变电站蓄电池远程充放电控制系统的研究

国网湖北电力有限公司检修公司 周 凯 毕如玉 温皓澜 邱红叶 杨荆宜

1 引言

随着我国经济实力和科技水平的不断提高，人民生产生活对各类能源的需求也越来越大。在众多能源的需求比重中，人民生产、生活、出行等活动对电力能源的需求比重是最大的。因此，这就要求各类变电站必须保证自身的工作效能，及时地进行充放电工作。蓄电池作为变电站直流输电系统的备用电源，在正常情况下，蓄电池保持待机、备用的状态。当变电站的直流电源的充电设备发生故障或出现问题而不能继续供电时，变电站蓄电池就可以开始工作，对变电站的直流电源进行供电，从而在一定时间内维持区域内电力系统的正常运转，为工作人员修复直流电源充电设备出现的问题，也能很大程度上降低停电所造成的经济损失。综上所述，蓄电池的重要性不言而喻。但是，以往的变电站蓄电池充电、放电控制工作都是由人力完成，不仅无法保证及时性，并且还容易耗费过大的人力资源和外业成本。因此，研究一个有效的变电站蓄电池远程充电、放电的控制系统是非常有必要的。

2 传统变电站蓄电池充放电控制工作流程及弊端

2.1 传统的变电站蓄电池充电、放电控制工作的流程

出现问题，进行人员调度。变电站工作人员发现并进行人员调动，派出专业人员前往修复；人员出发，前往问题区域。在接到调度指令后，专业技术人员才能乘车出发，前往问题区域进行变电站直流电电源线修复或蓄电池充放电；安全工作准备。到达问题现场后，先要进行安全交底工作，保证作业安全；对问题变电站进行检查与实验。在确保作业环境的安全后，专业技术人员再对问题直流电源进行检查和静态放电实验，从而修复存在问题，若问题一时难以修复，技术人员则需要手动打开蓄电池充放电设备，从而保证直流电源可以正常供电；记录工作并反馈。在完成直流电源不供电问题解决的工作后，专业技术人员向电力部门进行工作反馈。工作确认后，再恢复供电；技术人员返回。

2.2 传统变电站蓄电池充放电控制工作流程的弊端

传统的变电站蓄电池充放电控制工作的方法，虽然也可以对变电站直流电源充电设备不供电的问题进行修复，但是由于工作复杂性以及需要时间调度并前往现场等问题，从而导致了变电站的直流电充电设备助力工作和蓄电池备用电源充放电工作不具备及时性的特点，不仅会消耗大量工作所需的人力和外业的资源，甚至还可能会对人民的生产、生活造成恶劣的影响。

3 变电站蓄电池远程充放电控制系统设计

在对变电站蓄电池的远程充放电控制系统进行设计时，首先要对实现变电站蓄电池充电、放电功能的技术进行了解。当下，相控整流、IGBT 整流和以电压或电流为主要控制手段的脉冲整流技术成为了进行蓄电池充放电工作的依据。其中，电压型的脉冲整流技术最为成熟，应用最为广泛。电压型脉冲整流器作为一个非常理想的交一直变流器，可以通过在直流侧进行直流电流和直流电压的平直化提供，从而可以保证交流供电网和直流电力系统的平稳运转。并且，通过这种脉冲整流，还可以与物联网技术相适应，从而及时的对蓄电池充放电进行远程调控。接下来，本文将在电压型脉冲整流技术和物联网技术的基础上对变电站蓄电池的远程充放电控制系统进行设计，具体硬件和全面方面内容如下。

3.1 硬件方面

控制系统需要强有力、承载力强、数据算法好的主板芯片。因此，在进行控制系统的主板设计时，应该选用F2812等一系列算法较好、承载力较强的中心控制板。除此之外，系统的硬件设备还包括AC220V 的电源模块，电源作用的受主板控制的真空继电器控制模块，两个有220V 电源和5V 电源作用的四路和六路驱动板，两个驱动板均与相应的湿度传感器相连接。整个硬件系统的核心主板再与±15V 的电压传感器进行连接，并为主板配置5V 的风扇板。

通过整个控制系统的硬件模块设计，可以通过F2812核心主板与电压传感器以及四路、六路充电板的相互作用，从而造成对反馈的信号的及时处理。除此之外，控制系统还可以通过进行AD 转换、DC/DC 转换，产生PWM 整流器控制脉冲。通过这一控制系统，可以方便电力部门变电站监管人员及时在控制系统软件中对变电站蓄电池情况进行掌握。在变电站直流电充电设备发生故障时，及时地向蓄电池控制主板发出信号，操作蓄电池对直流电源进行供电，从而保证供电工作正常运转，减少不必要损耗。

