CN202721495U - 交直流一体化不间断电源 - Google Patents

交直流一体化不间断电源 Download PDF

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石一峰
潘晓明
陆凤杨
夏蓉
赵二川
李栋
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Abstract

本实用新型涉及一种交直流一体化不间断电源,包括直流电源部分、交流电源部分、逆变电源部分、通信直流电源部分;交流电源部分包括进线断路器、交流控制器;进线断路器的输入端与总电源相连,输出端连至交流负载母线;直流电源部分包括高频整流模块、直流控制器;高频整流模块的输入端与交流负载母线相连,输出端连至合闸母线和直流控制母线;逆变电源部分包括逆变器;通信直流电源部分包括通信电源;交流控制器、直流控制器、高频整流模块、逆变器、通信电源分别连至电源总监控装置且连至上位机构成监控通讯网络。本实用新型整合各电源部分并构建监控通讯网络,可实现电源系统的统一管理、分散控制、就地和远控相结合的监控,方便其安装和维护。

Description

交直流一体化不间断电源
技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种为变电站提供各种电源的交直流一体化不间断电源。
背景技术
[0002] 站用交直流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,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。随着中国大力推进坚强智能电网的建设步伐,智能变电站已成为新一代变电站的发展趋势。基于“DL/T 860(IEC61850) ”的智能变电站/数字化站用一体化电源系统应运而生,站用电源系统逐步向统一的数字化、程序化、智能化的方向发展。
[0003] 传统变电站站用电源分为交流系统、直流系统、UPS、通信电源系统等,各子系统采 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。这种模式存在的主要问题如下:
[0004] ( I)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。
[0005] (2)经济性较差:站用电源资源不能综合考虑,使一次重复投资显著增加。
[0006] (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。
[0007] (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等也没有纳入变电严格的巡检范围,可靠性得不到保障。
[0008] (5)馈线监测盲点问题:传统站用电源部分开关位置、事故跳闸告警、负荷电流、漏电流等数据及信号并未得到全面及时的监控,电源监测存有盲点。
发明内容
[0009] 本实用新型的目的是提供一种自动化程度高、经济性较佳、安装维护方便的交直流一体化不间断电源。
[0010] 为达到上述目的,本实用新型采用的技术方案是:
[0011] 一种交直流一体化不间断电源,用于变电站作为站用电源,其包括直流电源部分、交流电源部分、逆变电源部分、通信直流电源部分;
[0012] 所述的交流电源部分包括进线断路器、控制所述的交流电源部分的功能或测量所述的交流电源部分的各项参数的交流控制器;所述的进线断路器的输入端与总电源相连接且所述的进线断路器的输出端连接至交流负载母线构成所述的交流电源部分的进线,所述的交流电源部分为与所述的交流负载母线相连接的交流馈线提供交流电源;
[0013] 所述的直流电源部分包括高频整流模块、控制所述的直流电源部分的功能或测量所述的直流电源部分的各项参数的直流控制器;所述的高频整流模块的输入端与所述的交流负载母线相连接,所述的高频整流模块的输出端连接至合闸母线和直流控制母线并为与所述的直流控制母线相连接的直流馈线提供直流电源;
[0014] 所述的逆变电源部分包括逆变器,所述的逆变器包括与所述的合闸母线相连接的
直流端、第一交流端;
[0015] 所述的通信直流电源部分包括连接于所述的合闸母线上的通信电源;
[0016] 所述的交流控制器、所述的直流控制器、所述的高频整流模块、所述的逆变器、所述的通信电源分别连接至电源总监控装置,且所述的电源总监控装置连接至上位机构成监控通讯网络。 [0017] 优选的,所述的交流电源部分具有两路连接至所述的总电源的进线,每路所述的进线上分别设置有所述的进线断路器,且两路所述的进线均通过自动切换开关连接至所述的交流负载母线,所述的自动切换开关与所述的交流控制器相连接。
