智能变电站交直流一体化电源系统研究

李征

摘要：目前变电站在不断发展和完善的新技术的支撑下，供电稳定性得以全面提升，其智能化、自动化水平不断提高，为用电安全打下牢固的基础。但随着用电规模的不断扩大为电力运行质量的要求逐渐提高，交直流一体进入了新的研究阶段，智能变电站交直流一体化电源系统实现了自动切换、启动设备，高效的满足了传唤供电及安全用电需求，交直流一体化电源系统主要由四类电源构成（包括通信电源、交/直流电源、交流不间断电源），主要负责将各类稳定可靠的电源提供给变电站，各电源子系统的后备电源共用一套蓄电池组，对交流电源进行分配或变换处理（通过使用电源变换器实现），转换成所需电压等级（AC380V、AC220V、DC220V）。通过配置一体化电源监控系统实现实时测量、控制功能，以确保系统正常运行。

关键词：智能变电站；交直流一体化；电源系统；自动控制

1 国内传统变电站电源系统现状

1）自动化程度低，各个生产厂商的设备容易产生不兼容的问题，不易整理且缺乏对系统的分析手段，难以实现进一步的升级。2）站内人员流动较大，不利于设备维护运行，交流系统与直流系统人员设备维修、UPS由自动化人员检修、各电源系统通信系统由不同厂商的技术员检修。人员总体得不到统一的调配，造成人力资源的浪费。3）不同的生产商对应设计符合各自功能的系统，直接1次投资和2次投资有明显的提高，变电站建造和运行经济性不佳。4）如果某一子系统出现问题，会直接牵连其他系统。在检修时需要不同厂家的相互配合，协调性较差。

2智能变电站电源系统特点

2.1实现智能化和网络化

变电站设备的增加提升了所使用电源的复杂程度，使用不同线路及电源的各类设备则增加了维护与保养的难度，而一体化建设通过重组与设计线路使电源供应的稳定与安全性得以提高。交直流一体化电源系统作为智能变电站的重大突破之一，在一体统一外形的同时完善了功能设计，优化了电源系统的整体设计和安装过程，节约了整个电源系统的占地空间，提高了平台利用效率。一体化设计使新的供电模式得以有效实现，显著减少了了组屏数量，在确保整体集中统一的同时简化了系统供电运行过程，能够统一监控和分析各电源子系统，便于后期使用和维护。使不同的电源通信兼容问题（由不同供应商供应）得以充分解决，从而提高了变电站系统的智能化及自动化水平。

2.2提高了安全性和经济性

信息技术的运用实现了基础设备的自动检测，使系统安全性得以显著提高，一体化电源系统通过有机结合设备和信息技术形成了整体的系统结构特征（合围不同子系统），通过关联各系统实现总控制，各子系统在此基础上完成内部网络化，进而能够统一调整和控制各子系统运行状态和参数，特别是科对电源盲点部位进行及时监控，进一步提升看系统运行的稳定性和安全性。除此之外，各模块间参数通过全面互换能够在不影响整机运行工作的基础上检测单个开关或模块，减少了作业流程，实现了整体设备检修的连续性，从而简化了使用和维修的操作环节。相比于传统常规变电站电源，交直流一体化电源系统运行过程的成本更低，更能满足电力系统的经济实用的需求，优化后的系统整体结构使相关设备更加集成，有利于人力合理分配的实现，显著降低设备投入，节约了变电站运行成本。使用蓄电池还可在一定程度上降低污染，提升经济和社会效益。

3电源系统模块化设计

3.1模块化特点

（1）简化设计过程，提高出图效率与质量，通过模块化处理一体化电源系统实现多个器件到多个模块的转换过程，以现场的实际负载需求为依据对模块进行组合设计，缩短电源设备的交付周期，从而使相关的设计工作量得以显著减少。

（2）提高生产及安装过程的标准化程度，生产过程中的系统构成通过模块化设计的运用可流水线生产单个模块，便于标准化程序的应用，进而弥补现有整柜生产的不足，实现流水线生产电源整柜，有效避免了人工生产电源易导致的工艺、任务方面的错误，使电源生产质量水平和效率得以有效提高。

（3）简化维护过程，一体化电源系统通过模块化设计后，用户只需对构成系统的数个标准大模块进行操作和管理，并使定位电源设备故障更加简单，可使用备用器件对出现故障或损坏的模块进行快速更换，从而使设备现场维护效率得以显著提高，降低设备维护周期和成本。标准模块化设计降低了替换老旧模块的难度，提升单位运行效率。

3.2模块化设计

（1）全模块化电源系统，为提升电源系统的全模块化，进行模块化设计时需以电源系统各器件各项功能为依据，为实现功能的模块化并简化设备维护工作量，需整合比较集中的功能，模块化设计包括充电模块、馈线开关（直流、交流、逆变、通信）、交流进线电源、逆变电源模块、直流系统交流进线部分、DC/DC-48V模块、逆变器进线部分。通过设备标准化实现厂家的流水线生产作业，以简化系统设计并提高系统维护效率。

（2）馈线模块化，馈线开关模块化原理如图1所示。

主要由输出接口及标准通信接口构成，该部分对各厂家、各型号开关规格参数主要通过集成设计技术的使用完成汇总过程（共用尺寸模块），适用各品牌开关的安装，采用软铜牌连接部分一次线，以确保开关与模块间灵活可靠的连接；使用PCB板走线作为二次电缆。在模块内部集成了电流传感器、电压及温度检测功能，实现对电流/压、温度等参数的实时采集过程，通过各模块的智能采集单元完成模拟量数据（由传感器采集）到数字信号的转换过程后再将其上传至总监控处理分析（根据RS485通讯协议），同时能够汇总电流、电压、温度、功率等数据，模块具有较高的通用性，便于生产和后期维护，为大数据计算提供支撑。

（3）充电及DC/DC组件（即功率模块）模块化，技术的发展和完善为充电及功率模块体积的小型化发展趋势提供了支撑，受到厂家技术差异的影响，功率模块规格尺寸随着能量密度的逐渐增大表现出了较大的差异性。通过对四个功率模块进行集成设计，具有在线热插拔功能，以提高使用过程的规范性，再将集成后的大模块均完成标准接口的设计（包括输入、输出、通讯接口），提高在线维护的质量和效率。通过更换大模块（接口与原模块保持一致）即可完成快速更换或技术升级，显著降低了更换成本。

结束语

交直流电源智能化运行为供电用电的一体化提供了解决方案，有效提高了运行的稳定安全性，从而使变电站电源管理能力得以提高。而交直流一体化电源系统具有集成度高、管理简便等优势，可集中监控和管理多套电源系统，提高了多套站用电源系统蓄电池组的共享性，随着交直流一体化电源系统方案的广泛应用，其所存在的问题急需从根本上进行解决（包括标准化程度不高、各品牌间的兼容性差等）。为确保变电站的可靠运行，本文提出全模块化电源系统方案，实现标准化工业生产一体化单元的目标，即通过标准化设计，为提高一体化电源系统的共享程度提供有效途径，提高常用器件的備用效率以有效降低维护工作量。

参考文献

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