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并联智能交直流电源一体化系统应用专题研究
来源: | 作者: | 发布时间: 2021-03-10 | 2107 次浏览 | 分享到:

  1 常规站用交直流电源缺点分析

  目前,变电站常用的交直流配置方案是将交直流分开,根据不同复合需要,配置各自独立的电源系统。如站内监控系统,一般采用逆变电源或UPS电源;站内照明、动力、检修等配置独立的交流电源屏;站内控制、操作等配置独立的直流电源屏;站内通信配置独立的通信电源。常规配置方案具有以下缺点:

  (1)设备重复配置,资源浪费

  站内UPS电源、直流电源、通信电源都需要独立的蓄电池,为满足其功能要求,各自独立,并均按照N+1配置,站内电源系统配置重复,增大建设投资及维护工作量。

  (2)交直流系统无协调联动,难以实现最佳方式运行

  由于交直流系统数据不能共享,且无统一监控设备对整个站用电源进行管理,在相关子系统变化时不能协调整个站用电源以最佳方式运行。

  (3)影响可靠性隐患较多

  a.交流系统的操作电源及监控设备在目前各系统独立设计的情况下,一般不设计使用直流电源,这会直接影响交流系统的可靠性;

  b.UPS电池无人管理,通信蓄电池管理不精细,遇见紧急情况难于满足要求;

  c.对于逆变电源反灌电流没有有效抑制,导致充电模块均流功能受影响。

  d.经济性较差、安装/服务协调较难、运行维护不方便。

  随着变电站综合自动化程度越来越高及大量无人值班站投运,相应提高站用电源整体的运行管理水平具有非常重要的意义。因此,建立一个统一的站用电源标准规范,是一个很现实的需求。

  2 站用交直流电源一体化概念

  站用交直流电源一体化系统指将站内的交流系统、直流系统、UPS电源、通信电源等统一考虑配置,并有机结合,配置一体化监控模块,实现统一监控及管理,同时提高其智能化及自动化水平,减少设备维护及整合资源。

  目前,国内已经自行研发出智能站用交直流一体化电源系统,已通过国家继电器质量监督检验中心的型式检验、电磁兼容检验等相关监测程序,并获国家知识产权局专利。该系统将站用交流电源系统、直流电源系统、逆变电源系统、通信电源系统进行统一设计、监控、生产、调试、服务,通过网络通信、设计优化、系统联动、设备智能档案管理的方法,实现站用电源安全化、网络智能化设计。由于一体化电源负责为整个变电站的保护、测控、通信、自动化设备提供工作电源,一旦出现故障,将影响到整个变电站的正常供电,甚至危及到系统的安全稳定运行。特别是对于110kV电压等级以上的变电站,如果出现故障,将会导致对用户的供电安全。因此,开展关于变电站用电源故障的研究,对于提高变电站运行安全和经济性,有较为现实的意义和作用。

  3 站用交直流电源一体化功能

  一体化监控器包括交流系统部分、直流系统部分。其中,交流部分有一次进线和馈线等;直流部分有充电模块、逆变器、DC/DC、电压检测仪、绝缘检测仪、蓄电池检测仪等部分。

  系统应符合Q/GDW 383-2009《智能变电站技术导则》8.4条、Q/GDW 393-2009《110(66)kV~220kV智能变电站设计规范》6.3.4条的规定,各电源进行一体化设计、一体化配置、一体化监控,其运行工况和信息数据能够上传至远方控制中心,能够实现就地和远方控制功能,能够实现站用电源设备的系统联动。

  根据系统功能的需求,一体化电源系统可分为以下几个模块:交流配电、充电模块、监控系统、直流馈电、交流馈电、蓄电池组、通信整流模块(可选配)、降压单元(可选配)、绝缘监测(可选配)、电池巡检(可选配)、UPS/逆变器(可选配)、机柜等,如图1所示。

图1

  系统应具备的功能如下:

  (1)系统中各电源通信规约应相互兼容,能够实现数据、信息共享。

  (2)系统的总监控装置应通过以太网通信接口采用IEC61850 规约与变电站后台设备连接,实现对一体化电源系统的远程监控维护管理。

  (3)系统应具有监视交流电源进线开关、交流电源母联开关、直流电源交流进线开关、充电装置输出开关、蓄电池组输出保护电器、直流母联开关、交流不间断电源(逆变电源)输入开关、直流变换电源输入开关等状态的功能,上述开关选择智能型断路器,具备远方控制及通信功能。