[0018] 优选的,直流电源部分设置有多个所述的高频整流模块构成冗余配置。
[0019] 优选的,所述的合闸母线上还连接有蓄电池组;所述的监控通讯网络还包括监测所述的蓄电池组的电池监测仪和测量所述的蓄电池组温度的温度采集模块,所述的电池检测仪和所述的温度采集模块分别与所述的电源总监控装置相连接。
[0020] 优选的,所述的直流电源部分与所述的直流控制母线之间设置有硅链降压斩波单
J Li ο
[0021] 优选的,所述的逆变器还包括第二交流端,所述的第二交流端连接至所述的交流负载母线。
[0022] 优选的,所述的监控通讯网络还包括监测所述的直流馈线的状态的直流开关采集模块、监测所述的交流馈线的状态的交流开关采集模块,所述的直流开关采集模块、所述的交流开关采集模块分别于所述的电源总监控装置相连接。
[0023] 优选的,所述的监控通讯网络还包括测量所述的直流馈线的正负端对地绝对电阻值的支路绝缘模块,所述的支路绝缘模块与所述的电源总监控装置相连接。
[0024] 优选的,所述的电源总监控装置以61850通信规约与所述的上位机通过以太网相连接。
[0025] 由于上述技术方案运用,本实用新型与现有技术相比具有下列优点:本实用新型整合了直流电源部分、交流电源部分、逆变电源部分、通信直流电源部分并构建监控通讯网络,可以实现电源系统的统一管理、分散控制、就地和远控相结合的监控,方便对其进行安装和维护,经济性较佳。
附图说明
[0026] 附图I为本实用新型的交直流一体化不间断电源的系统结构图。
[0027] 附图2为本实用新型的交直流一体化不间断电源的监控通讯网络的网络拓扑结构图。
具体实施方式
[0028] 下面结合附图所示的实施例对本实用新型作进一步描述。
[0029] 实施例一:一种交直流一体化不间断电源,用于变电站作为站用电源。
[0030] 参见附图I所示,该交直流一体化不间断电源包括直流电源部分、交流电源部分、逆变电源部分、通信直流电源部分。
[0031] 交流电源部分包括进线断路器、控制交流电源部分的功能或测量交流电源部分的各项参数的交流控制器。进线断路器的输入端与总电源相连接,进线断路器的输出端连接至交流负载母线构成交流电源部分的进线,交流电源部分为与交流负载母线相连接的交流馈线提供交流电源。优选的,交流电源部分具有两路连接至总电源的进线(分别为主供电源和备供电源),每路进线上分别设置有进线断路器,且两路进线均通过自动切换开关连接至交流负载母线,自动切换开关与交流控制器相连接。
[0032]自动切换开关可手动或自动选择切换两路进线电源,并快速、可靠、安全的提供给负载。当选择“自动”模式时,其功能如下:
[0033] (I)初始上电,当主供电源和备供电源均正常时,由主动电源供电;
[0034] (2)当主供电源失电、备供电源正常时,延时(延时时间可设)双分,延时(延时时间可设)投入备供电源;主供电源恢复正常后,需手动切换至主供电源;·
[0035] (3)当自动切换开关动作后,可在告警信息中查询其动作记录;
[0036] (4)可以选择“主供电源恢复正常后,自动切换至主供电源”的功能。
[0037] 当选择“手动”模式时,其功能如下:
[0038] (I)当开关打在“#1进线”档位时,主供电源投入;
[0039] (2)当开关打在“#2进线”档位时,备供电源投入;
[0040] (3)当开关打在“断开”档位时,主供电源和备供电源均不投入。
[0041] 交流控制器的主要功能有:(I)自动切换开关的自动切换控制功能;(2)模拟量、状态量采集;(3)防雷故障信息采样。
[0042] 直流电源部分包括多个构成冗余配置的高频整流模块、控制直流电源部分的功能或测量直流电源部分的各项参数的直流控制器。高频整流模块的输入端与交流负载母线相连接,高频整流模块的输出端连接至合闸母线和直流控制母线并为与直流控制母线相连接的直流馈线提供直流电源。直流电源部分与直流控制母线之间设置有硅链降压斩波单元为直流馈线提供可靠的220V直流电源。合闸母线上还连接有可充电的蓄电池组。直流控制器的主要功能有:(I)直流电源部分中各个模拟量的测量;(2)蓄电池组均浮充的转换;
(3)直流控制母线绝缘检测;(4)支路绝缘检测主机。
[0043] 逆变电源部分包括逆变器,逆变器包括与合闸母线相连接的直流端、第一交流端、第二交流端,直流端通过逆变回路连接逆变馈线,第一交流端通过交流旁路连接逆变馈线,第二交流端连接至交流负载母线。第一交流端作为直流端的第一交流旁路,第二交流端与第一交流端、直流端之间构成第二交流旁路即交流维修旁路。该逆变电源部分除了具备通用电力逆变模块功能之外,还具备电池电能回馈电网的功能。当需要校核蓄电池组容量时,设置到回馈状态就可以实现将蓄电池组的能量以单位功率因数(单位功率因数至:电压、电流的相位相重合,没有谐波,负载为阻性,功率因数为I)纯正弦电流形式回馈电网,从而实现蓄电池组特性的在线侦测又不污染电网。该逆变电源部分的功能包括:(1)正常工作时,由逆变回路供电;(2)当直流异常时,自动切换至第一交流旁路供电;(3)当逆变器发生故障时,手动切换至交流维修旁路供电;(4)维修旁路与逆变器之间具有电气、机械互锁功倉泛。
