CN103051052A - 智能交直流一体化电源系统 - Google Patents
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Abstract
智能交直流一体化电源系统，包括双电源自动切换装置、逆变模块、总监控器；组成一个包含统一监控管理的交流、直流不间断供电系统。采用分层分布式构架，实行分散测控与集中管理。取消通信蓄电池组及充电装置，使用DC/DC直流变换模块直接挂于充电母线；取消UPS蓄电池，使用逆变模块直接挂于充电母线，对重要负荷如计算机、事故照明等采用逆变电源供电；统一进行二次配电管理，站用电源设备智能管理，状态检修。实现在一个平台上对整个电站电源的交流与直流、逆变、通信等电源系统进行统一监控，统一调配人力资源、提高站用电源的整体管理水平。
Description
技术领域
本发明涉及一种智能交直流一体化电源系统，它适用于变电站、发电厂和风电场的二次电源系统。
背景技术
传统变电站站用电源分为交流系统、直流系统、电力UPS（不间断电源） 、通信电源系统等，各种系统采用分散设计，独立组屏，设备由不同的供应商生产、安装、调试。供电系统也分配不同的专业人员进行管理。这种模式存在以下缺陷：
（ 1）、站用电源自动化程度不高。由不同供应商提供的各子系统通信规约一般不兼容，难以实现网络化管理，系统缺乏综合的分析平台，制约了管理的提升；
（2）、经济性较差。站用电源资源不能综合考虑，使一次投资显著增加；
（3）、安装、服务协调较难。各个供应商由于利益的差异使安装、服务协调困难，远不如站用交直流电源一体化的“交钥匙工程”模式顺畅；
（4）、运行维护不方便。站用电源分配不同专业人员进行管理：交流系统与直流系统由变电人员进行运行维护，UPS（不间断电源）由自动化人员进行维护，通信电源由通信人员维护，人力资源不能总体调配。通信电源、UPS（不间断电源）等也没有纳入变电站严格的巡检范围，可靠性得不到保障。
站用电源是变电站安全运行的基础，随着变电站综自化程度的越来越高以及大量无人值班站投运，实现在一个平台上对整个电站电源的交流与直流、逆变、通信等电源系统进行统一监控。由一组维护人员同时管理、维护全站电源，便于统一调配人力资源。由一个厂家来完成所有电源的设计、生产、安装、服务，一体化解决所有站用电源问题，可以大幅度降低工程投资、大幅度减少室内面积。相应提高站用电源整体的运行管理水平具有非常重要意义。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种智能交直流一体化电源系统，它能克服目前变电站、发电厂和风电场所存在的以上问题。本发明的目的是这样实现的，智能交直流一体化电源系统，包括双电源自动切换装置、高频整流模块、DC/DC直流变换模块、逆变模块、总监控器、蓄电池组及直流馈线单元；其特征在于：交流电源经二路输入双电源自动切换装置切换后，电网交流电源送至站用交流母线；所述的站用交流母线，一方面供交流负载，另一方面供高频整流模块；所述的高频整流模块输出的直流电经输出开关至充电母线，充电母线向蓄电池提供充电电源，充电方式按总监控器设置进行；充电母线向合闸负载供电,形成合闸馈电；充电母线向DC/DC直流变换模块提供输入电源，变换后输出-48V电源供通信负载；充电母线向逆变模块提供直流输入，经逆变后输出220V交流电，供计算机、事故照明负载；充电母线经直流自动调压装置降压后，至直流控制母线，向控制负载供电。
所述的交流负载设有交流采集模块，采集交流输入、输出的电压、电流量和输入开关的合、分信号和告警信号，经A/D即模拟/数字转换后上传监控系统内RS485接口通信平台，同时接受总监控单元的控制信号。
所述的逆变模块设有逆变采集单元，采集逆变模块交、直流电量和告警信号，经A/D即模拟/数字转换后上传监控系统内RS485接口通信平台，同时接受总监控单元的控制信号。
