智能变电站中高频开关电源技术应用

2019-01-14阮佳

通信电源技术 2019年12期

阮佳

（武汉交通职业学院，湖北武汉 430065）

1 智能变电站中应用高频开关电源技术的重要意义

智能变电站中，直流电源系统是其重要组成部分，对变电站运行质量及运行效率有直接要求[1]。直流电源系统主要肩负起继电保护、自动控制、开关分闸及紧急照明的功能，确保智能变电站符合电网现代化建设及管理要求。现阶段常用直流电源系统主要应用更具系统化、高效化优势的高频开关电源，借助冗余技术及均流技术来切实提升大功率直流电源的运行可靠性。

2 智能变电站交直流一体化电源系统的理论研究

常见智能变电站直流一体化电源系统主要由变压器、母线连接。为确保智能变电站安全稳定运行，需配置两套独立充电设备及蓄电池组。单一充电设备应配置三相交流电源，相互组成较为独立的系统。

在智能变电站直流一体化电源系统实际运行过程中，充电设备应对直流母线进行专项供电，直流母联开关以常规方式分位[2]。在直流一体化电源通信没有配置蓄电池组的期间，应选用专项直流母线进行通信电源的输入及供电，借助电流变换装置等为通信设备提供充足电力资源，更好组成双机冗余供电系统，为确保直流一体化电源系统在智能变电站中的具体应用奠定坚实技术基础。

2.1 直流充电模块

直流充电系统主要由交流配电子系统、充电子系统、直流馈电子系统及集中监控子系统组成。其中，交流配电子系统主要用于两路交流电源的备用系统。因受开关电源器件应用性能的影响，单一开关电源子系统的最大输出功率不高，无法满足实际供电需求。因此在直流充电系统中，经常会配置多个高频开关电源装置，切实提升系统输出功率。

在将高频开关电源应用在直流充电模块时，隔离变压装置的占地面积及重量更小，确保直流充电模块外部形态更加满足智能变电站优化建设需求[3]。同时，在高频开关电源技术实际应用过程中，相关工作人员也将其与软开关技术进行了有机结合，使高频开关电源模块实际运行期间的损耗降低，实际变换效率增高。

为充分发挥出高频开关电源技术在直流电源系统中的应用有效性，相关工作人员也可采用绝缘检测系统及时发现发现正负母线可能存在绝缘问题，防止正负母线在接地期间出现触发误动作保护功能，影响直流电源系统乃至智能变电站的正常运行。

在直流电源一体化系统内部，蓄电池的浮充电电压为2.28 V 左右。其中，监控装置可通过采集蓄电池端电压、充电电流和蓄电池电压巡检等方式时刻监督蓄电池运行状态。直流电源一体化系统内的直流馈线是紧急照明、开关分合闸及系统保护装置的重要连接部分，对系统电源稳定可靠的供应具有重要影响。

2.2 通信电源模块

在传统变电站中，通信电源模块需单独设立，以确保通信设备及控制装置电源供应的稳定可靠性。但在实际应用过程中，通信电源模块实际占地面积大、设备投资高等问题日渐凸显，无法满足智能变电站供电需求[4]。因此，需在智能变电站内部采用一体化电源通信系统。通信电源系统不可单独配置及运行，而是借助直流系统的电流转换装置将其转向通信设备供应电力资源。

直流充电系统在应用高频开关电源技术的过程中，需注重软件开发技术、冗余技术及均流技术的具体应用，选择适用于智能变电站通信电源功能的电流变换器，以便切实提升高频开关电源技术在智能变电站直流充电系统的应用有效性。

2.3 UPS 电源模块

UPS 电源模块又被称为不间断电源，主要的功能是在智能变压器发生故障后，还能够为后台监控装置、五防闭锁装置及交换装置等提供重要电源能量。现阶段，变电站内常用不间断电源主要由两路输入电源经过整流、逆变等环节后提供所需的负载电量。在交流输入中断期间，直流电量输入经过逆变后提供电能。

