基于雙碳狀態(tài)下變電站低壓直流電源系統(tǒng)的研究

許琛雍 沈昱軒

摘要：基于雙碳要求，踐行綠色發(fā)展理念，借助智能技術(shù)、自動化技術(shù)、自動化控制及大數(shù)據(jù)技術(shù)手段有效的降低低壓直流電源的能耗，減輕檢修人員工作負(fù)擔(dān)和運(yùn)維成本，有效提高生產(chǎn)人員工作效率和設(shè)備運(yùn)行可靠性，延長設(shè)備使用壽命，充分利用變電站現(xiàn)有的電池組，探尋分布式儲能在變電站應(yīng)用的可行性。推進(jìn)變電站直流電源系統(tǒng)改革和建設(shè)，積極應(yīng)對未來氣候變化帶來的挑戰(zhàn)，通過覆蓋生產(chǎn)運(yùn)營各方面的環(huán)境體系，提升環(huán)境績效，減少溫室氣體排放。

關(guān)鍵詞：雙碳???變電站蓄電池組綠色環(huán)保式充放電???蓄電池組分析模型???節(jié)能減排??智能技術(shù)??電力系統(tǒng)???自動化控制???自動化技術(shù)

中圖分類號：tm63????????文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Research?on?the?Low-Voltage?DC?Power?Supply?System?in?Substations?Based?on?the?State?of?Carbon?Peaking?and?Carbon?Neutrality

XU?Chenyong?1??SHEN?Yuxuan?2

（1.Suzhou?Power?Supply?Company，Suzhou，Jiangsu?Province，21500?China；2.Faculty?of?Electrical?Engineering?and?Information?Technology，RWTH?Aachen?University，Aachen，?North?Rhine-Westphalia，?52062?Germany）

Abstract：?Based?on?the?requirements?of?carbon?peaking?and?carbon?neutrality，?we

practice?the?concept?of?green?development，?use?the?means?of?intelligent?technology，?automatic?technology，?automatic?control?and?big?data?technology?to?effectively?reduce?the?energy?consumption?of?low-voltage?DC?power?supply，?reduce?the?workload?of?maintenance?personnel?and?operation?and?maintenance?costs，?effectively?improve?the?work?efficiency?of?production?personnel?and?the?reliability?of?equipment?operation?and?extend?the?service?life?of?equipment，?make?full?use?of?existing?battery?packs?in?substations?to?explore?the?feasibility?of?the?application?of?distributed?energy?storage?in?substations，?promote?the?reform?and?construction?of?the?DC?power?supply?system?in?substations，?actively?respond?to?the?challenges?brought?by?climate?change?in?the?future，?and?improve?environmental?performance?and?reduce?greenhouse?gas?emissions?through?the?environmental?system?covering?all?aspects?of?production?and?operation.

Key?Words：?Carbon?Peaking?and?Carbon?Neutrality;?Green?charging?and?discharging?of?battery?packs?in?substations;?Battery?analysis?model;?Energy?conservation?and?emission?reduction;?Intelligent?technology;?Power?system;?Automatic?control;?Automation?technology

隨著智能技術(shù)、自動化技術(shù)、自動化控制及大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，針對目前變電站低壓直流電源系統(tǒng)存在的弊端，采用科學(xué)的手段提出一種切實(shí)可行的新型科學(xué)系統(tǒng)，此系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)變電站低壓直流電源系統(tǒng)踐行雙碳理念，合理利用蓄電池放電能力，提高蓄電池使用壽命，保證直流系統(tǒng)可靠運(yùn)行，降低檢修人員工作負(fù)擔(dān)和運(yùn)維成本，有效提高了生產(chǎn)人員工作效率和設(shè)備運(yùn)行可靠性等。且利用大數(shù)據(jù)技術(shù)科學(xué)有效的降低低壓直流電源的能耗，旨在獲得預(yù)期的節(jié)能效果，為后期推廣應(yīng)用提供實(shí)踐參考。