所述的高频整流模块内置整流模块采集单元，采集高频整流模块的运行信息和参数，经A/D即模拟/数字转换后上传监控系统内RS485接口通信平台，同时接受总监控单元的控制信号。
所述的DC/DC直流变换模块内置通信变换采集单元，采集DC/DC直流变换模块的运行信息和参数，经A/D即模拟/数字转换后上传监控系统内RS485接口通信平台，同时接受总监控单元的控制信号。
所述的直流馈线单元包括合闸负载和控制负载，设有直流馈线采集模块，采集合闸负载和控制负载回路电量参数和开关量信号，经A/D即模拟/数字转换后上传监控系统内RS485接口通信平台；同时设有直流绝缘接地采集模块，采集合闸负载和控制负载回路绝缘接地信号，经A/D即模拟/数字转换后上传监控系统内RS485接口通信平台。
所述的通信负载，设有通信馈线采集模块，采集通信负载电量参数和开关量信号，经A/D即模拟/数字转换后上传监控系统内RS485接口通信平台。
所述的蓄电池组设电池采集模块，采集蓄电池的电压参数，经A/D即模拟/数字转换后上传监控系统内RS485接口通信平台。
所述的总监控单元为总监控器，将从包括交流采集模块、逆变采集单元、整流模块采集单元、通信变换采集单元、直流馈线采集模块、通信馈线采集模块、直流绝缘接地采集模块、电池采集模块采集来的信号进行处理，对双电源自动切换装置、高频整流模块、DC/DC直流变换模块、逆变模块发出控制信号，同时转换成符合IEC61850国际标准模式上传给变电站监控中心，实现数字化站用电源交、直流一体化管理系统。本发明技术先进，结构紧凑，维护方便，管理简化、运行安全可靠，具有良好的经济效益和社会效益，是国家智能化电站推广的换代产品。
本发明与现有技术相比的优点：
1.智能交直流一体化电源系统使用系统技术，针对变电站站用交流、直流、逆变、通信电源要求，统一实施一体化智能管理。建立站用电源信息共享平台。一体化.将交流、直流、逆变、通信电源网络智能化，对外1个通信接口，采用DL/T860国家电力标准和IEC61850国际标准规约的开放式通信系统；
2.优化设计：即取消通信蓄电池组及充电装置，使用DC/DC直流变换器直接挂于充电母线代替；取消UPS蓄电池，使用逆变模块直接挂于充电母线代替，对重要负荷如事故照明等采用逆变电源供电；统一进行波形处理；统一进行防雷配置；统一进行二次配电管理；站用电源设备智能管理，实现状态检修；
3.选用引进技术生产的高功率密度、高功率因数、符合电磁兼容标准、带智能的高频整流模块、高频DC/DC直流变换模块和高频逆变模块，达到低损耗、高可靠、抗干扰，便于监控的目的。高频整流模块、DC/DC直流变换模块采用智能控制PWM脉宽调制变换技术、功率因数校正技术、零电流开通的软开关技术，硬件自主均流和在线热插拔等特征设计制造的产品。逆变模块采用电力专用DSP全数字控制逆变器。具备：交流输入常用，直流逆变备用，SPWM即正弦脉宽调制，逆变、静态开关切换及输入输出工频隔离等特征；
4.对各种系统电源变换模块和功能单元的检测模块，统一设计，统一RS485串行接口和CAN协议通信平台，上传总监控系统。包含交流供电检测、直流供电检测、绝缘接地检测、电池巡检等；
5.主监控模块支持DL/T860国家电力标准和IEC61850国际标准通讯协议，使得整个智能变电站乃至智能电网的实现成为可能；
6.整合各功能单元，一体化结构设计。中、大容量按单元功能要求，分屏设计布置，便于信号采集、统一监控和电气操作。小容量设计在一个柜体内，功能单元内部分隔，实现控制和结构的一体化；
7.系统内部抗干扰措施，采用专用的抗静电、抗高压脉冲、抗雷击设计，电气设备可靠接地；软件自诊断功能；采用超隔离技术和EMI滤波技术，有效防止电磁波、无线电和静电等干扰。
附图说明
图1为本发明的原理图；
图2为本发明监控系统图；
