智能一體化電源系統(tǒng)概述

1、核心提示：中華人民共和國(guó)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)電力用直流和交流一體化不間斷電源設(shè)備DL/T 1074 2007第 3.1 項(xiàng)定義：一體化電源設(shè)備integratedpowersupplyequipment 將直流電源、電力用交流不間斷電源（UPS ）和電力用逆變電源（INV ）、通信用直流變換電源（ DC/DC ）等裝置組合為一體，共享直流電源的蓄電池組，并統(tǒng)一監(jiān)控的成套設(shè)備。該組合方式是以直流電源為核心，直流電源與上述任意一種電源及一種以上電源所構(gòu)成的組合體，均稱(chēng)為一體化電源設(shè)備。文章就一體化電源做簡(jiǎn)單分析。1 概述一體化電源系統(tǒng)是替代傳統(tǒng)分立電源（操作電源、通信電源、UPS 電源、低壓配電屏、事故照

2、明屏）才出現(xiàn)的，主要應(yīng)用在發(fā)電、配電、用電等領(lǐng)域，為所有電力自動(dòng)化系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、遠(yuǎn)方執(zhí)行系統(tǒng)、高壓斷路器分合閘、繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置、信號(hào)裝置等提供交/ 直流不間斷電源。 與傳統(tǒng)的分立電源不同， 一體化電源不但直接為變電站設(shè)備綜合提供各類(lèi)電源，而且，由于集中監(jiān)控的啟用，大大提升了設(shè)備的互操作性。2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)智能一體化電源系統(tǒng)是為全站交直流設(shè)備提供可靠的工作電源， 所以其輸出包括 380V /220V 交流電源、 220V/110V 直流電源 、 48V 通信用直流電源。智能一體化電源系統(tǒng)包括了 ATS 、充電單元、 逆變電源 、通信電源、蓄電池組及各類(lèi)監(jiān)控管理模塊。其中通信電源不單獨(dú)設(shè)置48V

3、 蓄電池及充電裝置，而是使用DC/DC電源模塊直接掛接于直流母線。同樣地， 逆變電源也是掛接于直流母線，為重要交流負(fù)荷 （如計(jì)算機(jī)監(jiān)控設(shè)備、事故照明等）供電。智能一體化電源系統(tǒng)典型應(yīng)用如圖1 所示。智能一體化電源系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)， 共分為站控層、 間隔層和過(guò)程層三層扁平并聯(lián)式架構(gòu)（見(jiàn)圖 2 ）。精選文庫(kù)3 系統(tǒng)功能系統(tǒng)最重要的功能就是給用電設(shè)備供電， 為了保證電源的可靠、 穩(wěn)定，各組件基本功能有以下幾種。3.1智能一體化監(jiān)控功能人機(jī)界面 功能：監(jiān)控主界面采用圖形化顯示，直觀顯示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及主要監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。直觀顯示交流系統(tǒng)、直流系統(tǒng)、 UPS 系統(tǒng)、通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)，觸摸對(duì)應(yīng)模塊進(jìn)入詳細(xì)信息查詢(xún)頁(yè)面

4、。右上角設(shè)置有系統(tǒng)快捷菜單，點(diǎn)擊可進(jìn)入相應(yīng)界面。報(bào)警功能： 可以對(duì)系統(tǒng)檢測(cè)的任何參量做報(bào)警處理，并及時(shí)反應(yīng)系統(tǒng)的報(bào)警信息：警報(bào)部件名稱(chēng)、報(bào)警內(nèi)容和報(bào)警時(shí)間。歷史記錄功能：變化數(shù)據(jù)自動(dòng)存儲(chǔ)，可顯示歷史警報(bào)記錄：報(bào)警部件名稱(chēng)、報(bào)警內(nèi)容、報(bào)警時(shí)間和結(jié)束時(shí)間。運(yùn)行記錄功能：可顯示交流系統(tǒng)、直流系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、UPS 系統(tǒng)、蓄電池組、絕緣狀態(tài)的工作情況。邏輯處理功能： 如直流絕緣告警， 當(dāng)只有支路漏電流過(guò)限報(bào)警， 而母線絕緣電阻無(wú)告警，可自動(dòng)進(jìn)行邏輯判斷為支路漏電流過(guò)限為誤報(bào)警。程序化聯(lián)動(dòng)控制功能： 將任務(wù)進(jìn)行編程并固化在一體化監(jiān)控模塊中， 一旦程序被激活即可進(jìn)行相應(yīng)程序化聯(lián)動(dòng)控制。系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)：根據(jù)交流進(jìn)

