在現(xiàn)代配電網(wǎng)中，配電自動化終端是保障電力系統(tǒng)可靠運(yùn)行的重要設(shè)備。在主電源失電的情況下，后備電源會成為關(guān)鍵支撐。針對傳統(tǒng)鉛酸蓄電池的低溫特性不理想、健康狀態(tài)難以實時監(jiān)測等問題，安徽電力科學(xué)研究院于2024年10月啟動技術(shù)攻關(guān)，開發(fā)混合超容電池并應(yīng)用智能監(jiān)測技術(shù)，破解了傳統(tǒng)后備電源可靠性不足、運(yùn)維被動的難題，助力配電自動化終端安全可靠運(yùn)行。
研發(fā)新一代混合超容電池
安徽電科院創(chuàng)新性地將化學(xué)電池與超級電容融合，開發(fā)出新一代混合超容電池。電池采用7節(jié)混合超容串聯(lián)匯流設(shè)計。針對電芯串聯(lián)易出現(xiàn)的電壓不均衡問題，研發(fā)團(tuán)隊提出電芯柔性均衡技術(shù)，采用具有多節(jié)串聯(lián)電芯監(jiān)測、平衡及控制作用的多功能控制器，通過部署隔離型直流變換器和高速電子控制開關(guān)，使終端和主站系統(tǒng)能實時監(jiān)測各電芯電壓，自動通過高速開關(guān)將直流變壓器切換為低電壓電芯補(bǔ)電，實現(xiàn)毫秒級精準(zhǔn)均衡，顯著延長電池壽命。
這種電池結(jié)合了化學(xué)電池高能量密度和超級電容功率密度高、充放電快的優(yōu)勢，能支持持續(xù)大電流工作場景，彌補(bǔ)了單一儲能介質(zhì)在極端溫度下的性能短板。實驗數(shù)據(jù)顯示，該電池在零下20攝氏度的環(huán)境中仍可正常充放電，能量密度較傳統(tǒng)電池方案提升30%，充放電循環(huán)壽命延長至5000次以上，平均故障間隔時間超10年。
實現(xiàn)故障未發(fā)處置先行
研發(fā)團(tuán)隊在電池本體集成了多維度傳感模塊，實時采集單體電壓、充放電流、溫度等參數(shù)。團(tuán)隊提出基于安時積分的電池電量估算算法，實時計算模組的內(nèi)部參數(shù)。隨著電源系統(tǒng)的運(yùn)行，團(tuán)隊持續(xù)進(jìn)行大數(shù)據(jù)深度學(xué)習(xí)及實時補(bǔ)償，逐步提高電池電量算法的精確度和適用性。團(tuán)隊所提算法可實現(xiàn)電池電量估算誤差不超過3%、電池健康狀態(tài)估算誤差不超過5%。后備電源信息等數(shù)據(jù)經(jīng)配電自動化終端上傳至配電自動化主站，主站部署的監(jiān)測平臺支持故障預(yù)警、壽命預(yù)測、充放電策略優(yōu)化等功能，實現(xiàn)故障未發(fā)、處置先行。團(tuán)隊還開發(fā)了專用運(yùn)維APP，支持現(xiàn)場人員實時查看電池狀態(tài)、接收告警信息，并遠(yuǎn)程啟動均衡系統(tǒng)和故障隔離程序。
為了提高電池對過流、短路、過壓等極端工況的適應(yīng)能力，研發(fā)團(tuán)隊設(shè)計出可智能匹配的電芯保護(hù)策略，實現(xiàn)電池過流、短路、過壓、欠壓等保護(hù)?；旌铣蓦姵氐某潆姾头烹娪呻娏﹄娮娱_關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷來控制，電力電子開關(guān)的驅(qū)動由微控制器控制單元、電壓檢測及電流檢測信號分別控制。測試表明，該防護(hù)系統(tǒng)可在2毫秒內(nèi)切斷故障回路，將電池?fù)p壞風(fēng)險降低90%。
試點(diǎn)推廣后備電源管理新模式
2024年年底，安徽電科院指導(dǎo)滁州、淮南供電公司完成40套后備電源改造升級，覆蓋饋線終端和站所終端兩類設(shè)備，包括硬件升級、軟件部署、聯(lián)調(diào)測試三個方面任務(wù)。改造升級過程中，滁州、淮南供電公司將傳統(tǒng)鉛酸電池替換為混合超容電池模組，集成傳感器與通信模塊;安裝邊緣計算單元，實現(xiàn)本地數(shù)據(jù)預(yù)處理與協(xié)議轉(zhuǎn)換;驗證主站與終端的通信鏈路，確保遙測、遙信數(shù)據(jù)實時上送。試點(diǎn)運(yùn)行三個月以來，這兩家公司實現(xiàn)后備電源狀態(tài)“全透明”管理，通過主動預(yù)警和遠(yuǎn)程診斷大幅提升運(yùn)維效率，減少40%的運(yùn)維人力成本，運(yùn)維響應(yīng)速度提升3倍。
今年年初以來，安徽電科院積極構(gòu)建“省級主站-地市子站-終端設(shè)備”三級智能管控體系，引入機(jī)器學(xué)習(xí)算法，實現(xiàn)電池壽命預(yù)測精度提升至95%以上;牽頭編制《配電終端后備電源技術(shù)規(guī)范》，將混合超容電池性能指標(biāo)、智能監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)、運(yùn)維流程等納入行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，提供可推廣可復(fù)制的技術(shù)模板。
安徽電科院以混合超容電池與智能監(jiān)測技術(shù)為核心，探索出配電自動化后備電源管理的新模式，從被動搶修轉(zhuǎn)為主動運(yùn)維。該院正加速推進(jìn)相關(guān)技術(shù)迭代升級，以及在國網(wǎng)安徽電力的推廣應(yīng)用。(胡鈺杰)
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