淺談DY3微機(jī)型交直流一體化電源設(shè)備技術(shù)

■ 深圳市光輝電器實(shí)業(yè)有限公司 林雪紅 蔡宗光

1 引言

隨著國(guó)家電網(wǎng)公司在2009年3月提出的“立足自主創(chuàng)新、加快建設(shè)以特高壓電網(wǎng)為骨干電網(wǎng)，各級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展，具有信息化、數(shù)字化、自動(dòng)化和互動(dòng)化為特征的統(tǒng)一堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)”發(fā)展目標(biāo)。電源設(shè)備產(chǎn)品的智能化、數(shù)字化、系統(tǒng)化已成為電力系統(tǒng)的需求，為適應(yīng)電力市場(chǎng)高速發(fā)展的需要，結(jié)合微機(jī)型高頻開關(guān)直流電源柜的特點(diǎn)，深圳市光輝電器實(shí)業(yè)有限公司在國(guó)內(nèi)直流電源專家的指導(dǎo)下，研制開發(fā)了DY3微機(jī)型交直流一體化電源設(shè)備。其產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、智能管理、系統(tǒng)集成等方面具有許多創(chuàng)新。使電力系統(tǒng)中發(fā)電廠和變電站實(shí)現(xiàn)智能化、數(shù)字化管理，為建設(shè)統(tǒng)一的數(shù)字化智能電網(wǎng)打下了良好的基礎(chǔ)。

2 DY3微機(jī)型交直流一體化電源設(shè)備概述

DY3微機(jī)型交直流一體化電源設(shè)備，是采用全新設(shè)計(jì)理念,應(yīng)用新技術(shù),新材料,新工藝研發(fā)的新一代電源系統(tǒng)。具有高可靠、智能化、模塊化、數(shù)字化、外形美等特點(diǎn)。適用于發(fā)電廠、變電站、鐵路、輕軌、機(jī)場(chǎng)、港口、工礦企業(yè)、高層樓宇等配電系統(tǒng)，用于提供安全穩(wěn)定的交直流電源。DY3微機(jī)型交直流一體化電源設(shè)備是將智能監(jiān)控、微機(jī)型高頻開關(guān)電源模塊、通訊電源模塊、有源逆變放電模塊、無源逆變電力模塊等設(shè)計(jì)為一體。從根本上減少生產(chǎn)、維護(hù)等各個(gè)環(huán)節(jié)的工作量，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和智能化水平，減少對(duì)環(huán)境的污染，達(dá)到了低碳節(jié)能的效果。DY3微機(jī)型交直流一體化電源設(shè)備，采用以微處理器為核心的集散式監(jiān)控系統(tǒng)，模塊化設(shè)計(jì)，實(shí)施對(duì)電源系統(tǒng)全方位的監(jiān)測(cè)和控制，實(shí)現(xiàn)“四遙”、無人值守。通過現(xiàn)場(chǎng)總線，實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)的集中管理、分散控制，實(shí)現(xiàn)了按IEC61850的數(shù)字通信，使交直流電源系統(tǒng)成為語言統(tǒng)一的開放式系統(tǒng)。DY3 微機(jī)型交直流一體化電源設(shè)備，能夠在交流電網(wǎng)沒有覆蓋到的地方，利用光伏發(fā)電，風(fēng)力發(fā)電進(jìn)行儲(chǔ)存轉(zhuǎn)換，提供100%的正弦波三相交流電源、UPS電源、通訊電源。在用電相對(duì)集中的場(chǎng)合，能夠自動(dòng)實(shí)現(xiàn)用電高峰期（峰值）對(duì)電網(wǎng)輸送正弦波交流電，緩解用電壓力，低谷期（谷值）對(duì)蓄電池進(jìn)行充電儲(chǔ)存，實(shí)現(xiàn)合理優(yōu)化用電，為客戶創(chuàng)造更大的價(jià)值。滿足各種高精度用電的需要，是一種創(chuàng)新型的高新綠色、低碳交直流電源產(chǎn)品。

3 一體化電源設(shè)備的結(jié)構(gòu)及主要參數(shù)