1.双电源自动切换装置， 2.高频整流模块， 3.DC/DC直流变换模块
4.逆变模块， 5.蓄电池组， 6.直流自动调压装置， 7.交流负载， 8.合闸负载，9.控制负载， 10. 通信负载，11.计算机、事故照明负载， 12.总监控单元，13.交流采集模块， 14.逆变采集单元， 15.整流模块采集单元， 16.通信变换采集单元， 17.直流馈线采集模块， 18.通信馈线采集模块， 19.直流绝缘接地采集模块， 20.电池采集模块， 21.变电站监控中心，22.监控系统内RS485接口通信平台，1-1.站用交流母线， 2-1.充电母线， 3-1.直流控制母线。
具体实施方式
如图1和图2所示，智能交直流一体化电源系统，包括双电源自动切换装置1、高频整流模块2、DC/DC直流变换模块3、逆变模块4、总监控器12、蓄电池组5及直流馈线单元；其特征在于：交流电源经二路输入双电源自动切换装置1切换后，电网交流电源送至站用交流母线1-1；所述的站用交流母线1-1，一方面供交流负载7，另一方面供高频整流模块2；所述的高频整流模块2输出的直流电经输出开关至充电母线2-1，充电母线2-1向蓄电池5提供充电电源，充电方式按总监控器12设置进行；充电母线2-1向合闸负载8供电,形成合闸馈电；充电母线2-1向DC/DC直流变换模块3提供输入电源，变换后输出-48V电源供通信负载10；充电母线2-1向逆变模块4提供直流输入，经逆变后输出220V交流电，供计算机、事故照明负载11；充电母线2-1经直流自动调压装置6降压后，至直流控制母线3-1，向控制负载9供电。
所述的交流负载7设有交流采集模块13，采集交流输入、输出的电压、电流量和输入开关的合、分信号和告警信号，经A/D即模拟/数字转换后上传监控系统内RS485接口通信平台，同时接受总监控单元12的控制信号。
所述的逆变模块4设有逆变采集单元14，采集逆变模块交、直流电量和告警信号，经A/D即模拟/数字转换后上传监控系统内RS485接口通信平台，同时接受总监控单元12的控制信号。
所述的高频整流模块2内置整流模块采集单元15，采集高频整流模块的运行信息和参数，经A/D即模拟/数字转换后上传监控系统内RS485接口通信平台，同时接受总监控单元12的控制信号。
所述的DC/DC直流变换模块3内置通信变换采集单元16，采集DC/DC直流变换模块的运行信息和参数，经A/D即模拟/数字转换后上传监控系统内RS485接口通信平台，同时接受总监控单元12的控制信号。
所述的直流馈线单元包括合闸负载8和控制负载9，设有直流馈线采集模块17，采集合闸负载8和控制负载9回路电量参数和开关量信号，经A/D即模拟/数字转换后上传监控系统内RS485接口通信平台；同时设有直流绝缘接地采集模块19，采集合闸负载8和控制负载9回路绝缘接地信号，经A/D即模拟/数字转换后上传监控系统内RS485接口通信平台。
所述的通信负载10设有通信馈线采集模块18，采集通信负载10电量参数和开关量信号，经A/D即模拟/数字转换后上传监控系统内RS485接口通信平台。
所述的蓄电池组5设电池采集模块20，采集蓄电池的电压参数，经A/D即模拟/数字转换后上传监控系统内RS485接口通信平台。
所述的总监控单元12为总监控器，将从包括交流采集模块13、逆变采集单元14、整流模块采集单元15、通信变换采集单元16、直流馈线采集模块17、通信馈线采集模块18、直流绝缘接地采集模块19、电池采集模块20采集来的信号进行处理，对双电源自动切换装置1、高频整流模块2、DC/DC直流变换模块3、逆变模块4发出控制信号，同时转换成符合IEC61850国际标准模式上传给变电站监控中心21，实现数字化站用电源交、直流一体化管理系统。
Claims (9)
