(jìn)行優(yōu)化控制，通過(guò)指令傳輸系統(tǒng)的建立，隨著集成電路技術(shù)的健全對(duì)支撐平臺(tái)的運(yùn)行情況了解更為充分，有效實(shí)現(xiàn)對(duì)界面的統(tǒng)一操作與管理，對(duì)管理功能進(jìn)行維護(hù)與優(yōu)化。

2 儲(chǔ)能電池的研究分析

2.1 儲(chǔ)能電池的主要類(lèi)型及優(yōu)缺點(diǎn)

儲(chǔ)能電池的類(lèi)型較為多樣化，而且參數(shù)有著一定差距，所以每一種儲(chǔ)能電池的性能有一定差距，具體體現(xiàn)在電池的品牌型號(hào)、電壓、容量、使用時(shí)間、充電速度等各個(gè)方面。在近年科學(xué)技術(shù)水平不斷提升的背景下，人們?cè)絹?lái)越重視電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)，進(jìn)而對(duì)離子電池與其電池特點(diǎn)研究更加深入，通過(guò)實(shí)踐探究，可以發(fā)現(xiàn)離子電池的優(yōu)缺點(diǎn)均比較明顯，如能量高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、自放電率低等，在電動(dòng)汽車(chē)應(yīng)用領(lǐng)域得到廣泛重視，所以必須要加強(qiáng)對(duì)研究的重視，這樣有助于更加有效將其價(jià)值展現(xiàn)。

2.2 電池的主要性能

離子電池容量。主要是指在電池中可以?xún)?chǔ)備的電量，單位主要以安為主，在某一安培電流強(qiáng)度下所持續(xù)的放電時(shí)間越長(zhǎng)電池容量越高。在實(shí)際進(jìn)行分析的過(guò)程中，根據(jù)公式能夠?qū)﹄姵刈畲蟮姆烹婋娏髁窟M(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，而且在規(guī)定放電率條件下，臨界電壓值應(yīng)在用戶(hù)明確電池組后備電池量的基礎(chǔ)上進(jìn)行分析，并采用合理的電池型號(hào)，這樣可以根據(jù)放電曲線(xiàn)查看電池組放電率，通過(guò)公式放電率與實(shí)際放電率計(jì)算出電池組的總?cè)萘俊?/p>

充放電速率。其不同表現(xiàn)形式主要以充放電時(shí)間為主，充放電時(shí)間主要是指一定電流對(duì)自身額定容量進(jìn)行充電或放電所需要的時(shí)間。充放電速率需要通過(guò)公式進(jìn)行計(jì)算，在實(shí)際經(jīng)營(yíng)探究的過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行合理規(guī)范化控制，這樣助于更加全面保障處理的高效性，而且在實(shí)際進(jìn)行計(jì)算的過(guò)程中還應(yīng)該做好更為全面的分析，確保充放電電流電池容量得到保障，同時(shí)充放電時(shí)數(shù)值為倍率的倒數(shù)，都能夠?qū)?chǔ)能電池的充放電快慢能量進(jìn)行準(zhǔn)確表示。

充放電電壓。電池在充電的過(guò)程中，開(kāi)始階段一般表現(xiàn)為恒流充電方式，在充電時(shí)間增長(zhǎng)的同時(shí)電源電壓逐漸上升，保持充電的電流不發(fā)生改變，充電量有所增加，進(jìn)而完成充電。在充電過(guò)程中，若電壓達(dá)到了一定的預(yù)定值，恒流充電將轉(zhuǎn)變?yōu)楹銐撼潆姡銐撼潆姇r(shí)會(huì)保持電流逐漸減少，充入電量呈上升趨勢(shì)，但當(dāng)電池電量充滿(mǎn)后充電并不會(huì)停止，而是根據(jù)離子電池的情況轉(zhuǎn)為服從狀態(tài)，在更小電流的基礎(chǔ)上繼續(xù)對(duì)電池進(jìn)行充電，從而能夠避免受電池自放電造成容量損耗所產(chǎn)生的問(wèn)題。