[0044] 通信直流电源部分包括连接于合闸母线上的通信电源,其通过通信母线连接通信馈线。通信直流电源部分除了为设备提供稳定可靠的48V直流电源之外,在通信母线上任一通信馈线短路时,其内部涉及能够提供补充短路电流以保证通信馈线开关跳闸隔离故障,避免因一通信馈线短路造成所有负荷停电的问题。
[0045] 参见附图2所示,交流控制器、直流控制器、高频整流模块、逆变器、通信电源分别连接至电源总监控装置,且电源总监控装置通过以太网并采用IEC61850通讯连接规约至上位机而无缝接入变电站自动化控制系统,从而构成监控通讯网络。监控通讯网络还包括分别与电源总监控装置相连接的电池监测仪、温度采集模块、直流开关采集模块、交流开关采集模块、测量直流馈线的正负端对地绝对电阻值的支路绝缘模块。其中,交流控制器、直流控制器、直流开关采集模块、交流开关采集模块、支路绝缘模块、温度采集模块分别通过CAN总线与电源总监控装置相连接。
[0046] 电池监测仪用于监测蓄电池组。温度采集模块用于测量蓄电池组内每节电池的温度并判断其是否工作正常。直流开关采集模块用于监测直流馈线的状态,即采集直流馈线的开关状态(分或合),当任一直流馈线跳闸时其产生报警信号至电源总监控装置。同样,交 流开关采集模块用于监测交流流馈线的状态,即采集交流馈线的开关状态(分或合),当任一交流馈线跳闸时其产生报警信号至电源总监控装置。支路绝缘模块用于测量每一条直流馈线的正负端对地绝缘电阻值,当任一直流馈线的对地绝缘电阻值小于某一设定值时其产生报警信号。
[0047] 直流控制器与电源总监控装置实现通讯,实时上传各项模拟量和报警数据,同时控制输出干接点的动作。当电源总监控装置出现故障时,直流控制器可以独立工作而不影响整个直流电源部分的正常工作。其监测的参数包括:(I)直流电源部分输入的交流电压;
(2)高频整流模块输出的电压和电流;(3)合闸母线和直流控制母线的电压和电流;(4)蓄电池组的电压和电流、蓄电池组中每节电池的电压;(5)直流控制母线的正负对地电阻和电压;(6)直流馈线对地绝缘电阻值及故障报警;(7)直流馈线的开关状态及脱扣总报警。
[0048] 交流控制器与电源总监控装置实现通讯,实时上传各项模拟量和报警数据。当电源总监控装置出现故障时,交流控制器可以独立工作而不影响整个交流电源部分的正常工作。其监测的参数包括:(I)两路交流输入的电压及电流;(2 )交流负载母线的电压、电流、视在功率、有功功率、无功功率、功率因数;(3)交流馈线的开关状态及脱扣总报警。
[0049] 电源总监控装置对逆变器的工作方式(关机、逆变、旁路、回馈)进行切换。逆变电源部分监测的参数包括:(I)输入直流的电压、电流;(2)输入交流的电压、电流;(3)输出交流的电压、电流、频率;(4)逆变馈线开关状态及脱扣总报警;(5)逆变器的工作状态;
(6)逆变器的故障状态。
[0050] 通信电源部分监测的参数包括:(1)通信母线的输出电压、电流;(2)通信馈线的开关状态及脱扣总报警。
[0051] 上述交直流一体化不间断电源运行安全、稳定、可靠、节能。当电源总监控装置出现故障时,各个部分的正常工作不受影响。其具有如下优点:
[0052] ( I)减少重复配置、降低一次性投资成本,减少运行维护与协调成本;
[0053] (2)采用高频电源变换器达到节能效果,对馈线智能控制,减少电能浪费;
[0054] (3)减少铅酸蓄电池使用量,降低了对环境的污染;
[0055] ( 4 )模块化适宜工业化大规模生产,通过模块化设计可实现产品的标准化生产,提高生产效率,大大缩短交货期。
[0056] 上述交直流一体化不间断电源整合了直流电源部分、交流电源部分、逆变电源部分、通信直流电源部分并构建监控通讯网络,可以实现电源系统的统一管理、分散控制、就地和远控相结合的监控,并通过基于IEC61850的通讯规约与上位机实现实时通讯,方便对其进行安装和维护,经济性较佳。
[0057] 上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点,其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施,并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰,都应涵盖在本实用新型的保护范围 之内。

