以電池組為**的傳統變電站直流系統在核容放電過程中并聯，操作困難，容易導致環流和誤操作的風險，嚴重威脅電池的使用壽命。

針對這一缺陷，研究人員蔣、王嘉斌、王森、毛榮、徐澤正在2020年*五期《電氣技術》雜志上寫道，提出使用電池并聯保護器對電池組進行獨立的充放電管理，支持變電站直流系統的并聯應用，并提出了變電站直流系統的應用方案。如果大力推廣該技術，可以提高變電站電池組的安全性，簡化電池維護操作程序，降低變電站的維護成本，具有廣闊的應用前景。

變電站直流系統在電力、通信和信息領域發揮著非常重要的作用，可以為控制信號、繼電器保護、自動裝置和事故照明提供**穩定的直流電源，為操作系統提供**的操作。目前，變電站電池按一定標準配備：一般為220kV變電站配備兩組電池，一組電池連接母線，母線由開關控制，相互為備用電源；一般110kV以下級別的變電站只配備一組電池。

對于變電站，無論配備一組電池還是兩組電池，都需要在核容放電過程中與備用電池連接，兩組電池直接并聯。變電站直流系統的操作規程明確規定，兩組電池的壓差小于2V短時間并聯切換，操作難度大，對操作人員的要求和依賴性高，存在誤操作的風險。

通過對傳統變電站直流系統并聯模式的分析，提出了變電站直流系統并聯保護器的并聯應用，簡化了直流系統之間備用切換的過程，降低了變電站電力故障的風險，提高了電力系統的安全性。

1 傳統變電站直流系統并聯，存在風險

以220kV以變電站直流系統為例。傳統配置為直流屏1#電池組1#，直流屏2#電池組2#。直流母線由開關控制，在異常或維護過程中為后備電源。

當直流系統2切換到直流系統1備用時，為避免電池組1#放電后與直流屏幕1#或電池組2#電路壓差，大電流對直流系統造成損壞，需要控制母線關閉，直流屏幕1#退出，電池組1#退出，直流屏幕2#承擔直流系統1備用電源的作用。

放電后，需要手動調整直流屏幕1#以降低充電電壓，逐步提高直流屏幕的輸出電壓，充電電池組1#，直流屏幕1#和電池組1#重新接入系統，斷開控制母線和電源母線，恢復放電前原系統的連接。

圖1 220kV變電站直流系統傳統配置圖

電池在備用接入和備用退出時直接并聯，操作人員**確保直流系統的壓差小于2V短時并聯。當兩組直接并聯的電池端電壓有壓差時，高壓電池組會向低壓電池組放電，產生環流。電池組內阻差越大，電壓差越大，環流越大。即使是短時間的環流過程也會嚴重影響電池的使用壽命，甚至損壞電池。

2 直流系統蓄電池組并聯保護器及安全性分析

為了消除傳統直流系統并聯時電池組之間的環流問題，本文設計了兩組電池的并聯保護器充電管理系統，實現原理如圖2所示。

圖2 實現直流系統并聯技術的原理圖

并聯保護器連接到直流屏幕和電池組之間，由直流屏幕提供直流輸入，并聯保護器控制電池組的充電電壓和充電電流。每組電池配備相應的獨立充放電管理控制系統。為確保電池組在外部交流電源異常時能夠及時供電負載，電池與直流母線之間的連接采用單向設備直接連接，避免放電環流的影響。

并聯保護器是由的CPU外圍電路功能模塊作為**處理器，包括充電功能模塊、放電功能模塊、接口模塊和電壓電流采集模塊。CPU通過接口模塊輸入的電池信息可以由脈寬調制（pulse width modulation, PWM）電路智能調節充電模塊對電池的充電電壓和充電電流，CPU該模塊可處理電壓電流采集模塊采集的電流、電壓等信號，實現電池充電電壓和充電電流的**控制。

2.1 充電通道安全分析

并聯保護器中的直流屏與電池組之間的連接IG（insulated gate bipolar transistor），通過PWM電路控制充電電壓和充電電流，限制充電電流。當兩組電池通過并聯保護器并聯連接時，充電通道的并聯等效電路如圖3所示。

