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摘要：本文就变电站直流系统存在的几个问题进行分析，并对间接并联智能电池组件与传统直流电源系统进行技术经济比较，为今后智能变电站直流系统设计提供参考。
关键词：智能变电站 应急电源 直流系统 间接并联智能电池组件
1、引言
智能变电站的蓄电池组作为站内应急电源，在全站交流系统失电情况下，提供保护测控、开关操作、通信设备、事故照明等应急电源，意义重大。在正常运行时，蓄电池组处于浮充状态，并没有带载表现机会。每年全国变电站蓄电池组因全站交流系统失电，而发挥应急电源作用的蓄电池组数量仅为极少部分。但即使是这些极少部分蓄电池组，每年的事故仍时有发生。
蓄电池组事故原因主要有：单只蓄电池内部质量问题，造成整组蓄电池不能正常带载。单只蓄电池连接线问题，造成整组蓄电池不能正常带载。蓄电池组中最差1只蓄电池容量决定整组蓄电池容量，使在全站交流系统失电情况下蓄电池组不能发挥应有作用。新更换蓄电池与原运行电池性能不匹配，造成整组电池性能迅速下降。串联蓄电池组不能在线维护，只能靠定期离线全容量核容实验才能真正确定实际容量，发现蓄电池内部质量问题需将备用蓄电池组并联带载，再退出问题蓄电池组维护。铅酸电池主要由铅、硫酸以及部分其他金属及塑料组成，生产铅酸蓄电池存在着倾注硫酸、成品检验和测试环节挥发硫酸雾气等污染环境的大问题。废电池酸液中含有大量的铅，不慎排放不但严重污染土壤和水源，对空气、生态平衡造成破坏。世界环保专家将铅酸蓄电池列为世界三大公害之一。
随着AC/DC、DC/DC技术、通信技术、组件设计技术，在电力领域实现了大量应用。改变蓄电池串联方式的技术条件已具备。而更为环保的磷酸铁锂电池现在也已经普遍应用。
2、间接并联智能电池组件技术原理
1）间接并联智能电池组件原理及功能
单只蓄电池与匹配的AC/DC充电电路、DC/DC升压电路等部件组成的“间接并联智能电池组件”，并通过多套组件并联，组成满足实际需要的直流电源系统，取代传统设计中的“充电机+蓄电池组+蓄电池巡检” 装置组合。组件具有以下功能：
1、多模块并联均流功能：模块采样最大值均流模式，系统设置“+”、“-”均流母线，模块输出欠压时自动从均流母线断开，均流电路停止工作。能保证电池模块安全运行。
2、可对单电池进行完善在线充放电管理：通过定时或远方/手动控制，调低AC/DC输出电压，其值高于系统允许下限值，使处于浮充电的模块单电池放电。放电过程通过软件计算积分放电量。
3、输入输出保护功能。
4、在线检修更换功能：模块设计考虑在线更换功能，支持热插拔，保证单模块检修不影响直流母线运行。
2）磷酸铁锂电池原理
LiFePO4作为电池的正极，由铝箔与电池正极连接，中间是聚合物的隔膜，它把正极与负极隔开，但锂离子Li+可以通过而电子e-不能通过，碳（石墨）组成的电池负极，由铜箔与电池的负极连接。电池的上下端之间是电池的电解质，电池由金属外壳密闭封装。
LiFePO4电池在充电时，正极中的锂离子Li+通过聚合物隔膜向负极迁移；在放电过程中，负极中的锂离子Li+通过隔膜向正极迁移。在整个充放电过程中不产生新的物质。
磷酸铁锂电池不含任何重金属与稀有金属，无毒（SGS认证通过），无污染，符合歐洲RoHS规定，为绝对的绿色环保电池。铅酸电池中却存在着大量的铅，在其废弃后若处理不当，仍将对环境构成二次污染。
其次，磷酸铁锂电池对工作环境温度要求更低，铅酸电池的工作环境温度为5～35°C，而磷酸铁锂电池的工作环境温度为5～55°C，吉星220kV变电站处于湖南娄底地区，室内温度在5～50°C之间，对磷酸铁锂电池容量及放电电流影响较小。
3、技术经济比较
1）与传统串联蓄电池组设计优缺点比较
与传统串联蓄电池组设计配置比较主要优势：①模块化配置：采用基于磷酸铁锂电池的间接并联智能电池组件系统代替常规“充电模块+阀控铅酸蓄电池组+蓄电池巡检”设计。应用中以多组件并联冗余方式，提高直流电源可靠性、解决常规蓄电池串联产生的“个体质量影响整组”、“不能在线维护”、“新旧电池难以匹配”等问题，并支持单个模块热插拔，方便更换。②分散布置：保护测控装置按间隔分散就地布置，实现了光纤网络化，电缆沟基本就是为电源电缆所占据，自然提出“直流电源能否按间隔分散就地布置”问题，以提高电源可靠性、解决电源电缆、优化变电站设计。而在传统串联蓄电池设计模式下，铅酸蓄电池组难以分散布置。③绿色环保：铅酸电池主要由铅、硫酸以及部分其他金属及塑料组成，生产铅酸蓄电池存在着倾注硫酸、成品检验和测试环节挥发硫酸雾气等污染环境的大问题。磷酸铁锂电池不含任何重金属与稀有金属，无毒（SGS认证通过），无污染，符合欧洲RoHS规定，为绝对的绿色环保电池。
2）经济比较
4、结语