DY3微機(jī)型交直流一體化電源設(shè)備柜體按DL/T 459-200及國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求設(shè)計(jì)，柜體采用C型材組裝式結(jié)構(gòu)。柜體兩側(cè)采用通風(fēng)墻技術(shù)，將溫度高、發(fā)熱量大的電子元件通過通風(fēng)墻形成對(duì)流，進(jìn)行自然冷卻。應(yīng)用通風(fēng)墻技術(shù)，改變了傳統(tǒng)的風(fēng)扇進(jìn)行散熱，使設(shè)備的運(yùn)行安全性得到進(jìn)一步的提高。這樣可以有效地減少電子元件的熱量積存，延長(zhǎng)元件的使用壽命。柜體正面采用鋼化玻璃門，可以直觀清楚地觀察設(shè)備的運(yùn)行狀況，同時(shí)也有著一定的防護(hù)作用（外型圖見圖1）。柜體后門采用雙開網(wǎng)格門，具有通風(fēng)效果好，外形美觀的特點(diǎn)。柜體零部件使用開關(guān)柜專用敷鋁鋅鋼板，經(jīng)CNC機(jī)床加工，采用多重折邊工藝，連接零件用自攻螺釘和高強(qiáng)度的螺栓連接而成。柜內(nèi)門采用松不脫螺釘進(jìn)行固定，開啟方便。柜體生產(chǎn)組裝時(shí)具有精度高，外形美觀，組裝方便，機(jī)械強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)。可配置各種型號(hào)的充電模塊、通訊模塊和逆變模塊。

DY3微機(jī)型交直流一體化電源設(shè)備外殼的防護(hù)等級(jí)不低于IP20。

DY3微機(jī)型交直流一體化電源設(shè)備的技術(shù)參數(shù)見下表。

4 設(shè)備的主要功能

（1）利用光伏發(fā)電，風(fēng)力發(fā)電進(jìn)行儲(chǔ)存轉(zhuǎn)換，提供100%的正弦波三相交流電源、UPS電源、通訊電源。能夠自動(dòng)實(shí)現(xiàn)用電高峰期（峰值）對(duì)電網(wǎng)輸送正弦波交流電，低谷期（谷值）對(duì)蓄電池進(jìn)行充電儲(chǔ)存，實(shí)現(xiàn)合理優(yōu)化用電。儲(chǔ)存的電能往電網(wǎng)輸送，可減少電網(wǎng)的裝機(jī)容量，保證了電網(wǎng)的安全，可靠運(yùn)行，相當(dāng)于每天都在為客戶印鈔票，是一種創(chuàng)新型的高新綠色、環(huán)保節(jié)能型電源產(chǎn)品。

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（2）集智能監(jiān)控、微機(jī)型高頻開關(guān)電源模塊、通訊電源模塊、有源逆變放電模塊、無源逆變電力模塊等為一體，為變電站、發(fā)電廠提供安全、穩(wěn)定的交直流電源。

（3）采用模塊化設(shè)計(jì)，統(tǒng)一監(jiān)控管理，便于系統(tǒng)的維護(hù)管理，提高系統(tǒng)的可靠性和智能化水平。

（4）具有RS232/RS485通訊接口，內(nèi)置多種通訊協(xié)議，支持IEC61850通信規(guī)約，方便與遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)“四遙”功能，實(shí)現(xiàn)無人值守，適應(yīng)數(shù)字化變電站的發(fā)展趨勢(shì)。

（5）逆變模塊接在直流母線上，取消逆變電源蓄電池，為電站機(jī)房、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、監(jiān)控保護(hù)設(shè)備、事故照明等提供不間斷交流電源。

（6）配合監(jiān)控系統(tǒng)，有源逆變放電模塊能定期自動(dòng)完成蓄電池的活化，將電池中儲(chǔ)存的電能回饋電網(wǎng)，能量重復(fù)利用，實(shí)現(xiàn)低碳節(jié)能。

（7）通訊電源模塊接在直流母線上，取消通信蓄電池，為通信設(shè)備提供安全穩(wěn)定的48V通訊電源。

（8）監(jiān)控系統(tǒng)采用大屏幕觸摸屏，點(diǎn)陣液晶顯示，CCFL背光，實(shí)現(xiàn)全漢化實(shí)時(shí)顯示及操作，人機(jī)界面友好。

