智能變電站交直流一體化電源系統(tǒng)研究

李征

摘要：目前變電站在不斷發(fā)展和完善的新技術(shù)的支撐下，供電穩(wěn)定性得以全面提升，其智能化、自動化水平不斷提高，為用電安全打下牢固的基礎(chǔ)。但隨著用電規(guī)模的不斷擴(kuò)大為電力運(yùn)行質(zhì)量的要求逐漸提高，交直流一體進(jìn)入了新的研究階段，智能變電站交直流一體化電源系統(tǒng)實現(xiàn)了自動切換、啟動設(shè)備，高效的滿足了傳喚供電及安全用電需求，交直流一體化電源系統(tǒng)主要由四類電源構(gòu)成（包括通信電源、交/直流電源、交流不間斷電源），主要負(fù)責(zé)將各類穩(wěn)定可靠的電源提供給變電站，各電源子系統(tǒng)的后備電源共用一套蓄電池組，對交流電源進(jìn)行分配或變換處理（通過使用電源變換器實現(xiàn)），轉(zhuǎn)換成所需電壓等級（AC380V、AC220V、DC220V）。通過配置一體化電源監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)實時測量、控制功能，以確保系統(tǒng)正常運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：智能變電站；交直流一體化；電源系統(tǒng)；自動控制

1 國內(nèi)傳統(tǒng)變電站電源系統(tǒng)現(xiàn)狀

1）自動化程度低，各個生產(chǎn)廠商的設(shè)備容易產(chǎn)生不兼容的問題，不易整理且缺乏對系統(tǒng)的分析手段，難以實現(xiàn)進(jìn)一步的升級。2）站內(nèi)人員流動較大，不利于設(shè)備維護(hù)運(yùn)行，交流系統(tǒng)與直流系統(tǒng)人員設(shè)備維修、UPS由自動化人員檢修、各電源系統(tǒng)通信系統(tǒng)由不同廠商的技術(shù)員檢修。人員總體得不到統(tǒng)一的調(diào)配，造成人力資源的浪費。3）不同的生產(chǎn)商對應(yīng)設(shè)計符合各自功能的系統(tǒng)，直接1次投資和2次投資有明顯的提高，變電站建造和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性不佳。4）如果某一子系統(tǒng)出現(xiàn)問題，會直接牽連其他系統(tǒng)。在檢修時需要不同廠家的相互配合，協(xié)調(diào)性較差。

2智能變電站電源系統(tǒng)特點

2.1實現(xiàn)智能化和網(wǎng)絡(luò)化

變電站設(shè)備的增加提升了所使用電源的復(fù)雜程度，使用不同線路及電源的各類設(shè)備則增加了維護(hù)與保養(yǎng)的難度，而一體化建設(shè)通過重組與設(shè)計線路使電源供應(yīng)的穩(wěn)定與安全性得以提高。交直流一體化電源系統(tǒng)作為智能變電站的重大突破之一，在一體統(tǒng)一外形的同時完善了功能設(shè)計，優(yōu)化了電源系統(tǒng)的整體設(shè)計和安裝過程，節(jié)約了整個電源系統(tǒng)的占地空間，提高了平臺利用效率。一體化設(shè)計使新的供電模式得以有效實現(xiàn)，顯著減少了了組屏數(shù)量，在確保整體集中統(tǒng)一的同時簡化了系統(tǒng)供電運(yùn)行過程，能夠統(tǒng)一監(jiān)控和分析各電源子系統(tǒng)，便于后期使用和維護(hù)。使不同的電源通信兼容問題（由不同供應(yīng)商供應(yīng)）得以充分解決，從而提高了變電站系統(tǒng)的智能化及自動化水平。

