智能變電站交直流一體化電源系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

馮國卿　張詩浩　張穎　周芷芹　諸葛文寶

摘要：伴隨著我國科技水平的發(fā)展，智能技術(shù)被廣泛應(yīng)用在各個領(lǐng)域中。交直流電源智能化運行是通過整合交、直流電源實現(xiàn)的，為供電用電的一體化提供了解決方案，能有效地提高運行的穩(wěn)定安全性，從而提高了變電站電源管理能力。而交直流一體化電源系統(tǒng)具有集成度高、管理簡便等優(yōu)勢，可集中監(jiān)控和管理多套電源系統(tǒng)，提高了多套站用電源系統(tǒng)蓄電池組的共享性，隨著交直流一體化電源系統(tǒng)方案的廣泛應(yīng)用，其所存在的問題急需從根本上進行解決（包括標準化程度不高、各品牌間的兼容性差等）。為確保變電站的可靠運行，提出全模塊化電源系統(tǒng)方案，以期提高維護效率并降低維護成本，為提高交直流一體化電源系統(tǒng)的標準化程度提供參考。

關(guān)鍵詞：智能變電站;交直流一體化;電源系統(tǒng);研究;應(yīng)用

引言

變電站內(nèi)部供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行是供電可靠的前提。近年來，隨著互聯(lián)網(wǎng)與自動化技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化與智能化設(shè)備被大量的應(yīng)用于變電站中，為提高電源管理的可靠性具有積極的意義。傳統(tǒng)變電站電源系統(tǒng)由直流部分、交流部分、UPS、通信系統(tǒng)等構(gòu)成。各個子系統(tǒng)的設(shè)計制造到現(xiàn)場的安裝調(diào)試由不同的生產(chǎn)廠家對應(yīng)負責，后期運行維護也由相應(yīng)的專業(yè)人員負責檢修。隨著智能變電站系統(tǒng)的成熟發(fā)展，較多智能變電站在投運后逐步提出了交直流一體化電源設(shè)計。在智能變電站設(shè)計運行中，將傳統(tǒng)變電站各個子系統(tǒng)實現(xiàn)統(tǒng)一化設(shè)計、統(tǒng)一化安裝配置、統(tǒng)一化監(jiān)測控制。采用直流變換器直接接入直流母線代替了通信蓄電池組，應(yīng)用智能終端，合并單元等裝置，采用龐大的交換機組。因此，改變傳統(tǒng)變電站的不足，使智能變電站的電源更加可靠、合理。此外，技術(shù)更加先進，減少人力資源投入，實現(xiàn)自動化設(shè)計具有現(xiàn)代化的意義。

1智能變電站交直流一體化電源系統(tǒng)現(xiàn)狀

常規(guī)變電站中分散設(shè)計電源系統(tǒng)逐漸被淘汰，新誕生的智能變電站交直流一體化電源系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用，很大程度上方便了變電站的使用與管理。現(xiàn)下，有關(guān)智能變電站交直流一體化電源系統(tǒng)的研究包含：

（1）如何可靠且穩(wěn)定的將智能站交流電源啟動切換實現(xiàn)的問題;

（2）電力專用逆變電源產(chǎn)生能夠影響負載設(shè)備的一些干擾，如被電氣隔離的電源直流、交流輸出與輸入或動態(tài)瞬變、雜訊干擾等。同時，旁路控制邏輯維修中，任意運行狀態(tài)下的不間斷電源得以在維修旁路開關(guān)閉合下而連續(xù)供電且不會遭受影響的問題;

（3）交直流變換電源模塊、高頻開關(guān)電源自主穩(wěn)流、均流及穩(wěn)壓方面，同時整機效率、電網(wǎng)沖擊、浪涌徹底消除及抗干擾能力，開機軟啟動問題等;

（4）有關(guān)交直流一體化操作使用方面，仍然無法將無人化運行要求滿足，仍需進一步提高可靠性，如設(shè)備絕緣故障、拒動或誤動、漏氣、漏油等對運行安全性構(gòu)成嚴重影響的問題。

2變電站交直流一體化電源的優(yōu)勢

變電站交直流一體化電源的設(shè)計與傳統(tǒng)的分散式電源系統(tǒng)相比其優(yōu)勢比較明顯。站用交直流一體化電源系統(tǒng)的組成與傳統(tǒng)的電源系統(tǒng)系統(tǒng)組成雷同，也包含了站用交流電源、直流電源、電力專用UPS、逆變電源、通信電源，但是在一體化設(shè)計中，將這些組成部分以統(tǒng)一化、集成化的設(shè)計方式組合在一起，實現(xiàn)能源內(nèi)部系統(tǒng)的監(jiān)控、調(diào)試，并且最為關(guān)鍵的就是能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備之間的信息共享。從設(shè)計理念上分析，一體化的設(shè)計模式與傳統(tǒng)的電源系統(tǒng)設(shè)計方式相比，具備較強的安全性，在逐步優(yōu)化中具備網(wǎng)絡(luò)化、一體化的特點。

