浙江浙一电气有限公司

在矿山储能系统中，矿用专用箱变的充放电控制是保障系统安全、稳定、高效运行的核心环节，需结合矿山特殊环境（如爆炸风险、复杂地形）和储能系统需求（如削峰填谷、应急供电）进行针对性设计，以下是具体控制要点及技术实现路径：

### **一、充放电控制的核心功能**
1. **电压转换与适配**
- **升压并网**：储能电池输出的直流电经储能变流器（PCS）转换为交流电后，电压通常为400V–800V。矿用专用箱变通过内部变压器（如双分裂变压器）将电压升至6kV–35kV，以满足电网并网要求，减少远距离输电损耗。
- **降压供电**：在离网或应急模式下，箱变将电网高压电降压至400V，为本地负载或电池充电提供合适电压。
- **谐波抑制**：通过绕组设计滤除3次谐波，降低对电网的电磁干扰，确保电能质量。

2. **功率调节与平衡**
- **动态响应**：根据电网需求和储能系统运行状态，精确调节输出功率的大小和方向。例如，在矿山用电高峰期，箱变配合PCS快速释放储能，补偿电网缺口；在低谷期，存储过剩电能，实现“削峰填谷”。
- **调频辅助**：参与电网频率调节，通过快速充放电维持系统频率稳定，提升电网韧性。

3. **安全保护与隔离**
- **物理隔离**：箱变将电网与储能系统物理隔离，避免故障扩散，同时减少环流影响。
- **故障联动**：当PCS检测到直流过压或过流时，箱变内的断路器在100ms内切断电路，实现双重保护。
- **过温/过压保护**：实时监测电池电压、电流、温度等参数，触发告警时自动调整充放电策略或隔离故障电池簇。

### **二、矿山环境下的特殊控制需求**
1. **防爆与适应性设计**
- **隔爆型结构**：箱变外壳采用防爆材料，符合矿用设备标准（如承受0.8MPa内部压力），防止瓦斯或煤尘爆炸引发二次事故。
- **防护等级**：IP54以上防护等级，具备防尘、防潮、抗震能力，适应矿山恶劣环境。
- **紧凑型设计**：集成变压器、断路器、隔离开关等设备，节省占地面积，便于在矿井巷道或狭窄空间部署。

2. **应急供电与离网模式**
- **双电源切换**：电网故障时，箱变内的双电源切换装置（ATS）自动断开电网输入，切换至电池供电模式，保障关键负载（如通风、排水系统）运行。
- **快速响应**：离网模式切换时间≤20ms，确保无缝供电，避免生产中断。

3. **新能源消纳与平滑输出**
- **风光储一体化**：在矿山光伏/风电发电波动时，箱变配合PCS快速调节电压，补偿电网缺口，实现功率平滑。
- **谷电储存与峰电释放**：夜间低电价时段，箱变将电网电降压后为电池充电；日间高电价时段，电池放电经箱变升压返送电网，降低企业用电成本。

### **三、技术实现路径**
1. **硬件架构**
- **变压器**：采用干式变压器（环氧树脂浇注）替代油浸式，杜绝漏油燃爆风险。
- **断路器与隔离开关**：配置负荷开关与隔离开关相互闭锁，确保操作安全。
- **辅助系统**：集成温控、凝露控制、烟雾报警、开门报警等系统，保障可靠运行。

2. **控制策略**
- **分层控制**：
- **底层控制**：PCS完成交直流转换后，箱变负责升压/降压并网。
- **中层协调**：BMS监测电池SOC/SOH状态，通过CAN总线传输至箱变控制器，调整变压器分接头或切换充放电模式。
- **顶层调度**：EMS下发调度指令（如“削峰填谷”），箱变控制继电器切换充放电回路。
- **智能算法**：结合AI算法预测变压器寿命（如铁芯老化预警），优化充放电策略。

3. **通信与标准化**
- **协议支持**：支持IEC 61850等标准协议，实现与EMS的毫秒级通信。
- **即插即用**：预制电缆接头和标准化接口，缩短现场安装周期至48小时内。

### **四、应用案例与效果**
- **内蒙古某煤矿**：采用储能应急电源变频控制系统，集成集装箱式箱变，实现“谷段充电、峰段放电”策略，年节省电费数百万元。
- **应急供电保障**：在双电源断电时，系统自动切换至电池供电，保障通风机等关键设备运行，避免瓦斯积聚风险。
- **节能降耗**：通过变频控制调节风机频率，节能率达15%以上，降低能耗和污染排放。

### **五、未来发展方向**
1. **智能化升级**：集成IoT传感器，实时监测温升、绝缘状态，结合AI算法实现故障预测。
2. **多能互补**：与光伏、风电、氢能等系统深度融合，构建矿山综合能源站。
3. **高安全模块化**：开发标准化、可扩展的箱变模块，降低运维成本，提升部署灵活性。