國家電網(wǎng)公司是實(shí)現(xiàn)“碳中和、碳達(dá)峰”目標(biāo)的頂梁柱，一方面要當(dāng)好引領(lǐng)者加快能源生產(chǎn)清潔化、能源消費(fèi)電氣化、能源利用高效化，推進(jìn)能源電力行業(yè)盡早以較低峰值達(dá)峰；另一方面也要當(dāng)好“先行者”深度挖掘輸變配電各環(huán)節(jié)挖掘節(jié)能減排潛力，實(shí)現(xiàn)企業(yè)碳排放率先達(dá)峰[1]。該文通過對智能技術(shù)與電力系統(tǒng)自動化控制的概述以及智能技術(shù)在電力系統(tǒng)自動化控制中的應(yīng)用優(yōu)勢進(jìn)行分析，并提出了幾點(diǎn)應(yīng)用對策，對于智能技術(shù)在電力系統(tǒng)自動化控制中的發(fā)展與進(jìn)步，具有非常重要的作用。

1電力系統(tǒng)自動化技術(shù)的定義

1.1電力系統(tǒng)

電力系統(tǒng)是指將電能的生產(chǎn)、分配以及利用集為一體的綜合性系統(tǒng)，它是由電廠發(fā)電、電廠輸電、變電所變配電以及用戶用電等幾大環(huán)節(jié)構(gòu)成的。所以電力系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)主要為電源、變電所、輸電網(wǎng)絡(luò)、配電線路以及負(fù)荷中心等幾部分。當(dāng)中的電源主要指的是發(fā)電廠，且還包括了火力發(fā)電廠、水力發(fā)電廠、風(fēng)能與太陽能發(fā)電廠以及核能發(fā)電廠等，各大發(fā)電廠之間也存在著十分密切的關(guān)聯(lián)性，這樣也能實(shí)現(xiàn)不同區(qū)域間的電能調(diào)節(jié)，以此有效滿足廣大群眾供電的需求。變電所與輸電、配電線路所構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，人們都將其統(tǒng)稱為“電力網(wǎng)絡(luò)”，同時它也承載著電能分配和傳輸?shù)闹匾姑?/p>

1.2自動化技術(shù)

電力系統(tǒng)自動化技術(shù)是基于計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代信息化技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制技術(shù)以及系統(tǒng)工程技術(shù)等充分結(jié)合應(yīng)用下，逐漸形成了一門多學(xué)科綜合型的應(yīng)用技術(shù)[2]。再加上科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新力度的增強(qiáng)，電力系統(tǒng)自動化技術(shù)也被廣泛應(yīng)用在諸多領(lǐng)域當(dāng)中，同時還為生產(chǎn)和質(zhì)量與效率的有效提升打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。但是從電力電氣領(lǐng)域上來看，在電力系統(tǒng)中合理應(yīng)用自動化技術(shù)，還能使得電力系統(tǒng)具備一定的自動化控制能力，也可以有效提升電力系統(tǒng)的敏感度，從而真正實(shí)現(xiàn)對各大環(huán)節(jié)電力設(shè)備運(yùn)行狀況的自動化監(jiān)管，以及有效減低設(shè)備故障對電力系統(tǒng)運(yùn)行帶來較大的影響。近年來，隨著自動化技術(shù)與現(xiàn)代智能化技術(shù)的有機(jī)整合，電力系統(tǒng)智能化水平也得到了進(jìn)一步的提升，而且電力設(shè)備的控制能力也逐漸增強(qiáng)，同時還有助于全面推動智能電網(wǎng)的建設(shè)，從而不間斷增強(qiáng)電能監(jiān)管的力度，并真正實(shí)現(xiàn)電能能源的節(jié)約。所以，研究電力系統(tǒng)自動化技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展有著至關(guān)重要的意義。

