新型钒液流电池高可靠性监控系统的研究与开发

全钒液流电池(Vanadium Redox Battery,简称VRB)是一种新型大型电化学储能装置,与其它蓄电池相比钒液流电池具有大容量储能、使用寿命长、结构简单、安全性高、少维护、输出功率灵活等优势。在提高风能／太阳能可再生能源系统的稳定性、填谷调峰、紧急供电、电动汽车等领域有着广泛的应用前景。 本文首先对钒液流电池的工作原理、特点、关键技术以及钒液流电池的应用前景进行了探讨研究,而后以某变电站试验用钒液流电池为对象,开发了基于PLC的钒液流电池监控系统,在系统运行维护中发挥了重要作用。其可实现功能有(1)分组独立设计监控系统的电源回路、控制模块组、动力变频单元,全系统实现冗余设计；(2)无人值守功能,在系统中加入故障自诊断和自恢复功能,尽可能避免故障的误判、漏判；(3)人机接口,运行人员可以通过人机接口监视和调整有关参数,以应对各种运行工况的变化要求；(4)实现状态参数数据的实时显示、历史曲线的绘制、状态参数数据的保存、历史数据的查询功能。通过实际运行表明,本系统运行稳定、操作便捷,极大地提高了钒液流电池的可用性。 由于钒液流电池需要依靠循环泵的动力运行,并对一些关键参数进行监控。全钒液流电池在运行过程中尤其是在充放电状态下决不允许循环泵停转,这就对钒液流电池监控系统的可靠性提出了极高的要求。本文其次对改进前的钒液流电池监控系统进行了结构分析,建立了监控系统结构图,并利用可靠性框图、故障树分析法、Blocksim软件对监控系统进行了可靠性分析,找出系统的关键点,并对关键点进行了改进,并通过改进前后的可靠性指标对比,表明改进后的监控系统的可靠性有明显提高,系统可靠度由0.569改善为0.782,平均无故障工作时间也得到了延长,由17775小时改善为45539小时。 变电站是电力系统中变换电压、调整电压、分配电能、控制电力流向的电力设施,是输配电的集结点。后备电源作为变电站直流供电系统的重要组成部分,担负着为电力系统中二次系统负载提供安全、稳定、可靠的电力保障,确保继电保护、通信设备的正常运行的任务,可选择储能电池作为后备电源。储能电池目前已经发展出包括铅酸电池、镍系电池、锂系电池以及液流电池、钠硫电池等类型。最后本文通过比较现有储能电池技术,结合全钒液流电池作为站用后备电源相对于原铅酸蓄电池站用后备电源的优势,详细阐述了全钒液流电池在变电站中的应用情况、运行监控状况及其充放电方式、充放电条件等。