董萬(wàn)新，李中豪，張佳卓

（國(guó)網(wǎng)上海市電力公司市區(qū)供電公司，上海 200080）

目前，配電自動(dòng)化正在全國(guó)范圍內(nèi)大規(guī)模建設(shè)，但是作為故障發(fā)生時(shí)為后臺(tái)綜自提供電能供應(yīng)，實(shí)現(xiàn)故障定位；以及為一次設(shè)備提供能量使其可靠動(dòng)作的重要保證的后備電源的發(fā)展卻比較滯后。因此，本文介紹了一種新型的可遠(yuǎn)控后備電源，簡(jiǎn)述有關(guān)方案并與現(xiàn)行方案進(jìn)行比較。

1 簡(jiǎn)述現(xiàn)行方案與本文方案

目前，各網(wǎng)省公司在配電網(wǎng)中大多使用鉛酸蓄電池作為后備電源裝置，需要每2～3年更換一次，過(guò)程需消耗大量人力物力財(cái)力，且各網(wǎng)省公司維護(hù)水平參差不齊，平均維護(hù)水平較低。同時(shí)，戶外配電終端全年在-30～+75℃的惡劣運(yùn)行環(huán)境中運(yùn)行，導(dǎo)致很多鉛酸電池壽命大大低于預(yù)期，嚴(yán)重降低了配電自動(dòng)化系統(tǒng)的可靠性。在部分特殊故障條件下，由于鉛酸蓄電池本身內(nèi)阻較大，導(dǎo)致輸出功率受限，不能快速處理故障。同時(shí)，鉛酸電池的電源管理模塊常常無(wú)法做到規(guī)定的活化周期，導(dǎo)致主站獲得的數(shù)據(jù)無(wú)法真實(shí)反映電池狀態(tài)，鉛酸蓄電池的各項(xiàng)參數(shù)無(wú)法準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)，導(dǎo)致其本身出現(xiàn)的問(wèn)題不容易被發(fā)現(xiàn)。

為此，此次研發(fā)的新型配網(wǎng)可遠(yuǎn)控后備電源解決了以上問(wèn)題，其儲(chǔ)能電源本身具有能量密度高、壽命長(zhǎng)、充電時(shí)間短、低溫性能好、自放電少等特點(diǎn)。同時(shí)，其自帶物聯(lián)網(wǎng)等多種通信功能，具備故障上報(bào)和狀態(tài)信息查詢功能；在使用中可結(jié)合大數(shù)據(jù)使用，能夠預(yù)判電池性能變化情況；結(jié)合溫濕度模塊數(shù)據(jù)，可以預(yù)測(cè)未來(lái)一段時(shí)間儲(chǔ)能模塊的性能變化情況；可自動(dòng)記錄定期活化的剩余容量，使得后備電源的運(yùn)維可感知、可掌握，增強(qiáng)電網(wǎng)供電可靠性。

2 新型配網(wǎng)可遠(yuǎn)控后備電源的研發(fā)

2.1 主要硬件構(gòu)成

此次研發(fā)的新型配網(wǎng)可遠(yuǎn)控后備電源采用的儲(chǔ)能材料是新型超級(jí)電容，是在超級(jí)電容的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的一種新型儲(chǔ)能材料，實(shí)現(xiàn)了8小時(shí)長(zhǎng)時(shí)間供電，各方面性能滿足國(guó)網(wǎng)公司關(guān)于配電終端后備電源要求《DL/T 721-2000配電自動(dòng)化系統(tǒng)功能規(guī)范》：超級(jí)電容應(yīng)保證單間隔分閘操作一次，并維持配電終端及通信模塊至少運(yùn)行15分鐘。

設(shè)備采用的新型超級(jí)電容能量密度達(dá)到傳統(tǒng)鉛酸蓄電池的5倍左右，同時(shí)，其壽命可達(dá)重復(fù)充放電5～10萬(wàn)次，實(shí)現(xiàn)與電力二次設(shè)備同壽命周期。從而真正實(shí)現(xiàn)免維護(hù)，可以有效降低電力二次設(shè)備的運(yùn)維成本，提高供電可靠性。同時(shí)，實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了后期維護(hù)便捷、安裝電壓選擇多樣的特性。

