基于超级电容储能的变电站直流电源运行管理方法及系统

本发明涉及变电站直流电源管理，具体涉及一种基于超级电容储能的变电站直流电源运行管理方法及系统。

背景技术：

1、直流电源系统是变电站的重要组成部分，是继电保护控制装置、自动化装置、高压断路器分合闸机构、通信、计量、事故照明等二次系统的供电电源，正常情况下，直流电源系统由站用交流电经整流装置提供，当突发交流失电时，站用直流电源系统转由蓄电池组供电，蓄电池组便成为唯一的直流电源。因此，蓄电池组被认为是变电站直流系统中最为核心部件之一，是变电站系统安全、稳定运行的重要保障。但是，目前无论双电双充直流电源系统还是单电单充直流电源系统都是单串联蓄电池组供电，任一节蓄电池失效都将导致整组蓄电池无法对外供电。

技术实现思路

1、针对上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于超级电容储能的变电站直流电源运行管理方法及系统，消除目前的蓄电池由于短路故障回路无法切除，造成的直流母线整体失压的故障模式，降低直流电源系统故障所引起的风险隐患，提高直流系统的安全稳定运行。该技术方案如下：

2、第一方面，提供了一种基于超级电容储能的变电站直流电源运行管理方法，包括：

3、将基于超级电容储能的直流保障装置并联到直流母线上；

4、当交流电正常供应时，直流保障装置给负载供电的同时，给超级电容补充放掉的电能；

5、当交流电不能正常供应时，直流保障模块为直流母线提供供电需求；当超级电容的电压不能满足直流母线要求时，通过升压单元把超级电容的电压升高，以满足直流母线需求。

6、在一些实施方式中，所述基于超级电容储能的直流保障装置，包括：充电单元、电容模组、升压单元；

7、所述充电单元用于为超级电容模组充电；

8、所述电容模组并联在直流母线上，所述电容模组采用先并后串的连接方式组成；

9、所述升压单元用于将电容模组输出的电压进行升压以满足直流母线需求。

10、在一些实施方式中，所述运行管理方法，包括：

11、获取充电过程中采样时间点对应的超级电容的电压、电流、温度数据；所述充电过程采用先恒流充电到预设电压，再基于预设电压恒压充电至电流小于预设值，确定充电过程结束；

12、基于充电过程中的电压、电流、温度数据形成电压时序数据、电流时序数据、温度时序数据，并基于所述电压时序数据、电流时序数据、温度时序数据形成超级电容特征参数时序矩阵；

13、比较所有超级电容的特征参数时序矩阵，筛选出表征异常的特征参数时序矩阵及其对应的超级电容；

14、对于表征异常的特征参数时序矩阵对应的超级电容分析对应的超级电容的使用性能消耗进度。

15、在一些实施方式中，所述比较所有超级电容的特征参数时序矩阵，包括：

16、基于所有超级电容的电压时序数据，获取投入使用时间较短的a个第一超级电容作为第一参考电容，获取第一参考电容的电压时序数据；

17、基于第一参考电容的电压时序数据中恒流充电阶段电压上升速率对a个第一超级电容及其电压时序数据进行排序，去除孤立的时序数据，并对余下的时序数据基于电压上升速率的倒数计算权重；

18、基于所有超级电容的电压时序数据与第一参考电容的电压时序数据计算相似度，所述相似度的计算过程中基于a个第一超级电容的对应权重加权计算；

19、基于相似度大小对所有超级电容的使用性能进行排序，相似度大的表征超级电容性能优；

20、获取从电压时序数据上表征超级电容性能差的b个超级电容，形成超级电容集b1；

21、基于同样的思路，获取从电流时序数据超级电容性能差的b个超级电容，形成超级电容集b2、获取从温度时序数据上表征超级电容性能差的b个超级电容，形成超级电容集b3；

22、基于上述超级电容集b1、b2、b3中的超级电容获得至少一个超级电容作为第一预警超级电容。

23、在一些实施方式中，所述比较所有超级电容的特征参数时序矩阵，包括：

24、获取每个超级电容历史充电过程中的电压、电流、温度时序数据；

25、提取单个超级电容的多个充电过程中的电压时序数据的变化趋势特征；基于电压时序数据的变化趋势特征，提取从电压时序数据表征性能变化大的c个超级电容形成超级电容集c1；

26、基于同样的思路，提取从电流时序数据表征性能变化大的c个超级电容形成超级电容集c2；提取从温度时序数据表征性能变化大的多个超级电容形成超级电容集c3；

27、基于上述超级电容集c1、c2、c3中的超级电容获得至少一个第二预警超级电容。

28、在一些实施方式中，提取单个超级电容的多个充电过程中的电压时序数据的变化趋势特征，包括：

29、以第一次充电过程中的电压时序数据的变化曲线作为基础曲线；

30、分别计算其余每个充电过程电压时序数据与第一次充电过程的电压时序数据的差异度并进行累加得到第一累加和；

31、分别计算相邻两次充电过程中的电压时序数据的差异度并进行累加得到第二累加和；

32、基于第一累加和和第二累加和作为单个超级电容的多个充电过程中的电压时序数据的变化趋势特征。

33、在一些实施方式中，所述基于电压时序数据的变化趋势特征，提取从电压时序数据表征性能变化大的c个超级电容形成超级电容集c1，包括：

34、基于电压时序数据的变化趋势特征，计算超级电容的性能变化值，基于性能变化值的大小进行排序并获取性能变化值大于第一预设阈值的性能变化值对应的超级电容形成按照性能变化值大小排序的超级电容序列c1；其中，基于电压时序数据的变化趋势特征，计算超级电容的性能变化值，包括：基于第一累加和和第二累加和的乘积计算超级电容的性能变化值；