2電力系統(tǒng)自動化技術(shù)的特征

2.1電力系統(tǒng)自動化技術(shù)的要求非常高

在電力企業(yè)中，企業(yè)對電力系統(tǒng)自動化技術(shù)有著極高的要求，而電力系統(tǒng)自動化技術(shù)在使用過程中也有較強(qiáng)的可操作性，電力系統(tǒng)龐大的操作機(jī)器和繁瑣的操作流程，在其他比較專業(yè)的人員來看，這簡直就是碩大無朋，很難使得有關(guān)人員捉摸透頂。但是這些龐大的機(jī)器在電力系統(tǒng)自動化技術(shù)專業(yè)而人員眼里看來，就是日常生活中的電腦或者是電視，也是每天陪伴自己時間最長且最基本的配備。正是如此，電力企業(yè)的電力系統(tǒng)自動化技術(shù)才需要專業(yè)技術(shù)人才來進(jìn)行。對于有關(guān)專業(yè)人士來講，這不僅是優(yōu)勢，也是挑戰(zhàn)。

2.2電力系統(tǒng)自動化技術(shù)有著極強(qiáng)的專業(yè)性

電力系統(tǒng)自動化技術(shù)有著極強(qiáng)的專業(yè)性是指在這個電力電氣領(lǐng)域中的機(jī)器和工作環(huán)境的設(shè)計(jì)與配備，都是由優(yōu)秀的專業(yè)人員設(shè)計(jì)和完成的。如機(jī)器般的碩大無朋，就需要專家來進(jìn)行設(shè)計(jì)完成。機(jī)器設(shè)備的制作并不是一件容易的事情，但是在操作和使用環(huán)節(jié)也需要專業(yè)的人員進(jìn)行正確指導(dǎo)。

2.3?電力系統(tǒng)自動化技術(shù)有著極強(qiáng)的適應(yīng)性

電力系統(tǒng)自動化技術(shù)有著極強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性。因?yàn)殡娏ο到y(tǒng)在國內(nèi)是一體化系統(tǒng)，不管是在南方地區(qū)還是北方地區(qū)，各大地方的電力系統(tǒng)都是相通的，且還具有極高的環(huán)境適應(yīng)性。所以，此技術(shù)能力和技術(shù)產(chǎn)品不管是到了我國哪個地方，只要是有電力系統(tǒng)的地方，就能快速地適應(yīng)所在區(qū)域的環(huán)境，尤其是在復(fù)雜環(huán)境下，更能有效凸顯出此項(xiàng)技術(shù)極強(qiáng)的復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)性。

3電力系統(tǒng)自動化技術(shù)的有效應(yīng)用

3.1?智能保護(hù)技術(shù)與自動化技術(shù)

近年來，隨著智能化技術(shù)不斷發(fā)展，國內(nèi)的智能保護(hù)技術(shù)水平也得到了進(jìn)一步的提升，而智能保護(hù)技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用有著更好的發(fā)展前景，且還可以真正實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)分層設(shè)施與各級電壓電站的合理應(yīng)用。為了能夠有效提升智能保護(hù)技術(shù)的穩(wěn)定性，有關(guān)技術(shù)人員必須要在核心技術(shù)的基礎(chǔ)上合理使用人工智能技術(shù)，而該項(xiàng)技術(shù)還能模擬人工操作，同時也能有效實(shí)現(xiàn)智能保護(hù)技術(shù)的優(yōu)化和創(chuàng)新。另外，電力系統(tǒng)自動化技術(shù)是電力企業(yè)在穩(wěn)定發(fā)展期間最常見的一項(xiàng)技術(shù)，其在配電網(wǎng)、電廠運(yùn)行以及電廠供給中起到了非常重要的作用，從而為電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行提供技術(shù)上的大力支持。電力系統(tǒng)自動化技術(shù)的有效應(yīng)用理應(yīng)要充分結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)以及通信技術(shù)等，這樣就可以有效發(fā)揮出該技術(shù)的重要作用，進(jìn)而使得電力系統(tǒng)得到更好的發(fā)展，且電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性也會得到進(jìn)一步的提升[3]。

3.2?計(jì)算機(jī)自動化技術(shù)