将高频开关电源技术应用于不间断电源模块时，高频开关电源可在不间断电源系统整流、逆变后正常使用及运行。同时，不间断电源中也大量应用了模块化、冗余技术，确保不间断电源在未来发展期间更加符合智能变电站组建及上级工作。此外，不间断电源能够在某模块出现故障的情况下，将该模块与系统脱离，通过冗余配置实现电力系统的正常运行，确保供电的稳定性及安全性。

3 智能变电站中高频开关电源的具体应用

将高频开关电源应用于智能变电站时，需找寻到可适用于直流充电系统、通信充电系统等运行需求的供电方式[5]。当前智能变电站内高频电源的应用需配合建立起N+1 模块化并联冗余供电方式。因高频开关电源在实际运行的过程中会呈现高频化、模块化特征，需在原有基础上建立起与电源相适应的供电系统，确保智能变电站的正常安全运行。

N+1 模块化并联冗余供电方式可保障电源模块满足实际电能需要，提升供电期间的稳定性。与传统单一电源系统相比，N+1 模块化并联冗余供电方式虽然造价成本较高，但实际运行效果更加稳定。同时，通过热插拔的方式将故障电源模块从系统内退出，可有效降低系统后期维护成本，从根本上保障智能变电站在运行N+1 模块化并联冗余供电中的经济效益。

在N+1 模块化并联冗余供电期间，并联电源模块的输出特性具有特殊性，实际输出电压比电流变化率更小，输出性质更好。在输出电压相同期间，输出特性更加优质的充电模块能够承载的电流量会远大于输出率较低的充电模块。N+1 模块化并联冗余供电实际应用期间，输出电压相同，输出特征会也会导致充电模块承载较小的充电模块电流承载量更少，设置优势没有被充分发挥出来。同时，另一侧充电模块因需承载较大电流，自身热量不断提升，实际使用寿命缩短，需相关工作人员做好并联电源模块电流分配工作。

在高频并联电源模块应用期间，也需使用更加先进的均流技术。一方面，使用依据输出阻抗大小的均流技术，但其在实际运行期间的准确性较低[6]；另一方面，均流电流需经过一个人为设定的主模块运行，在连接其他模块的过程中，需要依据模块特征设计符合冗余特征的电流，以便保障各模块之间地位相同，根据最大输出电流来进行均流处理。在均流过程中，民主均流的并联运行各主模块设定并不是电流最大，其模块就能称为主模块，其他电流通过模块等自动设定主模块的方式开展冗余设计。

民主均流技术在应用于N+1 模块化并联冗余供电期间，应从平均电流自动均流技术入手。在民主均流技术应用过程中，需借助平均电流自动均流方式进行改进。通常，普通的民主均流技术主要用作N+1 模块化并联冗余供电的均流处理中，主要由均流控制器及均流误差信号等构成[7]。通过在均流控制装置中设置均流误差信号、电压反馈信号等，计算出输出开关装置的输出信号。并联模块电流输出需借助同阻值来连接母线，而母线与电阻也可连接到同一并联模块上。N+1 模块化并联冗余供电内正比例反映负载电流应为电压信号。

为将高频开关电源技术更好地应用于智能变电站中，N+1 模块化并联冗余供电系统的构建需经过不断试验论证。例如，选择适当的二极管代替电阻，可证明民主均流的实际控制原理。因二极管具有导电性能，在模块输出电流最大的情况下，其对应二极管导通也最大，使该模块成为主模块，其他二极管会因承载电压过大而出现阻断等情况，相应的模块也可成为从模块。

在变电站逐渐趋向于智能化发展的背景下，直流一体化功能将会被广泛应用于智能变电站中[8]。随着国家及有关部门对电力系统及智能变电站直流系统运行状态要求的不断提升，为更好地提升智能变电站运行效率，相关工作人员需注重直流一体化系统的研究与实践，将高频开关电源技术应用于N+1 模块化并联冗余供电中。