智能變電站交直流一體化電源系統研究

李征

摘要：目前變電站在不斷發展和完善的新技術的支撐下，供電穩定性得以全面提升，其智能化、自動化水平不斷提高，為用電安全打下牢固的基礎。但隨著用電規模的不斷擴大為電力運行質量的要求逐漸提高，交直流一體進入了新的研究階段，智能變電站交直流一體化電源系統實現了自動切換、啟動設備，高效的滿足了傳喚供電及安全用電需求，交直流一體化電源系統主要由四類電源構成（包括通信電源、交/直流電源、交流不間斷電源），主要負責將各類穩定可靠的電源提供給變電站，各電源子系統的后備電源共用一套蓄電池組，對交流電源進行分配或變換處理（通過使用電源變換器實現），轉換成所需電壓等級（AC380V、AC220V、DC220V）。通過配置一體化電源監控系統實現實時測量、控制功能，以確保系統正常運行。

關鍵詞：智能變電站；交直流一體化；電源系統；自動控制

1 國內傳統變電站電源系統現狀

1）自動化程度低，各個生產廠商的設備容易產生不兼容的問題，不易整理且缺乏對系統的分析手段，難以實現進一步的升級。2）站內人員流動較大，不利于設備維護運行，交流系統與直流系統人員設備維修、UPS由自動化人員檢修、各電源系統通信系統由不同廠商的技術員檢修。人員總體得不到統一的調配，造成人力資源的浪費。3）不同的生產商對應設計符合各自功能的系統，直接1次投資和2次投資有明顯的提高，變電站建造和運行經濟性不佳。4）如果某一子系統出現問題，會直接牽連其他系統。在檢修時需要不同廠家的相互配合，協調性較差。

2智能變電站電源系統特點

2.1實現智能化和網絡化

變電站設備的增加提升了所使用電源的復雜程度，使用不同線路及電源的各類設備則增加了維護與保養的難度，而一體化建設通過重組與設計線路使電源供應的穩定與安全性得以提高。交直流一體化電源系統作為智能變電站的重大突破之一，在一體統一外形的同時完善了功能設計，優化了電源系統的整體設計和安裝過程，節約了整個電源系統的占地空間，提高了平臺利用效率。一體化設計使新的供電模式得以有效實現，顯著減少了了組屏數量，在確保整體集中統一的同時簡化了系統供電運行過程，能夠統一監控和分析各電源子系統，便于后期使用和維護。使不同的電源通信兼容問題（由不同供應商供應）得以充分解決，從而提高了變電站系統的智能化及自動化水平。

2.2提高了安全性和經濟性

信息技術的運用實現了基礎設備的自動檢測，使系統安全性得以顯著提高，一體化電源系統通過有機結合設備和信息技術形成了整體的系統結構特征（合圍不同子系統），通過關聯各系統實現總控制，各子系統在此基礎上完成內部網絡化，進而能夠統一調整和控制各子系統運行狀態和參數，特別是科對電源盲點部位進行及時監控，進一步提升看系統運行的穩定性和安全性。除此之外，各模塊間參數通過全面互換能夠在不影響整機運行工作的基礎上檢測單個開關或模塊，減少了作業流程，實現了整體設備檢修的連續性，從而簡化了使用和維修的操作環節。相比于傳統常規變電站電源，交直流一體化電源系統運行過程的成本更低，更能滿足電力系統的經濟實用的需求，優化后的系統整體結構使相關設備更加集成，有利于人力合理分配的實現，顯著降低設備投入，節約了變電站運行成本。使用蓄電池還可在一定程度上降低污染，提升經濟和社會效益。

3電源系統模塊化設計

3.1模塊化特點

（1）簡化設計過程，提高出圖效率與質量，通過模塊化處理一體化電源系統實現多個器件到多個模塊的轉換過程，以現場的實際負載需求為依據對模塊進行組合設計，縮短電源設備的交付周期，從而使相關的設計工作量得以顯著減少。

（2）提高生產及安裝過程的標準化程度，生產過程中的系統構成通過模塊化設計的運用可流水線生產單個模塊，便于標準化程序的應用，進而彌補現有整柜生產的不足，實現流水線生產電源整柜，有效避免了人工生產電源易導致的工藝、任務方面的錯誤，使電源生產質量水平和效率得以有效提高。

（3）簡化維護過程，一體化電源系統通過模塊化設計后，用戶只需對構成系統的數個標準大模塊進行操作和管理，并使定位電源設備故障更加簡單，可使用備用器件對出現故障或損壞的模塊進行快速更換，從而使設備現場維護效率得以顯著提高，降低設備維護周期和成本。標準模塊化設計降低了替換老舊模塊的難度，提升單位運行效率。

3.2模塊化設計

（1）全模塊化電源系統，為提升電源系統的全模塊化，進行模塊化設計時需以電源系統各器件各項功能為依據，為實現功能的模塊化并簡化設備維護工作量，需整合比較集中的功能，模塊化設計包括充電模塊、饋線開關（直流、交流、逆變、通信）、交流進線電源、逆變電源模塊、直流系統交流進線部分、DC/DC-48V模塊、逆變器進線部分。通過設備標準化實現廠家的流水線生產作業，以簡化系統設計并提高系統維護效率。

（2）饋線模塊化，饋線開關模塊化原理如圖1所示。

主要由輸出接口及標準通信接口構成，該部分對各廠家、各型號開關規格參數主要通過集成設計技術的使用完成匯總過程（共用尺寸模塊），適用各品牌開關的安裝，采用軟銅牌連接部分一次線，以確保開關與模塊間靈活可靠的連接；使用PCB板走線作為二次電纜。在模塊內部集成了電流傳感器、電壓及溫度檢測功能，實現對電流/壓、溫度等參數的實時采集過程，通過各模塊的智能采集單元完成模擬量數據（由傳感器采集）到數字信號的轉換過程后再將其上傳至總監控處理分析（根據RS485通訊協議），同時能夠匯總電流、電壓、溫度、功率等數據，模塊具有較高的通用性，便于生產和后期維護，為大數據計算提供支撐。

（3）充電及DC/DC組件（即功率模塊）模塊化，技術的發展和完善為充電及功率模塊體積的小型化發展趨勢提供了支撐，受到廠家技術差異的影響，功率模塊規格尺寸隨著能量密度的逐漸增大表現出了較大的差異性。通過對四個功率模塊進行集成設計，具有在線熱插拔功能，以提高使用過程的規范性，再將集成后的大模塊均完成標準接口的設計（包括輸入、輸出、通訊接口），提高在線維護的質量和效率。通過更換大模塊（接口與原模塊保持一致）即可完成快速更換或技術升級，顯著降低了更換成本。

結束語

交直流電源智能化運行為供電用電的一體化提供了解決方案，有效提高了運行的穩定安全性，從而使變電站電源管理能力得以提高。而交直流一體化電源系統具有集成度高、管理簡便等優勢，可集中監控和管理多套電源系統，提高了多套站用電源系統蓄電池組的共享性，隨著交直流一體化電源系統方案的廣泛應用，其所存在的問題急需從根本上進行解決（包括標準化程度不高、各品牌間的兼容性差等）。為確保變電站的可靠運行，本文提出全模塊化電源系統方案，實現標準化工業生產一體化單元的目標，即通過標準化設計，為提高一體化電源系統的共享程度提供有效途徑，提高常用器件的備用效率以有效降低維護工作量。

參考文獻

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