基于智能分析的配網(wǎng)新型遠控后備電源的研究

董萬新，李中豪，張佳卓

（國網(wǎng)上海市電力公司市區(qū)供電公司，上海 200080）

目前，配電自動化正在全國范圍內(nèi)大規(guī)模建設(shè)，但是作為故障發(fā)生時為后臺綜自提供電能供應(yīng)，實現(xiàn)故障定位；以及為一次設(shè)備提供能量使其可靠動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控后備電源，簡述有關(guān)方案并與現(xiàn)行方案進行比較。

1 簡述現(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，過程需消耗大量人力物力財力，且各網(wǎng)省公司維護水平參差不齊，平均維護水平較低。同時，戶外配電終端全年在-30～+75℃的惡劣運行環(huán)境中運行，導致很多鉛酸電池壽命大大低于預(yù)期，嚴重降低了配電自動化系統(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，導致輸出功率受限，不能快速處理故障。同時，鉛酸電池的電源管理模塊常常無法做到規(guī)定的活化周期，導致主站獲得的數(shù)據(jù)無法真實反映電池狀態(tài)，鉛酸蓄電池的各項參數(shù)無法準確監(jiān)測，導致其本身出現(xiàn)的問題不容易被發(fā)現(xiàn)。

為此，此次研發(fā)的新型配網(wǎng)可遠控后備電源解決了以上問題，其儲能電源本身具有能量密度高、壽命長、充電時間短、低溫性能好、自放電少等特點。同時，其自帶物聯(lián)網(wǎng)等多種通信功能，具備故障上報和狀態(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)測未來一段時間儲能模塊的性能變化情況；可自動記錄定期活化的剩余容量，使得后備電源的運維可感知、可掌握，增強電網(wǎng)供電可靠性。

2 新型配網(wǎng)可遠控后備電源的研發(fā)

2.1 主要硬件構(gòu)成

此次研發(fā)的新型配網(wǎng)可遠控后備電源采用的儲能材料是新型超級電容，是在超級電容的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的一種新型儲能材料，實現(xiàn)了8小時長時間供電，各方面性能滿足國網(wǎng)公司關(guān)于配電終端后備電源要求《DL/T 721-2000配電自動化系統(tǒng)功能規(guī)范》：超級電容應(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行15分鐘。

設(shè)備采用的新型超級電容能量密度達到傳統(tǒng)鉛酸蓄電池的5倍左右，同時，其壽命可達重復(fù)充放電5～10萬次，實現(xiàn)與電力二次設(shè)備同壽命周期。從而真正實現(xiàn)免維護，可以有效降低電力二次設(shè)備的運維成本，提高供電可靠性。同時，實現(xiàn)模塊化設(shè)計，實現(xiàn)了后期維護便捷、安裝電壓選擇多樣的特性。

新型配網(wǎng)可遠控后備電源的電源監(jiān)測與控制系統(tǒng)，一是能夠?qū)崿F(xiàn)定期檢測電池組單個電池性能狀況，并根據(jù)相關(guān)設(shè)置進行上；二是監(jiān)測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)，使掉電保護裝置具備故障上報和狀態(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一段時間儲能模塊的性能變化情況的系統(tǒng)。

在監(jiān)測和控制系統(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和狀態(tài)信息查詢功能，可通過無線通信的方式經(jīng)加密連接至數(shù)據(jù)庫服務(wù)器讀寫數(shù)據(jù)。該模塊可實現(xiàn)整個后備電源模塊的信息經(jīng)加密后通過4G/5G無線通道傳輸?shù)竭\維終端。為了確保無線數(shù)據(jù)通訊安全性與數(shù)據(jù)完整性，協(xié)議報文支持使用SM4加密，能夠可靠、安全地實現(xiàn)信息的采集、傳輸、存儲功能，最大限度地滿足實際需要。同時，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，實現(xiàn)了更方便地擴展支持用戶自定義規(guī)約。

2.2 新型配網(wǎng)可遠控后備電源的優(yōu)勢

在儲能裝置上，在比較了新型超級電容與傳統(tǒng)鉛酸蓄電池、傳統(tǒng)超級電容、磷酸鐵鋰電池的各項指標后，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)濟性、可監(jiān)控性等各方面均具有較大優(yōu)勢。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化系統(tǒng)在特殊故障條件下分合閘的可靠性。

同時，在比較了各種后備電源的全壽命周期費用后發(fā)現(xiàn)，由于新型超級電容具有安全、免維護、可靠性高、壽命長的特點，可實現(xiàn)與現(xiàn)場二次設(shè)備同壽命，極大地減輕了運維人員的工作量，其全壽命周期費用更低。

表1 新型超級電容與傳統(tǒng)后備電源全壽命費用比較

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

2.3 實際應(yīng)用

圖1 新型配網(wǎng)可遠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)展開應(yīng)用，實現(xiàn)了后備電源維護的可預(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，大幅度減少了運維任務(wù)量。

3 結(jié)語

新型配網(wǎng)可遠控后備電源是時代發(fā)展運作而產(chǎn)生的智能設(shè)備，通過對現(xiàn)場海量信息的大數(shù)據(jù)智能分析，避免出現(xiàn)危機的可能，具備將故障上報和狀態(tài)信息查詢功能，大大降低了運維的成本，提高了設(shè)備運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?、自動化、免維護化”的智能后備電源專業(yè)管理模式，大幅提升了設(shè)備運行可靠性。新型配網(wǎng)可遠控后備電源極具推廣價值，直接影響配電行業(yè)的發(fā)展前景。