变电站直流电源监控系统分析

严筱丰

摘要：本文从直流电源系统构成分析、功能分析，以及电源综合监控流程分析三个方面对变电站直流电源监控系统进行分析。本文的研究可使变电站中的直流电源监控系统实现真正意义上的综合自动化及无人值守，为国家创造大量的直接和间接经济效益以及社会效益。

关键词：变电站；直流电源；监控系统

一、直流电源系统构成分析

1、电源监控装置

电源综合监控装置是直流电源监控系统的控制、管理核心，是直流系统可靠运行的控制和管理者。配电监控主要是对交流输入、直流输出电压电流等参数进行监测。

(1)合闸输出和控制输出是直流系统的输出部分主要是由相应的开关或断路器完成，不同规模的变电站的支路数有很大的差别。

(2)合闸输出和控制输出是直流系统的输出部分主要是由相应的开关或断路器完成，不同规模的变电站的支路数有很大的差别。

2、高频电源

高频电源模块是直流系统实现交流输入变换到直流输出的部分，是直流系统必备的关键组成部分。高频开关电源模块一般采用N+I并联工作方式，每个模块的额定输出有220VDC／5A、10A、20A；110VDC／10A、20A、40A等规格型号，可根据需要选用相应的规格型号。

3、绝缘接地检测

绝缘接地检测装置是直流系统主要的组成部分，主要是完成直流系统以及直流应用部分绝缘接地情况的检测，并上传监控装置，确保直流系统绝缘安全可靠。不允许直流系统在接地的情况下长期运行。必须对直流操作电源正负母线接地情况进行连续的在线监视，从而杜绝因直流系统接地而引起的电力系统故障。绝缘接地检测装置可以检测直流母线以及各直流输出回路的绝缘情况，在应用中可根据相应的支路数选用一个或多个绝缘接地监测装置来完成母线或支路接地测量的工作。

4、蓄电池

蓄电池检测装置主要是完成对蓄电池组使用情况的监控，蓄电池是直流系统的储能部分。在系统交流供电正常的时候对蓄电池进行充电，在交流失电或者直流合闸需要到时间大电流是放电，为电力系统提供可靠的电力能源。其工作状态对直流系统安全可靠运行十分重要，因此对每节蓄电池的电压、内阻、性能等情况进行检测，并上传监控装置，保证电池始终处于良好的工作状态。

二、直流电源系统功能分析

按照从输入到输出的顺序系统中各个部分应实现的功能如下：

1、交流配电单元

将交流电源引入并分配给各个高频开关电源模块和逆变电源等，交流输入分为手动控制和双路自动切换控制两种输入方式。在双路自动切换控制方式下，可实现两路交流输入主从自动切换，即以第一路为主回路，第二回路为备用辅助回路，当第一路交流异常(包括交流失压、过压、欠压、缺相等)时，自动切换到交流第二路(前提条件是第二路交流正常，如果第二路交流电源本身不正常的话，则无法自动进行切换)，一旦交流一路电源恢复正常，则自动切换回到交流一路。系统上电和切换过程存在3-5秒的延迟。也可实现交流输入过压、欠压自动切换和保护，交流自动切换和根据采样电压，进行交流过压保护、欠压自动切换和保护。

2、高频开关电源模块

实现AC／DC变换，实现系统最为基本的功能。为蓄电池提供充电电流并向电力操作系统提供工作电压；具有N+I热备份和自主均流功能；具有通过通信接口和电源综合监控装置通讯的能力。应具有高效率、高功率因数、高可靠性、良好地电磁兼容性、输出电压电流具有平滑调节的能力、各种技术指标应达到和超过相关国际国内标准。

3、电源综合监控装置

电源综合监控装置是变电站中直流电源监控系统的控制、管理核心，汇集并采集电源模块、绝缘接地监测装置、电池检测装置、智能放电装置和配电监控单元等下级设备的各种数据、工作状态，进行处理并加以显示；根据系统设置的各种参数进行报警、故障处理、历史数据管理；实现对直流电源系统及蓄电池的智能化全自动管理。同时还要求具有丰富的通信接口和通信规约，至少提供四个RS485和两个RS232接口，采用开放式接1：3设计，实现同下级设备、后台计算机及其它设备的通讯，并方便地接入到其它集中监控维护系统中。

4、绝缘接地监测装置

负责监测直流母线和直流输出各支路的绝缘情况，当对地绝缘电阻低于设定的告警限值时，测报出具体位置和绝缘电阻，并上报电源综合监控装置处理。绝缘接地监测有小信号注入法和精密电阻桥两种测量方式，由于小信号注入法污染电网，降低供电质量，己不再发展。本方案采用精密电阻平衡与非平衡桥相结合的测量方式。

5、电池检测装置

测量蓄电池单体电压和充、放电电流、电池温度和环境温度，并计算蓄电池剩余容量等参数、根据各种蓄电池的使用特性对单体异常的情况进行分析，将测量数据和分析结果上报电源综合监控装置。配合电源综合监控装置及时对电池进行均充充电，同时根据环境温度的变化及时对充电电压进行补偿，结合智能放电装置对电池进行定期按各种蓄电池的使用特性正确放电维护，从而达到保护和延长蓄电池寿命的目的。

三、电源综合监控流程分析

1、主程序main()函数完成系统RAM的上电自检、硬件及系统初始化工作，然后创建并执行启动任务，启动RTOS。

2、启动任务主要完成系统参数及实时数据结构的初始化、初始化时钟、初始化串口、检测并读入不掉电RAM中的参数，创建键盘任务、界面显示任务、控制任务、定时启动采样中断任务、计算任务，最后进入无限自检循环。

3、定时启动采样中断任务首先完成各模拟量采样间隔时间设置、刷新RTC时间、相关参数和数据初始化，然后启动采样中断服务程序，进行AID采样。

4、控制任务首先延时等待2秒，然后调用故障分级对应模块对各种故障情况进行判断分级并进行历史纪录，调用控制输出模块完成各路控制输出继电器节点的分合控制，判断在线充电模块数量，调用自动充电管理程序实现对各高频智能开关电源模块的均充、浮充和放电管理。

5、键盘任务对键盘进行扫描，判断按键是否被按下。若键盘没按下，对应LED不亮，继续扫描、判断：若按下，进行去颤处理，取键值，对应LED点亮，将键值发送到邮箱，等待延时40ms。

6、计算任务首先将自己挂起，然后对各模拟量的采样值进行处理及标度变换，并将其送数据区供上送显示等使用，最后开放采样中断。

电源模块的输出电流包括蓄电池充电电流和负载电流，电流大小在不断发生变化，因此在监测控制蓄电池充电电流时，为了限制电流过大，需经常控制电源模块的输出电流，在软件设计中调整的幅度一般以0．5A为宜，采用逐次逼近的方法实现。

参考文献

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