直流電源在線綜合管理系統的設計與實現

2019-11-03 10:03:39

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供稿：網友

楊運國1，龔　麗1，黃　虎2

（1. 重慶大學電氣工程學院，重慶，400044；

2. 重慶市南岸供電局，重慶，400060）

　　摘　要：闡述了建立直流電源在線遠程綜合管理系統的思想，給出了該系統的系統結構，規劃了系統應實現的功能及技術指標。直流系統是發電廠、變電站中十分重要的配套系統，直流電源在線綜合管理系統具有一定的工程實用價值。

　　關鍵詞：直流電源；在線綜合管理系統；整流

1. 引言

　　操作電源系統是保證發電廠、變電站正常運行的重要系統之一，其可靠性與穩定性直接影響到發、變電運行的安全性，關系到電力系統的正常運行、控制及安全緊急操作。數十年來，眾多科研機構及設備制造廠家對提高設備的各項技術性能進行了改進，使操作電源系統的可靠性、穩定性得到了很大提高[1-3]。

　　但是，電力系統中發電廠，特別是變電站正朝著數字化、無人值守型方向發展，各種電氣設備已逐漸實現遠方監控，而操作電源系統本身的遠程在線監視卻無完善的實施方案和技術手段，使得發電廠、變電站總體自動化水平受到影響，同時也給電網安全運行留下了未知因素。

　　為此，本文提出建立變電站直流電源在線遠程綜合管理系統的思想，給出了該系統的系統結構，規劃了系統應實現的功能及技術指標。

　　發電廠和變電站進行操作控制所用電源系統基本相同。因此本文僅以變電站操作電源系統為研究對象。

2. 系統結構與組成

　　變電站直流電源系統的原理框圖如圖1示：

　　如圖2所示，直流電源在線綜合管理系統由本地監控系統，傳輸電路和遠方控制中心組成。本地監控系統以上位主機系統為核心，配備整流充電管理、蓄電池巡檢等模塊，是實現管理系統的必配設備。其主要功能是采集信息并接受遠端的控制信號。各本地監控系統與控制中心通過局域網連接，控制中心可以監視現場工作是否正常，有無異常，亦可主動查詢觀察現場工作狀況。

3. 系統的設計

3.1系統的就地配置

　　由圖1知，變電站的直流電源系統由整流充電裝置和蓄電池組構成，相對應的變電站直流電源綜合管理系統包含整流單元管理模塊和蓄電池管理模塊。為了實現變電站直流系統的“四遙”功能，還配備了遠程通訊接口。變電站直流電源管理系統的原理結構框圖如圖3所示。下面主要介紹整流充電模塊和蓄電池巡檢模塊。

3.1.1整流充電管理模塊設計

　　變電站直流系統中整流充電裝置采用多個高頻開關電源模塊并聯組成，N+1冗余備份形式。整流充電管理模塊的工作原理如圖4所示。

　　交流輸入的電壓由電源管理系統的檢測控制電路監視，并實現輸入過壓、欠壓缺相保護功能及軟啟動的控制。EMI（電磁干擾）濾波器對交流輸入作凈化處理，濾除高頻干擾，吸收瞬態沖擊，并抑制整流器高頻交換對交流電網的反向干擾污染。三相交流經全橋整流，濾波后變成直流，直流經高頻逆變為高頻交流，高頻交流又經高頻變壓器隔離，再經高頻整流、濾波轉換為穩定的直流輸出。PWM(Pulse Width Modulation)脈寬調制技術可實現輸出電壓、電流的控制和調節，確保電源的穩定及可調性。電源管理系統的故障保護能在輸出短路、過壓、欠壓及模塊內部過溫時，提供各種保護功能。電源管理系統實現整流充電模塊工作參數的數據采集、顯示、設置，工作狀態的控制及蓄電池的充放電管理，滿足蓄電池對不同充電曲線的要求。通過通訊口，模塊與模塊、模塊與系統主機之間能進行無主式雙向通訊，模塊能接受系統電壓、電流及保護域值的設置信息，也能向系統傳送本模塊的工作參數和狀態信息，實現高頻整流充電模塊的數字化和智能化。

