直流系统改进与革新

全面提升变电站直流电源系统性能，保障电气设备安全运行
一、概述：在电力系统中，直流电源作为继电保护、自动装置、控制操作回路、灯光音响信号及事故照明等电源之用，因直流电源故障而引发的事故时有发生，所以，对直流电源的可靠性、稳定性具有很高要求，它的正常与否直接影响电力系统的安全可靠运行，可以说，直流系统是变电站的“心脏”。

因此，选择稳定、可靠的直流电源系统，是保证电气设备安全运行的前提条件。

近几年来，我公司在黑老湾变电站、茨营变电站、白水变电站等大胆的对直流电源系统进行革新，全面提升了变电站直流电源系统的性能，实现了直流电源系统的高频、高可靠、低耗、低噪声、抗干扰、模块化，有力的保证了变电站电气设备的安全、稳定、可靠运行。

二、课题背景：
变电站稳定、可靠的直流电源系统,具有重要的意义：
1、稳定、可靠的直流电源系统，是保证电网及电气设备安全、稳定运行的需要：直流系统是变电站的“心脏”，电力系统的安全稳定运行、保护装置的正确动作与否，均需要稳定可靠的直流电源系统。

2、稳定、可靠的直流电源系统，是进一步提高供电可靠性的需要：随着经济的发展和人民生活水平的提高，对供电可靠性提出了更高、更严格的要求，而设备的可靠动作，是保证设备可靠动作的前提条件。

因此，稳定、可靠的直流电源系统为设备的可靠动作提供了保证；
3、稳定、可靠的直流电源系统，是公司发展的需要：
过去，公司各个变电站都有人值守，可以对直流设备的运行状态进行定期检查，因而可以及时发现并处理其出现的异常现象，保证变电站的安全稳定运行。

但随着公司无人值班变电站推广,对直流电源系统的各种性能提出了更高的要求和更严格的标准。

4、稳定、可靠的直流电源系统，是技术进步的需要：随着公司输变电设备的大量改造和更新，新技术、新设备得到了广泛应用，变电站的综合自动化装置、微机保护装置、阀控密封铅酸蓄电池等设备对电压质量及供电连续性更高要求，电源产生问题等将导致巨大的损失。

但是，传统的硅整流型、蓄电池型相控直流电源系统很难满足上述要求，存在的问题也越来越明显（现状调查见附表一）：
1、直流设备故障多，造成直流系统停电频繁，供电可靠性低：
2、硅整流型直流电源不能解决事故照明和事故紧急处理的问题；
3、蓄电池直流电源蓄电池组或单体的频繁损坏、充电设备效率低、体积庞大， 1＋1冗余投资大；纹波系数大、监控系统不完善，对二次电路越来越先进的仪器仪表、控制、自动化设备很难满足其技术要求。

4、技术复杂，且维护量大,可靠性低，运行成本高等。

应该说传统的直流系统已不能满足直流系统供电可靠性的需要。

给电网及设备的安全运行带来一定的隐患。

为此，公司大胆的革新现有直流电源系统，引进了智能高频开关电源系统，全面提升了变电站直流电源系统的性能，通过在部分变电站的使用，其效果相当显著：降低了设备造价，减少系统的维护工作量，提高了设备供电可靠性，有效的解决了变电站的“心脏”的隐患。

同时，智能高频开
关电源系统的优点也得到了明显的体现：体积小、重量轻、效率高、纹波系数小、动态响应快、控制精度高、模块可叠加输出、N＋1冗余，并将整流器、调压装置、馈出电路、保护告警电路及监控系统有机地结合在一起，通过计算机管理，有效地解决了以往直流操作电源的存在的不足。

两种电源的技术指标见下表：
三、主要内容：
术语及定义：
1、电源的纹波：由整流器整流得到的直流含有工频交流成份，其输出为包括直流分量和交流分量的脉动电压，经滤波、稳压后该交流分量称为电源的纹波。

2、电源的纹波系数：定义为纹波电压幅度与直流电压幅度之比，常用对数方式表示。

有的直流电源在介绍其纹波的性能指标时采用直接标明纹波电压数值的办法。

它是反映输出直流电压平滑程度的，是衡量整流电路的性能技术指标：
3、N+1的冗余：N+1备份；
4、均（衡）充（电）：用于均衡单体电池容量的充电方式，一般充电电压较高，常用作快速恢复电池容量。

5、浮充电：保持电池容量的一种充电方法，一般电压较低，常用来平衡电池自放电导致的容量损失，也可用来恢复电池容量。

6、限流均充：以不超过电池充电限流点的恒定电流对电池充
电
7、恒压均充：以恒定的均充电压对电池充电。

8、稳流精度：交流输入电压在额定电压±10%范围内变化、输出电流在20%～100%额定值的任一数值，充电电压在规定的调整范围内变化时，其稳流精度按以下公式计算：
式中δI——稳流精度；
IM——输出电流波动极限值；
IZ——输出电流整定值。

9、稳压精度交流输入电压在额定电压±10%范围内变化，负荷电流在0～100%额定值变化时，直流输出电压在调整范围内的任一数值时其稳压精度按以下公式计算：
式中δU——稳压精度；
UM——输出电压波动极限值；
UZ——输出电压整定值。

●理论依据：
高频开关电源工作原理：
交流电源接入整流模块，经滤波及三相全波整流器后变成直流，再接入高频逆变回路，将直流转换为高频交流，最后经高频变压器、整流桥、滤波器后输出平稳直流。

高频开关电源内部应用了软开关技术和无源功率因数校正（PFC）技术，开机浪涌基本消除，功率因数大幅提高。

高频开关电源系统正常运行时，充电机的输出与蓄电池组并联运行，给经常性负荷供电，同时对蓄电池进行浮充电，以补充蓄电池的自放电。

当交流电源输入中断后，由蓄电池组给负荷供电，以保证对负荷连续不间断供电，当交流电源恢复正常后，系统自动对蓄电池进行均充电，对蓄电池大量放电后进行电能的快速补充，确保直流系统的稳定运行。

●高频开关直流电源系统的组成及功能：充电模块、直流馈电、配电监控、
监控模块、绝缘监测仪、电池监测仪、交流配电单元、电压调节单元、
蓄电池。

1、充电模块：完成AC/DC变换，实现系统最为基本的功能；
2、交流配电将交流电源引入分配给各个充电模块，扩展功能为实现两路交流输入的自动切换。

3、直流馈电：将直流输出电源分配到每一路输出。

4、配电监控
将系统的交流、直流中的各种模拟量、开关量信号采集并处理，同时提供声光告警。

5、监控模块
进行系统管理，主要为电池管理和实现后台远程监控。

6、绝缘监测仪
实现系统母线和支路的绝缘状况监测，产生告警信号并上报数据到监控模块，在监控模块上显示故障详细情况。

必须和监控模块配套使用。

7、电池监测仪：支持单体电池电压监测和告警。

与监控模块配套使用。

创新点：
1、采用开关电源特有的模块化设计，N 1热备份。

2、具有输出电压和电流平滑调节的功能；
3、充电模块智能控制；
4、充电模块硬件低差自主均流，保证系统的可靠运行；
5、分散多级监控系统，实现监控系统的简单可靠；
6、方便接入自动化系统，实施“四遥”及无人值守。