基于智能分析的配網新型遠控后備電源的研究

董萬新，李中豪，張佳卓

（國網上海市電力公司市區供電公司，上海 200080）

目前，配電自動化正在全國范圍內大規模建設，但是作為故障發生時為后臺綜自提供電能供應，實現故障定位；以及為一次設備提供能量使其可靠動作的重要保證的后備電源的發展卻比較滯后。因此，本文介紹了一種新型的可遠控后備電源，簡述有關方案并與現行方案進行比較。

1 簡述現行方案與本文方案

目前，各網省公司在配電網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℃的惡劣運行環境中運行，導致很多鉛酸電池壽命大大低于預期，嚴重降低了配電自動化系統的可靠性。在部分特殊故障條件下，由于鉛酸蓄電池本身內阻較大，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定的活化周期，導致主站獲得的數據無法真實反映電池狀態，鉛酸蓄電池的各項參數無法準確監測，導致其本身出現的問題不容易被發現。

為此，此次研發的新型配網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，其自帶物聯網等多種通信功能，具備故障上報和狀態信息查詢功能；在使用中可結合大數據使用，能夠預判電池性能變化情況；結合溫濕度模塊數據，可以預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，增強電網供電可靠性。

2 新型配網可遠控后備電源的研發

2.1 主要硬件構成

此次研發的新型配網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上發展而來的一種新型儲能材料，實現了8小時長時間供電，各方面性能滿足國網公司關于配電終端后備電源要求《DL/T 721-2000配電自動化系統功能規范》：超級電容應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。

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

新型配網可遠控后備電源的電源監測與控制系統，一是能夠實現定期檢測電池組單個電池性能狀況，并根據相關設置進行上；二是監測到電池性能下降后發出電池異常告警。該系統使用物聯網等多種通信技術，使掉電保護裝置具備故障上報和狀態信息查詢功能，搭建了一套基于物聯網構架可預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。

在監測和控制系統模塊中內置了一套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信息查詢功能，可通過無線通信的方式經加密連接至數據庫服務器讀寫數據。該模塊可實現整個后備電源模塊的信息經加密后通過4G/5G無線通道傳輸到運維終端。為了確保無線數據通訊安全性與數據完整性，協議報文支持使用SM4加密，能夠可靠、安全地實現信息的采集、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備，前置子系統提供多種現有通信規約支持，包括101、104、Modbus等規約，實現了更方便地擴展支持用戶自定義規約。

2.2 新型配網可遠控后備電源的優勢

在儲能裝置上，在比較了新型超級電容與傳統鉛酸蓄電池、傳統超級電容、磷酸鐵鋰電池的各項指標后，發現其在使用壽命、放電能力、高低溫性能、安全性、可靠性、經濟性、可監控性等各方面均具有較大優勢。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現，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，可實現與現場二次設備同壽命，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，利用裝置的電源監測與控制系統，可實現遠程監控儲能模塊的運行狀態；遠程遙控活化功能，確保儲能模塊實現定期活化。其具有的云端主站功能，可實現對現場設備上傳信息的大數據分析，及時發現可能存在的故障點，實現預判電池性能變化情況，使得后備電源的運維可感知、可掌握，極大地提升了電網的可靠性。

2.3 實際應用

圖1 新型配網可遠控后備電源在上海地區的應用

目前，該系統已在上海地區展開應用，實現了后備電源維護的可預知、可掌控，減少突發狀況，提前排除隱患，在提升設備可靠性和獲知設備狀態的同時，大幅度減少了運維任務量。

3 結語

新型配網可遠控后備電源是時代發展運作而產生的智能設備，通過對現場海量信息的大數據智能分析，避免出現危機的可能，具備將故障上報和狀態信息查詢功能，大大降低了運維的成本，提高了設備運行的安全性和可靠性。將傳統蓄電池后備電源的模式轉變為“智能化、自動化、免維護化”的智能后備電源專業管理模式，大幅提升了設備運行可靠性。新型配網可遠控后備電源極具推廣價值，直接影響配電行業的發展前景。