易于在線(xiàn)調控的高頻開(kāi)關(guān)電源系統

1 前言

在電廠(chǎng)及變電站的二次系統中，為了給控制、保護、自動(dòng)裝置、事故照明等設備用電，必須有可靠的直流電源。直流電源的作用是：正常時(shí)為變電站內的斷路器提供合閘直流電源；故障時(shí)，當廠(chǎng)、站用電中斷的情況下，為繼電保護、斷路器跳合閘、載波通訊提供直流電源，其穩定運行直接影響著(zhù)電力系統的安全可靠運行。變電站直流電源主要由以下四個(gè)部分組成：蓄電池系統、充電模塊部分分為交流整流及穩壓整流、微機監控部分、調壓模塊部分。目前，現代直流電源的發(fā)展正以高頻開(kāi)關(guān)技術(shù)為基礎，并兼備高頻化、高效率、大功率、無(wú)污染和模塊等特點(diǎn)。在管理方式上，結合計算機網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的發(fā)展，形成多級計算機網(wǎng)絡(luò )的集中監控管理系統。

直流電源系統的監視系統是整個(gè)系統的核心部分，它的主要作用是把各變電站直流設備的信息上送到監控中心以供查詢(xún)，同時(shí)各監控中心也向各變電站發(fā)送控制命令，由系統執行，還可以及時(shí)發(fā)現設備運行的不正常狀態(tài)，及時(shí)處理。直流電源系統的典型配置如圖1所示。

圖1 直流電源系統的典型配置圖

直流電源系統主要分為三大部分：直流回路的絕緣檢測單元、交直流參數監控單元、電池巡檢單元。目前各個(gè)廠(chǎng)家的產(chǎn)品還存在以下問(wèn)題：

（1）直流接地故障率一直排在電氣故障首位，原因是檢測方法不足，直流傳感器檢測主要是易損壞、干擾嚴重，交流傳感檢測則受分布電容的影響，且須注入一定信號；

（2）參數監控單元主要是檢測母線(xiàn)電壓及電流，交流側電壓及直流側電流電壓等，目前此部分監控系統只是將數據簡(jiǎn)單檢測和直接上調，缺少自我分析和實(shí)時(shí)自我故障處理能力；

（3）各部分之間使用不同的通訊規約，使對綜自系統進(jìn)行通訊時(shí)，必須重新統一軟件規約；

（4）不同單元間的組態(tài)不便，使得在使用過(guò)程中用匯編語(yǔ)言更改或重新編寫(xiě)軟件時(shí)不方便，容易出錯，操作性差。

針對以上情況，我們推出了PZWG2000系列智能型觸摸屏控制直流高頻開(kāi)關(guān)電源系統。此系統的信息采集及處理可就地完成，實(shí)時(shí)性強，信號不受干擾，配線(xiàn)靈活，組態(tài)方便，網(wǎng)絡(luò )功能強，可在線(xiàn)調控上傳數據，自檢功能完善，強大的多媒體及動(dòng)畫(huà)功能，友好的中英文人機顯示圖界，雙重控制原理，使系統更具可靠等優(yōu)點(diǎn)。

2 系統構成及功能

2.1 硬件配置

PZWG2000智能型觸摸屏控制直流系統為模塊式結構，模塊間可任意組合，可以根據不同用戶(hù)的不同要求組合系統。一個(gè)完整的系統由五個(gè)部分組成：監控后臺（主控制單元）、充電管理單元（高頻單元）、電池管理單元（電池巡檢單元）、絕緣檢測單元及調壓?jiǎn)卧?。其中主控制單元即監控后臺為本系統的核心部分。

2.1.1監控后臺

監控后臺是通過(guò)可觸摸式工控機來(lái)實(shí)現并作為全面管理電源系統運行。它可在線(xiàn)記錄、統計、分析并實(shí)時(shí)打印各種運行數據。人機界面為高亮度的彩色大屏幕LCD顯示屏。具有顯示清晰、直觀(guān)、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)串行的RS232/RS485口，與變電站內的綜合自動(dòng)化系統或地區調度聯(lián)系，實(shí)現四遙功能，即遙測、遙信、遙控及遙調功能，從而實(shí)現變電站電源系統的無(wú)人值守。

