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電力系統控制必須具備安全可靠的控制電源。在電力工程中，控制電源分為兩類(lèi)，一類(lèi)是直流電源，一類(lèi)是交流電源。變電站中為控制、信號、保護、自動(dòng)裝置及某些執行機構等供電的直流電源系統，通常稱(chēng)為直流操作電源。為計算機監控等設備供電的交流不間斷電源系統，通常稱(chēng)為交流控制電源;為交換機、遠動(dòng)等通信設備供電的直流電源系統，則稱(chēng)為通信電源。

  1.維護困難

  目前運行的變電站，上述這幾種控制電源設備一般采用相互獨立分散設置的方式，設備由不同的供應商提供，且分屬不同的部門(mén)專(zhuān)業(yè)管理：繼電保護專(zhuān)業(yè)負責直流操作電源的維護，自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)負責交流控制電源的維護，遠動(dòng)通信專(zhuān)業(yè)負責通信電源的維護。這樣不但造成功能重復配置，增加設備一次投資;而且各專(zhuān)業(yè)不同的維護工作界面，使電源設備的運行管理費用居高不下。另外，由不同供應商提供的交直流控制電源產(chǎn)品，沒(méi)有統一的接口規范和監控設備，使系統數據不能共享，難以實(shí)現對整個(gè)交直流控制電源設備的系統分析維護和一體化信息管理。由于各電源系統的生產(chǎn)廠(chǎng)家不同，當電源出現故障，或進(jìn)行電源系統維護時(shí)，需要多家供應商的服務(wù)人員到現場(chǎng)查看，服務(wù)人員快則幾小時(shí)，慢則數天才能到達，如此以來(lái)延長(cháng)了的工作時(shí)間，影響設備的供電，對于巡檢人員，同樣存在此類(lèi)問(wèn)題。

  2.性?xún)r(jià)比差

  若考慮采用傳統的電源系統，會(huì )造成直流電源，UPS不間斷電源、通訊電源分別配置獨立的蓄電池，并由不同廠(chǎng)家供貨，交流電源通常是另外一個(gè)廠(chǎng)家的產(chǎn)品，且交流系統配置電源自動(dòng)切換設備，充電模塊又重復配置，既浪費又使設備之間難于協(xié)調運行，并考慮設備的備品備件數量及廠(chǎng)家都有所增加，浪費嚴重。

  3.缺乏系統管理

  雖然在變電站中，所有設備均要采用IEC61850協(xié)議，能夠解決通信規約的兼容問(wèn)題，但由于沒(méi)有統一的監控設備對整個(gè)站用電源進(jìn)行管理，不能實(shí)現系統數據共享，無(wú)法進(jìn)行站用電源協(xié)調聯(lián)動(dòng)、狀態(tài)檢修等深層次開(kāi)發(fā)應用。

  二、交直流控制電源一體化

  隨著(zhù)數字化變電站、智能變電站的不斷推廣，對電源系統的可靠性、經(jīng)濟性、節能性等也提出了更高的要求。站用交直流一體化電源系統恰恰順應了以上要求，結合了站內各電源系統并進(jìn)行了全面整合。

  1.交直流控制電源一體化的定義

  交直流控制電源一體化的定義是：把直流操作電源、電力用交流不間斷電源(電力專(zhuān)用UPS和INV)、通信用直流變換電源(DC-DC)組合為一體，共享直流操作電源的蓄電池組和監控裝置，實(shí)現集中供電并統一監控的成套電源設備。一體化電源設備是以直流操作電源為核心，直流操作電源與電力專(zhuān)用UPS、INV和通信DC-DC其中任一種及一種以上電源所構成的組合體，均稱(chēng)為一體化電源設備。對于變電站通過(guò)集中監控裝置實(shí)現對站用電進(jìn)出線(xiàn)和母線(xiàn)的全參數監控，滿(mǎn)足全站交直流控制電源的一體化監控管理。

  2.三個(gè)統一特征：

  1、統一集中供電：一體化電源設備通過(guò)系統優(yōu)化組合，實(shí)現集中組屏給全站電力控制系統供電，滿(mǎn)足電力設備集成交鑰匙工程需要。

  2、統一信息管理：一體化電源設備通過(guò)集中監控裝置，提供完整的交直流監控管理方案，實(shí)現對變電站交直流控制電源的全參數監控管理。

  3、統一設備維護：一體化電源設備通過(guò)整合維護工作界面，實(shí)現專(zhuān)家維護，大大降低設備運行的故障率和維護管理費用。

  三、系統構成原理

  1.直流操作電源系統由交流配電單元、高頻整流模塊、蓄電池組、硅堆降壓?jiǎn)卧?、絕緣監測裝置、電池巡檢裝置、配電監測單元和集中監控模塊等部分組成，系統構成原理接線(xiàn)如圖2所示。

  


  交流輸入電源正常時(shí)，通過(guò)交流配電單元給各整流模塊供電。整流模塊將交流電變換為直流電，經(jīng)保護電器(熔斷器或斷路器)輸出，一方面給蓄電池組充電，另一方面經(jīng)直流饋電單元給直流負荷提供正常的工作電源。當交流輸入電源故障停電時(shí)，整流模塊停止工作，由蓄電池組不間斷給直流負荷供電。