经过多方面比较，间接并联智能（磷酸铁锂）电池组件相对于传统直流电源系统而言，实现了模块化、支持热插拔、更方便更换、能分散布置、节约电缆，减少损耗、对环境温度要求低、电池更环保，经济性更高。■
关键词：智能变电站 应急电源 直流系统 间接并联智能电池组件
1、引言
智能变电站的蓄电池组作为站内应急电源，在全站交流系统失电情况下，提供保护测控、开关操作、通信设备、事故照明等应急电源，意义重大。在正常运行时，蓄电池组处于浮充状态，并没有带载表现机会。每年全国变电站蓄电池组因全站交流系统失电，而发挥应急电源作用的蓄电池组数量仅为极少部分。但即使是这些极少部分蓄电池组，每年的事故仍时有发生。
蓄电池组事故原因主要有：单只蓄电池内部质量问题，造成整组蓄电池不能正常带载。单只蓄电池连接线问题，造成整组蓄电池不能正常带载。蓄电池组中最差1只蓄电池容量决定整组蓄电池容量，使在全站交流系统失电情况下蓄电池组不能发挥应有作用。新更换蓄电池与原运行电池性能不匹配，造成整组电池性能迅速下降。串联蓄电池组不能在线维护，只能靠定期离线全容量核容实验才能真正确定实际容量，发现蓄电池内部质量问题需将备用蓄电池组并联带载，再退出问题蓄电池组维护。铅酸电池主要由铅、硫酸以及部分其他金属及塑料组成，生产铅酸蓄电池存在着倾注硫酸、成品检验和测试环节挥发硫酸雾气等污染环境的大问题。废电池酸液中含有大量的铅，不慎排放不但严重污染土壤和水源，对空气、生态平衡造成破坏。世界环保专家将铅酸蓄电池列为世界三大公害之一。
随着AC/DC、DC/DC技术、通信技术、组件设计技术，在电力领域实现了大量应用。改变蓄电池串联方式的技术条件已具备。而更为环保的磷酸铁锂电池现在也已经普遍应用。
2、间接并联智能电池组件技术原理
1）间接并联智能电池组件原理及功能
单只蓄电池与匹配的AC/DC充电电路、DC/DC升压电路等部件组成的“间接并联智能电池组件”，并通过多套组件并联，组成满足实际需要的直流电源系统，取代传统设计中的“充电机+蓄电池组+蓄电池巡检” 装置组合。组件具有以下功能：
1、多模块并联均流功能：模块采样最大值均流模式，系统设置“+”、“-”均流母线，模块输出欠压时自动从均流母线断开，均流电路停止工作。能保证电池模块安全运行。
2、可对单电池进行完善在线充放电管理：通过定时或远方/手动控制，调低AC/DC输出电压，其值高于系统允许下限值，使处于浮充电的模块单电池放电。放电过程通过软件计算积分放电量。
3、输入输出保护功能。
4、在线检修更换功能：模块设计考虑在线更换功能，支持热插拔，保证单模块检修不影响直流母线运行。
2）磷酸铁锂电池原理
LiFePO4作为电池的正极，由铝箔与电池正极连接，中间是聚合物的隔膜，它把正极与负极隔开，但锂离子Li+可以通过而电子e-不能通过，碳（石墨）组成的电池负极，由铜箔与电池的负极连接。电池的上下端之间是电池的电解质，电池由金属外壳密闭封装。
LiFePO4电池在充电时，正极中的锂离子Li+通过聚合物隔膜向负极迁移；在放电过程中，负极中的锂离子Li+通过隔膜向正极迁移。在整个充放电过程中不产生新的物质。
磷酸铁锂电池不含任何重金属与稀有金属，无毒（SGS认证通过），无污染，符合歐洲RoHS规定，为绝对的绿色环保电池。铅酸电池中却存在着大量的铅，在其废弃后若处理不当，仍将对环境构成二次污染。
其次，磷酸铁锂电池对工作环境温度要求更低，铅酸电池的工作环境温度为5～35°C，而磷酸铁锂电池的工作环境温度为5～55°C，吉星220kV变电站处于湖南娄底地区，室内温度在5～50°C之间，对磷酸铁锂电池容量及放电电流影响较小。
3、技术经济比较
1）与传统串联蓄电池组设计优缺点比较
与传统串联蓄电池组设计配置比较主要优势：①模块化配置：采用基于磷酸铁锂电池的间接并联智能电池组件系统代替常规“充电模块+阀控铅酸蓄电池组+蓄电池巡检”设计。应用中以多组件并联冗余方式，提高直流电源可靠性、解决常规蓄电池串联产生的“个体质量影响整组”、“不能在线维护”、“新旧电池难以匹配”等问题，并支持单个模块热插拔，方便更换。②分散布置：保护测控装置按间隔分散就地布置，实现了光纤网络化，电缆沟基本就是为电源电缆所占据，自然提出“直流电源能否按间隔分散就地布置”问题，以提高电源可靠性、解决电源电缆、优化变电站设计。而在传统串联蓄电池设计模式下，铅酸蓄电池组难以分散布置。③绿色环保：铅酸电池主要由铅、硫酸以及部分其他金属及塑料组成，生产铅酸蓄电池存在着倾注硫酸、成品检验和测试环节挥发硫酸雾气等污染环境的大问题。磷酸铁锂电池不含任何重金属与稀有金属，无毒（SGS认证通过），无污染，符合欧洲RoHS规定，为绝对的绿色环保电池。
2）经济比较
4、结语
经过多方面比较，间接并联智能（磷酸铁锂）电池组件相对于传统直流电源系统而言，实现了模块化、支持热插拔、更方便更换、能分散布置、节约电缆，减少损耗、对环境温度要求低、电池更环保，经济性更高。■