目前，隨著電力系統的智能化發展及變電站數量的迅速增加，直流系統的維護工作量越來越大，對蓄電池智能運維的需求也越來越急迫。蓄電池逆變并網技術是實現遠程放電時蓄電池智能運維的關鍵技術之一，其發展已日趨成熟。

蓄電池逆變并網技術的應用可以使放電能量回饋到電網，全程無熱量產生，避免傳統發熱負載放電造成的能源浪費，節能環保，對當今社會弘揚可持續發展戰略有很重要的意義。

然而，逆變并網電能的注入，直接關系到電網系統電能質量的安全性和可靠性，許多變電站的技術人員、維護人員對逆變并網技術的理解不夠充分，對其放電穩定性提出質疑，并認為其會造成電網電能質量下降，導致該項智能化運維技術在推廣過程中遭遇較大阻力。

本文通過實際放電波形驗證逆變放電電流恒定，通過具體的電能質量測試數據，分析蓄電池逆變并網技術對變電站交流電壓變化、三相電壓不平衡度、諧波及功率因數的影響，證明蓄電池逆變并網放電的各項指標滿足國家公用電網電能質量標準，讓廣大變電站相關人員對蓄電池逆變并網技術在站內使用的安全性有更全面的認識。

1 蓄電池逆變并網放電系統及其仿真

1.1 蓄電池逆變并網技術原理

蓄電池側220V直流電通過隔離升壓模塊升壓至400V，再經脈沖寬度調制（pulse width modulation, PWM）逆變并網模塊將400V直流逆變轉換為220V交流電，以單相逆變并網的方式接入電網。

圖1為單相逆變并網主要控制結構示意圖。直流輸入電壓Ui經濾波電容C穩壓濾波后輸入全橋逆變器，通過CPU調節PWM控制信號，產生兩個有相同直流偏置、相位互差180°的正弦波輸出電壓Uo1、Uo2，獲得的輸出電壓Uo=Uo1◆Uo2，是一個正弦電壓，經濾波儲能電感并入電網。

其中電阻R是在電路啟動時緩沖濾波電容充電用，當充電完成后，接觸器K1閉合將其短接。CPU控制對電網的同步信號以及檢測輸入電壓Ui和輸出電流Io1、Io2，同時給定觸發控制脈沖，通過控制接觸器K2決定并網時刻。

圖1 單相逆變并網主要控制結構示意圖

1.2 逆變并網放電試驗

制作一臺220V逆變并網放電樣機進行放電試驗，輸入端采用已充滿電的型號為UXL-550的220V電池組，設置放電電流大小為50A，起動蓄電池組放電，用示波器分別觀察電池組端的電流及并網端的電流，分別如圖2和圖3所示。

圖2 電池組端電流波形

從圖2、圖3中可以看出，電池組端的放電電流為50A，波形穩定，能夠滿足電池組核容放電恒流放電的控制要求。

1.3 逆變并網放電控制策略

變電站逆變并網放電系統的接入不應影響直流系統的正常運行，采用如圖4所示的接線圖，在系統正常運行時可控開關K1處于閉合狀態，可控開關K2處于打開狀態，電池組直接接入整流屏進行浮充電；在系統逆變放電時可控開關K1處于打開狀態，斷開電池組與整流屏之間的連接，可控開關K2閉合使電池組與逆變并網放電系統形成放電回路。

圖3 并網端電流波形

圖4 系統放電切換接線示意圖

在變電站傳統運維過程中，蓄電池的安全運行只能通過維護人員定期檢修加以保障，且需要專業人員嚴格按照操作規程對系統進行檢測、合閘等操作，對操作人員的素質要求高，也使操作人員面臨著非常大壓力，一旦存在人為操作失誤，將可能造成不可挽回的損失。

在放電線路切換可程控的基礎上，為保證放電過程的安全性，系統嚴格按照設定的控制流程及策略，進行放電條件檢查及系統自檢，只有滿足放電條件之后才能進行逆變放電切換，出現任何異常都將發出報警且停止放電。

當系統工作狀態需要切換至電池組放電時，系統對放電條件的檢查流程如圖5所示，系統放電切換與電池檢測、系統監測等形成控制條件，實現監測到某個單體電池溫度異常、單體電壓過高或者過低、系統通信異常、交流失電等，立刻報警，停止放電，避免事故，安全性更高。

2 蓄電池逆變并網對電網電能質量的影響

并網光伏系統的工作特點是太陽能電池組件產生的直流電經并網逆變器轉換成符合電網要求的交流電后直接接入公共電網，產生的電力除了供給交流負載外，多余的電力反饋給電網。從電網角度而言，變電站蓄電池逆變并網技術與光伏并網技術有較大的相似性，可參考光伏并網相關的技術規范對變電站蓄電池逆變并網系統進行評估。

