董万新，李中豪，张佳卓

（国网上海市电力公司市区供电公司，上海 200080）

目前，配电自动化正在全国范围内大规模建设，但是作为故障发生时为后台综自提供电能供应，实现故障定位；以及为一次设备提供能量使其可靠动作的重要保证的后备电源的发展却比较滞后。因此，本文介绍了一种新型的可远控后备电源，简述有关方案并与现行方案进行比较。

1 简述现行方案与本文方案

目前，各网省公司在配电网中大多使用铅酸蓄电池作为后备电源装置，需要每2～3年更换一次，过程需消耗大量人力物力财力，且各网省公司维护水平参差不齐，平均维护水平较低。同时，户外配电终端全年在-30～+75℃的恶劣运行环境中运行，导致很多铅酸电池寿命大大低于预期，严重降低了配电自动化系统的可靠性。在部分特殊故障条件下，由于铅酸蓄电池本身内阻较大，导致输出功率受限，不能快速处理故障。同时，铅酸电池的电源管理模块常常无法做到规定的活化周期，导致主站获得的数据无法真实反映电池状态，铅酸蓄电池的各项参数无法准确监测，导致其本身出现的问题不容易被发现。

为此，此次研发的新型配网可远控后备电源解决了以上问题，其储能电源本身具有能量密度高、寿命长、充电时间短、低温性能好、自放电少等特点。同时，其自带物联网等多种通信功能，具备故障上报和状态信息查询功能；在使用中可结合大数据使用，能够预判电池性能变化情况；结合温湿度模块数据，可以预测未来一段时间储能模块的性能变化情况；可自动记录定期活化的剩余容量，使得后备电源的运维可感知、可掌握，增强电网供电可靠性。

2 新型配网可远控后备电源的研发

2.1 主要硬件构成

此次研发的新型配网可远控后备电源采用的储能材料是新型超级电容，是在超级电容的基础上发展而来的一种新型储能材料，实现了8小时长时间供电，各方面性能满足国网公司关于配电终端后备电源要求《DL/T 721-2000配电自动化系统功能规范》：超级电容应保证单间隔分闸操作一次，并维持配电终端及通信模块至少运行15分钟。

设备采用的新型超级电容能量密度达到传统铅酸蓄电池的5倍左右，同时，其寿命可达重复充放电5～10万次，实现与电力二次设备同寿命周期。从而真正实现免维护，可以有效降低电力二次设备的运维成本，提高供电可靠性。同时，实现模块化设计，实现了后期维护便捷、安装电压选择多样的特性。

新型配网可远控后备电源的电源监测与控制系统，一是能够实现定期检测电池组单个电池性能状况，并根据相关设置进行上；二是监测到电池性能下降后发出电池异常告警。该系统使用物联网等多种通信技术，使掉电保护装置具备故障上报和状态信息查询功能，搭建了一套基于物联网构架可预判电池性能变化情况及未来一段时间储能模块的性能变化情况的系统。

在监测和控制系统模块中内置了一套NB-LOT、LORA和GPRS/4G/5G通讯模块，使后备电源装置具备故障上报和状态信息查询功能，可通过无线通信的方式经加密连接至数据库服务器读写数据。该模块可实现整个后备电源模块的信息经加密后通过4G/5G无线通道传输到运维终端。为了确保无线数据通讯安全性与数据完整性，协议报文支持使用SM4加密，能够可靠、安全地实现信息的采集、传输、存储功能，最大限度地满足实际需要。同时，为保证云端主站的通用性，以兼容接入不同厂家的终端设备，前置子系统提供多种现有通信规约支持，包括101、104、Modbus等规约，实现了更方便地扩展支持用户自定义规约。

2.2 新型配网可远控后备电源的优势

在储能装置上，在比较了新型超级电容与传统铅酸蓄电池、传统超级电容、磷酸铁锂电池的各项指标后，发现其在使用寿命、放电能力、高低温性能、安全性、可靠性、经济性、可监控性等各方面均具有较大优势。其具备的在-30℃条件下低温大电流放电能力，有效保证了配电自动化系统在特殊故障条件下分合闸的可靠性。

同时，在比较了各种后备电源的全寿命周期费用后发现，由于新型超级电容具有安全、免维护、可靠性高、寿命长的特点，可实现与现场二次设备同寿命，极大地减轻了运维人员的工作量，其全寿命周期费用更低。

表1 新型超级电容与传统后备电源全寿命费用比较

在远传控制方面，利用装置的电源监测与控制系统，可实现远程监控储能模块的运行状态；远程遥控活化功能，确保储能模块实现定期活化。其具有的云端主站功能，可实现对现场设备上传信息的大数据分析，及时发现可能存在的故障点，实现预判电池性能变化情况，使得后备电源的运维可感知、可掌握，极大地提升了电网的可靠性。

2.3 实际应用

图1 新型配网可远控后备电源在上海地区的应用

目前，该系统已在上海地区展开应用，实现了后备电源维护的可预知、可掌控，减少突发状况，提前排除隐患，在提升设备可靠性和获知设备状态的同时，大幅度减少了运维任务量。

3 结语

新型配网可远控后备电源是时代发展运作而产生的智能设备，通过对现场海量信息的大数据智能分析，避免出现危机的可能，具备将故障上报和状态信息查询功能，大大降低了运维的成本，提高了设备运行的安全性和可靠性。将传统蓄电池后备电源的模式转变为“智能化、自动化、免维护化”的智能后备电源专业管理模式，大幅提升了设备运行可靠性。新型配网可远控后备电源极具推广价值，直接影响配电行业的发展前景。