李歷波，康鴻飛，梁 健，鄒鳳林，楊思安

（1.重慶市電力公司綦南供電局，重慶 400014；2.深圳市泰昂科技股份有限公司，廣東深圳 518057）

目前電力系統(tǒng)大量使用鉛酸蓄電池。變配電站直流系統(tǒng)通過(guò)較多數(shù)量鉛酸蓄電池串聯(lián)組成。一般DC220 V直流系統(tǒng)采用104只2 V鉛酸蓄電池或19只12 V鉛酸蓄電池，DC110 V直流系統(tǒng)采用54只2 V鉛酸蓄電池或9只12 V鉛酸蓄電池。

近年，環(huán)境保護(hù)部、國(guó)家發(fā)改委等部門(mén)在全國(guó)范圍內(nèi)掀起鉛酸蓄電池行業(yè)環(huán)保整治運(yùn)動(dòng)。環(huán)保部公布的全國(guó)排查鉛蓄電池生產(chǎn)、組裝及回收（再生鉛）企業(yè)名單中，超八成企業(yè)被取締或整頓。其中，被取締關(guān)閉583家、停產(chǎn)整治405家、停產(chǎn)610家。因此，目前全國(guó)僅約13%的企業(yè)可正常生產(chǎn)。此次環(huán)保運(yùn)動(dòng)將對(duì)大量使用鉛酸蓄電池的電力系統(tǒng)造成直接壓力。鉛酸蓄電池供應(yīng)商承諾使用10～12年，但電力系統(tǒng)常6年以?xún)?nèi)即選擇淘汰。鉛酸蓄電池未達(dá)到壽命年限選擇退出，這和電池組均為數(shù)量較多的電池個(gè)體串聯(lián)結(jié)構(gòu)有關(guān)系。

當(dāng)蓄電池組中少數(shù)電池發(fā)生質(zhì)量問(wèn)題時(shí)，因不同批次電池內(nèi)阻及容量的差異，新舊電池串聯(lián)使用將造成過(guò)充、過(guò)放等安全問(wèn)題，不能采用新電池替換舊電池方法解決問(wèn)題。這樣必將造成直流蓄電池組在絕大多數(shù)電池性能正常情況下整組報(bào)廢。

電力系統(tǒng)面臨減少鉛酸蓄電池使用量，以及提高現(xiàn)有鉛酸蓄電池利用率的雙重壓力。本創(chuàng)意方案立足于通過(guò)改變直流系統(tǒng)蓄電池連接方式解決以上問(wèn)題。

1 原理及可行性分析

直流系統(tǒng)蓄電池組關(guān)注的電量參數(shù)有：母線(xiàn)電壓、放電容量。

創(chuàng)新方法：（1）直流母線(xiàn)電壓：通過(guò)單只電池直接升壓獲得。目前電力電子技術(shù)通過(guò)將直流電壓斬波，變壓器升壓，改變斬波占空比可精確實(shí)現(xiàn)電壓輸出；（2）容量：通過(guò)“單只電池+整流電路+升壓電路”組成1個(gè)智能電池組件，多智能電池組件并聯(lián)，通過(guò)并聯(lián)數(shù)量改變，可得到相應(yīng)容量。

技術(shù)原理：本創(chuàng)意通過(guò)將單只12 V蓄電池（或6只2 V串聯(lián)蓄電池）與匹配的AC/DC充電電路、DC/DC升壓電路組成“間接并聯(lián)智能電池組件”。

通過(guò)單電池升壓獲得直流母線(xiàn)電壓；具備多組件并聯(lián)均流功能、蓄電池在線(xiàn)管理功能；具備完善的輸入輸出過(guò)/欠壓保護(hù)、輸出短路保護(hù)、過(guò)溫保護(hù)、蓄電池過(guò)/欠壓保護(hù)；能在線(xiàn)檢修更換；具備通信功能。

智能電池組件原理[1]框圖如圖1所示。

圖1 智能電池組件原理框圖

本創(chuàng)意方案實(shí)施后，應(yīng)用中可取代常規(guī)設(shè)計(jì)的“充電機(jī)+蓄電池組+蓄電池巡檢”裝置組合，以多模塊并聯(lián)冗余方式運(yùn)行。

應(yīng)用“間接并聯(lián)智能電池組件”技術(shù)，除解決常規(guī)蓄電池串聯(lián)產(chǎn)生的“個(gè)體質(zhì)量影響整組”、“不能在線(xiàn)維護(hù)”、“不能在線(xiàn)全容量核容”、“蓄電池組防爆防燃處理難”、“按間隔分散布置難”等問(wèn)題外，還能解決變配電站整組報(bào)廢蓄電池組內(nèi)性能完好電池與補(bǔ)充電池混合應(yīng)用問(wèn)題、2 V單體電池與12 V單體電池混合使用問(wèn)題、常規(guī)串聯(lián)電池組只能整組冗余問(wèn)題。