5、線運(yùn)行方式，自動(dòng)調(diào)整直流運(yùn)行，達(dá)到最佳方式運(yùn)行。-2精選文庫(kù)二次配電管理：對(duì)二次配電進(jìn)行統(tǒng)一管理，如照明、風(fēng)機(jī)、空調(diào)、水泵、門(mén)禁等站用非主控設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一智能化管理。3.2交流電源系統(tǒng)系統(tǒng)輸出： 380/220VAC給交流設(shè)備供電。雙電源閉鎖切換功能：采用 ATS 自動(dòng) 轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān) ，帶機(jī)械電氣雙閉鎖功能，同時(shí)一體化電源智能控制模塊還帶有電氣閉鎖裝置，確保任何情況下，兩路電源不至于發(fā)生碰撞。（ 1 ）正常運(yùn)行方式方式 1 ： 1 進(jìn)線電源為主供電源，#2 進(jìn)線電源為熱備用電源。方式 2 ： 2 進(jìn)線電源為主供電源，#1 進(jìn)線電源為熱備用電源。安全自投功能：保證主供電源無(wú)電壓，且熱備用電源電壓正常時(shí)

6、才能投入熱備用電源。自動(dòng)投入裝置延時(shí)動(dòng)作（延時(shí)時(shí)間可整定，整定范圍：0.5 30s ），并且自動(dòng)動(dòng)作一次。當(dāng)交流工作母線故障時(shí)或手動(dòng)斷開(kāi)工作電源時(shí)自動(dòng)投入裝置均不動(dòng)作。主供電源恢復(fù)供電后，發(fā)預(yù)告信號(hào)。自動(dòng)投入裝置動(dòng)作后發(fā)預(yù)告信號(hào)。自恢復(fù)功能：主供電源消失后又恢復(fù)，系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)主供電源供電。母聯(lián)備自投功能： 常采用的兩進(jìn)線一聯(lián)絡(luò)的進(jìn)線模式， 通過(guò)進(jìn)線監(jiān)控單元控制備自投閉鎖切換。兩路進(jìn)線電壓正常時(shí)， 母線聯(lián)絡(luò)斷路器斷開(kāi)， 當(dāng)有一路進(jìn)線失壓時(shí)， 母聯(lián)斷路器在該斷路器斷開(kāi)后閉合， 另一路進(jìn)線便給兩段母線供電。 該進(jìn)線電壓恢復(fù)后， 對(duì)應(yīng)斷路器在母聯(lián)斷路器斷開(kāi)后重新閉合。自鎖功能： 一旦出現(xiàn)故障， 三個(gè)斷

7、路器處于非有效狀態(tài)， 則進(jìn)線監(jiān)控單元就會(huì)自鎖，跳出備自投模式，防止故障的擴(kuò)大。（ 2 ）進(jìn)線監(jiān)控單元測(cè)量功能：可測(cè)量?jī)陕愤M(jìn)線的電壓、母線電壓電流、輸入斷路器狀態(tài)、母線聯(lián)絡(luò)狀態(tài)、ATS 狀態(tài)、防雷狀態(tài)等。采集電能表信息：可連接三相電能表，采集母線輸入功率、功率因數(shù)、頻率、各種電能量等。工作模式切換：支持6 種工作模式，自動(dòng)或手動(dòng)控制ATS 操作。（ 3 ）饋線檢測(cè)單元輔助報(bào)警檢測(cè)：對(duì)饋出支路的開(kāi)關(guān)狀態(tài)和報(bào)警狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)并實(shí)時(shí)在監(jiān)控中顯示。3.3直流電源系統(tǒng)系統(tǒng)輸出： 220VDC，給直流設(shè)備供電。（ 1 ）直流電源子監(jiān)控-3精選文庫(kù)信息采集功能：能實(shí)時(shí)采集電壓、電流、故障等遙測(cè)、遙信量。充電控制