Claims (9)

1. 一种交直流一体化不间断电源,用于变电站作为站用电源,其特征在于:其包括直流电源部分、交流电源部分、逆变电源部分、通信直流电源部分; 所述的交流电源部分包括进线断路器、控制所述的交流电源部分的功能或测量所述的交流电源部分的各项参数的交流控制器;所述的进线断路器的输入端与总电源相连接且所述的进线断路器的输出端连接至交流负载母线构成所述的交流电源部分的进线,所述的交流电源部分为与所述的交流负载母线相连接的交流馈线提供交流电源; 所述的直流电源部分包括高频整流模块、控制所述的直流电源部分的功能或测量所述的直流电源部分的各项参数的直流控制器;所述的高频整流模块的输入端与所述的交流负载母线相连接,所述的高频整流模块的输出端连接至合闸母线和直流控制母线并为与所述的直流控制母线相连接的直流馈线提供直流电源; 所述的逆变电源部分包括逆变器,所述的逆变器包括与所述的合闸母线相连接的直流端、第一交流端; 所述的通信直流电源部分包括连接于所述的合闸母线上的通信电源; 所述的交流控制器、所述的直流控制器、所述的高频整流模块、所述的逆变器、所述的通信电源分别连接至电源总监控装置,且所述的电源总监控装置连接至上位机构成监控通讯网络。
2.根据权利要求I所述的交直流一体化不间断电源,其特征在于:所述的交流电源部分具有两路连接至所述的总电源的进线,每路所述的进线上分别设置有所述的进线断路器,且两路所述的进线均通过自动切换开关连接至所述的交流负载母线,所述的自动切换开关与所述的交流控制器相连接。
3.根据权利要求I所述的交直流一体化不间断电源,其特征在于:直流电源部分设置有多个所述的高频整流模块构成冗余配置。
4.根据权利要求I所述的交直流一体化不间断电源,其特征在于:所述的合闸母线上还连接有蓄电池组;所述的监控通讯网络还包括监测所述的蓄电池组的电池监测仪和测量所述的蓄电池组温度的温度采集模块,所述的电池检测仪和所述的温度采集模块分别与所述的电源总监控装置相连接。
5.根据权利要求I所述的交直流一体化不间断电源,其特征在于:所述的直流电源部分与所述的直流控制母线之间设置有硅链降压斩波单元。
6.根据权利要求I所述的交直流一体化不间断电源,其特征在于:所述的逆变器还包括第二交流端,所述的第二交流端连接至所述的交流负载母线。
7.根据权利要求I所述的交直流一体化不间断电源,其特征在于:所述的监控通讯网络还包括监测所述的直流馈线的状态的直流开关采集模块、监测所述的交流馈线的状态的交流开关采集模块,所述的直流开关采集模块、所述的交流开关采集模块分别于所述的电源总监控装置相连接。
8.根据权利要求I所述的交直流一体化不间断电源,其特征在于:所述的监控通讯网络还包括测量所述的直流馈线的正负端对地绝对电阻值的支路绝缘模块,所述的支路绝缘模块与所述的电源总监控装置相连接。
9.根据权利要求I所述的交直流一体化不间断电源,其特征在于:所述的电源总监控装置以61850通信规约与所述的上位机通过以太网相连接。
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