電池使用的電壓具有一個(gè)安全使用的區(qū)間，在使用電池時(shí)相關(guān)人員必須要做好全面分析，這樣可以根據(jù)實(shí)際情況更好地進(jìn)行控制，從而保證電池更加安全充電。當(dāng)電池充滿(mǎn)電后，電池電量并不會(huì)在充電過(guò)程中持續(xù)增長(zhǎng)，此時(shí)電壓達(dá)到一定狀態(tài)后仍持續(xù)充電，在此過(guò)程中會(huì)對(duì)電池造成不可逆轉(zhuǎn)的影響，嚴(yán)重影響其后續(xù)應(yīng)用，減少其使用壽命，產(chǎn)生不利的影響。

2.3 電池儲(chǔ)能的智能系統(tǒng)運(yùn)行模式分析

如圖1得知，在不同開(kāi)關(guān)柜接入的情況下，可實(shí)現(xiàn)多元化的在線(xiàn)供保電模式，且在通過(guò)串聯(lián)共保電模式運(yùn)行的過(guò)程中，主要可通過(guò)合理化運(yùn)用PCS 分別對(duì)電網(wǎng)和負(fù)荷進(jìn)行連接，這樣可針對(duì)儲(chǔ)能變流器裝置的交流電運(yùn)行情況合理進(jìn)行規(guī)劃和控制，針對(duì)電池之間能量轉(zhuǎn)換紐帶進(jìn)行合理控制，通過(guò)系統(tǒng)接入電網(wǎng)之后根據(jù)監(jiān)控指令對(duì)電池運(yùn)行情況進(jìn)行勘察，這樣可以對(duì)恒壓限流進(jìn)行合理化控制，有效管理與優(yōu)化電池系統(tǒng)。當(dāng)電池處于充電過(guò)程中變流器的工作狀態(tài)為整流，在為電池供電的過(guò)程中要將電池交流電轉(zhuǎn)化為直流電，當(dāng)電池處于放電過(guò)程中，變流器在電池中的工作狀態(tài)為逆變狀態(tài)，直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟娫倩仞伒诫娋W(wǎng)中，這樣可以更加直接地向負(fù)荷進(jìn)行供電。

在電網(wǎng)順利運(yùn)行的過(guò)程中，閉合電路器QS2啟動(dòng)電網(wǎng)測(cè)PCS 可以通過(guò)恒壓電流控制的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)電量輸送，為儲(chǔ)能電池輸送更多的電量。而且在實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中，可以針對(duì)充電初期與電池電壓運(yùn)行情況進(jìn)行核量化控制，能夠有效避免在電池中電流過(guò)大對(duì)電池的影響與損壞，且當(dāng)電流中的電壓達(dá)到預(yù)定值、出現(xiàn)恒壓充電模式時(shí)，需要合理進(jìn)行規(guī)劃，避免受一定因素影響及限制，必須要針對(duì)閉合斷路器QS5的運(yùn)行情況進(jìn)行分析，這樣可以更加合理地進(jìn)行規(guī)范化控制并針對(duì)并網(wǎng)后開(kāi)關(guān)運(yùn)行情況合理進(jìn)行規(guī)劃控制，將多余電能輸送到儲(chǔ)能電池當(dāng)中，從而組成化學(xué)能形式儲(chǔ)存，以便于供電不足時(shí)進(jìn)行合理化應(yīng)用。

若電網(wǎng)在運(yùn)行階段存在故障，如較為常見(jiàn)的短路與斷路，則必須要針對(duì)具體情況進(jìn)行針對(duì)性的優(yōu)化控制，確保PCS 屬于停機(jī)狀態(tài)，這樣可以更加合理地進(jìn)行規(guī)范化，除此之外，還要對(duì)電池中的重要負(fù)荷進(jìn)行持續(xù)供電，確保在儲(chǔ)能電池電量完全使用前電網(wǎng)能夠恢復(fù)運(yùn)行，在保證交流充電器正常運(yùn)行的情況下，還應(yīng)該與電網(wǎng)電壓進(jìn)行匹配，這樣可以有效解決在并網(wǎng)過(guò)程中出現(xiàn)的沖擊電流問(wèn)題，從而通過(guò)閉合電路對(duì)優(yōu)化控制最大化保障變流器離網(wǎng)切換的效果，而且控制模擬可以從橫壓橫平模式轉(zhuǎn)為橫功率模式，這樣有助于更加有效地進(jìn)行規(guī)范化處理，避免受儲(chǔ)能電池運(yùn)行不順暢因素限制。而且針對(duì)電網(wǎng)故障這一問(wèn)題，斷開(kāi)斷路器QS3和QS5閉合斷路器QS4與QS7并接入柴油發(fā)電機(jī)，這樣可以更加有效地實(shí)現(xiàn)負(fù)荷供電，實(shí)現(xiàn)對(duì)重要功率負(fù)荷不斷電運(yùn)行。

