一体化电源技术方案及意义

电力用直流和交流一体化不间断电源技术方案
一、概述
目前变电站一般配置三套各自独立的操作电源系统，即直流操作电源(DC)、通信电源、交流不间断电源(UPS)，每套电源系统单独配置蓄电池室、蓄电池组和监控管理系统。

为控制、信号、保护、自动装置以及某些执行机构等供电的直流电源系统，通常称为直流操作电源。

为微机、载波、消防等设备供电的交流电源系统，通常称为交流操作电源；为交换机、远动等通信设备供电的直流电源系统，则称为通信电源。

1.1 变电站操作电源系统现状分析
1.1.1直流操作电源(DC)
直流操作电源是在站用交流电源正常和事故状态下都能保持可靠供电给变电站内所有控制、保护、自动装置等控制负荷和各类直流电动机、断路器合闸机构等动力负荷的电源。

直流操作电源系统电压一般选择220 V或110 V，采用不接地方式。

对220 kV及以上变电站均装设2组蓄电池及2套充电装置，构成两电两充方式，采用单母线分段接线，2段母线之间设联络电器，2组蓄电池及2套充电装置分别接于不同母线段。

从90年代开始智能高频开关电源技术的成熟，实现了模块化和并联热备份运行，蓄电池组则采用免维护的阀控式铅酸蓄电池，采用分布式计算机及现场总线技术对直流电源系统进行集中监控，提高了充电模块的智能化管理水平及维护方便性，系统运行的可靠性和技术水平取得了质的飞跃，目前在变电站中已完全取代相控电源而广泛应用。

图1 智能高频开关直流电源典型系统结构图
1.1.2通信电源
通信电源提供给变电站内载波机、光端机等通信设备及保护复接设备电源。

系统电压为48V，采用正极接地方式。

220 kV及以上变电站按两电两充设计，采用单母线接线，两组蓄电池及2套充电装置分别接于不同母线段，2段母线之间不设联络电器。

1.1.3交流不间断电源 (UPS)
交流不间断电源在变电站中UPS主要是给不允许短时停电的计算机监控设备供电，可靠性及稳定性要求高，一般均采用一用一备串联运行方式，即正常时由主机供电，主机故障时，从机自动投入。

UPS正常由交流电源供电，当交流电源消失或整流器、逆变器等元件故障，则由自带的蓄电池向逆变器供电。

从90年代中期开始，大量应用在变电站中UPS，由于其内置的蓄电池组容量小且没有专业的维护措施，因此造成蓄电池容量不足或损坏而无法满足自动化的要求。

1.2独立的操作电源系统给客户带来了以下问题
1）无法综合优化资源，各自独立的操作电源系统重复配置蓄电池组，使一次投资增加。

2）分散布置的设备增加了日常运行维护工作。

3）各操作电源系统的供应商由于利益的差异使安装、服务等协调困难。

4）供电局各操作电源系统专业班组无法统一管理。

1.3新型解决方案
针对以上问题，我司设计完成新型直流和交流一体化不间断电源系统，并解决了一体化不间断电源共用蓄电池带来的隔离、DC/DC馈线短路脱扣、统一信息管理等技术难题。

一、一体化不间断电源的实施方案
直流电源、电力用交流(UPS)和电力用逆变电源(INV)、通信用直流变换电源(DC／DC)等装置组合为一体，共享直流电源的蓄电池组，并统一监控的成套设备。

根据变电站存在的电源类型及其特点，考虑目前运行管理体制的差别，我司一体化不间断电源可按以下2种类型进行接线设计。

2.1 DC—UPS一体化电源。

统一由直流操作电源供电，除提供直流操作电源DC外，还提供交流不间断电源UPS。

主要由直流操作电源、电力专用UPS或逆变、集中监控等部分组成。

UPS不配置独立蓄电池组，与直流电源共用蓄电池组，UPS装置作为直流系统的负荷之一。

电力专用逆变器直流输入取自站内直流控制电源系统的蓄电池组，并且实现了直流与交流输入和输出的电气隔离，以及高精度的稳压稳频逆变输出，是真正意义上的干净电源。

图2 电力专用逆变电源INV典型系统结构图
图3 电力专用UPS电源典型系统结构图
从系统结构图中我们可以看出，电力专用UPS与逆变电源INV的区别仅仅是在逆变电源的基础上增加了整流器，正常运行为在线模式，即交流输入经整流器变为直流电后再经逆变器变为标准的正弦波输出，电网停电时无间断地切换至直流控制电源供电，适用于对电源质量要求较高的微机监控设备。

另外在可靠性要求更高的变电站中，可采用1+1双机热备份或者N+1多机热备份方式供电。

电力专用逆变电源INV主要用于后备模式运行，即交流输入正常时经旁路输出，电网停电时无间断地切换至直流控制电源逆变输出，适用于对电源质量要求不高的交流负荷，如事故照明。

电力专用逆变电源虽然可以运行在在线模式，但要增加直流控制电源系统的经常负荷电流和充电装置的选择容量，显然是不合理的选择。

DC—UPS一体化电源装置设计理念能较好地符合当前变电站的管理体制和运行习惯。

2.2 DC—UPS—DC／DC一体化电源。

该接线设计同时取消了UPS系统、通信电源系统的蓄电池，共用直流操作电源DC的蓄电池组。

统一由直流操作电源供电，除提供直流操作电源DC、交流不间断电源UPS，还提供通信用48 V电源。

在前述接线1的基础上，利用DC／DC电源变换装置代替原通信专业48 V蓄电池电源系统，将DC／DC装置作为直流系统的一个负荷考虑。

它同样是取消了配套的蓄电池组，从站内直流控制电源系统的蓄电池组取得直流电，经高频变换输出满足通信设备要求的48V控制电源。

DC-DC变换器不但实现了直流输入与输出的电气隔离，而且通过模块的并联冗余，可以获得很高的可靠性，绝缘及耐压也满足电力系统的特殊要求。

二、一体化不间断电源创造的客户价值和效益
一体化不间断电源与变电站传统独立操作电源相比，具有以下主要特点：(1)设备资产优化，提高工程投资经济性
一体化不间断电源减少了通信用蓄电池及UPS蓄电池，与加大直流操作电源蓄电池容量所增加的投资比，可节约一定资金。

减少了蓄电池组，也就是节省了使用空间。

一体化不间断电源仅用一组蓄电池，减少了长期维护费用。

(2)人力资源优化，减少日常维护工作量，减少人员配置
一体化不间断电源仅配置1套直流操作电源蓄电池，取消UPS电源、通信电源蓄电池组，减少了维护管理工作量。

蓄电池的日常维护由电气专业人员完。