（内蒙古鲁电蒙源电力工程有限公司010000）
摘要：目前变电站直流电源采用高频开关电源模块+铅酸蓄电池组+蓄电池巡检仪+监控系统等部分构成，在正常运行时，蓄电池组处于浮充状态，并没有带载表现机会，只有在全站交流失电情况下，才由蓄电池供电，但在这少数带载机会下，蓄电池仍有发生故障的情况。为解决该问题，本文采取并联直流电源系统技术并进行如下探究。
关键词：变电站；蓄电池；并联直流系统
一、并联直流系统技术的原理
并联直流系统技术的关键是并联智能电池组件，该组件工作原理是通过将12V蓄电池与匹配的AC/DC充电模块、DC/DC升压模块等器件创新设计为“并联智能电池组件”，并通过多只组件输出并联，组成满足实际需要的间接并联蓄电池系统，取代变电站传统设计中的充电模块、蓄电池组、蓄电池巡检设备配置。每个并联智能电池组件内有CPU智能电路对组件内的AC/DC电路、DC/DC变换器进行监测和控制，精确控制电池组件工作在其对应状态下，并与整个系统的监控器进行通信，接受系统的指令。
单个并联智能电池组件基本原理如图3.1-1所示：
图1并联蓄电池模块原理框图
模块的工作模原理：模块同时接入站内交流电源及电池，此时AC220V通过AC/DC电路形成内部母线电压，此母线同时为输出DC/DC变换器及充电DC/DC变换器提供输入能量，输出DC/DC变换器产生系统母线电压DC220V，充电DC/DC变换器输出12V电压给电池充电；交流失电时电池端电压通过DC/DC变换器升压输出形成内部母线电压，模块可以实现无间断切换至电池供电；模块里面的AC/DC、DC/DC变换器都需接受CPU智能电路控制，模块通过CPU单元与系统监控器形成通信，模块输出具有限流特性，即模块在运行的时候，模块能在100ms内持续输出15A的电流，短时1分钟持续输出2.5倍额定电流，这段时间内输出电压维持额定，若超过1分钟后，模块输出限流至1.1倍额定，此电流计时超过5分钟后，模块再次把输出限流提高至2.5倍额定，限流负载不消失模块进入循环阶段，限流负载消失模块输出电压恢复至限流前的数值。
模块可做到交流转直流供电0秒切换。在交流正常输入时候形成内部DC400V母线，同时升压变换器输出DC340V，两母线之间采用二极管隔离，正常下相当于400V带载，340V母线处于空载待机状态，输出DC/DC变换器是宽输入电压范围内（290-450V）可正常稳压输出，当交流异常（掉电）时，DC400V电压迅速下跌，A点电压只要稍微低于DC340V，隔离二极管正向顺序导通，升压变换器输出340V带载，保证输出变换器输入电压不跌出正常范围（290-450V），也就保证输出端电压（DC220V）不变，实现供电0秒切换。
以下是某变电站所做的试验，交流断电，转电池放电直流输出波形。
从下图波形分析来看，切换瞬间，直流输出电压没有出现波动。
图2交流电源失压，交流转直流波形图
智能模块对内部变换器具有实时监视功能，过压，欠压，过温及其它异常，可以实时上传故障及异常信息，方便及时处理。
二、并联直流电源系统模块与电池容量选择方法
2.1电池模块的数量选择
由于电池模块的输出特性（可在一分钟内持续输出2.5倍额定电流），计算模块数量时满足正常工作时的经常性负荷和事故状态下事故负荷的需要即可，冲击负荷可仅作为核算用。
首先确定直流系统事故下2小时的持续放电电流，电池模块数量按N+1原则（N≤6时）或N+2（N≥7时）冗余配置。
模块数量N=P&pide;Pmax&pide;Ka。其中：Pj为直流负荷计算容量；Pmax为组件输出最大功率；Ka为安全余量，取80%。
由于模块可在一分钟内持续输出2.5倍额定电流，最后根据模块额定输出电流的2.5倍核算冲击能力。
2.2电池容量选择
由于组件均流的作用，每个电池提供1/N的负荷功率。
单个蓄电池放电电流：Is=（Px&pide;N&pide;η）&pide;U
其中：Px为直流负荷实际容量；N为直流系统选择模块数量；η为电池的放电效率，取值0.85；U蓄电池额定电压，取值12V。
蓄电池容量：Cc=Krel×（Is&pide;Kc）
其中：Krel为可靠系数，取1.40；Kc为容量换算系数，根据《电力工程直流系统设计技术规程》选择。
三、并联直流电源系统的优点
3.1可靠性比较
相对于传统的104只单体电池串联模式，整串电池整体性能受制于最弱的一支电池性能，整体可靠性是“与”的关系，串联越多，可靠性越差。而并联系统是整体可靠性是“或”的关系，并联越多，可靠性越高。对于常规串联系统若一只电池损坏，则整组更换，而并联电池系统单只损坏，不影响运行。
3.2并联直流电源系统方便扩容
当变电站需要突破终期规模进行扩建时，传统直流系统只能整组更换蓄电池，成本增加过多，安装等工程量增加。而并联智能电池系统可以根据变电站扩建规模的需要，增加相应的模块组件，扩建方式灵活。
3.3单节蓄电池利用率比较
相对于传统的104只单体电池串联模式，整串电池整体性能受制于最弱的一支电池性能，而且新旧电池不能混用，一节或几节电池缺陷会影响整组电池。当一节或几节电池损坏需要整组更换的同时，把没有损坏的电池也一起淘汰，造成资源浪费，单体电池的利用率不高。并联智能电池系统中的每节12V电池是相互独立的，电池可单独进行更换，跟其他的电池无任何关联，把每节电池都使用到寿命终止期，同时可以实现新旧电池混用，相比于常规系统，提高电池利用率。
3.4并联智能直流系统自动在线核容
传统直流系统不具备在线管理每一只蓄电池的能力，不具备在线更换蓄电池功能。对一组蓄电池进行核容需要2人次2天时间。
并联电池直流系统可以自动对蓄电池进在线行全容量核容，并且每次只允许一个电池进行核容，利用系统现场负载进行核容，电池核容完成后自动转入均充管理阶段，并把核容数据（包括电压、电流、核容时间、核容后的物理容量）在系统监控界面导出，通过系统冗余设计，即使现场一个模块因核容出现问题退出运行也不影响整个系统的运行，因此电池核容时候人到现场不是必需的。通过自动核容能够及时发现容量落后电池，及时对蓄电池在线更换，减小了系统的维护工作量，提高了直流系统运行可靠性。
3.5便于分布式布置
传统直流系统一般全站设置一套蓄电池放置于专用蓄电池室中，各小室设置直流分屏。对于分布式布置的变电站，直流分屏的数量众多，并且由于各小室之间距离较远，分屏至主屏间的电缆压降严重，电缆截面往往很大，投资非常高。
并联电池直流系统可根据每个分散布置小室中的直流负荷灵活选择所需的容量，靠近供电对象就近供电，即方便了设备布置，又节约了投资成本。
四、结论
并联直流电源系统技术可以大大减少蓄电池故障的发生，并为变电站电源系统提供坚强的技术支撑，同时也为变电站的安全运行有较为现实意义和作用。