圖1系統(tǒng)接入不同開(kāi)關(guān)柜，還可以實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能電池的并聯(lián)與雙回路供保電運(yùn)行模式，而且每種模式之間有著一定的差距，只需要通過(guò)PCS 投入使用并觀(guān)察另一臺(tái)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，則可以更加有效地進(jìn)行處理，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障之后，還需根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行合理化控制以便于更加有效地進(jìn)行控制，避免影響因素過(guò)于嚴(yán)重，而且在事件進(jìn)行處理的過(guò)程中，還應(yīng)根據(jù)兩個(gè)配網(wǎng)運(yùn)行情況進(jìn)行優(yōu)化控制。當(dāng)兩個(gè)配電網(wǎng)不同故障時(shí)，則應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行處理，以便于更加有效地實(shí)現(xiàn)并聯(lián)優(yōu)化，而且PCS 以橫壓橫平方式為負(fù)荷不間斷供電進(jìn)行處理，保證其正常運(yùn)行。若兩側(cè)配電網(wǎng)同時(shí)存在故障，則技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)情對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行可靠性控制，這樣以便于儲(chǔ)能電池能耗得到控制，使得其能夠更加穩(wěn)定高效地運(yùn)行。

3 電氣設(shè)備智能化設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

電氣設(shè)備負(fù)荷設(shè)計(jì)：區(qū)域控電負(fù)荷必須要從專(zhuān)業(yè)角度與經(jīng)濟(jì)角度進(jìn)行分析，同時(shí)應(yīng)考慮中心位置，并通過(guò)計(jì)算找出相對(duì)較為合理的配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，而且在具體進(jìn)行計(jì)算的過(guò)程中，必須要合理地進(jìn)行優(yōu)化控制，避免受影響嚴(yán)重而導(dǎo)致運(yùn)行效果無(wú)法得到保障。而且在實(shí)踐探究階段，還應(yīng)該充分考慮設(shè)備的運(yùn)行條件與質(zhì)量，并按照實(shí)際要求進(jìn)行核心控制，避免影響更嚴(yán)重，最大化保障系統(tǒng)運(yùn)行的高效性。

智能化設(shè)計(jì)：其作為電氣設(shè)備的重要組成，主要需考慮電流波動(dòng)、機(jī)電保護(hù)、二次接線(xiàn)等因素，這樣可以更加合理地進(jìn)行優(yōu)化與改善，而且要想確保配電設(shè)備具有穩(wěn)定、可靠的供電數(shù)值，必須要采取一系列有效技術(shù)對(duì)電池的影響進(jìn)行消除，減少故障發(fā)生，避免因限制嚴(yán)重而產(chǎn)生不利影響，而且針對(duì)降損控制還應(yīng)該進(jìn)行優(yōu)化控制，了解設(shè)備當(dāng)前應(yīng)用情況，并做好預(yù)警報(bào)告處理，通過(guò)各項(xiàng)要求進(jìn)行規(guī)范化處理，最大化保障系統(tǒng)運(yùn)行的高效性。根據(jù)機(jī)電技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化控制，對(duì)設(shè)備出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行合理化處理，從而將影響降至最低。

總而言之，對(duì)于面向移動(dòng)保電的規(guī)模化組合建設(shè)，必須要強(qiáng)化對(duì)智能充能設(shè)備設(shè)計(jì)的重視，并對(duì)比幾種蓄電池的基本性能，選出將離子電池作為儲(chǔ)能電池展開(kāi)探究，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)不同模式供保電法，技術(shù)人員可以根據(jù)不同場(chǎng)景選擇合理的供保電模式，實(shí)現(xiàn)更加靈活可靠的進(jìn)行供電。