（9）采用高頻開關(guān)電源技術(shù)、模塊化設(shè)計(jì)、N+1熱備份，方便安全；逆變電源、通訊電源N+1并聯(lián)方式供電，提高供電的可靠性。

（10）能自動(dòng)按編制的程序?qū)π铍姵亟M進(jìn)行恒流充電、恒壓充電、浮沖充電；自動(dòng)記錄蓄電池組及每只蓄電池在放電過程中的電壓數(shù)值，根據(jù)設(shè)定的放電終止條件，自動(dòng)停止放電。

5 一體化電源設(shè)備的配置

（1）設(shè)計(jì)優(yōu)化合理，避免重復(fù)投資。一套監(jiān)控系統(tǒng)管理雙組電池組、三組充電裝置、母線分段，實(shí)現(xiàn)雙組電池獨(dú)立充電管理。使用DC/DC變換器直接掛于直流母線，取消通信蓄電池組及充電裝置。使用逆變器直接掛于直流母線，取消UPS蓄電池組，對(duì)重要負(fù)荷如事故照明等采用逆變電源供電；統(tǒng)一進(jìn)行波形處理；統(tǒng)一進(jìn)行防雷配置；統(tǒng)一進(jìn)行二次配電管理；電源設(shè)備智能管理，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修。

（2）交直流一體化電源設(shè)備建立了統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)智能平臺(tái)。采用IEC61850規(guī)約，實(shí)現(xiàn)在一個(gè)平臺(tái)上對(duì)整個(gè)的交流電源系統(tǒng)、直流電源系統(tǒng)、逆變電源系統(tǒng)、通信電源系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控和分析，解決由不同生產(chǎn)廠家提供的各獨(dú)立電源通信規(guī)約兼容等問題，提高系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化、智能化程度。

（3）有效地提高電源綜合自動(dòng)化、任務(wù)程序化和智能化水平 。進(jìn)行電源協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)、狀態(tài)檢修、遙控調(diào)度等操作的方便進(jìn)行 。

（4）交流系統(tǒng)采用ATS智能開關(guān)實(shí)現(xiàn)兩路電源自動(dòng)切換，取消380V交流電源備自投配置。

（5）蓄電池組充放電實(shí)現(xiàn)智能化管理，取消傳統(tǒng)的人工電阻放電。

6 一體化電源設(shè)備的監(jiān)控系統(tǒng)

系統(tǒng)內(nèi)的各底層模塊（整流模塊、逆變模塊、通訊模塊、交流監(jiān)測(cè)模塊、直流監(jiān)測(cè)模塊、電池巡檢模塊、絕緣監(jiān)測(cè)模塊、開關(guān)量檢測(cè)模塊）利用自身配帶的RS485串行通信接口，通過RS485通信總線將其檢測(cè)的數(shù)據(jù)上傳給觸摸屏主監(jiān)控，同時(shí)觸摸屏主監(jiān)控也可通過RS485通訊總線對(duì)各底層模塊進(jìn)行設(shè)置和操作。觸摸屏主監(jiān)控通過RJ45接口把底層模塊傳上來的數(shù)據(jù)發(fā)給用戶的本地監(jiān)控臺(tái)和監(jiān)控中心，本地監(jiān)控臺(tái)和監(jiān)控中心也可通過通訊總線對(duì)觸摸屏主監(jiān)控進(jìn)行操作，管理和操作系統(tǒng)的底層模塊。

7 設(shè)備中的逆變裝置

（1）無源逆變模塊

采用高頻鏈逆變新技術(shù)和全數(shù)字化控制技術(shù)，使得模塊的體積變小，重量變輕，應(yīng)用靈活方便。利用DSP為核心的全數(shù)字化控制技術(shù)，整個(gè)系統(tǒng)的核心控制芯片為 TI的DSP TMS320LF2406,具有抗干擾能力強(qiáng)，運(yùn)算速度快等特點(diǎn)。可帶電插拔，使得模塊的安裝和維修極為安全、方便、高效。

