CN111864895A - 一种变电站用智能交直流一体化电源系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于电网变电站调度自动化技术领域，具体涉及一种变电站用智能交直流一体化电源系统。其包括依次电连接的站控层、间隔层和过程层，站控层包括监控中心和交换机，用于实现对整个系统设备的监视、控制以及信息交互，间隔层包括微机保护模块和监控模块，站控层与间隔层之间按照103通信规约和IEC61850通信规约通过以太网进行通信，间隔层与过程层之间通过RS485接口进行通信。本发明可由一家厂家提供所有电源的设计、生产、安装、服务，一揽子解决所有站用电源问题，减少采购、协调、沟通成本，产品全寿命周期的成本降低达30％以上；本发明采用分层分布架构，通过统一的智能网络平台，实现变电站电源的集中供电和统一的监控管理，使用方便。

Description

一种变电站用智能交直流一体化电源系统

技术领域

本发明属于电网变电站调度自动化技术领域，具体涉及一种变电站用智能交直流一体化电源系统。

背景技术

智能电网作为世界电力系统发展的前沿，各国都在加紧研究发展，而智能电网的一个核心技术就是智能变电站，它是变电站的最新发展方向，对实现电网智能化具有突出意义。我国一直致力于建设一个坚强的智能电网，目前我国智能电网及相关技术正处于高速发展阶段，作为智能电网不可或缺的纽扣环节，智能变电站是坚强智能电网建设中实现能源转换和控制的核心平台之一，是智能电网的重要组成部分，也是实现风能、太阳能等新能源接入电网的重要支撑。智能变电站在技术和功能上可以更好的满足智能电网信息化、自动化、互动化，是衔接智能电网发电、输电、变电、配电、用电和调度的六大环节的关键，它实现对电网运行信息的采集、分析处理与共享反馈，从而实现对电网的智能化控制与调节。

智能交直流一体化电源系统是智能变电站中的关键设备，与传统常规的电站电源系统相比，这种电源系统的特点就在于将原本独立的交流、直流、逆变、通信等多种电源系统进行统一的设计，包括前期的设计研究、监控,具体使用过程中的安装、调试等都通过统一的信息手段进行规划和管理，能够有效的实现网络通信、监控、系统联动等一体化的运作。作为所有电力自动化系统、通讯系统、远方执行系统、高压断路器的分合闸、继电保护、自动装置、信号装置等的交、直流电源，它的质量直接关系到电网的安全运行，它是发电设备和输变电设备的“心脏”。

然而常规性变电站,依旧是我国当前电力事业中最为广泛、普遍设置的一种类型。特别是对于我国这种地域宽广,技术更新不可能协调一致,所以常规性变电站依旧在我国的变电站运作系统中发挥着重要作用，常规性变电站，它的电源系统通常分为交流、直流、UPS和通信电源等几种不同的类型。在一般的变电站运营模式下，交流系统是变电站的主要能源供应设备。例如具体的电能储蓄、电源操作等工作都需要依赖交流系统来予以完成。这就意味着,交流系统的稳定性能如何，会直接影响到整个变电站的运行是否稳定、可靠。电源是整个变电站工作和运行的重中之重，当前我们的变电站，一般采用的是各个电源子系统分开设计、分开管理和使用、分开组屏，不同的电源系统由不同的生产商进行研发、生产、组装以及后期的安装、调试等。这种模式运行下的各种电源子系统存在着很多的弊端。具体如下：

(1)现有变电站站用电源由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由自动化人员进行维护,通信电源由通信人员维护，除了人力资源不能总体调配,通信电源、UPS等也没有纳入变电站严格的巡检范围。

(2)由不同供应商分别设计各个子系统,资源不能综合考虑,使一次投资显著增加,经济性较差。

(3)从系统设计角度来讲,变电站综合自动化系统已由集中分布式系统向数字化发展。目前综合自动化系统已成为站用电源信息共享平台,站用电源信息也一直作为综合自动化系统的简单附属信息,因此也难以实现系统管理和信息共享,在相关子系统变化时不能协调整个站用电源以最佳方式运行。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种变电站用智能交直流一体化电源系统。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种变电站用智能交直流一体化电源系统，包括依次电连接的站控层、间隔层和过程层，所述站控层包括监控中心和交换机，用于实现对整个系统设备的监视、控制以及信息交互，所述间隔层包括微机保护模块和监控模块，所述站控层与间隔层之间按照103通信规约和IEC61850通信规约通过以太网进行通信，所述间隔层与过程层之间通过RS485接口进行通信。

