智能變電站中高頻開關(guān)電源技術(shù)應(yīng)用

阮 佳

（武漢交通職業(yè)學(xué)院，湖北 武漢 430065）

1 智能變電站中應(yīng)用高頻開關(guān)電源技術(shù)的重要意義

智能變電站中，直流電源系統(tǒng)是其重要組成部分，對變電站運行質(zhì)量及運行效率有直接要求[1]。直流電源系統(tǒng)主要肩負(fù)起繼電保護、自動控制、開關(guān)分閘及緊急照明的功能，確保智能變電站符合電網(wǎng)現(xiàn)代化建設(shè)及管理要求。現(xiàn)階段常用直流電源系統(tǒng)主要應(yīng)用更具系統(tǒng)化、高效化優(yōu)勢的高頻開關(guān)電源，借助冗余技術(shù)及均流技術(shù)來切實提升大功率直流電源的運行可靠性。

2 智能變電站交直流一體化電源系統(tǒng)的理論研究

常見智能變電站直流一體化電源系統(tǒng)主要由變壓器、母線連接。為確保智能變電站安全穩(wěn)定運行，需配置兩套獨立充電設(shè)備及蓄電池組。單一充電設(shè)備應(yīng)配置三相交流電源，相互組成較為獨立的系統(tǒng)。

在智能變電站直流一體化電源系統(tǒng)實際運行過程中，充電設(shè)備應(yīng)對直流母線進(jìn)行專項供電，直流母聯(lián)開關(guān)以常規(guī)方式分位[2]。在直流一體化電源通信沒有配置蓄電池組的期間，應(yīng)選用專項直流母線進(jìn)行通信電源的輸入及供電，借助電流變換裝置等為通信設(shè)備提供充足電力資源，更好組成雙機冗余供電系統(tǒng)，為確保直流一體化電源系統(tǒng)在智能變電站中的具體應(yīng)用奠定堅實技術(shù)基礎(chǔ)。

2.1 直流充電模塊

直流充電系統(tǒng)主要由交流配電子系統(tǒng)、充電子系統(tǒng)、直流饋電子系統(tǒng)及集中監(jiān)控子系統(tǒng)組成。其中，交流配電子系統(tǒng)主要用于兩路交流電源的備用系統(tǒng)。因受開關(guān)電源器件應(yīng)用性能的影響，單一開關(guān)電源子系統(tǒng)的最大輸出功率不高，無法滿足實際供電需求。因此在直流充電系統(tǒng)中，經(jīng)常會配置多個高頻開關(guān)電源裝置，切實提升系統(tǒng)輸出功率。

在將高頻開關(guān)電源應(yīng)用在直流充電模塊時，隔離變壓裝置的占地面積及重量更小，確保直流充電模塊外部形態(tài)更加滿足智能變電站優(yōu)化建設(shè)需求[3]。同時，在高頻開關(guān)電源技術(shù)實際應(yīng)用過程中，相關(guān)工作人員也將其與軟開關(guān)技術(shù)進(jìn)行了有機結(jié)合，使高頻開關(guān)電源模塊實際運行期間的損耗降低，實際變換效率增高。

為充分發(fā)揮出高頻開關(guān)電源技術(shù)在直流電源系統(tǒng)中的應(yīng)用有效性，相關(guān)工作人員也可采用絕緣檢測系統(tǒng)及時發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)正負(fù)母線可能存在絕緣問題，防止正負(fù)母線在接地期間出現(xiàn)觸發(fā)誤動作保護功能，影響直流電源系統(tǒng)乃至智能變電站的正常運行。

在直流電源一體化系統(tǒng)內(nèi)部，蓄電池的浮充電電壓為2.28 V 左右。其中，監(jiān)控裝置可通過采集蓄電池端電壓、充電電流和蓄電池電壓巡檢等方式時刻監(jiān)督蓄電池運行狀態(tài)。直流電源一體化系統(tǒng)內(nèi)的直流饋線是緊急照明、開關(guān)分合閘及系統(tǒng)保護裝置的重要連接部分，對系統(tǒng)電源穩(wěn)定可靠的供應(yīng)具有重要影響。