交直流一體化電源系統(tǒng)實際應(yīng)用中的優(yōu)勢如下：

（1）統(tǒng)一整合的站用電源系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)站用電源子系統(tǒng)的故障監(jiān)測和分析，保障電源能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、智能化。這方面的功能能夠解決傳統(tǒng)站用電源系統(tǒng)中子系統(tǒng)分散管理的不兼容性，提升電源系統(tǒng)的智能化程度;

（2）交直流一體化電源系統(tǒng)中應(yīng)用的技術(shù)更加成熟，設(shè)備自身不存在運行風(fēng)險，如，在電源系統(tǒng)的一次、二次設(shè)備上其技術(shù)應(yīng)用比較成熟，減少設(shè)備維修次數(shù);

（3）電源系統(tǒng)的監(jiān)測、管理、生產(chǎn)、安裝、維修都屬于流程化的工作，避免了子系統(tǒng)與子系統(tǒng)之間的重復(fù)性管理，降低電源子系統(tǒng)的經(jīng)營成本。

3智能站用變直流一體化電源系統(tǒng)應(yīng)用實踐

3.1模塊化設(shè)計

（1）全模塊化電源系統(tǒng)，為提升電源系統(tǒng)的全模塊化，進行模塊化設(shè)計時需以電源系統(tǒng)各器件各項功能為依據(jù)，為實現(xiàn)功能的模塊化并簡化設(shè)備維護工作量，需整合比較集中的功能，模塊化設(shè)計包括充電模塊、饋線開關(guān)（直流、交流、逆變、通信）、交流進線電源、逆變電源模塊、直流系統(tǒng)交流進線部分、DC/DC-48V模塊、逆變器進線部分。通過設(shè)備標準化實現(xiàn)廠家的流水線生產(chǎn)作業(yè)，以簡化系統(tǒng)設(shè)計并提高系統(tǒng)維護效率。

（2）饋線模塊化，主要由輸出接口及標準通信接口構(gòu)成，該部分對各廠家、各型號開關(guān)規(guī)格參數(shù)主要通過集成設(shè)計技術(shù)的使用完成匯總過程（共用尺寸模塊），適用各品牌開關(guān)的安裝，采用軟銅牌連接部分一次線，以確保開關(guān)與模塊間靈活可靠的連接;使用PCB板走線作為二次電纜。在模塊內(nèi)部集成了電流傳感器、電壓及溫度檢測功能，實現(xiàn)對電流/壓、溫度等參數(shù)的實時采集過程，通過各模塊的智能采集單元完成模擬量數(shù)據(jù)（由傳感器采集）到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換過程后再將其上傳至總監(jiān)控處理分析（根據(jù)RS485通訊協(xié)議），同時能夠匯總電流、電壓、溫度、功率等數(shù)據(jù)，模塊具有較高的通用性，便于生產(chǎn)和后期維護，為大數(shù)據(jù)計算提供支撐。

3.2站內(nèi)照明、風(fēng)機的智能控制設(shè)計

傳統(tǒng)的站內(nèi)電源系統(tǒng)在為站內(nèi)照明設(shè)備提供電力支持時，需要依靠人力介入，根據(jù)值班人員的主觀判斷來控制照明的開啟和關(guān)閉。這種方式過度依賴值班人員的主觀性，且值班人員的工作質(zhì)量無法保證、極易因為值班人員的工作懈怠造成大量的能源浪費，增加站內(nèi)負荷。同時，由于視頻監(jiān)控設(shè)備對拍攝環(huán)境的要求。通常在夜間，照明設(shè)備保持持續(xù)工作狀態(tài)，增大了不必要的資源浪費。為了減少這種情況的發(fā)生，增加能源和照明設(shè)備的有效利用率。本系統(tǒng)中增加了照明開關(guān)的智能控制模塊，利用傳感器、監(jiān)控設(shè)備、控制器與開關(guān)之間的互聯(lián)與通信，實現(xiàn)照明設(shè)備與監(jiān)控設(shè)備的相互關(guān)聯(lián)。并根據(jù)監(jiān)控設(shè)備的監(jiān)控環(huán)境與區(qū)域控制照明設(shè)備的開啟。

同時與照明控制系統(tǒng)類似，該電源系統(tǒng)對風(fēng)機與空調(diào)等設(shè)備設(shè)計了類似的智能控制系統(tǒng)，通過溫度與濕度傳感器采集環(huán)境溫度與濕度，達到空調(diào)和風(fēng)機的自動運行，并保留了人工操作方式。

結(jié)語

交直流電源智能化運行為供電用電的一體化提供了解決方案，有效提高了運行的穩(wěn)定安全性，從而使變電站電源管理能力得以提高。而交直流一體化電源系統(tǒng)具有集成度高、管理簡便等優(yōu)勢，可集中監(jiān)控和管理多套電源系統(tǒng)，提高了多套站用電源系統(tǒng)蓄電池組的共享性，隨著交直流一體化電源系統(tǒng)方案的廣泛應(yīng)用，其所存在的問題急需從根本上進行解決（包括標準化程度不高、各品牌間的兼容性差等）。為確保變電站的可靠運行，本文提出全模塊化電源系統(tǒng)方案，實現(xiàn)標準化工業(yè)生產(chǎn)一體化單元的目標，即通過標準化設(shè)計，為提高一體化電源系統(tǒng)的共享程度提供有效途徑，提高常用器件的備用效率以有效降低維護工作量。

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