圖2 監控單元原理框圖

2.1.2充電管理單元

它是主控單元和充電機的接口部分，通過(guò)它控制充電機按最適合維護電池的充電曲線(xiàn)自動(dòng)分階段地給電池充電，延長(cháng)使用壽命。同時(shí)監測充電機的運行狀態(tài)，在其出現故障時(shí)通過(guò)主控單元向操作者及上位機發(fā)出報警信號，便于管理人員及時(shí)排除故障。高頻整流模塊采用目前國際上先進(jìn)的有源功率因數校正技術(shù)（PFC）和軟開(kāi)關(guān)脈沖寬調制技術(shù)PWM，自主均流，并可帶電插拔，熱維修，其原理圖見(jiàn)圖3。

圖3 充電管理單元原理框圖

2.1.3 絕緣檢測單元

除可監視母線(xiàn)電壓與絕緣外，還可對各直流接地支路進(jìn)行判斷。絕緣檢測單元采用平衡橋及不平衡橋相結合的原理，檢測母線(xiàn)對地絕緣狀態(tài)，不向直流系統輸入信號，不受制于饋線(xiàn)對地電容的影響，支路檢測采用差值計算方法，可準確計算出正負母線(xiàn)接地阻抗。對于多條支路同時(shí)發(fā)生一點(diǎn)或平衡接地均可檢測出。其原理圖見(jiàn)圖4。

圖4 絕緣檢測單元原理框圖

2.1.4電池管理單元

可對蓄電池的各種狀態(tài)進(jìn)行檢測，對蓄電池的電壓、電流、溫度及容量進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，通過(guò)LCD屏顯示單體電池信息、整組信息，具有電池過(guò)壓、回路過(guò)流、電池虧容、電池過(guò)溫、整組欠壓等告警功能，并有串行通訊口，可將信息傳送至監控單元。電池管理單元采用電壓檢測和內阻檢測相結合的方法來(lái)判斷電池是否失效。內阻測量采用國內首創(chuàng )、國際一流的測試方法，通過(guò)向電池組兩端注入低頻交流信息，通過(guò)科學(xué)算法，結合電壓檢測模塊的單電池采樣，巧妙地計算出每一節電池的準確內阻。

圖5 電池管理單元

2.1.5 調壓?jiǎn)卧?/p>

通過(guò)調壓?jiǎn)卧獙⒊潆姍C的輸出電壓調整至合理的供電范圍內，更加可靠給饋出單元供電。該單元主要是通過(guò)二極管降壓原理，可靈活自動(dòng)配置降壓范圍，一般設置為15V～35V可調。

整個(gè)系統監測全面，各單元之間相互獨立，任何一個(gè)單元的退出都不影響其它單元的正常運行，系統的監控后臺可控制和監視整個(gè)系統，但各單元和監控后臺之間也是相互獨立的，如果監控后臺出現故障，系統仍能維持正常供電。

2.2 軟件應用

PZWG2000采用ADS2000為主控軟件，采用National Instrument公司的虛擬儀器開(kāi)發(fā)環(huán)境LabWindows/CVI編制而成。軟件采用模塊化設計，融合面向對象編程技術(shù)。該軟件運行于Windows環(huán)境下，中英文圖形智能界面，實(shí)時(shí)顯示、監測、控制系統運行狀態(tài)?？蓪?shí)現全自動(dòng)無(wú)人值守運行。為實(shí)現對上述智能直流電源硬件系統的有效定理，主控軟件ADS2000采用模塊化設計方法，相應的模塊主要有數據采集和處理模塊、數據顯示模塊、系統設置模塊、打印模塊以及通訊模塊等。

2.3 各模塊的作用

2.3.1系統設置模塊

系統設置模塊完成出廠(chǎng)設置和維護設置，出廠(chǎng)設置由生產(chǎn)廠(chǎng)通過(guò)硬鍵盤(pán)進(jìn)行設置，不連鍵盤(pán)不能設置；維護設置由用戶(hù)進(jìn)行設置，使用軟件系統的軟鍵盤(pán)進(jìn)行輸入，并且需要輸入維護級密碼，設置錯誤可恢復缺省設置。系統運行時(shí)越限語(yǔ)音報警，并可進(jìn)行文字提示。

2.3.2 打印模塊

由運行界面中的打印按鈕調用，負責系統運行數據以及報警信息等內容的打印。

2.3.3 數據采集和處理模塊

系統采用了集散式控制系統結構，系統的信息采集與處理由“充電管理單元”、“饋線(xiàn)管理單元”和“電池管理單元”三個(gè)獨立的模塊分別完成，各模塊內部都有獨立的控制器，各單元可獨立于控制單元和其它單元工作，使產(chǎn)品的可靠性及可維護性大大提高，三個(gè)獨立的模塊各自有自己的通訊口，具備自己的通訊功能。數據采集和處理模塊負責通過(guò)串口接受三個(gè)單元上傳的數據，并按照各自的通訊協(xié)議進(jìn)行處理，然后由數據顯示模塊加以顯示。