  (4)系统应具有监视站用交流电源、直流电源、蓄电池组、交流不间断电源(UPS)、逆变电源(INV)、直流变换电源(DC/DC)等设备的运行参数的功能。

  (5)系统应能监测交流电源馈线、直流馈线断路器脱扣总告警等信号。

  (6)系统应具有控制交流电源切换、充电装置充电方式转换等功能。

  一体化智能监控系统,就是通过公司的调度软件将交流部分的信息、逆变器的信息、直流部分的信息和通信电源的信息进行综合管理,且各馈出柜的开关电气图纸定义与一体化智能监控器一致,使整个系统更人性化,人机界面更友好,使系统的维护和检修更方便、迅捷。

  4 交直流电源一体化与常规电源方案设计区别

  (1)取消UPS,使用逆变器直接挂于直流母线代替;

  (2)一般建议取消通信蓄电池,使用DC/DC 变换器直接挂于直流母线代替。也可根据客户要求设置独立通信蓄电池组;

  (3)整体网络智能化:一体化监控器将交流、直流网络智能化,对外1 个通信接口;

  (4)系统联动:根据交流进线运行方式,自动调整直流运行,达到最佳方式运行;

  (5)针对逆变电源反灌电流做抑制处理;

  (6)统一进行防雷配置:在交流母线、直流母线上防雷器采用C 级、D 级两级保护机制,有效地保护内部电路不致因为输入回路遭受感应雷击和线路上过电压而受到损害,提高系统的可靠性。

  5 站用交直流电源一体化特点

  (1)新体系

  站用交流,直流,UPS 统一规划,方便设计、采购、安装维护方便;采用开放式系统,集中监控站用电源所有信息,拓展性强;各子系统通过一体化监控单元与综自调度接入形成网络化系统。

  (2)新技术

  兼容IEC 61850通信规约约,适合智能变电站发展的方向。

  (3)安全

  站用交流,直流采用先进成熟技术,UPS 系统采用电力专用逆变电源,跟直流系统共享蓄电池;采用专用一体连接,保证重要负荷馈线可靠性,分布式监控提高系统可靠性。

  开放式系统,采用两级监控方式,交流、直流逆变子系统与一体化智能监控器,一体化智能监控器损害不影响子系统运行;可实现任务程序化管理,避免误操作,安全可靠。

  (4)智能

  一体化智能监控器可以监测站用电源所有电气参量;可通过RS-485与综自系统联机;采用IEC 61850通信规约,可适合数字化站发展方向;采用开放式平台,可根据用户要求灵活配置,功能性灵活;可实现“四遥”功能;可建立站用电源中心。

  (5)方便

  采用工业液晶触摸屏,图形化界面,操作方便简单,所有信息可以获取,直观方便,人机界面友好;图形界面显示。一个位置可以浏览全部电源系统的运行状况,多套系统一体化维护更加方便。适应数字化变电站发展发向,方便变电站升级换代;

  (6)经济

  统一设计,结构优化,减少重复配置;减少设备投资,减少设备维护,环保节能。

  6 并联智能直流系统主要技术内容

  通过将单只蓄电池与匹配的AC/DC充电模块、DC/DC升压模块等器件创新设计为“并联用智能蓄电池模块”,并通过多只蓄电池模块并联,组成满足实际需要的多并联蓄电池模块组,取代变电站传统设计中的充电模块、蓄电池组、蓄电池巡检设备配置,解决蓄电池串联方式下单只蓄电池质量、连接线影响整组电池可靠性,不能在线更换维护,新旧电池难以匹配,冗余配置不经济等问题。并联用智能电池模块通过将单只蓄电池与匹配的AC/DC 充电模块、DC/DC升压模块等器件集成设计为一体,适用于需要直流电源,并且需要电池或电池组作为备用电源的应用场合。可以分散或集中方式应用于变电站、配电网、工业设备、电动汽车等领域。

  应用中可取代常规设计的“充电机+蓄电池组+蓄电池巡检”装置组合,以多模块并联冗余方式,解决常规蓄电池串联产生的“个体质量影响整组”、“不能在线维护”、“新旧电池难以匹配”等问题;以不同性质负荷分组配置电源方式,减少负荷间干扰,提高直流电源可靠性;以按负荷间隔分散布置,然后多模块并联冗余方式,解决直流电源分散布置问题。并联用智能电池模块以电力电子成熟技术做基础,进行系统创新,多模块并联冗余方式为应用基础,减少直流电源一次、二次投资,推动智能电网、电源技术发展。

  7 结论

  智能变电站一体化电源系统,是借鉴电力用直流、交流一体化不间断电源系统核心思想,针对智能变电站的特点而开发的一体化电源解决方案。一体化电源供电方案是对站用电源进行全面整合,通过网络通信、一体化监控、系统联动等方法,实现站用电源安全化、网络化、智能化,实现智能变电站监控系统的无缝衔接,可广泛用于各类变电站。

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