1.智能交直流一体化电源系统，包括双电源自动切换装置（1）、高频整流模块（2）、DC/DC直流变换模块（3）、逆变模块（4）、总监控器（12）、蓄电池组（5）及直流馈线单元；其特征在于：交流电源经二路输入双电源自动切换装置（1）切换后，电网交流电源送至站用交流母线（1-1）；所述的站用交流母线（1-1），一方面供交流负载（7），另一方面供高频整流模块（2）；所述的高频整流模块（2）输出的直流电经输出开关至充电母线（2-1），充电母线（2-1）向蓄电池（5）提供充电电源，充电方式按总监控器（12）设置进行；充电母线（2-1）向合闸负载（8）供电,形成合闸馈电；充电母线（2-1）向DC/DC直流变换模块（3）提供输入电源，变换后输出-48V电源供通信负载（10）；充电母线（2-1）向逆变模块（4）提供直流输入，经逆变后输出220V交流电，供计算机、事故照明负载（11）；充电母线（2-1）经直流自动调压装置6降压后，至直流控制母线（3-1），向控制负载（9）供电。
2.根据权利要求1所述的智能交直流一体化电源系统，其特征在于：所述的交流负载（7），设有交流采集模块（13），采集交流输入、输出的电压、电流量和输入开关的合、分信号和告警信号，经A/D即模拟/数字转换后上传监控系统内RS485接口通信平台，同时接受总监控单元（12）的控制信号。
3.根据权利要求1所述的智能交直流一体化电源系统，其特征在于：所述的逆变模块（4），设有逆变采集单元（14），采集逆变模块交、直流电量和告警信号，经A/D即模拟/数字转换后上传监控系统内RS485接口通信平台，同时接受总监控单元12的控制信号。
4.根据权利要求1所述的智能交直流一体化电源系统，其特征在于：所述的高频整流模块（2）内置整流模块采集单元（15），采集高频整流模块的运行信息和参数，经A/D即模拟/数字转换后上传监控系统内RS485接口通信平台，同时接受总监控单元12的控制信号。
5.根据权利要求1所述的智能交直流一体化电源系统，其特征在于：所述的DC/DC直流变换模块（3）内置通信变换采集单元（16），采集DC/DC直流变换模块的运行信息和参数，经A/D即模拟/数字转换后上传监控系统内RS485接口通信平台，同时接受总监控单元（12）的控制信号。
6.根据权利要求1所述的智能交直流一体化电源系统，其特征在于：所述的直流馈线单元包括合闸负载（8）和控制负载（9），设有直流馈线采集模块（17），采集合闸负载（8）和控制负载（9）回路电量参数和开关量信号，经A/D即模拟/数字转换后上传监控系统内RS485接口通信平；同时设有直流绝缘接地采集模块（19），采集合闸负载（8）和控制负载（9）回路绝缘接地信号，经A/D即模拟/数字转换后上传监控系统内RS485接口通信平台。
7.根据权利要求1所述的智能交直流一体化电源系统，其特征在于：所述的通信负载（10），设有通信馈线采集模块（18），采集通信负载（10）电量参数和开关量信号，经A/D即模拟/数字转换后上传监控系统内RS485接口通信平台。
8.根据权利要求1所述的智能交直流一体化电源系统，其特征在于：所述的蓄电池组（5），设电池采集模块（20），采集蓄电池的电压参数，经A/D即模拟/数字转换后上传监控系统内RS485接口通信平台。
9.根据权利要求1至8任一项所述的智能交直流一体化电源系统，其特征在于：总监控单元（12）为总监控器，将从包括交流采集模块（13）、逆变采集单元（14）、整流模块采集单元（15）、通信变换采集单元（16）、直流馈线采集模块（17）、通信馈线采集模块（18）、直流绝缘接地采集模块（19）、电池采集模块（20）采集来的信号进行处理，对双电源自动切换装置（1）、高频整流模块（2）、DC/DC直流变换模块（3）、逆变模块（4）发出控制信号，同时转换成符合IEC61850国际标准模式上传给变电站监控中心（21），实现数字化站用电源交、直流一体化管理系统。
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