以電池組為**的傳統變電站直流系統在核容放電過(guò)程中并聯(lián)，操作困難，容易導致環(huán)流和誤操作的風(fēng)險，嚴重威脅電池的使用壽命。

針對這一缺陷，研究人員蔣、王嘉斌、王森、毛榮、徐澤正在2020年*五期《電氣技術(shù)》雜志上寫(xiě)道，提出使用電池并聯(lián)保護器對電池組進(jìn)行獨立的充放電管理，支持變電站直流系統的并聯(lián)應用，并提出了變電站直流系統的應用方案。如果大力推廣該技術(shù)，可以提高變電站電池組的安全性，簡(jiǎn)化電池維護操作程序，降低變電站的維護成本，具有廣闊的應用前景。

變電站直流系統在電力、通信和信息領(lǐng)域發(fā)揮著(zhù)非常重要的作用，可以為控制信號、繼電器保護、自動(dòng)裝置和事故照明提供**穩定的直流電源，為操作系統提供**的操作。目前，變電站電池按一定標準配備：一般為220kV變電站配備兩組電池，一組電池連接母線(xiàn)，母線(xiàn)由開(kāi)關(guān)控制，相互為備用電源；一般110kV以下級別的變電站只配備一組電池。

對于變電站，無(wú)論配備一組電池還是兩組電池，都需要在核容放電過(guò)程中與備用電池連接，兩組電池直接并聯(lián)。變電站直流系統的操作規程明確規定，兩組電池的壓差小于2V短時(shí)間并聯(lián)切換，操作難度大，對操作人員的要求和依賴(lài)性高，存在誤操作的風(fēng)險。

通過(guò)對傳統變電站直流系統并聯(lián)模式的分析，提出了變電站直流系統并聯(lián)保護器的并聯(lián)應用，簡(jiǎn)化了直流系統之間備用切換的過(guò)程，降低了變電站電力故障的風(fēng)險，提高了電力系統的安全性。

1 傳統變電站直流系統并聯(lián)，存在風(fēng)險

以220kV以變電站直流系統為例。傳統配置為直流屏1#電池組1#，直流屏2#電池組2#。直流母線(xiàn)由開(kāi)關(guān)控制，在異?；蚓S護過(guò)程中為后備電源。

當直流系統2切換到直流系統1備用時(shí)，為避免電池組1#放電后與直流屏幕1#或電池組2#電路壓差，大電流對直流系統造成損壞，需要控制母線(xiàn)關(guān)閉，直流屏幕1#退出，電池組1#退出，直流屏幕2#承擔直流系統1備用電源的作用。

放電后，需要手動(dòng)調整直流屏幕1#以降低充電電壓，逐步提高直流屏幕的輸出電壓，充電電池組1#，直流屏幕1#和電池組1#重新接入系統，斷開(kāi)控制母線(xiàn)和電源母線(xiàn)，恢復放電前原系統的連接。

圖1 220kV變電站直流系統傳統配置圖

電池在備用接入和備用退出時(shí)直接并聯(lián)，操作人員**確保直流系統的壓差小于2V短時(shí)并聯(lián)。當兩組直接并聯(lián)的電池端電壓有壓差時(shí)，高壓電池組會(huì )向低壓電池組放電，產(chǎn)生環(huán)流。電池組內阻差越大，電壓差越大，環(huán)流越大。即使是短時(shí)間的環(huán)流過(guò)程也會(huì )嚴重影響電池的使用壽命，甚至損壞電池。

2 直流系統蓄電池組并聯(lián)保護器及安全性分析

為了消除傳統直流系統并聯(lián)時(shí)電池組之間的環(huán)流問(wèn)題，本文設計了兩組電池的并聯(lián)保護器充電管理系統，實(shí)現原理如圖2所示。

圖2 實(shí)現直流系統并聯(lián)技術(shù)的原理圖

并聯(lián)保護器連接到直流屏幕和電池組之間，由直流屏幕提供直流輸入，并聯(lián)保護器控制電池組的充電電壓和充電電流。每組電池配備相應的獨立充放電管理控制系統。為確保電池組在外部交流電源異常時(shí)能夠及時(shí)供電負載，電池與直流母線(xiàn)之間的連接采用單向設備直接連接，避免放電環(huán)流的影響。

并聯(lián)保護器是由的CPU外圍電路功能模塊作為**處理器，包括充電功能模塊、放電功能模塊、接口模塊和電壓電流采集模塊。CPU通過(guò)接口模塊輸入的電池信息可以由脈寬調制（pulse width modulation, PWM）電路智能調節充電模塊對電池的充電電壓和充電電流，CPU該模塊可處理電壓電流采集模塊采集的電流、電壓等信號，實(shí)現電池充電電壓和充電電流的**控制。

2.1 充電通道安全分析

并聯(lián)保護器中的直流屏與電池組之間的連接IG（insulated gate bipolar transistor），通過(guò)PWM電路控制充電電壓和充電電流，限制充電電流。當兩組電池通過(guò)并聯(lián)保護器并聯(lián)連接時(shí)，充電通道的并聯(lián)等效電路如圖3所示。

