國網(wǎng)湖北電力有限公司檢修公司 周 凱 畢如玉 溫皓瀾 邱紅葉 楊荊宜

1 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)實(shí)力和科技水平的不斷提高，人民生產(chǎn)生活對各類能源的需求也越來越大。在眾多能源的需求比重中，人民生產(chǎn)、生活、出行等活動對電力能源的需求比重是最大的。因此，這就要求各類變電站必須保證自身的工作效能，及時地進(jìn)行充放電工作。蓄電池作為變電站直流輸電系統(tǒng)的備用電源，在正常情況下，蓄電池保持待機(jī)、備用的狀態(tài)。當(dāng)變電站的直流電源的充電設(shè)備發(fā)生故障或出現(xiàn)問題而不能繼續(xù)供電時，變電站蓄電池就可以開始工作，對變電站的直流電源進(jìn)行供電，從而在一定時間內(nèi)維持區(qū)域內(nèi)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，為工作人員修復(fù)直流電源充電設(shè)備出現(xiàn)的問題，也能很大程度上降低停電所造成的經(jīng)濟(jì)損失。綜上所述，蓄電池的重要性不言而喻。但是，以往的變電站蓄電池充電、放電控制工作都是由人力完成，不僅無法保證及時性，并且還容易耗費(fèi)過大的人力資源和外業(yè)成本。因此，研究一個有效的變電站蓄電池遠(yuǎn)程充電、放電的控制系統(tǒng)是非常有必要的。

2 傳統(tǒng)變電站蓄電池充放電控制工作流程及弊端

2.1 傳統(tǒng)的變電站蓄電池充電、放電控制工作的流程

出現(xiàn)問題，進(jìn)行人員調(diào)度。變電站工作人員發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行人員調(diào)動，派出專業(yè)人員前往修復(fù)；人員出發(fā)，前往問題區(qū)域。在接到調(diào)度指令后，專業(yè)技術(shù)人員才能乘車出發(fā)，前往問題區(qū)域進(jìn)行變電站直流電電源線修復(fù)或蓄電池充放電；安全工作準(zhǔn)備。到達(dá)問題現(xiàn)場后，先要進(jìn)行安全交底工作，保證作業(yè)安全；對問題變電站進(jìn)行檢查與實(shí)驗(yàn)。在確保作業(yè)環(huán)境的安全后，專業(yè)技術(shù)人員再對問題直流電源進(jìn)行檢查和靜態(tài)放電實(shí)驗(yàn)，從而修復(fù)存在問題，若問題一時難以修復(fù)，技術(shù)人員則需要手動打開蓄電池充放電設(shè)備，從而保證直流電源可以正常供電；記錄工作并反饋。在完成直流電源不供電問題解決的工作后，專業(yè)技術(shù)人員向電力部門進(jìn)行工作反饋。工作確認(rèn)后，再恢復(fù)供電；技術(shù)人員返回。

2.2 傳統(tǒng)變電站蓄電池充放電控制工作流程的弊端

傳統(tǒng)的變電站蓄電池充放電控制工作的方法，雖然也可以對變電站直流電源充電設(shè)備不供電的問題進(jìn)行修復(fù)，但是由于工作復(fù)雜性以及需要時間調(diào)度并前往現(xiàn)場等問題，從而導(dǎo)致了變電站的直流電充電設(shè)備助力工作和蓄電池備用電源充放電工作不具備及時性的特點(diǎn)，不僅會消耗大量工作所需的人力和外業(yè)的資源，甚至還可能會對人民的生產(chǎn)、生活造成惡劣的影響。

3 變電站蓄電池遠(yuǎn)程充放電控制系統(tǒng)設(shè)計

在對變電站蓄電池的遠(yuǎn)程充放電控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計時，首先要對實(shí)現(xiàn)變電站蓄電池充電、放電功能的技術(shù)進(jìn)行了解。當(dāng)下，相控整流、IGBT 整流和以電壓或電流為主要控制手段的脈沖整流技術(shù)成為了進(jìn)行蓄電池充放電工作的依據(jù)。其中，電壓型的脈沖整流技術(shù)最為成熟，應(yīng)用最為廣泛。電壓型脈沖整流器作為一個非常理想的交一直變流器，可以通過在直流側(cè)進(jìn)行直流電流和直流電壓的平直化提供，從而可以保證交流供電網(wǎng)和直流電力系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)。并且，通過這種脈沖整流，還可以與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相適應(yīng)，從而及時的對蓄電池充放電進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)控。接下來，本文將在電壓型脈沖整流技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上對變電站蓄電池的遠(yuǎn)程充放電控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，具體硬件和全面方面內(nèi)容如下。