現(xiàn)如今，計(jì)算機(jī)技術(shù)也在電力系統(tǒng)運(yùn)行的各個環(huán)節(jié)中得到了廣泛應(yīng)用，例如：配電系統(tǒng)、供電系統(tǒng)和變電系統(tǒng)等，但是在許多計(jì)算機(jī)技術(shù)當(dāng)中，應(yīng)用十分廣泛的就是智能電網(wǎng)技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用既能真正實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)智能化目標(biāo)，還能對電力系統(tǒng)的全方位改進(jìn)有著重要的意義。其次，應(yīng)用比較廣泛的就是電網(wǎng)調(diào)動技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)在信息采集工作方面充分發(fā)揮了重要的作用。由于電網(wǎng)調(diào)動技術(shù)自身就具備監(jiān)控功能，也能有效實(shí)現(xiàn)對服務(wù)器、顯示器、變電站終端設(shè)備以及打印設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，所以也會根據(jù)電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況有效實(shí)現(xiàn)對計(jì)算機(jī)的統(tǒng)一調(diào)配。同時還可以根據(jù)當(dāng)前地區(qū)的實(shí)際發(fā)展需求對各個級別的電網(wǎng)進(jìn)行自主調(diào)節(jié)，進(jìn)而使得各大地區(qū)電力系統(tǒng)都能合理運(yùn)行，并且還能有效提升電網(wǎng)運(yùn)行的質(zhì)量。

3.3?變電站自動化技術(shù)

自動化技術(shù)在變電站運(yùn)行中的有效應(yīng)用，逐漸替代了以往傳統(tǒng)的人工操作方式，這在很大程度上提高了變電站運(yùn)行的效率，也能實(shí)時監(jiān)控變電站的實(shí)際運(yùn)行情況，同時還有利于技術(shù)人員明確了解變電站運(yùn)行的實(shí)際情況，并及時發(fā)現(xiàn)和有效解決變電站運(yùn)行期間存在的安全性問題，進(jìn)而為變電站系統(tǒng)的安全性提供相應(yīng)的保障。

4電力系統(tǒng)自動化技術(shù)的發(fā)展

4.1?標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展

標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展是有效確保電力系統(tǒng)自動化技術(shù)應(yīng)用的規(guī)范與科學(xué)，也是全面促進(jìn)電力系統(tǒng)自動化技術(shù)作用充分發(fā)揮的基礎(chǔ)。近年來，隨著電力系統(tǒng)自動化技術(shù)應(yīng)用規(guī)模的擴(kuò)大，我國在應(yīng)用電力系統(tǒng)自動化技術(shù)時，理應(yīng)朝著國際標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展?，F(xiàn)如今，發(fā)達(dá)國家已經(jīng)出臺了關(guān)于電氣自動化應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)，來規(guī)范和正確指導(dǎo)自動化技術(shù)的應(yīng)用行為。所以國內(nèi)在發(fā)展電力事業(yè)的時候，應(yīng)該要借鑒國外先進(jìn)的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，來不斷增強(qiáng)該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的有效制定和完善。

4.2智能化發(fā)展

智能化發(fā)展是電力系統(tǒng)自動化技術(shù)的重要發(fā)展方向。所謂的智能化發(fā)展，指的是全部的人為工作都是由機(jī)器代替的，逐漸解放了員工的雙手，并讓他們有更多的時間去用大腦思考重要的問題，就比如電力配備等，?而不是變成機(jī)器的奴隸。但智能化發(fā)展的關(guān)鍵在于機(jī)器的研發(fā)與制造，這一過程必須由電力系統(tǒng)專業(yè)人員進(jìn)行更深入的探索。畢竟電力系統(tǒng)的升級改造是一個比較漫長的過程，但是在此過程中，也會將該領(lǐng)域中的人才進(jìn)行重新洗牌。

4.3集成化發(fā)展

所謂的集成化發(fā)展，就是指在電力系統(tǒng)自動化技術(shù)當(dāng)中，將更多復(fù)雜繁瑣的機(jī)器變?yōu)樾〉氖殖衷O(shè)備，甚至是那種可以方便人們穿戴的設(shè)備。在以往傳統(tǒng)的行業(yè)中，如果我們要從家出門買一些東西或者是去參加一些社會活動，則很有可能需要一書包的東西或者是材料，而當(dāng)前只需要拿著一部手機(jī)即可。因此這就是集成化的優(yōu)勢。