3.1.2蓄電池巡檢模塊設計

　　蓄電池巡檢模塊是直流電源綜合管理系統的主要模塊之一，可同時檢測多組蓄電池，具有以下功能：

　　1) 實時測量，記錄蓄電池組的總電壓、總電流、各單電池電壓及溫度。

　　2) 當電池電壓差大于整定值時，發出均衡充電信號。

　　3) 當蓄電池組電壓及溫度異常時，將發出告警信號。

　　4) 自動計算電池剩余容量。

　　5) 可列出電壓、電流、溫度的特性曲線及電壓特性比較圖，并由此判斷蓄電池的優劣。

　　6) 記錄浮充期間及充放電期間蓄電池的電壓、電流等數據。

　　蓄電池巡檢模塊的測試示意圖如圖5所示。利用巡檢裝置與主機的連接線，接入電池組的正負極，同時接入電流和溫度傳感器。當整流設備退出時（此時，直流負荷由蓄電池組供電），巡檢裝置自動檢測到電流的變化，開啟放電程序進行放電記錄。根據記錄數據和電流、電壓曲線可計算電池的剩余容量，并檢測出不良電池。

　　電池組智能巡檢系統的工作原理圖如圖6所示。蓄電池巡檢模塊軟件在后臺PC上運行，通過RS232接口，從電池組巡檢裝置中提取數據，根據數據資料繪制各種曲線表格，分析數據，判斷電池優劣。

3.2遠方管理系統

　　變電站直流電源系統關系到變電站的安全、穩定運行，但直流系統自身的遠程在線監控卻尚無完備的實施方案和技術手段，與變電站的綜合自動化發展很不相適應。針對上述情況，在上述變電站直流電源管理系統就地配置方案的基礎上，提出變電站直流系統遠程綜合管理的思想和實施方案。

　　在遠方調度控制中心，為實現各變電站直流電源系統的在線監控，在調度端系統增加直流電源管理系統的“四遙”接口，配置變電站直流系統管理功能。當進入調度系統后選擇直流電源管理系統，可顯示直流系統配置圖，在開關電源模塊和蓄電池模塊等頁面可進行運行參數顯示和運行極限參數設置，具有裝置投切記錄和報警記錄查詢等。蓄電池模塊頁面還可實現蓄電池的巡檢，其功能等同于變電站就地系統中蓄電池巡檢系統，讀取蓄電池電流、電壓、溫度等數據，根據數據資料繪制各種曲線表格，分析數據，判斷電池的優劣。同時為適應無人值班變電站的需要，除自動進行各種充放電的程序和轉換外，調度端運行人員也可人工干預蓄電池的充放電管理。

　　遠方管理系統利用分布在各變電站的直流電源管理系統模塊和通信網絡，實現以下主要功能：

　　1) 采集變電站直流系統各運行參數。包括直流系統的交流輸入和直流輸出電壓，蓄電池組浮充電壓、電流，整流電源模塊和蓄電池組的工作溫度，高頻開關電源模塊的投入數目，蓄電池的投入組數和每組的蓄電池數。還上傳變電站直流系統的設備參數。

　　2) 可以設置蓄電池的各種電流電壓限值，工作溫度限值和均充時間等參數。

　　3) 連續監視各變電站蓄電池組的充放電過程，判斷蓄電池的容量，根據蓄電池的虧容狀況，自動程控進行蓄電池組恒流主充電、均衡充電、浮充電和個別電池的補充電。

　　4) 對直流系統進行絕緣監測，實施保護。在直流系統短路、過壓、欠壓及模塊過溫和各運行參數超過整定限值時，上傳報警信息，并做事故紀錄。

4. 結論

　　目前變電站直流電源系統的管理現狀還比較落后，與變電站的數字化、智能化的發展不相適應，本文提出了建立變電站直流電源在線綜合管理系統的思想和實施方案，論述了直流電源管理系統的功能結構，就地系統和調度端遠程系統的功能、結構的規劃。可以預見，變電站直流電源在線綜合管理系統將具有廣闊的工程應用前景。

參考文獻

[1] 程明(Cheng Ming)，金明(Jin Ming)，無人值班變電站監控技術(Monitor Techniques for Unmanned Substation)．北京：中國電力出版社(Beijing: China Electrical Power PRess)，1999.

[2] 陳杰(Chen Jie)，智能鉛酸蓄電池組性能的監控系統(Monitor System for Performance of Intelligent Lead Acid Serial Connected Batteries)．機電工程(Electromechanical Engineering)，1999，16(6)：18-20.

[3] 張國君(Zhang Guojun)，王學禮(Wang Xueli)，高頻開關直流操作電源系統(High-Frequency Switching, Direct Current Operational Power Supply System)．2000年煙臺電力系統新技術、新產品技術交流會論文專輯(Expo'2000 Yantai Electrical Power of New Technology and New Products)： 293-297.

摘自　繼電器

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