圖5 放電控制流程圖

2.1 試驗方法

試驗設備：HBDS-220V蓄電池逆變并網放電系統（生產廠家：廣州泓淮能源科技有限公司），PITE3561電能質量分析儀（生產廠家：深圳市普祿科智能檢測設備有限公司），220V鉛酸蓄電池組（生產廠家：廣東湯淺蓄電池有限公司）。

試驗環境：溫度為26℃；濕度為62%RH。

試驗過程：本次測試中的蓄電池逆變并網系統通過單相并網的方式接入電網380V三相交流電。將逆變并網放電系統接入220V直流母線與蓄電池組之間，通過切換線路實現蓄電池組與直流母線及逆變并網放電系統的連接。采用電能質量分析儀對并網過程中站用變的380V三相交流電電能質量進行測試，分別測試帶負載（電流為20A）與空載兩種情況的380V三相交流電電能質量的各項性能指標，驗證蓄電池逆變并網系統的接入是否會對電網電能質量造成影響。

測試平臺接線方式如圖6所示，蓄電池逆變并網放電系統的輸出端接在A相線上，同時A相線接上負載，由開關K1控制空載和負載狀態。

圖6 蓄電池逆變并網放電系統測試平臺接線圖

2.2 試驗結果分析

1）電壓偏差分析

蓄電池接入電網中，對蓄電池進行逆變并網放電時，其輸出到電網各相線路上的電壓偏差應滿足《電能質量 供電電壓偏差GB/T 12325—2008》中的相關要求，20kV及以下的三相供電電壓偏差為標稱電壓的±7%。

表1為空載和帶負載兩種情況下，蓄電池逆變并網放電系統分別處于工作和不工作4種條件下A相、B相、C相電壓偏差測試數據。

從表1可看出，各相數據均在標準要求范圍內，符合電網接入要求。因此，空載和帶負載兩種情況下，蓄電池逆變并網系統的接入，對三相交流電的電壓不會產生影響。

表1 電壓偏差測試數據

2）三相電壓不平衡度分析

蓄電池接入電網中，對蓄電池進行逆變并網放電時，其輸出到電網各相線路上的三相電壓不平衡度應滿足《電能質量 三相電壓不平衡GB/T 15543—2008》中的相關要求，電網在正常運行時，負序電壓不平衡度不超過2%，短時不超過4%。

表2和表3分別為空載和帶負載兩種情況下，蓄電池逆變并網放電系統分別處于工作和不工作4種條件下三相不平衡度及頻率偏差的測試數據。

從表2和表3可看出，各狀態下數據均在標準要求范圍內。因此，蓄電池逆變并網系統的接入，對三相交流電的三相電壓不平衡度及頻率偏差不會產生影響。

表2 三相不平衡度測試數據

表3 頻率偏差測試數據

3）電網諧波分析

蓄電池接入電網中，對蓄電池進行逆變并網放電時，其輸出到電網各相線路上的電壓總諧波應滿足《電能質量 公用電網諧波GB/T 14549—93》中的相關要求，電網標稱電壓為0.38kV時，電壓總諧波畸變率限值為5.0%。表4為空載和帶負載兩種情況下，蓄電池逆變并網放電系統分別處于工作和不工作4種條件下電壓總諧波測試數據。

從表4可看出，各狀態下數據均在標準要求范圍內。因此，蓄電池逆變并網系統的接入，對三相交流電的電壓總諧波不會產生影響。

表4 電壓總諧波測試數據

根據并網光伏發電專用逆變器技術要求和試驗方法GB/T 30427—2013，用電能質量分析儀測量蓄電池逆變并網放電系統工作時的電流諧波總畸變率和各次諧波電流含有率，電流諧波在標準要求范圍內，能夠滿足接入電網的要求。

4）功率因數分析

根據并網光伏發電專用逆變器技術要求和試驗方法GB/T 30427—2013，用電能質量分析儀測量蓄電池逆變并網放電系統工作時的功率因數的平均值和95%概率值，測試結果均在限值要求范圍內，能夠滿足接入電網的要求。

3 結論

蓄電池逆變并網放電系統是目前變電站蓄電池智能運維的關鍵技術，避免了傳統發熱負載放電造成的能源浪費，既節能環保又不影響電網電能質量。該項技術正越來越廣泛地應用于電力、通信、電網等需要直流系統的場合。

制作逆變并網放電樣機進行放電測試，結果表明系統放電電流恒定，能夠滿足蓄電池核容放電恒流放電的要求。對220V直流系統中蓄電池逆變并網放電系統的并網電能質量進行分析，結果表明蓄電池逆變并網后電網各項指標均在標準范圍內，不會對變電站的電能質量造成影響。本文所做研究對蓄電池逆變并網技術在變電站智能運維中的推廣有重要的意義。