8、功能：能根據(jù)蓄電池充電曲線控制充電模塊輸出，進(jìn)行均充、浮充自動(dòng)轉(zhuǎn)換，定期均充電；并具備放電功能。 能根據(jù)設(shè)定產(chǎn)生過(guò)壓、過(guò)流、 低壓等告警信號(hào)對(duì)蓄電池的過(guò)充電、過(guò)放電自動(dòng)保護(hù)。故障報(bào)警功能：自動(dòng)巡檢、故障自動(dòng)顯示、報(bào)警，具備蜂鳴器報(bào)警功能。交流斷電時(shí)自動(dòng)控制向母線供電， 確保繼電保護(hù)、 自動(dòng)裝置、 高壓開(kāi)關(guān)均有控制和操作電源；來(lái)電時(shí)自動(dòng)控制投入充電。通信功能：跟一體化主監(jiān)控通過(guò)CAN 網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)雙向通信，實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)。（ 2 ）充電模塊防雷功能：充電模塊交流進(jìn)線回路配置可靠的C 級(jí)防雷裝置（安裝在電源側(cè)）。絕緣保護(hù)功能： 充電模塊交流進(jìn)線回路配置高度的電氣絕緣防護(hù)措施，確保系統(tǒng)和人身安全。短路保護(hù)

9、功能：即使模塊輸出長(zhǎng)期處于短路狀態(tài)也不致?lián)p壞。并聯(lián)保護(hù)電路：絕對(duì)保證故障模塊自動(dòng)退出系統(tǒng)，而不影響其它模塊正常工作。保護(hù)及告警功能：包括輸入過(guò)/ 欠壓、輸出過(guò)/ 欠壓、過(guò)溫、過(guò)流等。LED 顯示：可查詢(xún)模塊的電壓、電流、地址及故障信息。充電限流功能：模塊具有充電限流功能，延長(zhǎng)電池壽命。并機(jī)均流功能：模塊通過(guò)硬件實(shí)現(xiàn)并機(jī)均流。（ 3 ）直流監(jiān)控單元測(cè)量功能：可測(cè)量電池電壓電流、控母電壓電流、合母電壓、環(huán)境溫度等。故障輸出功能：通過(guò) 8 個(gè)開(kāi)關(guān)量信號(hào)可以滿足直流故障告警需求。交流竄直流檢測(cè)：具有交流竄直流的檢測(cè)和報(bào)警功能。直流竄直流檢測(cè)： 具有全國(guó)領(lǐng)先的兩段直流母線互竄的檢測(cè)和報(bào)警功能，并能精確計(jì)

10、算出互竄電阻。（ 4 ）饋線檢測(cè)單元輔助報(bào)警檢測(cè)：對(duì)饋出支路的開(kāi)關(guān)狀態(tài)和報(bào)警狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)并實(shí)時(shí)在監(jiān)控中顯示。絕緣檢測(cè)： 對(duì)母線和饋出支路的對(duì)地絕緣情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，產(chǎn)生告警信號(hào)， 上報(bào)數(shù)據(jù)到監(jiān)控模塊系統(tǒng)，在監(jiān)控模塊中顯示正、負(fù)極母線對(duì)地的電壓值和絕緣電阻值。電池巡檢單元：電壓檢測(cè)：電池監(jiān)測(cè)模塊能在線測(cè)量每個(gè)單體電池的工作電壓，判斷性能是否正常。溫度測(cè)量：配備有溫度測(cè)量接口，只需外接溫度傳感器，便可將電池的環(huán)境溫度上傳。降壓裝置： 系統(tǒng)提供合閘饋出和控制饋出兩種電壓輸出。正常工作時(shí)， 充電模塊對(duì)系統(tǒng)的均 / 浮充電壓通常會(huì)高于控制母線允許的波動(dòng)電壓范圍，所以采用多級(jí)硅鏈調(diào)壓裝置串聯(lián)在合閘母線與控制母

11、線之間，使調(diào)壓裝置的輸出電壓滿足控制母線的要求。3.4通信電源系統(tǒng)系統(tǒng)輸出： 48VDC ，給通信設(shè)備供電。-4精選文庫(kù)（ 1 ）通信電源子監(jiān)控信息采集功能：能實(shí)時(shí)采集電壓，電流，故障等遙測(cè)、遙信量。故障報(bào)警功能：自動(dòng)巡檢、故障自動(dòng)顯示、報(bào)警，具備蜂鳴器報(bào)警功能。控制功能：本地運(yùn)行模式中可對(duì)通信模塊實(shí)施開(kāi)/ 關(guān)機(jī)控制。通信功能：跟一體化主監(jiān)控通過(guò)CAN 網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)雙向通信，實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)。（ 2 ）通信模塊通信電源模塊直接掛于直流母線，電壓穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)。短路保護(hù)功能：即使模塊輸出長(zhǎng)期處于短路狀態(tài)也不致?lián)p壞。并聯(lián)保護(hù)電路：絕對(duì)保證故障模塊自動(dòng)退出系統(tǒng)，而不影響其它模塊的正常工作。保護(hù)及告警功能