3.1 硬件方面

控制系統(tǒng)需要強(qiáng)有力、承載力強(qiáng)、數(shù)據(jù)算法好的主板芯片。因此，在進(jìn)行控制系統(tǒng)的主板設(shè)計時，應(yīng)該選用F2812等一系列算法較好、承載力較強(qiáng)的中心控制板。除此之外，系統(tǒng)的硬件設(shè)備還包括AC220V 的電源模塊，電源作用的受主板控制的真空繼電器控制模塊，兩個有220V 電源和5V 電源作用的四路和六路驅(qū)動板，兩個驅(qū)動板均與相應(yīng)的濕度傳感器相連接。整個硬件系統(tǒng)的核心主板再與±15V 的電壓傳感器進(jìn)行連接，并為主板配置5V 的風(fēng)扇板。

通過整個控制系統(tǒng)的硬件模塊設(shè)計，可以通過F2812核心主板與電壓傳感器以及四路、六路充電板的相互作用，從而造成對反饋的信號的及時處理。除此之外，控制系統(tǒng)還可以通過進(jìn)行AD 轉(zhuǎn)換、DC/DC 轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生PWM 整流器控制脈沖。通過這一控制系統(tǒng)，可以方便電力部門變電站監(jiān)管人員及時在控制系統(tǒng)軟件中對變電站蓄電池情況進(jìn)行掌握。在變電站直流電充電設(shè)備發(fā)生故障時，及時地向蓄電池控制主板發(fā)出信號，操作蓄電池對直流電源進(jìn)行供電，從而保證供電工作正常運(yùn)轉(zhuǎn)，減少不必要損耗。

3.2 軟件方面

在對控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)成設(shè)計結(jié)束后，完備的軟件系統(tǒng)設(shè)計也非常重要?？刂葡到y(tǒng)的軟件設(shè)計方面可以采用雙機(jī)位監(jiān)管，控制系統(tǒng)的軟件設(shè)置可以分為上機(jī)位和下機(jī)位共同監(jiān)管。上位機(jī)軟件的主要作用是進(jìn)行控制蓄電池啟動，發(fā)送啟動的命令并對反饋的信號和數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并在專用界面進(jìn)行顯示，方便監(jiān)管人員監(jiān)控。下位機(jī)軟件的作用就是對數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算和處理，對運(yùn)行過程中出現(xiàn)的各種故障進(jìn)行監(jiān)測、處理，并將結(jié)果在上位機(jī)中進(jìn)行顯示。通過雙位機(jī)的應(yīng)用，可以及時的對蓄電池充電、放電的參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測和設(shè)置，并及時對數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。不僅可以實(shí)現(xiàn)變電站蓄電池充放電的遠(yuǎn)程控制，也可以及時將系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄，便于查詢和系統(tǒng)維護(hù)。

3.3 控制邏輯和保護(hù)措施

蓄電池遠(yuǎn)程充放電系統(tǒng)布置后，直流電源系統(tǒng)圖如圖1所示，正常運(yùn)行情況下，1#充電機(jī)送電至I段直流母線，送電至1#組蓄電池；2#充電機(jī)送電至II 段直流母線，送電至2#組蓄電池；3#充電機(jī)保持備用狀態(tài)。這種情況下是按上述正常順序?qū)?#組蓄電池和2#組蓄電池進(jìn)行核容放電。

圖1 蓄電池遠(yuǎn)程充放電功能實(shí)施后直流電源系統(tǒng)圖

當(dāng)1#充電機(jī)故障或2#充電機(jī)故障時，此時故障的充電機(jī)退出運(yùn)行，3#充電機(jī)送電至I 段母線或者II 段母線，以1#充電機(jī)故障或維護(hù)時退出為例，此時3#充電機(jī)送電至I 段母線，送電至1#組蓄電池。這種情況下，發(fā)送放電指令，提出放電申請時審批時需要核驗(yàn)是3#充電機(jī)代1#充電機(jī)工作時的放電，確認(rèn)無誤后，放電時需斷開整流器屏充電機(jī)開關(guān)就不是1QF1，而是3QF 開關(guān)。