無源逆變模塊輸入電壓可直接從直流母線獲取，經(jīng)DC/AC轉(zhuǎn)換所需要的交流電源。同時(shí)根據(jù)電網(wǎng)供電的實(shí)際情況，外部交流供電正常情況下，無源逆變模塊通過接收變壓器后端的三相電，將模塊內(nèi)部的整流DC/DC轉(zhuǎn)換、DC/AC逆變后得到純凈的交流電，通過外部的靜態(tài)切換開關(guān)無擾動(dòng)的提供給后端負(fù)載供電。當(dāng)外部交流供電異常時(shí)，模塊內(nèi)部的交直流轉(zhuǎn)換，直接轉(zhuǎn)由直流供電。由于內(nèi)部采用的晶閘管控制及儲(chǔ)能電容雙重設(shè)計(jì)，能夠保證交直流轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)零切換，從而有效的保證供電的舒暢。既提高了電源的可靠性，減少了日常維護(hù)量，又節(jié)省了投資。

（2）有源逆變放電模塊

有源逆變放電模塊利用先進(jìn)的電能回饋控制技術(shù)研發(fā)而成，采用先進(jìn)的電力電子技術(shù)及嵌入式混合信號(hào)處理技術(shù)，利用有源逆變的方法將蓄電池放出的直流電能變換位純正弦波的交流電回饋到電網(wǎng)，配合監(jiān)控系統(tǒng)能定期自動(dòng)完成蓄電池的活化，對(duì)電池周期性核對(duì)容量放電。

盡管蓄電池組的維護(hù)不是經(jīng)常的（一般約為半年或一年左右），可是在維護(hù)時(shí)，對(duì)蓄電池組進(jìn)行的充放電也給工作帶來了不便。首先，缺乏先進(jìn)的智能儀器，勞動(dòng)強(qiáng)度大，傳統(tǒng)的放電（容量）試驗(yàn)要將電池組從系統(tǒng)上脫離下來，接上電阻絲（或使用水阻）來放電，這種電阻絲或水阻體積龐大、笨重，需要多人搬運(yùn)、安裝及調(diào)試，加上維護(hù)人員的勞累，大意或操作不當(dāng)，造成蓄電池組過放電情況時(shí)有發(fā)生。其結(jié)果是蓄電池?fù)p壞，給客戶帶來一定的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)還存在安全隱患。不僅破壞了蓄電池的正常運(yùn)行環(huán)境， 影響現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員的身心健康，而且使電阻絲產(chǎn)生紅熱現(xiàn)象，需要提防可燃物飛濺進(jìn)去，引起火災(zāi)。如果是較大容量的蓄電池組放電，那么、安全就更成了問題，同時(shí)還引起大量的電能白白流失、造成浪費(fèi)。交直流一體化電源設(shè)備中的有源逆變放電模塊，把蓄電池活化的電量換成交流電源輸送到電網(wǎng)上，對(duì)電力能源能起到補(bǔ)充和回收作用，較好地節(jié)約了能源，可安全的進(jìn)行放電，滿足蓄電池組的自動(dòng)恒流放電的需要。使發(fā)電廠、變電站電源系統(tǒng)真正實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化及智能化。

8 結(jié)束語

DY3微機(jī)型交直流一體化電源設(shè)備智能化水平、維護(hù)運(yùn)行、安全可靠，綠色環(huán)保方面，在同類產(chǎn)品中具有明顯的優(yōu)勢(shì)，能夠滿足市場(chǎng)的要求?，F(xiàn)在投入市場(chǎng)是及時(shí)有效的，具有良好的市場(chǎng)潛力，隨著國(guó)家建設(shè)統(tǒng)一堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的快速發(fā)展，其需求量將會(huì)更大增長(zhǎng)，從而帶來更大的經(jīng)濟(jì)效益和良好的社會(huì)效益。 2010年9月21日，中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)在廣東省深圳市組織召開了產(chǎn)品技術(shù)鑒定會(huì)，鑒定委員會(huì)認(rèn)為該產(chǎn)品技術(shù)性能達(dá)到了國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品領(lǐng)先水平。