12、：包括輸入過(guò) / 欠壓、輸出過(guò) / 欠壓、過(guò)溫保護(hù)、過(guò)流保護(hù)等。LED 顯示：可查詢(xún)模塊的電壓、電流、地址及故障信息。并機(jī)均流功能：模塊通過(guò)硬件實(shí)現(xiàn)并機(jī)均流。（ 3 ）饋線檢測(cè)單元輔助報(bào)警檢測(cè)：對(duì)饋出支路的開(kāi)關(guān)狀態(tài)和報(bào)警狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)并實(shí)時(shí)在監(jiān)控中顯示。3.5UPS 電源系統(tǒng)系統(tǒng)輸出： 220VAC ，給電站的監(jiān)控計(jì)算機(jī)和重要負(fù)荷供電。（ 1 ） UPS 電源子監(jiān)控：信息采集功能：能實(shí)時(shí)采集電壓，電流，故障等遙測(cè)、遙信量。故障報(bào)警功能：自動(dòng)巡檢、故障自動(dòng)顯示、報(bào)警，具備蜂鳴器報(bào)警功能?？刂乒δ埽罕镜剡\(yùn)行模式中可對(duì)UPS 模塊實(shí)施開(kāi) / 關(guān)機(jī)控制。通信功能：跟一體化主監(jiān)控通過(guò)CAN 網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)雙向通

13、信，實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)。交流不間斷輸出：電力用交流不間斷電源（ UPS ）直接掛于直流母線，正常運(yùn)行時(shí)由交流輸入供應(yīng)負(fù)載電源，一旦交流輸入消失，無(wú)延時(shí)切換到直流輸入供電，UPS 輸出交流電，保證監(jiān)控計(jì)算機(jī)、重要負(fù)荷不受影響。（ 2 ）饋線檢測(cè)單元輔助報(bào)警檢測(cè)：對(duì)饋出支路的開(kāi)關(guān)狀態(tài)和報(bào)警狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)并實(shí)時(shí)在監(jiān)控中顯示。4 系統(tǒng)組成4.1一體式主監(jiān)控一體式主監(jiān)控界面如圖3 所示。（ 1 ）功能說(shuō)明-5精選文庫(kù)內(nèi)嵌 32 位 400MHz 高性能嵌入式處理器和 WINCE5.0 嵌入式操作系統(tǒng)；配備 10.4 英寸 640× 480 分辨率高亮度真彩 TFT 觸摸屏；可連接充電模塊、通信電源模塊

14、、逆變器、UPS 模塊及各種監(jiān)控單元構(gòu)成一體化電源系統(tǒng)；支持 101000kV各級(jí)別變電站一體化電源系統(tǒng)；支持 MODBUS 、 CDT 、 MODBUS-TCP及 IEC61850協(xié)議。（2 ）具體模塊示意圖如圖4 所示。4.2直流模塊高頻開(kāi)關(guān)整流模塊采用先進(jìn)的LLC 諧振軟開(kāi)關(guān)技術(shù)，效率高；采用無(wú)源PFC 技術(shù)，功率因數(shù)高；內(nèi)置完善的 EMC 設(shè)計(jì)，滿足GB/T19826-2005標(biāo)準(zhǔn)中 EMC 的相關(guān)要求；散熱風(fēng)扇采用溫度聯(lián)合電流控制模式，噪音低，風(fēng)扇壽命長(zhǎng)（見(jiàn)圖5 ）。-6精選文庫(kù)4.3通信模塊產(chǎn)品的設(shè)計(jì)思想緊跟時(shí)代潮流，產(chǎn)品的各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到國(guó)際水平，滿足20160A電源容量要求，可

15、應(yīng)用于小容量程控交換局、移動(dòng)基站、衛(wèi)星地球站等場(chǎng)合，尤其適用于農(nóng)村電話支局和微波中繼站的通信設(shè)備供電。模塊采用立式安裝方式，輸入輸出采用一體化航空接頭，內(nèi)置防反接保護(hù)，支持帶電熱拔插。其工作原理如圖 6 所示。單相交流輸入首先進(jìn)行防雷處理和EMI 濾波，然后經(jīng)整流成高壓直流，再通過(guò)全橋PWM 電路逆變?yōu)楦哳l交流， 經(jīng)高頻變壓器隔離降壓后通過(guò)高頻整流濾波成為直流電，最后，經(jīng) EMI 濾波和防反接保護(hù)輸出。模塊的外形與接口見(jiàn)圖7.-7精選文庫(kù)4.4逆變模塊逆變模塊是把直流220V逆變?yōu)榻涣?20V ，容量一般為5kVA, 為電腦計(jì)算機(jī)和應(yīng)急照明供電（見(jiàn)圖8 ）。5 系統(tǒng)應(yīng)用智能一體化電源系統(tǒng)具有極

