基于电动汽车外放电源的变电站直流应急供电装置的研制与应用

王子琪 陈泽淮 倪非非 刘秋英

（广东电网有限责任公司佛山供电局）

0 引言

变电站直流系统作为变电站的控制电源，在正常情况下，为变电站内的控制信号、继电保护装置、自动装置、断路器跳合闸操作回路等提供了直流电源。同时当变电站内的交流电源消失时，直流系统为事故照明、交流不停电等设备提供供电，直到交流系统恢复正常运行［1-2］。

当站内直流电源系统出现异常而无法正常进行供电时，将导致站内多台装置电源消失，影响线路进行正常供电。目前，变电站失压后的应急供电多采用临时发电机等手段，但发电机体积大，需使用有载货能力的汽车运输，对人手及车辆要求高，整个过程耗时长，无法及时处理站内失压问题，且需定期对发电机进行安全检查［3-5］。为此，需要寻求更为可靠便捷的方法实现变电站直流系统应急供电，保障变电站的安全可靠运行。本文基于电动汽车外放电源研制了一套变电站直流应急供电装置，实现变电站直流系统的应急维护，且稳定便捷，从而保障变电站的安全运行。

1 装置原理

装置可将电动汽车外放电源输出的交流220V整流为直流110V，从而为站用直流系统提供可靠应急直流电源。

装置系统由交流输入单元、电源调整转换及输出控制单元、监控单元及直流馈电单元四部分组成。装置原理图如图1所示。

图1 装置原理图

（1）交流输入单元

交流输入单元支持主流电动汽车外放电源快速接入，能够支持多辆电动汽车同时并网供电，满足站端直流系统的需要，提高输入电源的可替代性。该单元最多可同时输入3路220V单相交流电，各路输入相互独立。

（2）电源调整转换及输出控制单元

交流电输入后，经过开关QF1～QF3至交流接触器JC1～JC3前端，监控单元将实时采样判断3路输入电压是否符合设置的接入范围。若符合，该回路闭合交流接触器，对输入电压进行整流，整流后的电压将按设定的电压输出至直流接触器K1～K3前端。监控单元采样判断符合设置条件的回路，闭合直流接触器，各回路自主均流分摊负载。

（3）监控单元

监控单元可监控每组回路接入的电源电压和电流数值，收集电源调整转换单元输出的电压电流值，根据站端直流系统技术要求设置电压、电流告警值和断开阈值，从而监测电压电流数值是否满足要求。当检测到其中有回路交流输入异常且超过设置范围时，将对应的输入／输出接触器脱开相应单元，防止输入的电压、电流不符合技术指标而造成变电站站端直流系统受到次生危害。

（4）直流馈电单元

当输入的交流220V电压经交流输入单元、电源调整转换及输出控制单元和监控单元后，整流为直流110V，其监视电压、电流值满足技术要求，直流接触器K4闭合，为站用直流系统提供可靠应急直流电源。

2 装置交互设计

装置具备RS485 MODBUS通讯端口，可将实时的监控数据显示在触摸屏上，便于观测输入输出数值及各接触器状态等，简明清晰；同时具备调节输出电压、设置开关阈值、设置系统参数的功能，操作便捷，实现良好的人机交互功能。

（1）开机界面

人机交互界面采用图形化结构，操作简单、清晰、方便。装置系统接通电源时进入主界面，该界面显示系统图，实时显示输入输出电压、电流值及接触器分合状态，点击屏幕下方子菜单可进入对应功能界面，进行下一步操作。开机界面如图2所示。

图2 开机界面图

（2）输出调压

通过输出调压菜单对电压参数进行设置，设置均充、浮充电压值，并可对电压状态进行切换。当选择均充或者浮充时，会再次确认是否执行此操作，确认后将按照内部通讯协议编译的调压指令通过485总线下发给电源调整转换及输出控制单元，单元接收到调压指令后动作，自行将输出电压进行调节，使得输出电压满足站端直流系统要求。输出电压菜单如图3所示。

图3 输出电压菜单图

（3）开关阈值

通过开关阈值菜单可以设置接触器动作电压阈值，设置输入、输出电压上下限。当输入、输出电压高于过压值或低于欠压值时，接触器将跳开，断开该回路，避免不合格电压的输入对站内直流系统造成危害。当电压输入、输出返回值小于回差值时，接触器将重新闭合，回路导通，进行供电。开关阈值菜单如图4所示。

图4 开关阈值菜单图

（4）系统参数

可通过系统参数菜单对系统时间及通讯参数进行设置，如图5所示。

图5 系统参数菜单图

3 效果与应用

为了验证基于电动汽车外放电源的变电站直流应急供电装置的可行性，对装置进行实验。同时将3台电动汽车外放电源接入应急供电装置，分别测试在所需负载10A、20A、30A时，该装置的输入、输出电压、电流值，并将实测值与显示值进行比对。装置实验时输入、输出电压值等性能指标见表1，其中稳压精度实验结果见表2～4。

表1 装置性能指标表

表2 负载10A时测试结果

表3 负载20A时测试结果

表4 负载30A时测试结果

由上述表格可知，将3台电动汽车外放电源接入应急供电装置后，在不同负载下，三个回路交流输入电压实测值均在216.0～222.7V之间，满足交流输入电压值为220V（AC） ±15%的性能指标；输出直流电压实测值均在118.2～118.6V之间，满足直流输出电压为110V（DC） ±15%的性能指标；同时，该装置输入、输出电压及电流实测值与触摸屏显示值误差均小于±1%，误差小，装置精度高；不同负载下，三回路输出电流都均流分摊负载，各输出电流保持一致。可证实，该装置可使电动汽车外放电源输出电压、电流值均满足直流应急供电的需求，但供电还需考虑外放电源输出电压、电流值的稳定性。因此，在负载为20A时，对装置进行进一步实验，在0.5h内连续测量输出电压、电流值，实验结果见表5。

表5 输出电压、电流值

由表5可知，在10：00～10：30这半小时内，装置输出电压值为118V±0.5%，输出电流值为6.7A±1%，电压、电流值波动较小，装置可稳定进行输出，从而可靠提供应急电源。

4 结束语

随着新能源行业蓬勃发展，电动汽车应用愈加广泛，本文针对变电站站内直流系统突发异常的情况，研制了基于电动汽车外放电源的变电站直流应急供电装置，并通过实验验证了该装置可支持三辆电动汽车同时并网供电，提高输入电源的可替代性，且输出稳定可靠，可用于变电站直流系统的应急维护，满足站端直流系统的需要，从而保障变电站的安全运行。