基于雙碳狀態下變電站低壓直流電源系統的研究

許琛雍 沈昱軒

摘要：基于雙碳要求，踐行綠色發展理念，借助智能技術、自動化技術、自動化控制及大數據技術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擔和運維成本，有效提高生產人員工作效率和設備運行可靠性，延長設備使用壽命，充分利用變電站現有的電池組，探尋分布式儲能在變電站應用的可行性。推進變電站直流電源系統改革和建設，積極應對未來氣候變化帶來的挑戰，通過覆蓋生產運營各方面的環境體系，提升環境績效，減少溫室氣體排放。

關鍵詞：雙碳???變電站蓄電池組綠色環保式充放電???蓄電池組分析模型???節能減排??智能技術??電力系統???自動化控制???自動化技術

中圖分類號：tm63????????文獻標識碼：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、自動化技術、自動化控制及大數據技術的發展，針對目前變電站低壓直流電源系統存在的弊端，采用科學的手段提出一種切實可行的新型科學系統，此系統可實現變電站低壓直流電源系統踐行雙碳理念，合理利用蓄電池放電能力，提高蓄電池使用壽命，保證直流系統可靠運行，降低檢修人員工作負擔和運維成本，有效提高了生產人員工作效率和設備運行可靠性等。且利用大數據技術科學有效的降低低壓直流電源的能耗，旨在獲得預期的節能效果，為后期推廣應用提供實踐參考。

國家電網公司是實現“碳中和、碳達峰”目標的頂梁柱，一方面要當好引領者加快能源生產清潔化、能源消費電氣化、能源利用高效化，推進能源電力行業盡早以較低峰值達峰；另一方面也要當好“先行者”深度挖掘輸變配電各環節挖掘節能減排潛力，實現企業碳排放率先達峰[1]。該文通過對智能技術與電力系統自動化控制的概述以及智能技術在電力系統自動化控制中的應用優勢進行分析，并提出了幾點應用對策，對于智能技術在電力系統自動化控制中的發展與進步，具有非常重要的作用。

1電力系統自動化技術的定義

1.1電力系統

電力系統是指將電能的生產、分配以及利用集為一體的綜合性系統，它是由電廠發電、電廠輸電、變電所變配電以及用戶用電等幾大環節構成的。所以電力系統的主體結構主要為電源、變電所、輸電網絡、配電線路以及負荷中心等幾部分。當中的電源主要指的是發電廠，且還包括了火力發電廠、水力發電廠、風能與太陽能發電廠以及核能發電廠等，各大發電廠之間也存在著十分密切的關聯性，這樣也能實現不同區域間的電能調節，以此有效滿足廣大群眾供電的需求。變電所與輸電、配電線路所構成的網絡，人們都將其統稱為“電力網絡”，同時它也承載著電能分配和傳輸的重要使命。

1.2自動化技術

電力系統自動化技術是基于計算機技術、現代信息化技術、計算機網絡技術、控制技術以及系統工程技術等充分結合應用下，逐漸形成了一門多學科綜合型的應用技術[2]。再加上科學技術創新力度的增強，電力系統自動化技術也被廣泛應用在諸多領域當中，同時還為生產和質量與效率的有效提升打下堅實的基礎。但是從電力電氣領域上來看，在電力系統中合理應用自動化技術，還能使得電力系統具備一定的自動化控制能力，也可以有效提升電力系統的敏感度，從而真正實現對各大環節電力設備運行狀況的自動化監管，以及有效減低設備故障對電力系統運行帶來較大的影響。近年來，隨著自動化技術與現代智能化技術的有機整合，電力系統智能化水平也得到了進一步的提升，而且電力設備的控制能力也逐漸增強，同時還有助于全面推動智能電網的建設，從而不間斷增強電能監管的力度，并真正實現電能能源的節約。所以，研究電力系統自動化技術的應用與發展有著至關重要的意義。

2電力系統自動化技術的特征

2.1電力系統自動化技術的要求非常高

在電力企業中，企業對電力系統自動化技術有著極高的要求，而電力系統自動化技術在使用過程中也有較強的可操作性，電力系統龐大的操作機器和繁瑣的操作流程，在其他比較專業的人員來看，這簡直就是碩大無朋，很難使得有關人員捉摸透頂。但是這些龐大的機器在電力系統自動化技術專業而人員眼里看來，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，電力企業的電力系統自動化技術才需要專業技術人才來進行。對于有關專業人士來講，這不僅是優勢，也是挑戰。

2.2電力系統自動化技術有著極強的專業性

電力系統自動化技術有著極強的專業性是指在這個電力電氣領域中的機器和工作環境的設計與配備，都是由優秀的專業人員設計和完成的。如機器般的碩大無朋，就需要專家來進行設計完成。機器設備的制作并不是一件容易的事情，但是在操作和使用環節也需要專業的人員進行正確指導。

2.3?電力系統自動化技術有著極強的適應性

電力系統自動化技術有著極強的環境適應性。因為電力系統在國內是一體化系統，不管是在南方地區還是北方地區，各大地方的電力系統都是相通的，且還具有極高的環境適應性。所以，此技術能力和技術產品不管是到了我國哪個地方，只要是有電力系統的地方，就能快速地適應所在區域的環境，尤其是在復雜環境下，更能有效凸顯出此項技術極強的復雜環境適應性。