  交流配電單元實(shí)現由站用電交流輸出到整流器模塊的電源分配和保護，對于單母線(xiàn)接線(xiàn)的交流站用電源，整流器的交流電源進(jìn)線(xiàn)按一路配置;對于兩段單母線(xiàn)接線(xiàn)的交流站用電源，整流器的交流電源進(jìn)線(xiàn)按兩路配置：兩路交流電源分別取自交流站用電源的兩段母線(xiàn)，采用自動(dòng)轉換開(kāi)關(guān)設備(PC級ATSE)實(shí)現兩路電源進(jìn)線(xiàn)的備用切換控制。

  2.交流站用電源配置

  (1)兩臺自動(dòng)轉換開(kāi)關(guān)設備，兩路交流站用電源進(jìn)線(xiàn)，兩段單母線(xiàn)接線(xiàn)。

  (2)操作運行方式：交流站用電源具備以下三種操作運行方式：

  a)手動(dòng)操作運行方式：就地通過(guò)控制開(kāi)關(guān)人工控制ATS開(kāi)關(guān)狀態(tài)。

  b)自動(dòng)操作運行方式：就地通過(guò)邏輯電路或控制器自動(dòng)控制ATS開(kāi)關(guān)狀態(tài)。

  c)遙控操作運行方式：遠方通過(guò)計算機通信控制ATS開(kāi)關(guān)狀態(tài)。站用電的遙控操作包括”電源一供電“、”電源二供電“、”分列供電“和”備自投供電“共四種模式，其中”分列供電“只適用于兩段單母線(xiàn)的接線(xiàn)方案。

  d)智能電力參數測控

  ①母線(xiàn)電壓、電流、頻率，精度0.5%;

  ②有功功率、無(wú)功功率、視在功率、功率因數，精度1%;

  ③有功電度、無(wú)功電度，精度1%。

  ④其采用IEC61850協(xié)議，實(shí)現對站用電的遙測、遙信和遙控。

  ⑤多種參數越限報警;

  ⑥高清晰LCD，顯示形象直觀(guān);

  ⑦ATS開(kāi)關(guān)轉換控制;

  


  3.高頻整流模塊

  高頻整流模塊采用N+1并聯(lián)冗余方式供電，即在N個(gè)充電模塊滿(mǎn)足電池組的充電電流(0.1C10)和經(jīng)常性負荷電流的基礎上，增加1個(gè)熱備用充電模塊。

  4.絕緣監測裝置

  絕緣監測裝置用于在線(xiàn)監測直流控制母線(xiàn)和饋電支路的絕緣狀況，當某一點(diǎn)出現接地故障時(shí)，裝置立即發(fā)出告警信號，提醒運行人員查找并排除接地故障，從而杜絕直流系統接地故障可能引發(fā)的電力事故。

  5.電池巡檢裝置

  電池巡檢裝置用于實(shí)時(shí)在線(xiàn)監測電池組各單節電池的電壓和內阻，并通過(guò)一體化監控裝置記錄分析不同工況下各單節電池的電壓和內阻，及時(shí)發(fā)現落后或異常電池，給蓄電池維護提供重要的參考依據，確保蓄電池組安全運行。

  6.交流不間斷電源

  電力專(zhuān)用交流不間斷電源包括電力專(zhuān)用UPS和INV兩類(lèi)，其中的電力專(zhuān)用INV適用于”后備“運行模式，因此主要為變電站的事故照明等對電源的質(zhì)量要求不高的負荷供電;而電力專(zhuān)用UPS適用于”在線(xiàn)“運行模式，主要為變電站的計算機監控等對電源質(zhì)量要求很高的重要負荷供電。

  7.DC-DC通信電源

  DC-DC通信電源采用與高頻開(kāi)關(guān)整流器一樣的控制技術(shù)和相同的模塊結構，系統工作為N+1并聯(lián)冗余模式，并且采用硬件自主均流技術(shù)，為電站的交換機等通信設備提供可靠的直流工作電源。

  四、對一體化電源的設計選型

  1.直流操作電源是變電站的核心控制電源，其配置的蓄電池組作為一體化電源系統總的后備電源，在選擇計算其容量時(shí)除統計直流控制負荷外，還應統計電力專(zhuān)用UPS和INV及通信用DC-DC的負荷容量，滿(mǎn)足一體化電源系統的全部事故放電容量要求。

  2.由于通信用DC-DC由直流母線(xiàn)供電，因此DC-DC的直流容量應疊加到直流操作電源系統的經(jīng)常負荷中，其充電裝置的容量選擇計算應滿(mǎn)足一體化電源系統的全部經(jīng)常負荷和蓄電池充電要求。

  3.直流操作電源的監控裝置可作為一體化電源系統的總監控單元，要求與電力專(zhuān)用UPS、INV和DC-DC通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)連接為一體，通過(guò)完善總監控單元的數據記錄、分析、判斷和管理功能，實(shí)現對一體化電源系統的集中監控管理。