應(yīng)用方式圖2所示。

圖2 應(yīng)用方式圖

2 技術(shù)難點(diǎn)分析

2.1 滿(mǎn)足負(fù)荷沖擊要求

(1)配網(wǎng)站直流系統(tǒng)中沖擊負(fù)荷來(lái)源

來(lái)源于開(kāi)關(guān)跳合閘產(chǎn)生的沖擊負(fù)荷；感性（容性）負(fù)荷接入產(chǎn)生的沖擊負(fù)荷，如裝置啟動(dòng)。這些沖擊負(fù)荷按照技術(shù)規(guī)范一般時(shí)間不超過(guò)5 s。

(2)解決方案

加大元器件短時(shí)耐受力。單并聯(lián)用智能電池模塊額定輸出功率為500W，設(shè)計(jì)1min耐受功率為1 000W，5 s耐受功率為3 000W。耐受過(guò)程中電壓下降范圍在－15%額定電壓以?xún)?nèi)。按系統(tǒng)額定電壓DC220 V計(jì)算，耐受過(guò)程中電壓下降幅度可控制在DC187 V以上[2]。

2.2 保證饋線(xiàn)短路故障可靠切除

(1)并聯(lián)電池組件本身限流保護(hù)采用分段方式處理。當(dāng)故障電流Id≥7.5 Ie時(shí)，組件輸出限流先降為7.5Ie，維持3 s，再降為2.5Ie，維持120 s，再降為1.2 Ie。并聯(lián)電池組件本身限流保護(hù)分段處理如圖3所示。

圖3 并聯(lián)電池組件本身限流保護(hù)分段處理圖

(2)增大濾波電容容值，可避免電壓陷落。

3 應(yīng)用效益

本創(chuàng)意方案在凡有電池作為應(yīng)急電源的場(chǎng)合均可適用，應(yīng)用范圍廣泛。在變配電站上的應(yīng)用如下：

（1）減少鉛酸蓄電池使用量

由于采用n+X配置方式代替常規(guī)整組冗余配置，經(jīng)測(cè)算使用1.3組12 V鉛酸蓄電池總?cè)萘靠纱嬉唤M或二組常規(guī)2 V蓄電池組。蓄電池的使用數(shù)量減少，使蓄電池的成本大幅降低。特別對(duì)使用二組/站蓄電池組的南方電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，效益尤其明顯。如：以廣東省2 000座變電站/4 000套鉛酸蓄電池組計(jì)算，可節(jié)約1 400套常規(guī)鉛酸蓄電池組。每組常規(guī)鉛酸蓄電池組如按54只2 V/200 Ah鉛酸蓄電池配置，則可減少75 600只2 V/200 Ah鉛酸蓄電池使用量。

（2）提高現(xiàn)有鉛酸蓄電池利用率

使用“間接并聯(lián)智能電池組件”技術(shù)，實(shí)現(xiàn)新舊電池混合使用，以每組54只2 V/200 Ah鉛酸蓄電池中50只蓄電池使用年限由6年提高到12年，則12年周期內(nèi)廣東省電力系統(tǒng)可減少4 000×50=200 000只2 V/200 Ah鉛酸蓄電池采購(gòu)，更不用說(shuō)節(jié)約的廢舊電池處理費(fèi)用。

如將配電站電池計(jì)算進(jìn)去，實(shí)現(xiàn)12與2 V鉛酸蓄電池混合使用則效益更大。

4 結(jié)論

現(xiàn)有變站用電池的淘汰，是由于其中的低于30%電池單體出現(xiàn)老化，質(zhì)量變差，不能滿(mǎn)足供電和充放電要求，其中的50%以上只是被“報(bào)廢”電池，被“報(bào)廢”的電池實(shí)際還沒(méi)達(dá)到使用年限，如果強(qiáng)行淘汰對(duì)回收及環(huán)境保護(hù)產(chǎn)生壓力，而如果采用并聯(lián)電池技術(shù)發(fā)揮電池單體的效能，則對(duì)提高電池使用效率，延長(zhǎng)電池的使用壽命，實(shí)現(xiàn)變電站綠色、環(huán)保、節(jié)能目標(biāo)貢獻(xiàn)極大。

[1]王杰.基于間接并聯(lián)智能電池組件的一體化電源應(yīng)用研究[J].湖北電力，2011（S1）：12-14.

[2]白忠敏，劉百震，於崇干.電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].2版.北京：中國(guó)電力出版社，2009：8.