浅谈DY3微机型交直流一体化电源设备技术

■ 深圳市光辉电器实业有限公司 林雪红 蔡宗光

1 引言

随着国家电网公司在2009年3月提出的“立足自主创新、加快建设以特高压电网为骨干电网，各级电网协调发展，具有信息化、数字化、自动化和互动化为特征的统一坚强智能电网”发展目标。电源设备产品的智能化、数字化、系统化已成为电力系统的需求，为适应电力市场高速发展的需要，结合微机型高频开关直流电源柜的特点，深圳市光辉电器实业有限公司在国内直流电源专家的指导下，研制开发了DY3微机型交直流一体化电源设备。其产品在结构设计、智能管理、系统集成等方面具有许多创新。使电力系统中发电厂和变电站实现智能化、数字化管理，为建设统一的数字化智能电网打下了良好的基础。

2 DY3微机型交直流一体化电源设备概述

DY3微机型交直流一体化电源设备，是采用全新设计理念,应用新技术,新材料,新工艺研发的新一代电源系统。具有高可靠、智能化、模块化、数字化、外形美等特点。适用于发电厂、变电站、铁路、轻轨、机场、港口、工矿企业、高层楼宇等配电系统，用于提供安全稳定的交直流电源。DY3微机型交直流一体化电源设备是将智能监控、微机型高频开关电源模块、通讯电源模块、有源逆变放电模块、无源逆变电力模块等设计为一体。从根本上减少生产、维护等各个环节的工作量，提高系统的稳定性和智能化水平，减少对环境的污染，达到了低碳节能的效果。DY3微机型交直流一体化电源设备，采用以微处理器为核心的集散式监控系统，模块化设计，实施对电源系统全方位的监测和控制，实现“四遥”、无人值守。通过现场总线，实现各子系统的集中管理、分散控制，实现了按IEC61850的数字通信，使交直流电源系统成为语言统一的开放式系统。DY3 微机型交直流一体化电源设备，能够在交流电网没有覆盖到的地方，利用光伏发电，风力发电进行储存转换，提供100%的正弦波三相交流电源、UPS电源、通讯电源。在用电相对集中的场合，能够自动实现用电高峰期（峰值）对电网输送正弦波交流电，缓解用电压力，低谷期（谷值）对蓄电池进行充电储存，实现合理优化用电，为客户创造更大的价值。满足各种高精度用电的需要，是一种创新型的高新绿色、低碳交直流电源产品。

3 一体化电源设备的结构及主要参数

DY3微机型交直流一体化电源设备柜体按DL/T 459-200及国家相关标准的要求设计，柜体采用C型材组装式结构。柜体两侧采用通风墙技术，将温度高、发热量大的电子元件通过通风墙形成对流，进行自然冷却。应用通风墙技术，改变了传统的风扇进行散热，使设备的运行安全性得到进一步的提高。这样可以有效地减少电子元件的热量积存，延长元件的使用寿命。柜体正面采用钢化玻璃门，可以直观清楚地观察设备的运行状况，同时也有着一定的防护作用（外型图见图1）。柜体后门采用双开网格门，具有通风效果好，外形美观的特点。柜体零部件使用开关柜专用敷铝锌钢板，经CNC机床加工，采用多重折边工艺，连接零件用自攻螺钉和高强度的螺栓连接而成。柜内门采用松不脱螺钉进行固定，开启方便。柜体生产组装时具有精度高，外形美观，组装方便，机械强度高等优点。可配置各种型号的充电模块、通讯模块和逆变模块。

DY3微机型交直流一体化电源设备外壳的防护等级不低于IP20。

DY3微机型交直流一体化电源设备的技术参数见下表。

4 设备的主要功能

（1）利用光伏发电，风力发电进行储存转换，提供100%的正弦波三相交流电源、UPS电源、通讯电源。能够自动实现用电高峰期（峰值）对电网输送正弦波交流电，低谷期（谷值）对蓄电池进行充电储存，实现合理优化用电。储存的电能往电网输送，可减少电网的装机容量，保证了电网的安全，可靠运行，相当于每天都在为客户印钞票，是一种创新型的高新绿色、环保节能型电源产品。

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（2）集智能监控、微机型高频开关电源模块、通讯电源模块、有源逆变放电模块、无源逆变电力模块等为一体，为变电站、发电厂提供安全、稳定的交直流电源。

（3）采用模块化设计，统一监控管理，便于系统的维护管理，提高系统的可靠性和智能化水平。

（4）具有RS232/RS485通讯接口，内置多种通讯协议，支持IEC61850通信规约，方便与远程监控系统实现“四遥”功能，实现无人值守，适应数字化变电站的发展趋势。