进一步地，所述过程层包括交流电源模块、UPS电源(不间断电源)模块、开关量采集模块、AC/DC充电模块、DC/DC电源模块、综合测量模块、绝缘检测模块和蓄电池检测模块。

进一步地，所述交流电源模块用于完成对两路交流进行的电压、电流信息的采集，所述UPS电源模块用于提供交直流输入电压及交流输出电压、电流以及频率信息的采集。

进一步地，所述站控层与微机保护模块之间按照103通信规约通过以太网进行通信，所述站控层与监控模块之间按照IEC61850通信规约通过以太网进行通信。

进一步地，所述蓄电池检测模块为DHR200C420型电流传感器。

本发明的有益效果是：

1、本发明可由一家厂家提供所有电源的设计、生产、安装、服务，一揽子解决所有站用电源问题，可以减少采购、协调、沟通成本，产品全寿命周期的成本降低达30％以上；

2、本发明的智能交直流一体化电源系统采用分层分布架构，实行智能一体化电源各子单元分散监控和集中管理，实现对智能一体化电源系统运行状态信息的实时监测；通过统一的智能网络平台，实现变电站电源的集中供电和统一的监控管理，进而实现在线的状态检测其运行工况和信息数据能通过一体化监控单元展示并转换为标准模型数。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明具体实施例所述的一种变电站用智能交直流一体化电源系统的结构示意图；

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例

如图1所示，本发明所提供的一种变电站用智能交直流一体化电源系统包括依次电连接的站控层、间隔层和过程层，所述站控层包括监控中心和交换机，用于实现对整个系统设备的监视、控制以及信息交互，所述间隔层包括微机保护模块和监控模块，所述站控层与间隔层之间按照103通信规约和IEC61850通信规约通过以太网进行通信，所述间隔层与过程层之间通过RS485接口进行通信。

进一步地，所述过程层包括交流电源模块、UPS电源(不间断电源)模块、开关量采集模块、AC/DC充电模块、DC/DC电源模块、综合测量模块、绝缘检测模块和蓄电池检测模块。

进一步地，所述交流电源模块用于完成对两路交流进行的电压、电流信息的采集，所述UPS电源模块用于提供交直流输入电压及交流输出电压、电流以及频率信息的采集。

进一步地，所述站控层与微机保护模块之间按照103通信规约通过以太网进行通信，所述站控层与监控模块之间按照IEC61850通信规约通过以太网进行通信。103通信规约用串口传输数据，主要应用于保护，因此微机保护模块与站控层之间按照103通信规约通过以太网进行通信能够有效保证通信效果及通信安全。

进一步地，所述蓄电池检测模块为DHR200C420型电流传感器。

其中，监控模块采用7.0寸TFT彩色触摸屏，具有体积小、结构简单美观大方、安装方便简洁、组配系统灵活等特点，监控模块界面美观大方、操作简洁、数据组织紧凑合理、良好的人机交互体验。主界面可显示智能一体化电源监控系统的主接线图，实时显示各功能单元的运行工况和信息。监控功能完善，高智能化，声光告警。监控模块通过RS485通信总线对系统的各组成部分：交流电源模块、UPS电源模块、开关量采集模块、AC/DC充电模块、DC/DC电源模块、综合测量模块、绝缘检测模块和蓄电池检测模块实现全参数本地及远端监控，使得系统成为一个有机结合的整体。监控模块支持IEC61850通讯协议，配有标准IEC61850通讯接口，方便接入自动化系统，实现“四遥”及无人值守,使得整个智能变电站乃至智能电网的实现成为可能。从逻辑和物理概念上将变电站的功能分层，令变电站自动化的模型更加合理，各层间的接口更加清晰。

交流电源采集模块完成对两路交流进线的电压、电流信息的采集；UPS电源模块提供交直流输入电压及交流输出电压、电流、频率等信息的采集；开关量采集模块用于交流UPS电源屏上的开关量采集；AC/DC充电模块为整个智能一体化电源系统的核心部件，采用功率因数达到99.99％，效率≥94％的ST220V20A系列模块组合而成，完成电网中的交流到直流的转换，给变电站内所有控制、保护、自动装置等控制负荷和各类直流电动机、断路器合闸机构等动力负荷提供可靠供的直流电源；DC/DC电源模块提供通信用48V电源；综合测量模块用于监测蓄电池组电压、控母电压，控母电流、电池充放电电流等；绝缘检测模块用于完成对直流母线绝缘和直流馈出支路绝缘的检测；蓄电池检测模块用于实时监测单体电池电压。

