基于電動汽車外放電源的變電站直流應急供電裝置的研制與應用

王子琪 陳澤淮 倪非非 劉秋英

（廣東電網有限責任公司佛山供電局）

0 引言

變電站直流系統作為變電站的控制電源，在正常情況下，為變電站內的控制信號、繼電保護裝置、自動裝置、斷路器跳合閘操作回路等提供了直流電源。同時當變電站內的交流電源消失時，直流系統為事故照明、交流不停電等設備提供供電，直到交流系統恢復正常運行［1-2］。

當站內直流電源系統出現異常而無法正常進行供電時，將導致站內多臺裝置電源消失，影響線路進行正常供電。目前，變電站失壓后的應急供電多采用臨時發電機等手段，但發電機體積大，需使用有載貨能力的汽車運輸，對人手及車輛要求高，整個過程耗時長，無法及時處理站內失壓問題，且需定期對發電機進行安全檢查［3-5］。為此，需要尋求更為可靠便捷的方法實現變電站直流系統應急供電，保障變電站的安全可靠運行。本文基于電動汽車外放電源研制了一套變電站直流應急供電裝置，實現變電站直流系統的應急維護，且穩定便捷，從而保障變電站的安全運行。

1 裝置原理

裝置可將電動汽車外放電源輸出的交流220V整流為直流110V，從而為站用直流系統提供可靠應急直流電源。

裝置系統由交流輸入單元、電源調整轉換及輸出控制單元、監控單元及直流饋電單元四部分組成。裝置原理圖如圖1所示。

圖1 裝置原理圖

（1）交流輸入單元

交流輸入單元支持主流電動汽車外放電源快速接入，能夠支持多輛電動汽車同時并網供電，滿足站端直流系統的需要，提高輸入電源的可替代性。該單元最多可同時輸入3路220V單相交流電，各路輸入相互獨立。

（2）電源調整轉換及輸出控制單元

交流電輸入后，經過開關QF1～QF3至交流接觸器JC1～JC3前端，監控單元將實時采樣判斷3路輸入電壓是否符合設置的接入范圍。若符合，該回路閉合交流接觸器，對輸入電壓進行整流，整流后的電壓將按設定的電壓輸出至直流接觸器K1～K3前端。監控單元采樣判斷符合設置條件的回路，閉合直流接觸器，各回路自主均流分攤負載。

（3）監控單元

監控單元可監控每組回路接入的電源電壓和電流數值，收集電源調整轉換單元輸出的電壓電流值，根據站端直流系統技術要求設置電壓、電流告警值和斷開閾值，從而監測電壓電流數值是否滿足要求。當檢測到其中有回路交流輸入異常且超過設置范圍時，將對應的輸入／輸出接觸器脫開相應單元，防止輸入的電壓、電流不符合技術指標而造成變電站站端直流系統受到次生危害。

（4）直流饋電單元

當輸入的交流220V電壓經交流輸入單元、電源調整轉換及輸出控制單元和監控單元后，整流為直流110V，其監視電壓、電流值滿足技術要求，直流接觸器K4閉合，為站用直流系統提供可靠應急直流電源。

2 裝置交互設計

裝置具備RS485 MODBUS通訊端口，可將實時的監控數據顯示在觸摸屏上，便于觀測輸入輸出數值及各接觸器狀態等，簡明清晰；同時具備調節輸出電壓、設置開關閾值、設置系統參數的功能，操作便捷，實現良好的人機交互功能。

（1）開機界面

人機交互界面采用圖形化結構，操作簡單、清晰、方便。裝置系統接通電源時進入主界面，該界面顯示系統圖，實時顯示輸入輸出電壓、電流值及接觸器分合狀態，點擊屏幕下方子菜單可進入對應功能界面，進行下一步操作。開機界面如圖2所示。

圖2 開機界面圖

（2）輸出調壓

通過輸出調壓菜單對電壓參數進行設置，設置均充、浮充電壓值，并可對電壓狀態進行切換。當選擇均充或者浮充時，會再次確認是否執行此操作，確認后將按照內部通訊協議編譯的調壓指令通過485總線下發給電源調整轉換及輸出控制單元，單元接收到調壓指令后動作，自行將輸出電壓進行調節，使得輸出電壓滿足站端直流系統要求。輸出電壓菜單如圖3所示。

圖3 輸出電壓菜單圖

（3）開關閾值

通過開關閾值菜單可以設置接觸器動作電壓閾值，設置輸入、輸出電壓上下限。當輸入、輸出電壓高于過壓值或低于欠壓值時，接觸器將跳開，斷開該回路，避免不合格電壓的輸入對站內直流系統造成危害。當電壓輸入、輸出返回值小于回差值時，接觸器將重新閉合，回路導通，進行供電。開關閾值菜單如圖4所示。

圖4 開關閾值菜單圖

（4）系統參數

可通過系統參數菜單對系統時間及通訊參數進行設置，如圖5所示。

圖5 系統參數菜單圖

3 效果與應用

為了驗證基于電動汽車外放電源的變電站直流應急供電裝置的可行性，對裝置進行實驗。同時將3臺電動汽車外放電源接入應急供電裝置，分別測試在所需負載10A、20A、30A時，該裝置的輸入、輸出電壓、電流值，并將實測值與顯示值進行比對。裝置實驗時輸入、輸出電壓值等性能指標見表1，其中穩壓精度實驗結果見表2～4。

表1 裝置性能指標表

表2 負載10A時測試結果

表3 負載20A時測試結果

表4 負載30A時測試結果

由上述表格可知，將3臺電動汽車外放電源接入應急供電裝置后，在不同負載下，三個回路交流輸入電壓實測值均在216.0～222.7V之間，滿足交流輸入電壓值為220V（AC） ±15%的性能指標；輸出直流電壓實測值均在118.2～118.6V之間，滿足直流輸出電壓為110V（DC） ±15%的性能指標；同時，該裝置輸入、輸出電壓及電流實測值與觸摸屏顯示值誤差均小于±1%，誤差小，裝置精度高；不同負載下，三回路輸出電流都均流分攤負載，各輸出電流保持一致。可證實，該裝置可使電動汽車外放電源輸出電壓、電流值均滿足直流應急供電的需求，但供電還需考慮外放電源輸出電壓、電流值的穩定性。因此，在負載為20A時，對裝置進行進一步實驗，在0.5h內連續測量輸出電壓、電流值，實驗結果見表5。

表5 輸出電壓、電流值

由表5可知，在10：00～10：30這半小時內，裝置輸出電壓值為118V±0.5%，輸出電流值為6.7A±1%，電壓、電流值波動較小，裝置可穩定進行輸出，從而可靠提供應急電源。

4 結束語

隨著新能源行業蓬勃發展，電動汽車應用愈加廣泛，本文針對變電站站內直流系統突發異常的情況，研制了基于電動汽車外放電源的變電站直流應急供電裝置，并通過實驗驗證了該裝置可支持三輛電動汽車同時并網供電，提高輸入電源的可替代性，且輸出穩定可靠，可用于變電站直流系統的應急維護，滿足站端直流系統的需要，從而保障變電站的安全運行。