2.2 通信電源模塊

在傳統(tǒng)變電站中，通信電源模塊需單獨設(shè)立，以確保通信設(shè)備及控制裝置電源供應(yīng)的穩(wěn)定可靠性。但在實際應(yīng)用過程中，通信電源模塊實際占地面積大、設(shè)備投資高等問題日漸凸顯，無法滿足智能變電站供電需求[4]。因此，需在智能變電站內(nèi)部采用一體化電源通信系統(tǒng)。通信電源系統(tǒng)不可單獨配置及運行，而是借助直流系統(tǒng)的電流轉(zhuǎn)換裝置將其轉(zhuǎn)向通信設(shè)備供應(yīng)電力資源。

直流充電系統(tǒng)在應(yīng)用高頻開關(guān)電源技術(shù)的過程中，需注重軟件開發(fā)技術(shù)、冗余技術(shù)及均流技術(shù)的具體應(yīng)用，選擇適用于智能變電站通信電源功能的電流變換器，以便切實提升高頻開關(guān)電源技術(shù)在智能變電站直流充電系統(tǒng)的應(yīng)用有效性。

2.3 UPS 電源模塊

UPS 電源模塊又被稱為不間斷電源，主要的功能是在智能變壓器發(fā)生故障后，還能夠為后臺監(jiān)控裝置、五防閉鎖裝置及交換裝置等提供重要電源能量?，F(xiàn)階段，變電站內(nèi)常用不間斷電源主要由兩路輸入電源經(jīng)過整流、逆變等環(huán)節(jié)后提供所需的負(fù)載電量。在交流輸入中斷期間，直流電量輸入經(jīng)過逆變后提供電能。

將高頻開關(guān)電源技術(shù)應(yīng)用于不間斷電源模塊時，高頻開關(guān)電源可在不間斷電源系統(tǒng)整流、逆變后正常使用及運行。同時，不間斷電源中也大量應(yīng)用了模塊化、冗余技術(shù)，確保不間斷電源在未來發(fā)展期間更加符合智能變電站組建及上級工作。此外，不間斷電源能夠在某模塊出現(xiàn)故障的情況下，將該模塊與系統(tǒng)脫離，通過冗余配置實現(xiàn)電力系統(tǒng)的正常運行，確保供電的穩(wěn)定性及安全性。

3 智能變電站中高頻開關(guān)電源的具體應(yīng)用

將高頻開關(guān)電源應(yīng)用于智能變電站時，需找尋到可適用于直流充電系統(tǒng)、通信充電系統(tǒng)等運行需求的供電方式[5]。當(dāng)前智能變電站內(nèi)高頻電源的應(yīng)用需配合建立起N+1 模塊化并聯(lián)冗余供電方式。因高頻開關(guān)電源在實際運行的過程中會呈現(xiàn)高頻化、模塊化特征，需在原有基礎(chǔ)上建立起與電源相適應(yīng)的供電系統(tǒng)，確保智能變電站的正常安全運行。

N+1 模塊化并聯(lián)冗余供電方式可保障電源模塊滿足實際電能需要，提升供電期間的穩(wěn)定性。與傳統(tǒng)單一電源系統(tǒng)相比，N+1 模塊化并聯(lián)冗余供電方式雖然造價成本較高，但實際運行效果更加穩(wěn)定。同時，通過熱插拔的方式將故障電源模塊從系統(tǒng)內(nèi)退出，可有效降低系統(tǒng)后期維護成本，從根本上保障智能變電站在運行N+1 模塊化并聯(lián)冗余供電中的經(jīng)濟效益。