本系统是基于IEC61850协议的对象建模从而实现标准化，使其形成一个规范的输出，实现系统的无缝连接，它解决了变电站自动化系统产品的互操作性和协议转换问题。设置监控中心与变电站后台监控通信，实现站用电源系统数据一体化的实时监视，监控对象的控制、调节和运行方式，便于实施集中管理、分散控制。集中监控采用总线式结构，能方便地进行监控功能的扩展，方便维护。

传统站用电源与智能交直流一体化电源对比

由上表可知，智能交直流一体化电源系统，具有良好的经济效益和社会效益：

(1)减少重复配置，降低一次性投资：取消通信蓄电池和UPS蓄电池；取消充电模块前的交流自动切换回路；取消原直流系统对交流部分的数据采集(配电监控)等。

(2)降低长期维护成本：由一组维护人员替换原来四组维护人员，可大大减少人力成本支出；可减少采购、协调管理等成本。

(3)、降低TCO(Total Cost of Ownership)

由一家厂家提供所有电源的设计、生产、安装、服务，一揽子解决所有站用电源问题，可以减少采购、协调、沟通成本，产品全寿命周期的成本降低达30％以上。

(4)对馈线智能控制，可减少电能浪费。

(5)现行各类铅酸蓄电池产品，通常在使用期限内，逐渐就会出现充电困难、容量降低、自放电严重而导致失效报废。上述问题的产生原因最终可归结为，因为极板和电解液之间的反复充放电而产生的“不可逆的硫化”现象，当这种现象积累到一定程度，便会导致蓄电池的极板被硫化物覆盖，失去活性而无法使用。目前，对于废旧电池的处理一般采取固化填埋的方式。该方式虽然能够有效防止污染扩散，但是电池所含的铅、汞等材料依然是个环保隐患。此外，为固化填埋而建设的工业固体废物处置场，其建设费用不菲。对于铅酸蓄电池环保问题，减少其用量是最好的解决办法。取消通信与UPS蓄电池组对环保具有极其重要的贡献。

智能化变电站是在数字化变电站的基础上的升级与发展，是在结合智能电网实际需求的基础上，对自动化控制技术进行改进后以实现其智能化的变电站。作为智能电网发电、输电、变电、配电、用电和调度的衔接关键环节，智能变电站对智能电网的安全稳定有着重要的作用。随着科技进步、能源利用的发展，可再生能源必将被广泛的推广与利用，智能化变电站为大量如利用太阳能、风能等的分布式电源的介入提供了便利。智能化变电站从技术上及运行上都进行了改进，从软件和硬件上都进行了调整，支持大量分布式电源的接入及与调度中心的互动，使电网由原先单一大型注入点单向供电向大量使用分布式发电设备的多源多向模块化模式转变，实现配电网与微网的协调运行，满足了利用清洁能源的间歇性分布式电源可以即插即用。智能交直流一体化电源系统则是智能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，相应提高站用交直流电源整体的运行管理水平具有非常重要意义。现有站用电源在资源整合、自动化水平、管理模式等方面都还存在很大的优化空间，结构紧凑、经济可靠的变电站智能交直流一体化电源系统具有广阔的应用前景。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种变电站用智能交直流一体化电源系统，其特征在于：包括依次电连接的站控层、间隔层和过程层，所述站控层包括监控中心和交换机，用于实现对整个系统设备的监视、控制以及信息交互，所述间隔层包括微机保护模块和监控模块，所述站控层与间隔层之间按照103通信规约和IEC61850通信规约通过以太网进行通信，所述间隔层与过程层之间通过RS485接口进行通信。

2.根据权利要求1所述的一种变电站用智能交直流一体化电源系统，其特征在于：所述过程层包括交流电源模块、UPS电源模块、开关量采集模块、AC/DC充电模块、DC/DC电源模块、综合测量模块、绝缘检测模块和蓄电池检测模块。

3.根据权利要求2所述的一种变电站用智能交直流一体化电源系统，其特征在于：所述交流电源模块用于完成对两路交流进行的电压、电流信息的采集，所述UPS电源模块用于提供交直流输入电压及交流输出电压、电流以及频率信息的采集。

4.根据权利要求2或3任一项所述的一种变电站用智能交直流一体化电源系统，其特征在于：所述站控层与微机保护模块之间按照103通信规约通过以太网进行通信，所述站控层与监控模块之间按照IEC61850通信规约通过以太网进行通信。

5.根据权利要求4所述的一种变电站用智能交直流一体化电源系统，其特征在于：所述蓄电池检测模块为DHR200C420型电流传感器。

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