放電過程中，如遇到市電停電、電池組電壓或單體電池達(dá)到最低值、溫度超溫、蓄電池智能充放電模塊自身故障、直流母線脫離信息異常、設(shè)備通訊離線等等情況，系統(tǒng)將停止智能充放電模塊工作，并產(chǎn)生一級報警信息，保證直流系統(tǒng)供電的安全性。

4 研究變電站蓄電池遠(yuǎn)程充放電控制系統(tǒng)的意義

4.1 減少人力資源、外業(yè)資源消耗

通過對變電站蓄電池遠(yuǎn)程充放電控制系統(tǒng)的研究，可以大大的降低變電站蓄電池充放電控制工作的難度和不必要的人力和外業(yè)資源消耗。除此之外，遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的研究還可以使電力系統(tǒng)的工作體系更加完善，降低變電站直流電源斷電造成負(fù)面效應(yīng)的概率。

4.2 數(shù)據(jù)反饋更加及時、準(zhǔn)確

采用電壓型脈沖整流技術(shù)、F2812核心控制板以及雙位機(jī)軟件系統(tǒng)，不僅可以實(shí)現(xiàn)對變電站蓄電池充放電的遠(yuǎn)程控制。并且，準(zhǔn)確、高效的核心主板和系統(tǒng)算法也可以完成對蓄電池充放電工作各個環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)的及時性、準(zhǔn)確性把控，使電力部門監(jiān)管人員的工作更為快捷，為直流電源充電設(shè)備問題的修復(fù)工作爭取時間，降低直流電源斷電對人民生產(chǎn)、生活的影響。

5 變電站蓄電池遠(yuǎn)程充放電遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)運(yùn)作注意事項(xiàng)

雖然，通過作用變電站蓄電池充放電遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)可以大大的降低蓄電池充放電控制工作的時間，但是電力部門也必須對人工調(diào)配制度進(jìn)行完善，確保電力監(jiān)管和遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的24小時監(jiān)管。通過對人工調(diào)度的完善，從而可以保證問題處理、數(shù)據(jù)接受，確保系統(tǒng)操控的及時性。

6 變電站蓄電池遠(yuǎn)程充放電控制系統(tǒng)研究成果展望

6.1 從資源、經(jīng)濟(jì)消耗來看

通過對變電站蓄電池充放電工作的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的研究，一方面可以有效的減少為了處理直流電源異常終止供電問題的人力、時間資源的損耗，從而降低搶險工作作業(yè)的成本投入。另一方面，遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的研究，也大大的降低了直流電源停止供電對居民生產(chǎn)、生活的影響，保證了居民的生活幸福感，完善了城市的基礎(chǔ)設(shè)施體系。

6.2 從應(yīng)用性和推廣來看

變電站蓄電池遠(yuǎn)程充放電控制系統(tǒng)的研究是在眾多優(yōu)秀技術(shù)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，因此具備高適應(yīng)性和高效性的工作能力。這一系統(tǒng)可以廣泛的應(yīng)用于各類電站的建設(shè)工程之中，完善電站工作系統(tǒng)，提高電站工作效率。因此，系統(tǒng)具有廣泛的應(yīng)用性和推廣性。

7 結(jié)語

本文從傳統(tǒng)變電站蓄電池充放電控制工作流程及弊端出發(fā)，對實(shí)現(xiàn)蓄電池充放電作業(yè)的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)進(jìn)行了硬件和軟件兩方面的設(shè)計和研究。綜上所述，運(yùn)用蓄電池充放電遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)可以使電力部門的工作人員及時地進(jìn)行蓄電池數(shù)據(jù)監(jiān)測，在發(fā)生直流電源充電設(shè)備故障時，通過軟件控制蓄電池就行供電作業(yè)，從而可以保證電力系統(tǒng)的持續(xù)性、高效性運(yùn)轉(zhuǎn)。除此之外，運(yùn)用遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，還可以大大的提高電力部門工作效率，減少不必要的資源損耗。