2.2提高了安全性和經(jīng)濟(jì)性

信息技術(shù)的運(yùn)用實現(xiàn)了基礎(chǔ)設(shè)備的自動檢測，使系統(tǒng)安全性得以顯著提高，一體化電源系統(tǒng)通過有機(jī)結(jié)合設(shè)備和信息技術(shù)形成了整體的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特征（合圍不同子系統(tǒng)），通過關(guān)聯(lián)各系統(tǒng)實現(xiàn)總控制，各子系統(tǒng)在此基礎(chǔ)上完成內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)化，進(jìn)而能夠統(tǒng)一調(diào)整和控制各子系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)，特別是科對電源盲點部位進(jìn)行及時監(jiān)控，進(jìn)一步提升看系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。除此之外，各模塊間參數(shù)通過全面互換能夠在不影響整機(jī)運(yùn)行工作的基礎(chǔ)上檢測單個開關(guān)或模塊，減少了作業(yè)流程，實現(xiàn)了整體設(shè)備檢修的連續(xù)性，從而簡化了使用和維修的操作環(huán)節(jié)。相比于傳統(tǒng)常規(guī)變電站電源，交直流一體化電源系統(tǒng)運(yùn)行過程的成本更低，更能滿足電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)實用的需求，優(yōu)化后的系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)使相關(guān)設(shè)備更加集成，有利于人力合理分配的實現(xiàn)，顯著降低設(shè)備投入，節(jié)約了變電站運(yùn)行成本。使用蓄電池還可在一定程度上降低污染，提升經(jīng)濟(jì)和社會效益。

3電源系統(tǒng)模塊化設(shè)計

3.1模塊化特點

（1）簡化設(shè)計過程，提高出圖效率與質(zhì)量，通過模塊化處理一體化電源系統(tǒng)實現(xiàn)多個器件到多個模塊的轉(zhuǎn)換過程，以現(xiàn)場的實際負(fù)載需求為依據(jù)對模塊進(jìn)行組合設(shè)計，縮短電源設(shè)備的交付周期，從而使相關(guān)的設(shè)計工作量得以顯著減少。

（2）提高生產(chǎn)及安裝過程的標(biāo)準(zhǔn)化程度，生產(chǎn)過程中的系統(tǒng)構(gòu)成通過模塊化設(shè)計的運(yùn)用可流水線生產(chǎn)單個模塊，便于標(biāo)準(zhǔn)化程序的應(yīng)用，進(jìn)而彌補(bǔ)現(xiàn)有整柜生產(chǎn)的不足，實現(xiàn)流水線生產(chǎn)電源整柜，有效避免了人工生產(chǎn)電源易導(dǎo)致的工藝、任務(wù)方面的錯誤，使電源生產(chǎn)質(zhì)量水平和效率得以有效提高。

（3）簡化維護(hù)過程，一體化電源系統(tǒng)通過模塊化設(shè)計后，用戶只需對構(gòu)成系統(tǒng)的數(shù)個標(biāo)準(zhǔn)大模塊進(jìn)行操作和管理，并使定位電源設(shè)備故障更加簡單，可使用備用器件對出現(xiàn)故障或損壞的模塊進(jìn)行快速更換，從而使設(shè)備現(xiàn)場維護(hù)效率得以顯著提高，降低設(shè)備維護(hù)周期和成本。標(biāo)準(zhǔn)模塊化設(shè)計降低了替換老舊模塊的難度，提升單位運(yùn)行效率。

3.2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(jìn)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(hù)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(jìn)線電源、逆變電源模塊、直流系統(tǒng)交流進(jìn)線部分、DC/DC-48V模塊、逆變器進(jìn)線部分。通過設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)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(hù)效率。

（2）饋線模塊化，饋線開關(guān)模塊化原理如圖1所示。

主要由輸出接口及標(biāo)準(zhǔn)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(hù)，為大數(shù)據(jù)計算提供支撐。

（3）充電及DC/DC組件（即功率模塊）模塊化，技術(shù)的發(fā)展和完善為充電及功率模塊體積的小型化發(fā)展趨勢提供了支撐，受到廠家技術(shù)差異的影響，功率模塊規(guī)格尺寸隨著能量密度的逐漸增大表現(xiàn)出了較大的差異性。通過對四個功率模塊進(jìn)行集成設(shè)計，具有在線熱插拔功能，以提高使用過程的規(guī)范性，再將集成后的大模塊均完成標(biāo)準(zhǔn)接口的設(shè)計（包括輸入、輸出、通訊接口），提高在線維護(hù)的質(zhì)量和效率。通過更換大模塊（接口與原模塊保持一致）即可完成快速更換或技術(shù)升級，顯著降低了更換成本。

結(jié)束語

交直流電源智能化運(yùn)行為供電用電的一體化提供了解決方案，有效提高了運(yùn)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(jìn)行解決（包括標(biāo)準(zhǔn)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(yùn)行，本文提出全模塊化電源系統(tǒng)方案，實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化工業(yè)生產(chǎn)一體化單元的目標(biāo)，即通過標(biāo)準(zhǔn)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(hù)工作量。

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