16、其優(yōu)秀的可擴(kuò)展性能，應(yīng)用范圍廣，可廣泛應(yīng)用于各類(lèi)發(fā)電廠（如水電、火電、核電等） 。同時(shí)還可應(yīng)用于各類(lèi)變電站和其它使用直流/ 交流不間斷電源的用戶(hù)，如變電站、 配電站、石化、鋼鐵、電氣化鐵路、房地產(chǎn)等，為信號(hào)設(shè)備、保護(hù)、自動(dòng)裝置、事故照明及斷路器分、合閘操作提供直流電源 。它也同樣廣泛的應(yīng)用于通信部門(mén)、計(jì)算機(jī)房、醫(yī)院、礦井、賓館，以及高層建筑的可靠應(yīng)急直流 / 交流電源。根據(jù)系統(tǒng)容量不同，智能一體化電源系統(tǒng)可分別應(yīng)用于10kV 、 35kV 、66kV 、110kV 、220kV 、500kV、 750kV等變電站。5.1應(yīng)用于 66kV變電站的一體化電源系統(tǒng)66kV變電站的一體化電源系統(tǒng)，屬于

17、常規(guī)配置，僅用了9 面柜體，就包含了所有電源系統(tǒng)，每個(gè)子系統(tǒng)輸出饋線在48 路以下，電池容量為200AH.主要配置如下：-8精選文庫(kù)（1 ）一體化主監(jiān)控1 臺(tái)一體化電源主監(jiān)控。（ 2 ）交流系統(tǒng)交流柜：采用 3 面柜體。交流進(jìn)線監(jiān)控單元：該交流系統(tǒng)為備自投模式，兩路進(jìn)線分別由#1 和#3交流柜輸入， #2交流柜為聯(lián)絡(luò)柜。配備1 臺(tái)交流進(jìn)線監(jiān)控單元，三個(gè)斷路器的分合由交流進(jìn)線監(jiān)控單元進(jìn)行控制。饋線檢測(cè)單元：共46 路輸出饋線， 3 臺(tái)饋線檢測(cè)單元。（ 3 ）直流系統(tǒng)充電柜： 1 面柜體。模塊： 5 臺(tái) 10A 自冷模塊。直流監(jiān)控單元： 1 臺(tái)直流監(jiān)控單元。直流饋電柜： 1 面柜體。饋線檢測(cè)單元：

18、共 42 路輸出饋線， 3 臺(tái)饋線檢測(cè)單元。電池柜： 2 面柜體。56 節(jié)電池巡檢單元：104 節(jié)電池， 2 臺(tái) 56 節(jié)電池巡檢單元。（4 ）通信系統(tǒng)通信電源柜： 1 面柜體；模塊： 3 臺(tái) 48V模塊；饋線檢測(cè)單元：共12 路輸出饋線， 1 臺(tái)饋線檢測(cè)單元。（ 5 ）逆變系統(tǒng)逆變電源 柜： 1 面柜體；饋線檢測(cè)單元：共 12 路輸出饋線， 1 臺(tái)饋線檢測(cè)單元。5.2應(yīng)用于 750kV變電站的一體化電源監(jiān)控系統(tǒng)該系統(tǒng)較為龐大，輸出饋線達(dá)到了 1732 路之多，配備了一百多臺(tái)饋線檢測(cè)單元，對(duì)整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行能力是一個(gè)較大的考驗(yàn)，而本產(chǎn)品仍能迅速并準(zhǔn)確的完成整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)控作業(yè)。由于分電柜與一體化電源主柜間距離過(guò)遠(yuǎn)，故分電柜與主電源柜件使用光纖通訊，每組分電柜配置一臺(tái)光貓（ CAN 光），且分電柜間光貓相互串接后引致主電源柜處光貓（光 CAN ）接入一體化電源通訊網(wǎng)。系統(tǒng)的主要配置如下：（1 ）一體化主監(jiān)控1 臺(tái)一體化電源主監(jiān)控。（2 ）交流系統(tǒng)交流電源子監(jiān)控：交流電源及每組分電柜配置1 臺(tái)交流子監(jiān)控，共6 臺(tái)，便于就地查看數(shù)據(jù)；交流電源柜： 2 面柜體，兩段交流母線；交流監(jiān)控單元：2 臺(tái)；-9精選文庫(kù)饋線檢測(cè)