在現代配電網中，配電自動化終端是保障電力系統可靠運行的重要設備。在主電源失電的情況下，后備電源會成為關鍵支撐。針對傳統鉛酸蓄電池的低溫特性不理想、健康狀態難以實時監測等問題，安徽電力科學研究院于2024年10月啟動技術攻關，開發混合超容電池并應用智能監測技術，破解了傳統后備電源可靠性不足、運維被動的難題，助力配電自動化終端安全可靠運行。
研發新一代混合超容電池
安徽電科院創新性地將化學電池與超級電容融合，開發出新一代混合超容電池。電池采用7節混合超容串聯匯流設計。針對電芯串聯易出現的電壓不均衡問題，研發團隊提出電芯柔性均衡技術，采用具有多節串聯電芯監測、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，使終端和主站系統能實時監測各電芯電壓，自動通過高速開關將直流變壓器切換為低電壓電芯補電，實現毫秒級精準均衡，顯著延長電池壽命。
這種電池結合了化學電池高能量密度和超級電容功率密度高、充放電快的優勢，能支持持續大電流工作場景，彌補了單一儲能介質在極端溫度下的性能短板。實驗數據顯示，該電池在零下20攝氏度的環境中仍可正常充放電，能量密度較傳統電池方案提升30%，充放電循環壽命延長至5000次以上，平均故障間隔時間超10年。
實現故障未發處置先行
研發團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。團隊提出基于安時積分的電池電量估算算法，實時計算模組的內部參數。隨著電源系統的運行，團隊持續進行大數據深度學習及實時補償，逐步提高電池電量算法的精確度和適用性。團隊所提算法可實現電池電量估算誤差不超過3%、電池健康狀態估算誤差不超過5%。后備電源信息等數據經配電自動化終端上傳至配電自動化主站，主站部署的監測平臺支持故障預警、壽命預測、充放電策略優化等功能，實現故障未發、處置先行。團隊還開發了專用運維APP，支持現場人員實時查看電池狀態、接收告警信息，并遠程啟動均衡系統和故障隔離程序。
為了提高電池對過流、短路、過壓等極端工況的適應能力，研發團隊設計出可智能匹配的電芯保護策略，實現電池過流、短路、過壓、欠壓等保護。混合超容電池的充電和放電由電力電子開關的導通和關斷來控制，電力電子開關的驅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，該防護系統可在2毫秒內切斷故障回路，將電池損壞風險降低90%。
試點推廣后備電源管理新模式
2024年年底，安徽電科院指導滁州、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備，包括硬件升級、軟件部署、聯調測試三個方面任務。改造升級過程中，滁州、淮南供電公司將傳統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，實現本地數據預處理與協議轉換;驗證主站與終端的通信鏈路，確保遙測、遙信數據實時上送。試點運行三個月以來，這兩家公司實現后備電源狀態“全透明”管理，通過主動預警和遠程診斷大幅提升運維效率，減少40%的運維人力成本，運維響應速度提升3倍。
今年年初以來，安徽電科院積極構建“省級主站-地市子站-終端設備”三級智能管控體系，引入機器學習算法，實現電池壽命預測精度提升至95%以上;牽頭編制《配電終端后備電源技術規范》，將混合超容電池性能指標、智能監測系統架構、運維流程等納入行業標準，提供可推廣可復制的技術模板。
安徽電科院以混合超容電池與智能監測技術為核心，探索出配電自動化后備電源管理的新模式，從被動搶修轉為主動運維。該院正加速推進相關技術迭代升級，以及在國網安徽電力的推廣應用。(胡鈺杰)
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