5基于自動化技術(shù)新型科學(xué)決策系統(tǒng)的提出

在電力系統(tǒng)中，智能技術(shù)、自動化技術(shù)、自動化控制及大數(shù)據(jù)技術(shù)也是一種至關(guān)重要的技術(shù)，且還有著比較專業(yè)的技術(shù)和適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境的能力，但是電力系統(tǒng)智能技術(shù)、自動化技術(shù)、自動化控制及大數(shù)據(jù)技術(shù)也具備了比較可靠的優(yōu)勢?，F(xiàn)如今，電力系統(tǒng)智能技術(shù)、自動化技術(shù)、自動化控制及大數(shù)據(jù)技術(shù)被電力企業(yè)廣泛應(yīng)用，在未來也有良好的發(fā)展前景，并且還能廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)或者是其他領(lǐng)域中的各方面。

該研究旨在基于雙碳要求下、利用基于智能技術(shù)、自動化技術(shù)、自動化控制及大數(shù)據(jù)技術(shù)和智能終端，分析變電站低壓直流電源系統(tǒng)全局?jǐn)?shù)據(jù)，并通過基于大數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)模型分析及預(yù)測，動態(tài)監(jiān)測設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，監(jiān)測變電站低壓直流電源系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，并通過軟件實(shí)時上傳，以達(dá)到現(xiàn)場運(yùn)維和最佳節(jié)能效果[4]。

6實(shí)現(xiàn)方法及系統(tǒng)部署

6.1??統(tǒng)一的直流電源決策終端

建立統(tǒng)一的低壓直流電源決策平臺，采用12.1"顯示屏幕，完美展現(xiàn)各種交直流信息和實(shí)時曲線并進(jìn)行保存[5]，可以實(shí)現(xiàn)后期直流系統(tǒng)中各組件設(shè)備運(yùn)行狀況分析時的信息調(diào)閱，也可作為變電站直流系統(tǒng)信息匯總上傳的匯聚點(diǎn)，可有效解決老站和直流系統(tǒng)無統(tǒng)一平臺僅能提供硬接點(diǎn)信號和早期一體化電源部分組件信息不上傳的缺陷，提升了變電站直流系統(tǒng)決策水平，提高了直流系統(tǒng)的安全性、可靠性和故障分析準(zhǔn)確性。該系統(tǒng)主要包括：交直流實(shí)時采集、性能測試、交流組件監(jiān)測、直流組件監(jiān)測、蓄電池組監(jiān)測、故障錄波系統(tǒng)等。

6.2??蓄電池饋網(wǎng)維護(hù)系統(tǒng)

傳統(tǒng)的蓄電池充、放電采用純阻性線性負(fù)載，產(chǎn)生熱量極不環(huán)保。

該系統(tǒng)把在核容放電時，把蓄電池電量有源逆變成交流電，接入站用電，一方面將蓄電池電能再利用，另一方面可自動生成核容試驗(yàn)報(bào)告，可在一定程度上減少直流系統(tǒng)運(yùn)維費(fèi)用的支出[6]。具備核容試驗(yàn)異常自動停止功能，可設(shè)定單體電池放電電壓門檻，放電時間、放電容量等任意一個參數(shù)到達(dá)設(shè)定值，設(shè)備都將自動停止放電。核對性放電測量蓄電池組容量，放電過程各項(xiàng)參數(shù)、曲線將在后臺全程顯示，如見圖1所示。

可實(shí)時記錄放電過程中的各種參數(shù)如電池組總電壓、放電電流、放電時間與累計(jì)放電容量。用戶對蓄電池可進(jìn)行最多五個階段的不同電流的恒流放電過程，以保證放電活化達(dá)到最理想的狀態(tài)。放電結(jié)束后，系統(tǒng)可自動記錄放電結(jié)束的原因與時間。用戶亦可以對放電的數(shù)據(jù)進(jìn)行u盤導(dǎo)出，以便用戶對放電過程進(jìn)行分析。6.3??蓄電池組全壽命監(jiān)控分析模型