2.3.4通信模塊

通訊模塊將存儲文件通過(guò)MODEM傳輸到指定網(wǎng)絡(luò )地址，ADS2000采取計算機組網(wǎng)方式，異地異域甚至可以通過(guò)Internet組網(wǎng)，軟件面向網(wǎng)絡(luò )設計，系統通過(guò)Windows系統支持的任何一種網(wǎng)絡(luò )和通訊與上位機通訊。

2.3.5 數據顯示模塊

負責為用戶(hù)輸入和數據提供友好界面，除主運行界面外，還包括直流電源系統圖、蓄電池監測、絕緣監測、系統設置、打印日志、歷史紀錄以及幫助等子界面。在幫助子界面中使用語(yǔ)言導向，可幫助用戶(hù)進(jìn)行故障問(wèn)題的分析及處理。

2.3.6語(yǔ)音報警模塊

語(yǔ)音報警模塊在系統出現報警時(shí)，為用戶(hù)提供多媒體語(yǔ)音報警，提醒值班人員及時(shí)處理問(wèn)題，避免重大問(wèn)題的發(fā)生。

2.3.7主程序運行模塊

主程序運行模塊完成模塊的有機結合，負責軟件系統的運行管理。

2.4系統優(yōu)點(diǎn)

⑴直流電源系統可實(shí)時(shí)地將運行數據及故障記錄生成相應的文件自動(dòng)存入計算機，用戶(hù)可以隨時(shí)調用。系統配備多媒體音箱，一旦發(fā)生系統故障，將會(huì )啟動(dòng)相應的語(yǔ)音報警。故障清除后音響自動(dòng)解除。

⑵系統出現故障時(shí)，用戶(hù)只要點(diǎn)擊界面上的幫助欄，即可找到故障原因及相應的處理方法，大大縮短故障排除時(shí)間，減少用戶(hù)損失。

⑶系統配備詳盡的資料庫，其中包含元件庫、使用說(shuō)明書(shū)、圖紙庫。系統中所使用元件及相應型號及圖紙在庫中均可隨時(shí)查閱。方便用戶(hù)日常維護。

3 系統的網(wǎng)絡(luò )在線(xiàn)化

計算機網(wǎng)絡(luò )化使傳統直流電源系統產(chǎn)生質(zhì)的飛越，網(wǎng)絡(luò )化大大地減少了設備連接方式，通訊智能化設備以實(shí)現在網(wǎng)絡(luò )環(huán)境下的產(chǎn)品在線(xiàn)維護及升級。當系統出現故障時(shí)，主控制模塊將故障設備信息上傳至指定網(wǎng)址，并通過(guò)分析在線(xiàn)排除故障，更快更安全地保證電力系統的安全運行。同時(shí)，產(chǎn)品實(shí)現了在線(xiàn)升級，PZWG2000系統中配置了在線(xiàn)升級功能，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )傳輸并在線(xiàn)下載，經(jīng)過(guò)識別后即可分別寫(xiě)入各管理單元中實(shí)現產(chǎn)品的在線(xiàn)升級，減少用戶(hù)的運行成本，滿(mǎn)足用戶(hù)的經(jīng)濟效益最大化。

4 結束語(yǔ)

智能型高頻開(kāi)關(guān)直流電源系統是變電站二次設備的生命線(xiàn)，直流系統故障直接影響到電網(wǎng)穩定和設備安全。裝設智能型直流電源設備在線(xiàn)狀態(tài)監測系統后，可實(shí)時(shí)監控直流系統的運行參數，及時(shí)發(fā)現事故隱患，實(shí)現前瞻式管理，確保后備電源系統可靠、安全、高效運行，并且可以減少人工檢測因誤操作可能引起的設備損害。智能型高頻開(kāi)關(guān)直流電源在線(xiàn)式系統的應用將大幅度提高直流電源設備的管理和維護。

參考文獻

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作者簡(jiǎn)介

閆麗萍1973年6月13日生， 女， 大學(xué)本科， 電氣工程師,從事電力工程設計 ?！?/p>