3電力系統自動化技術的有效應用

3.1?智能保護技術與自動化技術

近年來，隨著智能化技術不斷發展，國內的智能保護技術水平也得到了進一步的提升，而智能保護技術在電力系統中的應用有著更好的發展前景，且還可以真正實現電力系統分層設施與各級電壓電站的合理應用。為了能夠有效提升智能保護技術的穩定性，有關技術人員必須要在核心技術的基礎上合理使用人工智能技術，而該項技術還能模擬人工操作，同時也能有效實現智能保護技術的優化和創新。另外，電力系統自動化技術是電力企業在穩定發展期間最常見的一項技術，其在配電網、電廠運行以及電廠供給中起到了非常重要的作用，從而為電力系統的正常運行提供技術上的大力支持。電力系統自動化技術的有效應用理應要充分結合計算機技術、網絡信息技術以及通信技術等，這樣就可以有效發揮出該技術的重要作用，進而使得電力系統得到更好的發展，且電力系統的穩定性也會得到進一步的提升[3]。

3.2?計算機自動化技術

現如今，計算機技術也在電力系統運行的各個環節中得到了廣泛應用，例如：配電系統、供電系統和變電系統等，但是在許多計算機技術當中，應用十分廣泛的就是智能電網技術，這項技術的應用既能真正實現配網智能化目標，還能對電力系統的全方位改進有著重要的意義。其次，應用比較廣泛的就是電網調動技術，這項技術在信息采集工作方面充分發揮了重要的作用。由于電網調動技術自身就具備監控功能，也能有效實現對服務器、顯示器、變電站終端設備以及打印設備運行狀態等進行實時監控，所以也會根據電力系統的實際運行情況有效實現對計算機的統一調配。同時還可以根據當前地區的實際發展需求對各個級別的電網進行自主調節，進而使得各大地區電力系統都能合理運行，并且還能有效提升電網運行的質量。

3.3?變電站自動化技術

自動化技術在變電站運行中的有效應用，逐漸替代了以往傳統的人工操作方式，這在很大程度上提高了變電站運行的效率，也能實時監控變電站的實際運行情況，同時還有利于技術人員明確了解變電站運行的實際情況，并及時發現和有效解決變電站運行期間存在的安全性問題，進而為變電站系統的安全性提供相應的保障。

4電力系統自動化技術的發展

4.1?標準化發展

標準化發展是有效確保電力系統自動化技術應用的規范與科學，也是全面促進電力系統自動化技術作用充分發揮的基礎。近年來，隨著電力系統自動化技術應用規模的擴大，我國在應用電力系統自動化技術時，理應朝著國際標準化方向發展。現如今，發達國家已經出臺了關于電氣自動化應用的標準，來規范和正確指導自動化技術的應用行為。所以國內在發展電力事業的時候，應該要借鑒國外先進的發展經驗，來不斷增強該項技術應用標準的有效制定和完善。

4.2智能化發展

智能化發展是電力系統自動化技術的重要發展方向。所謂的智能化發展，指的是全部的人為工作都是由機器代替的，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，?而不是變成機器的奴隸。但智能化發展的關鍵在于機器的研發與制造，這一過程必須由電力系統專業人員進行更深入的探索。畢竟電力系統的升級改造是一個比較漫長的過程，但是在此過程中，也會將該領域中的人才進行重新洗牌。

4.3集成化發展

所謂的集成化發展，就是指在電力系統自動化技術當中，將更多復雜繁瑣的機器變為小的手持設備，甚至是那種可以方便人們穿戴的設備。在以往傳統的行業中，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，而當前只需要拿著一部手機即可。因此這就是集成化的優勢。

5基于自動化技術新型科學決策系統的提出

在電力系統中，智能技術、自動化技術、自動化控制及大數據技術也是一種至關重要的技術，且還有著比較專業的技術和適應復雜環境的能力，但是電力系統智能技術、自動化技術、自動化控制及大數據技術也具備了比較可靠的優勢。現如今，電力系統智能技術、自動化技術、自動化控制及大數據技術被電力企業廣泛應用，在未來也有良好的發展前景，并且還能廣泛應用于電力系統或者是其他領域中的各方面。

該研究旨在基于雙碳要求下、利用基于智能技術、自動化技術、自動化控制及大數據技術和智能終端，分析變電站低壓直流電源系統全局數據，并通過基于大數據的數學模型分析及預測，動態監測設備運行數據，監測變電站低壓直流電源系統運行狀態，并通過軟件實時上傳，以達到現場運維和最佳節能效果[4]。

6實現方法及系統部署

6.1??統一的直流電源決策終端

建立統一的低壓直流電源決策平臺，采用12.1"顯示屏幕，完美展現各種交直流信息和實時曲線并進行保存[5]，可以實現后期直流系統中各組件設備運行狀況分析時的信息調閱，也可作為變電站直流系統信息匯總上傳的匯聚點，可有效解決老站和直流系統無統一平臺僅能提供硬接點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決策水平，提高了直流系統的安全性、可靠性和故障分析準確性。該系統主要包括：交直流實時采集、性能測試、交流組件監測、直流組件監測、蓄電池組監測、故障錄波系統等。

6.2??蓄電池饋網維護系統

傳統的蓄電池充、放電采用純阻性線性負載，產生熱量極不環保。

該系統把在核容放電時，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報告，可在一定程度上減少直流系統運維費用的支出[6]。具備核容試驗異常自動停止功能，可設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到達設定值，設備都將自動停止放電。核對性放電測量蓄電池組容量，放電過程各項參數、曲線將在后臺全程顯示，如見圖1所示。

可實時記錄放電過程中的各種參數如電池組總電壓、放電電流、放電時間與累計放電容量。用戶對蓄電池可進行最多五個階段的不同電流的恒流放電過程，以保證放電活化達到最理想的狀態。放電結束后，系統可自動記錄放電結束的原因與時間。用戶亦可以對放電的數據進行u盤導出，以便用戶對放電過程進行分析。6.3??蓄電池組全壽命監控分析模型