當端電壓較低的電池組充電電流較大時(shí)，控制系統將智能調節PWM1或PWM脈沖頻率為2，降低電池組的電流輸入，防止進(jìn)一步增加充電電流，避免大電流充電損壞電池。

圖3 充電通道并聯(lián)等效電路圖

充電限制后，無(wú)論在什么條件下長(cháng)時(shí)間并聯(lián)，電池組都不會(huì )有大電流充電。

2.2 安全分析放電通道

當外部交流電源異常時(shí)，電池組通過(guò)大功率二極管連接到直流屏幕正極和電池組正極VD1/VD2.無(wú)縫供電負載。放電通道并聯(lián)等效電路如圖4所示。當電池組并聯(lián)時(shí)，即使兩組電池之間存在電壓差，高壓電池組和低壓電池組之間也沒(méi)有引導，也沒(méi)有充電電路，避免了環(huán)流。

2.3 安全分析維護過(guò)程

基于上述直流系統并聯(lián)技術(shù)，在變電站電池維護過(guò)程中，直接進(jìn)行母聯(lián)合閘后，可斷開(kāi)直流系統中并聯(lián)保護器的充電電路，使電池在線(xiàn)放電。放電后，電池組自動(dòng)轉移到充電狀態(tài)，并聯(lián)保護器控制系統有效調整充電電壓和充電電流。

例如，電池組的0.1C的恒流充電，在蓄電池組充電達80%后再轉為恒壓充電，最后進(jìn)入涓流充電狀態(tài)，避免了大電流充電對蓄電池組的損傷；電池充滿(mǎn)電后直接斷開(kāi)母聯(lián)，恢復正常連接。本文介紹的并聯(lián)技術(shù)**了蓄電池組在維護過(guò)程中直流系統的供電安全性，簡(jiǎn)化了蓄電池組放電維護作業(yè)流程。

圖4 并聯(lián)等效電路圖

3 直流系統并聯(lián)保護器的應用

3.1 改進(jìn)單組電池

在只配備單組電池的變電站中，原電池組與直流母線(xiàn)之間可連接到一套并聯(lián)保護器。當需要維護電池組時(shí)，可以斷開(kāi)并聯(lián)保護器的充電電路進(jìn)行在線(xiàn)核容放電試驗，電池仍可作為直流系統的備用電池。對于單組電池變電站，本文可采用并聯(lián)技術(shù)，增加一套并聯(lián)保護器和一套與原電池組電壓等級相同的電池組，連接到直流母線(xiàn)。

特別是對于面臨退役的電池組，在換電池組的過(guò)程中，可以添加新的電池組作為備用電源，如圖5所示。同時(shí)，也能在一定程度上滿(mǎn)足變電站容量擴大的需要，或延長(cháng)變電站的供電時(shí)間，爭取多的時(shí)間進(jìn)行交流供電的維修。

3.2 改進(jìn)雙組電池

對于配備兩組電池的變電站，將原來(lái)的兩組電池增加一套并聯(lián)保護器。當改進(jìn)后的直流系統相互備用并關(guān)閉時(shí)，即使直流母線(xiàn)的壓差**過(guò)2V不會(huì )對電池組造成損壞，從而簡(jiǎn)化了電池組的放電維護過(guò)程，增強了直流系統的安全性，如圖6所示。

3.3 改進(jìn)擬擴容變電站

隨著(zhù)社會(huì )的發(fā)展和電力需求的變化，變電站容量擴大，變壓器平臺數量增加，變電站二次繼電保護和控制電路增加，直流系統容量需求增加，電池容量也需要相應增加。

對于220kV變電站，如果將原來(lái)的兩組電池直接換為大容量的電池組，將造成電池的**浪費。電池并聯(lián)保護器的應用充分利用了原有的電池資源，同時(shí)實(shí)現了擴展。變電站擴建改造方案如圖7所示。

圖5 雙組電池并聯(lián)應用方案

圖6 兩套直流系統備用并聯(lián)方案

圖7 變電站擴容改造方案

通過(guò)本文并聯(lián)使用原來(lái)的兩組電池，形成大容量的電池系統連接到直流母線(xiàn)1。將另一個(gè)大容量的新電池組和相應的控制系統連接到直流母線(xiàn)2。運行幾年后，將原來(lái)的兩組電池換為新的大容量電池組，以提高電池組的利用率，降低電池采購成本。

4 結論

本文提出了直流電池并聯(lián)保護器的應用，通過(guò)大功率二極管無(wú)縫向直流母線(xiàn)供電，避免兩組電池并聯(lián)對電池組造成損壞；通過(guò)IG該裝置控制了電池的充電電壓和充電電流，避免了電池的大電流充電，簡(jiǎn)化了電池的維護過(guò)程，同時(shí)保護了電池的充電安全，提高了變電站直流系統運行過(guò)程中的安全性和**性。

本文描述的方法可以在傳統電力系統的基礎上簡(jiǎn)單地升級和改進(jìn)不同級別的變電站，而不需要消耗大量的人力和物力資源。改造成本低，安全性能高。如果在電力系統中推廣該應用，將能夠提高電池的安全性，簡(jiǎn)化電池維護操作程序，降低變電站的維護成本，具有廣闊的應用前景。