（5）逆变模块接在直流母线上，取消逆变电源蓄电池，为电站机房、计算机系统、监控保护设备、事故照明等提供不间断交流电源。

（6）配合监控系统，有源逆变放电模块能定期自动完成蓄电池的活化，将电池中储存的电能回馈电网，能量重复利用，实现低碳节能。

（7）通讯电源模块接在直流母线上，取消通信蓄电池，为通信设备提供安全稳定的48V通讯电源。

（8）监控系统采用大屏幕触摸屏，点阵液晶显示，CCFL背光，实现全汉化实时显示及操作，人机界面友好。

（9）采用高频开关电源技术、模块化设计、N+1热备份，方便安全；逆变电源、通讯电源N+1并联方式供电，提高供电的可靠性。

（10）能自动按编制的程序对蓄电池组进行恒流充电、恒压充电、浮冲充电；自动记录蓄电池组及每只蓄电池在放电过程中的电压数值，根据设定的放电终止条件，自动停止放电。

5 一体化电源设备的配置

（1）设计优化合理，避免重复投资。一套监控系统管理双组电池组、三组充电装置、母线分段，实现双组电池独立充电管理。使用DC/DC变换器直接挂于直流母线，取消通信蓄电池组及充电装置。使用逆变器直接挂于直流母线，取消UPS蓄电池组，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；电源设备智能管理，实现状态检修。

（2）交直流一体化电源设备建立了统一的网络智能平台。采用IEC61850规约，实现在一个平台上对整个的交流电源系统、直流电源系统、逆变电源系统、通信电源系统进行监控和分析，解决由不同生产厂家提供的各独立电源通信规约兼容等问题，提高系统网络化、智能化程度。

（3）有效地提高电源综合自动化、任务程序化和智能化水平 。进行电源协调联动、状态检修、遥控调度等操作的方便进行 。

（4）交流系统采用ATS智能开关实现两路电源自动切换，取消380V交流电源备自投配置。

（5）蓄电池组充放电实现智能化管理，取消传统的人工电阻放电。

6 一体化电源设备的监控系统

系统内的各底层模块（整流模块、逆变模块、通讯模块、交流监测模块、直流监测模块、电池巡检模块、绝缘监测模块、开关量检测模块）利用自身配带的RS485串行通信接口，通过RS485通信总线将其检测的数据上传给触摸屏主监控，同时触摸屏主监控也可通过RS485通讯总线对各底层模块进行设置和操作。触摸屏主监控通过RJ45接口把底层模块传上来的数据发给用户的本地监控台和监控中心，本地监控台和监控中心也可通过通讯总线对触摸屏主监控进行操作，管理和操作系统的底层模块。

7 设备中的逆变装置

（1）无源逆变模块

采用高频链逆变新技术和全数字化控制技术，使得模块的体积变小，重量变轻，应用灵活方便。利用DSP为核心的全数字化控制技术，整个系统的核心控制芯片为 TI的DSP TMS320LF2406,具有抗干扰能力强，运算速度快等特点。可带电插拔，使得模块的安装和维修极为安全、方便、高效。

无源逆变模块输入电压可直接从直流母线获取，经DC/AC转换所需要的交流电源。同时根据电网供电的实际情况，外部交流供电正常情况下，无源逆变模块通过接收变压器后端的三相电，将模块内部的整流DC/DC转换、DC/AC逆变后得到纯净的交流电，通过外部的静态切换开关无扰动的提供给后端负载供电。当外部交流供电异常时，模块内部的交直流转换，直接转由直流供电。由于内部采用的晶闸管控制及储能电容双重设计，能够保证交直流转换实现零切换，从而有效的保证供电的舒畅。既提高了电源的可靠性，减少了日常维护量，又节省了投资。

（2）有源逆变放电模块

有源逆变放电模块利用先进的电能回馈控制技术研发而成，采用先进的电力电子技术及嵌入式混合信号处理技术，利用有源逆变的方法将蓄电池放出的直流电能变换位纯正弦波的交流电回馈到电网，配合监控系统能定期自动完成蓄电池的活化，对电池周期性核对容量放电。

尽管蓄电池组的维护不是经常的（一般约为半年或一年左右），可是在维护时，对蓄电池组进行的充放电也给工作带来了不便。首先，缺乏先进的智能仪器，劳动强度大，传统的放电（容量）试验要将电池组从系统上脱离下来，接上电阻丝（或使用水阻）来放电，这种电阻丝或水阻体积庞大、笨重，需要多人搬运、安装及调试，加上维护人员的劳累，大意或操作不当，造成蓄电池组过放电情况时有发生。其结果是蓄电池损坏，给客户带来一定的经济损失，同时还存在安全隐患。不仅破坏了蓄电池的正常运行环境， 影响现场维护人员的身心健康，而且使电阻丝产生红热现象，需要提防可燃物飞溅进去，引起火灾。如果是较大容量的蓄电池组放电，那么、安全就更成了问题，同时还引起大量的电能白白流失、造成浪费。交直流一体化电源设备中的有源逆变放电模块，把蓄电池活化的电量换成交流电源输送到电网上，对电力能源能起到补充和回收作用，较好地节约了能源，可安全的进行放电，满足蓄电池组的自动恒流放电的需要。使发电厂、变电站电源系统真正实现自动化及智能化。

8 结束语

DY3微机型交直流一体化电源设备智能化水平、维护运行、安全可靠，绿色环保方面，在同类产品中具有明显的优势，能够满足市场的要求。现在投入市场是及时有效的，具有良好的市场潜力，随着国家建设统一坚强智能电网的快速发展，其需求量将会更大增长，从而带来更大的经济效益和良好的社会效益。 2010年9月21日，中国电力企业联合会在广东省深圳市组织召开了产品技术鉴定会，鉴定委员会认为该产品技术性能达到了国内同类产品领先水平。