當端電壓較低的電池組充電電流較大時，控制系統將智能調節PWM1或PWM脈沖頻率為2，降低電池組的電流輸入，防止進一步增加充電電流，避免大電流充電損壞電池。

圖3 充電通道并聯等效電路圖

充電限制后，無論在什么條件下長時間并聯，電池組都不會有大電流充電。

2.2 安全分析放電通道

當外部交流電源異常時，電池組通過大功率二極管連接到直流屏幕正極和電池組正極VD1/VD2.無縫供電負載。放電通道并聯等效電路如圖4所示。當電池組并聯時，即使兩組電池之間存在電壓差，高壓電池組和低壓電池組之間也沒有引導，也沒有充電電路，避免了環流。

2.3 安全分析維護過程

基于上述直流系統并聯技術，在變電站電池維護過程中，直接進行母聯合閘后，可斷開直流系統中并聯保護器的充電電路，使電池在線放電。放電后，電池組自動轉移到充電狀態，并聯保護器控制系統有效調整充電電壓和充電電流。

例如，電池組的0.1C的恒流充電，在蓄電池組充電達80%后再轉為恒壓充電，最后進入涓流充電狀態，避免了大電流充電對蓄電池組的損傷；電池充滿電后直接斷開母聯，恢復正常連接。本文介紹的并聯技術**了蓄電池組在維護過程中直流系統的供電安全性，簡化了蓄電池組放電維護作業流程。

圖4 并聯等效電路圖

3 直流系統并聯保護器的應用

3.1 改進單組電池

在只配備單組電池的變電站中，原電池組與直流母線之間可連接到一套并聯保護器。當需要維護電池組時，可以斷開并聯保護器的充電電路進行在線核容放電試驗，電池仍可作為直流系統的備用電池。對于單組電池變電站，本文可采用并聯技術，增加一套并聯保護器和一套與原電池組電壓等級相同的電池組，連接到直流母線。

特別是對于面臨退役的電池組，在換電池組的過程中，可以添加新的電池組作為備用電源，如圖5所示。同時，也能在一定程度上滿足變電站容量擴大的需要，或延長變電站的供電時間，爭取多的時間進行交流供電的維修。

3.2 改進雙組電池

對于配備兩組電池的變電站，將原來的兩組電池增加一套并聯保護器。當改進后的直流系統相互備用并關閉時，即使直流母線的壓差**過2V不會對電池組造成損壞，從而簡化了電池組的放電維護過程，增強了直流系統的安全性，如圖6所示。

3.3 改進擬擴容變電站

隨著社會的發展和電力需求的變化，變電站容量擴大，變壓器平臺數量增加，變電站二次繼電保護和控制電路增加，直流系統容量需求增加，電池容量也需要相應增加。

對于220kV變電站，如果將原來的兩組電池直接換為大容量的電池組，將造成電池的**浪費。電池并聯保護器的應用充分利用了原有的電池資源，同時實現了擴展。變電站擴建改造方案如圖7所示。

圖5 雙組電池并聯應用方案

圖6 兩套直流系統備用并聯方案

圖7 變電站擴容改造方案

通過本文并聯使用原來的兩組電池，形成大容量的電池系統連接到直流母線1。將另一個大容量的新電池組和相應的控制系統連接到直流母線2。運行幾年后，將原來的兩組電池換為新的大容量電池組，以提高電池組的利用率，降低電池采購成本。

4 結論

本文提出了直流電池并聯保護器的應用，通過大功率二極管無縫向直流母線供電，避免兩組電池并聯對電池組造成損壞；通過IG該裝置控制了電池的充電電壓和充電電流，避免了電池的大電流充電，簡化了電池的維護過程，同時保護了電池的充電安全，提高了變電站直流系統運行過程中的安全性和**性。

本文描述的方法可以在傳統電力系統的基礎上簡單地升級和改進不同級別的變電站，而不需要消耗大量的人力和物力資源。改造成本低，安全性能高。如果在電力系統中推廣該應用，將能夠提高電池的安全性，簡化電池維護操作程序，降低變電站的維護成本，具有廣闊的應用前景。