在N+1 模塊化并聯(lián)冗余供電期間，并聯(lián)電源模塊的輸出特性具有特殊性，實際輸出電壓比電流變化率更小，輸出性質(zhì)更好。在輸出電壓相同期間，輸出特性更加優(yōu)質(zhì)的充電模塊能夠承載的電流量會遠(yuǎn)大于輸出率較低的充電模塊。N+1 模塊化并聯(lián)冗余供電實際應(yīng)用期間，輸出電壓相同，輸出特征會也會導(dǎo)致充電模塊承載較小的充電模塊電流承載量更少，設(shè)置優(yōu)勢沒有被充分發(fā)揮出來。同時，另一側(cè)充電模塊因需承載較大電流，自身熱量不斷提升，實際使用壽命縮短，需相關(guān)工作人員做好并聯(lián)電源模塊電流分配工作。

在高頻并聯(lián)電源模塊應(yīng)用期間，也需使用更加先進(jìn)的均流技術(shù)。一方面，使用依據(jù)輸出阻抗大小的均流技術(shù)，但其在實際運行期間的準(zhǔn)確性較低[6]；另一方面，均流電流需經(jīng)過一個人為設(shè)定的主模塊運行，在連接其他模塊的過程中，需要依據(jù)模塊特征設(shè)計符合冗余特征的電流，以便保障各模塊之間地位相同，根據(jù)最大輸出電流來進(jìn)行均流處理。在均流過程中，民主均流的并聯(lián)運行各主模塊設(shè)定并不是電流最大，其模塊就能稱為主模塊，其他電流通過模塊等自動設(shè)定主模塊的方式開展冗余設(shè)計。

民主均流技術(shù)在應(yīng)用于N+1 模塊化并聯(lián)冗余供電期間，應(yīng)從平均電流自動均流技術(shù)入手。在民主均流技術(shù)應(yīng)用過程中，需借助平均電流自動均流方式進(jìn)行改進(jìn)。通常，普通的民主均流技術(shù)主要用作N+1 模塊化并聯(lián)冗余供電的均流處理中，主要由均流控制器及均流誤差信號等構(gòu)成[7]。通過在均流控制裝置中設(shè)置均流誤差信號、電壓反饋信號等，計算出輸出開關(guān)裝置的輸出信號。并聯(lián)模塊電流輸出需借助同阻值來連接母線，而母線與電阻也可連接到同一并聯(lián)模塊上。N+1 模塊化并聯(lián)冗余供電內(nèi)正比例反映負(fù)載電流應(yīng)為電壓信號。

為將高頻開關(guān)電源技術(shù)更好地應(yīng)用于智能變電站中，N+1 模塊化并聯(lián)冗余供電系統(tǒng)的構(gòu)建需經(jīng)過不斷試驗論證。例如，選擇適當(dāng)?shù)亩O管代替電阻，可證明民主均流的實際控制原理。因二極管具有導(dǎo)電性能，在模塊輸出電流最大的情況下，其對應(yīng)二極管導(dǎo)通也最大，使該模塊成為主模塊，其他二極管會因承載電壓過大而出現(xiàn)阻斷等情況，相應(yīng)的模塊也可成為從模塊。

在變電站逐漸趨向于智能化發(fā)展的背景下，直流一體化功能將會被廣泛應(yīng)用于智能變電站中[8]。隨著國家及有關(guān)部門對電力系統(tǒng)及智能變電站直流系統(tǒng)運行狀態(tài)要求的不斷提升，為更好地提升智能變電站運行效率，相關(guān)工作人員需注重直流一體化系統(tǒng)的研究與實踐，將高頻開關(guān)電源技術(shù)應(yīng)用于N+1 模塊化并聯(lián)冗余供電中。

4 結(jié) 論

為充分發(fā)揮出高頻開關(guān)電源技術(shù)在智能變電站運行期間的積極作用，保障智能變電站穩(wěn)定安全發(fā)展，相關(guān)工作人員需認(rèn)清傳統(tǒng)智能變電站高頻開關(guān)電源技術(shù)存在的問題，不斷完善及優(yōu)化并聯(lián)高頻開關(guān)電源模塊，切實提升高頻開關(guān)電源供電期間的穩(wěn)定性及可靠性。