新型配網(wǎng)可遠(yuǎn)控后備電源的電源監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)，一是能夠?qū)崿F(xiàn)定期檢測(cè)電池組單個(gè)電池性能狀況，并根據(jù)相關(guān)設(shè)置進(jìn)行上；二是監(jiān)測(cè)到電池性能下降后發(fā)出電池異常告警。該系統(tǒng)使用物聯(lián)網(wǎng)等多種通信技術(shù)，使掉電保護(hù)裝置具備故障上報(bào)和狀態(tài)信息查詢功能，搭建了一套基于物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)架可預(yù)判電池性能變化情況及未來(lái)一段時(shí)間儲(chǔ)能模塊的性能變化情況的系統(tǒng)。

在監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)模塊中內(nèi)置了一套NB-LOT、LORA和GPRS/4G/5G通訊模塊，使后備電源裝置具備故障上報(bào)和狀態(tài)信息查詢功能，可通過(guò)無(wú)線通信的方式經(jīng)加密連接至數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器讀寫數(shù)據(jù)。該模塊可實(shí)現(xiàn)整個(gè)后備電源模塊的信息經(jīng)加密后通過(guò)4G/5G無(wú)線通道傳輸?shù)竭\(yùn)維終端。為了確保無(wú)線數(shù)據(jù)通訊安全性與數(shù)據(jù)完整性，協(xié)議報(bào)文支持使用SM4加密，能夠可靠、安全地實(shí)現(xiàn)信息的采集、傳輸、存儲(chǔ)功能，最大限度地滿足實(shí)際需要。同時(shí)，為保證云端主站的通用性，以兼容接入不同廠家的終端設(shè)備，前置子系統(tǒng)提供多種現(xiàn)有通信規(guī)約支持，包括101、104、Modbus等規(guī)約，實(shí)現(xiàn)了更方便地?cái)U(kuò)展支持用戶自定義規(guī)約。

2.2 新型配網(wǎng)可遠(yuǎn)控后備電源的優(yōu)勢(shì)

在儲(chǔ)能裝置上，在比較了新型超級(jí)電容與傳統(tǒng)鉛酸蓄電池、傳統(tǒng)超級(jí)電容、磷酸鐵鋰電池的各項(xiàng)指標(biāo)后，發(fā)現(xiàn)其在使用壽命、放電能力、高低溫性能、安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性、可監(jiān)控性等各方面均具有較大優(yōu)勢(shì)。其具備的在-30℃條件下低溫大電流放電能力，有效保證了配電自動(dòng)化系統(tǒng)在特殊故障條件下分合閘的可靠性。

同時(shí)，在比較了各種后備電源的全壽命周期費(fèi)用后發(fā)現(xiàn)，由于新型超級(jí)電容具有安全、免維護(hù)、可靠性高、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場(chǎng)二次設(shè)備同壽命，極大地減輕了運(yùn)維人員的工作量，其全壽命周期費(fèi)用更低。

表1 新型超級(jí)電容與傳統(tǒng)后備電源全壽命費(fèi)用比較

在遠(yuǎn)傳控制方面，利用裝置的電源監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控儲(chǔ)能模塊的運(yùn)行狀態(tài)；遠(yuǎn)程遙控活化功能，確保儲(chǔ)能模塊實(shí)現(xiàn)定期活化。其具有的云端主站功能，可實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備上傳信息的大數(shù)據(jù)分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)可能存在的故障點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)預(yù)判電池性能變化情況，使得后備電源的運(yùn)維可感知、可掌握，極大地提升了電網(wǎng)的可靠性。

2.3 實(shí)際應(yīng)用

圖1 新型配網(wǎng)可遠(yuǎn)控后備電源在上海地區(qū)的應(yīng)用

目前，該系統(tǒng)已在上海地區(qū)展開(kāi)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了后備電源維護(hù)的可預(yù)知、可掌控，減少突發(fā)狀況，提前排除隱患，在提升設(shè)備可靠性和獲知設(shè)備狀態(tài)的同時(shí)，大幅度減少了運(yùn)維任務(wù)量。

3 結(jié)語(yǔ)

新型配網(wǎng)可遠(yuǎn)控后備電源是時(shí)代發(fā)展運(yùn)作而產(chǎn)生的智能設(shè)備，通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)海量信息的大數(shù)據(jù)智能分析，避免出現(xiàn)危機(jī)的可能，具備將故障上報(bào)和狀態(tài)信息查詢功能，大大降低了運(yùn)維的成本，提高了設(shè)備運(yùn)行的安全性和可靠性。將傳統(tǒng)蓄電池后備電源的模式轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸悄芑?、自?dòng)化、免維護(hù)化”的智能后備電源專業(yè)管理模式，大幅提升了設(shè)備運(yùn)行可靠性。新型配網(wǎng)可遠(yuǎn)控后備電源極具推廣價(jià)值，直接影響配電行業(yè)的發(fā)展前景。