3.2 软件方面

在对控制系统的硬件构成设计结束后，完备的软件系统设计也非常重要。控制系统的软件设计方面可以采用双机位监管，控制系统的软件设置可以分为上机位和下机位共同监管。上位机软件的主要作用是进行控制蓄电池启动，发送启动的命令并对反馈的信号和数据进行处理，并在专用界面进行显示，方便监管人员监控。下位机软件的作用就是对数据进行运算和处理，对运行过程中出现的各种故障进行监测、处理，并将结果在上位机中进行显示。通过双位机的应用，可以及时的对蓄电池充电、放电的参数进行监测和设置，并及时对数据进行记录。不仅可以实现变电站蓄电池充放电的远程控制，也可以及时将系统各个环节进行数据记录，便于查询和系统维护。

3.3 控制逻辑和保护措施

蓄电池远程充放电系统布置后，直流电源系统图如图1所示，正常运行情况下，1#充电机送电至I段直流母线，送电至1#组蓄电池；2#充电机送电至II 段直流母线，送电至2#组蓄电池；3#充电机保持备用状态。这种情况下是按上述正常顺序对1#组蓄电池和2#组蓄电池进行核容放电。

图1 蓄电池远程充放电功能实施后直流电源系统图

当1#充电机故障或2#充电机故障时，此时故障的充电机退出运行，3#充电机送电至I 段母线或者II 段母线，以1#充电机故障或维护时退出为例，此时3#充电机送电至I 段母线，送电至1#组蓄电池。这种情况下，发送放电指令，提出放电申请时审批时需要核验是3#充电机代1#充电机工作时的放电，确认无误后，放电时需断开整流器屏充电机开关就不是1QF1，而是3QF 开关。

放电过程中，如遇到市电停电、电池组电压或单体电池达到最低值、温度超温、蓄电池智能充放电模块自身故障、直流母线脱离信息异常、设备通讯离线等等情况，系统将停止智能充放电模块工作，并产生一级报警信息，保证直流系统供电的安全性。

4 研究变电站蓄电池远程充放电控制系统的意义

4.1 减少人力资源、外业资源消耗

通过对变电站蓄电池远程充放电控制系统的研究，可以大大的降低变电站蓄电池充放电控制工作的难度和不必要的人力和外业资源消耗。除此之外，远程控制系统的研究还可以使电力系统的工作体系更加完善，降低变电站直流电源断电造成负面效应的概率。

4.2 数据反馈更加及时、准确

采用电压型脉冲整流技术、F2812核心控制板以及双位机软件系统，不仅可以实现对变电站蓄电池充放电的远程控制。并且，准确、高效的核心主板和系统算法也可以完成对蓄电池充放电工作各个环节数据的及时性、准确性把控，使电力部门监管人员的工作更为快捷，为直流电源充电设备问题的修复工作争取时间，降低直流电源断电对人民生产、生活的影响。

5 变电站蓄电池远程充放电远程控制系统运作注意事项

虽然，通过作用变电站蓄电池充放电远程控制系统可以大大的降低蓄电池充放电控制工作的时间，但是电力部门也必须对人工调配制度进行完善，确保电力监管和远程控制系统的24小时监管。通过对人工调度的完善，从而可以保证问题处理、数据接受，确保系统操控的及时性。

6 变电站蓄电池远程充放电控制系统研究成果展望

6.1 从资源、经济消耗来看

通过对变电站蓄电池充放电工作的远程控制系统的研究，一方面可以有效的减少为了处理直流电源异常终止供电问题的人力、时间资源的损耗，从而降低抢险工作作业的成本投入。另一方面，远程控制系统的研究，也大大的降低了直流电源停止供电对居民生产、生活的影响，保证了居民的生活幸福感，完善了城市的基础设施体系。

6.2 从应用性和推广来看

变电站蓄电池远程充放电控制系统的研究是在众多优秀技术的基础上产生的，因此具备高适应性和高效性的工作能力。这一系统可以广泛的应用于各类电站的建设工程之中，完善电站工作系统，提高电站工作效率。因此，系统具有广泛的应用性和推广性。

7 结语

本文从传统变电站蓄电池充放电控制工作流程及弊端出发，对实现蓄电池充放电作业的远程控制系统进行了硬件和软件两方面的设计和研究。综上所述，运用蓄电池充放电远程控制系统可以使电力部门的工作人员及时地进行蓄电池数据监测，在发生直流电源充电设备故障时，通过软件控制蓄电池就行供电作业，从而可以保证电力系统的持续性、高效性运转。除此之外，运用远程控制系统，还可以大大的提高电力部门工作效率，减少不必要的资源损耗。