在现代配电网中，配电自动化终端是保障电力系统可靠运行的重要设备。在主电源失电的情况下，后备电源会成为关键支撑。针对传统铅酸蓄电池的低温特性不理想、健康状态难以实时监测等问题，安徽电力科学研究院于2024年10月启动技术攻关，开发混合超容电池并应用智能监测技术，破解了传统后备电源可靠性不足、运维被动的难题，助力配电自动化终端安全可靠运行。
研发新一代混合超容电池
安徽电科院创新性地将化学电池与超级电容融合，开发出新一代混合超容电池。电池采用7节混合超容串联汇流设计。针对电芯串联易出现的电压不均衡问题，研发团队提出电芯柔性均衡技术，采用具有多节串联电芯监测、平衡及控制作用的多功能控制器，通过部署隔离型直流变换器和高速电子控制开关，使终端和主站系统能实时监测各电芯电压，自动通过高速开关将直流变压器切换为低电压电芯补电，实现毫秒级精准均衡，显著延长电池寿命。
这种电池结合了化学电池高能量密度和超级电容功率密度高、充放电快的优势，能支持持续大电流工作场景，弥补了单一储能介质在极端温度下的性能短板。实验数据显示，该电池在零下20摄氏度的环境中仍可正常充放电，能量密度较传统电池方案提升30%，充放电循环寿命延长至5000次以上，平均故障间隔时间超10年。
实现故障未发处置先行
研发团队在电池本体集成了多维度传感模块，实时采集单体电压、充放电流、温度等参数。团队提出基于安时积分的电池电量估算算法，实时计算模组的内部参数。随着电源系统的运行，团队持续进行大数据深度学习及实时补偿，逐步提高电池电量算法的精确度和适用性。团队所提算法可实现电池电量估算误差不超过3%、电池健康状态估算误差不超过5%。后备电源信息等数据经配电自动化终端上传至配电自动化主站，主站部署的监测平台支持故障预警、寿命预测、充放电策略优化等功能，实现故障未发、处置先行。团队还开发了专用运维APP，支持现场人员实时查看电池状态、接收告警信息，并远程启动均衡系统和故障隔离程序。
为了提高电池对过流、短路、过压等极端工况的适应能力，研发团队设计出可智能匹配的电芯保护策略，实现电池过流、短路、过压、欠压等保护。混合超容电池的充电和放电由电力电子开关的导通和关断来控制，电力电子开关的驱动由微控制器控制单元、电压检测及电流检测信号分别控制。测试表明，该防护系统可在2毫秒内切断故障回路，将电池损坏风险降低90%。
试点推广后备电源管理新模式
2024年年底，安徽电科院指导滁州、淮南供电公司完成40套后备电源改造升级，覆盖馈线终端和站所终端两类设备，包括硬件升级、软件部署、联调测试三个方面任务。改造升级过程中，滁州、淮南供电公司将传统铅酸电池替换为混合超容电池模组，集成传感器与通信模块;安装边缘计算单元，实现本地数据预处理与协议转换;验证主站与终端的通信链路，确保遥测、遥信数据实时上送。试点运行三个月以来，这两家公司实现后备电源状态“全透明”管理，通过主动预警和远程诊断大幅提升运维效率，减少40%的运维人力成本，运维响应速度提升3倍。
今年年初以来，安徽电科院积极构建“省级主站-地市子站-终端设备”三级智能管控体系，引入机器学习算法，实现电池寿命预测精度提升至95%以上;牵头编制《配电终端后备电源技术规范》，将混合超容电池性能指标、智能监测系统架构、运维流程等纳入行业标准，提供可推广可复制的技术模板。
安徽电科院以混合超容电池与智能监测技术为核心，探索出配电自动化后备电源管理的新模式，从被动抢修转为主动运维。该院正加速推进相关技术迭代升级，以及在国网安徽电力的推广应用。(胡钰杰)
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