并联直流技术的发展脉络

并联直流技术的发展脉络

刘昱彤1 ,朱永海2

1. 中国南方电网广东南海电力设计院工程有限公司  广东佛山  528200；2. 中国南方电网广东南海电力设计院工程有限公司  广东佛山  528200

摘要：本文通过梳理并联直流技术的发展脉络，理清该技术系统架构形成原因、蓄电池选择原则、系统功能、突破的技术难点，明确该技术的优劣势、适用范围和发展方向。在目前碳达峰碳中和背景下，探讨该技术的推广应用价值。

关键词：并联电源组件；在线全容量核容；数字均流；区域自治

中图分类号：TM63；TM91

0  引言

并联直流技术从2010年诞生到现在，通过时间的检验越来越显示出强大的生命力，传统直流电源系统中单个电池开路造成后备电源失效、新旧电池不能混合使用、电池自动在线全容量核容、在线检修维护等问题得到根本解决。有必要对其技术脉络进行梳理，明确该技术的优劣势、适用范围和发展方向。

1并联直流技术的技术难点

1.1系统架构设计

并联型直流电源系统的基本思路是：通过单只12V电池直接升压得到系统端电压；单只12V电池与其充放电管理回路形成一个备用电源支路，而系统容量则依靠备用电源支路并联的数量来达到；带载时间则取决于蓄电池放电电流及在容量支持下的放电时间。

并联型直流电源系统基本结构为：单个蓄电池（串）与一台并联型电源变换模块相连，组成一个并联电源组件，类似的多组件中模块的直流高压输出端并联形成直流电源母线。正常运行方式下，交流AC220 V通过并联型电源变换模块整流电路后输出至直流母线带载，同时交流电源通过充电电路对模块下连接的单个蓄电池（串）进行充电管理；当交流供电中断时，由蓄电池（串）经模块放电回路输出，实现不间断供电。

1.2解决系统过载及馈线短路隔离问题

并联型直流电源系统过载续流电路成功解决了系统过载及馈线短路隔离问题。利用并联型直流电源系统中各支路蓄电池（串）与交直流母线及其他支路蓄电池（串）电气隔离的结构，以低于直流母线电压的部分蓄电池（串）串联，通过过载续流二极管、过载续流熔断器与DC220 V/DC110 V直流母线连接。过载续流串联蓄电池组只具有对直流母线的放电通路。正常运行时，由具有稳压功能的并联型电源变换模块组带载；当系统负荷过载或发生短路故障时，仍然由并联型电源变换模块组提供电流，如直流母线电压拉低到过载续流串联电池组电压以下，则同时由过载续流串联电池组提供电流。[1]

1.3实现蓄电池在线全容量核容

并联电源变换模块控制蓄电池在线0.1C放电实现原理：其实就是自动控制原理中的负反馈调节。被核容蓄电池对应的并联电池模块首先退出均流调节，通过检测电池放电电流，与0.1C电流的差值作为误差，通过软件控制PI调节器的输出来调节模块输出电压、电流、功率，根据功率守恒原理，电池放电回路输入功率和输出功率平衡，从而使电池放电电流达到恒定0.1C。[2]

1.4模块化设计

目前，并联直流电源系统具备了进行模块化设计的基础，并联支路数量为冗余配置，当其中任何一个支路需要检修更换时，不需要复杂的操作，即可进行在线操作。

1.5数字均流技术

监控模块检测输入/输出总电压、电流及温度等参数，进行欠压、过流、温度等保护，同时检测模块个数，经过处理设定各模块的工作方式和工作电流值或电压值，通过CAN总线通信，进行强制均流，并且通过闭环反馈达到闭环控制目的。还可实现（n+x）热插拔并联冗余，当某一模块故障，故障模块自动退出并发出报警，其余模块按照总控设定的工作模式自动均分负载。

2并联直流技术的适用范围

2.1相比传统串联型直流电源系统的优劣势

表1并联型直流与串联型直流供电系统比较

备注：优于用＞表示，劣于用<表示,近似用≈表示。

2.2适用范围

并联直流电源系统输出功率适用范围取决于单个并联电源组件能输出的最大功率,以及可并联的最大数量。

在不违背并联直流技术创立初衷的前提下，通过体积、重量合理的48V锂电池包取代初始设计的12V铅酸蓄电池，达到增大模块输出功率的目的。在此设计下，模块输出功率最大可达到5kW。

而并联电源变换模块并联数量取决于均流CAN总线能够挂载模块极限数量，目前通过CAN网桥级联方式，大概均流CAN总线挂载模块极限数量为100，则可以计算出并联型直流电源系统适用的最大输出功率为500kW。

3  并联直流技术未来的发展方向

3.1发展区域自治技术

利用并联直流电源模块与蓄电池一对一管理架构，实时进行蓄电池监测与控制而不影响系统运行，为建构变电站并联直流电源系统区域自治提供了技术基础。

逐步实现直流电源系统的真正“免维护”，区域自治控制策略如下：

（1）基于并联直流技术，在不增加任何附属设备情况下，在线对蓄电池进行内阻测试并绘制变化曲线。

（2）基于并联直流技术，当蓄电池内阻存在异常变化时，非定时在线对蓄电池进行多轮浅充浅放活化管理。

（3）基于并联直流技术，蓄电池多轮活化后，如果内阻仍超标，非定时在线进行蓄电池全容量核容。

（4）根据每只蓄电池历史管理记录，自动制订个性化管理方案。

3.2发展减碳应用

电网公司是实现碳中和的主力军，变电站将成为实现减碳的主战场。并联直流技术有绿色基因，在减碳应用方面大有可为。[3]

表2并联直流技术减碳效应

4结论

并联直流技术经过12年的时间打磨，系统架构已逐步成熟、技术难点相继解决，总结优劣势、适用范围，明确发展方向，既往开来尤为重要。

并联直流技术从产生到发展，一直坚持解决问题的原则，从少量科技项目实施逐步到一定规模应用。在碳达峰碳中和背景下，该技术具备推广应用的前景。

参考文献

[1]王洪,黄彬,冷旭东等.并联型直流电源系统大电流解决方案的应用研究[J];电工技术;2018年23期

[2]杨思安. 基于并联型直流电源系统在线核容方法研究[J].价值工程, 2018-37(31)：250-252.

[3]赵海,陈禹,姚强等.开展电网企业内部节能减排以缓解企业碳排放履约压力[J].山东工业技术,2017(19):180.

作者简介：

刘昱彤（1987），女，工程师，学士，从事输变电工程设计工作，研究方向：电力系统继电保护；

朱永海（1981），男，高级工程师，硕士，从事输变电工程设计及技术管理工作，研究方向：电力系统继电保护。