35、或者

36、基于电压时序数据的变化趋势特征即第一累加和和第二累加和组成的向量，进行聚类，得到多个变化趋势特征类簇；

37、针对多个类簇，基于类簇中第一累加和均值最大或者第二累加和均值最大的类簇对应的超级电容形成超级电容集c1。

38、在一些实施方式中，所述对于表征异常的特征参数时序矩阵对应的超级电容分析对应的超级电容的使用性能消耗进度，包括：

39、针对预警超级电容，定期进行恒流放电过程，采集恒流放电过程的电压、电流、时间数据；

40、基于所述恒流放电过程数据，计算得到超级电容等效电路参数，获得超级电容等效串联电阻和电容；

41、基于所述超级电容的多次恒流放电过程获得的等效电路参数，获得超级电容的等效串联内阻和电容的随时间变化曲线；

42、基于等效电路参数的时间变化曲线，监测超级电容的使用性能，等效电路参数的电容减小和/或等效串联电阻增大时，确定超级电容的使用性能下降；

43、基于等效电路参数的电容减小量和/或等效串联电阻增大量、超级电容的出厂初始等效电路参数确定超级电容的使用性能下降度。

44、在一些实施方式中，所述的基于超级电容储能的变电站直流电源运行管理方法，还包括：

45、基于等效电路参数的时间变化曲线，分析异常变化时间点；

46、基于异常变化时间点的超级电容的电压、电流、温度监测数据确定异常变化原因。

47、第二方面，提供了一种基于超级电容储能的变电站直流电源运行管理系统，该系统包括：

48、直流保障装置，所述直流保障装置为基于超级电容储能的直流保障装置，且所述直流保障装置并联到直流母线上；所述直流保障装置提供两种工作模式：一种工作模式为：当交流电正常供应时，直流保障装置给负载供电的同时，给超级电容补充放掉的电能；另一种工作模式为：当交流电不能正常供应时，采用直流保障模块为直流母线提供供电需求；且当超级电容的电压不能满足直流母线要求时，通过升压单元把超级电容的电压升高，以满足直流母线需求。

49、本发明的一种基于超级电容储能的变电站直流电源运行管理方法及系统，具备如下有益效果：将基于超级电容储能的直流保障装置并联到直流母线上；当交流电正常供应时，直流保障装置给负载供电的同时，给超级电容补充放掉的电能；当交流电不能正常供应时，直流保障模块为直流母线提供供电需求；当超级电容的电压不能满足直流母线要求时，通过升压单元把超级电容的电压升高，以满足直流母线需求。本发明通过基于超级电容储能的直流保障装置，形成超级电容直流保障技术方案，消除目前的蓄电池由于短路故障回路无法切除，造成的直流母线整体失压的故障模式。

技术特征：

1.一种基于超级电容储能的变电站直流电源运行管理方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于超级电容储能的变电站直流电源运行管理方法，其特征在于，所述基于超级电容储能的直流保障装置，包括：充电单元、电容模组、升压单元；

3.根据权利要求1所述的基于超级电容储能的变电站直流电源运行管理方法，其特征在于，所述运行管理方法，包括：

4.根据权利要求3所述的基于超级电容储能的变电站直流电源运行管理方法，其特征在于，所述比较所有超级电容的特征参数时序矩阵，包括：

5.根据权利要求3所述的基于超级电容储能的变电站直流电源运行管理方法，其特征在于，所述比较所有超级电容的特征参数时序矩阵，包括：

6.根据权利要求5所述的基于超级电容储能的变电站直流电源运行管理方法，其特征在于，提取单个超级电容的多个充电过程中的电压时序数据的变化趋势特征，包括：

7.根据权利要求6所述的基于超级电容储能的变电站直流电源运行管理方法，其特征在于，所述基于电压时序数据的变化趋势特征，提取从电压时序数据表征性能变化大的c个超级电容形成超级电容集c1，包括：

8.根据权利要求3所述的基于超级电容储能的变电站直流电源运行管理方法，其特征在于，所述对于表征异常的特征参数时序矩阵对应的超级电容分析对应的超级电容的使用性能消耗进度，包括：

9.根据权利要求8所述的基于超级电容储能的变电站直流电源运行管理方法，其特征在于，还包括：

10.基于超级电容储能的变电站直流电源运行管理系统，其特征在于，包括：

技术总结
本发明公开了一种基于超级电容储能的变电站直流电源运行管理方法及系统，该方法包括：将基于超级电容储能的直流保障装置并联到直流母线上；当交流电正常供应时，直流保障装置给负载供电的同时，给超级电容补充放掉的电能；当交流电不能正常供应时，直流保障模块为直流母线提供供电需求；当超级电容的电压不能满足直流母线要求时，通过升压单元把超级电容的电压升高，以满足直流母线需求，本发明利用基于超级电容储能的直流保障装置实现对直流母线不间断提供可靠的直流电源，提高了直流系统运行的安全可靠性。

技术研发人员：徐峰,贺威,王严,李坚林,訾泉,谢佳,谢铖,杨东,赵琛,徐晓,王楠楠,常青春,张功营,赵敏,王宜福,孙红松,曹飞翔,陈兆,徐琦睿,董海涛,黄侠,吕钊,李逸飞,李探,陈国平,陈勇,孙添一,征珂馨,姜丹琪,刘岗
受保护的技术使用者：安徽大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23