智能一体化电源系统概述

核心提示：中华人民共和国电力行业标准《电力用直流和交流一体化不间断电源设备》DL/ T 1074 —2007第3.1项定义：一体化电源设备integrated power supply equipm ent将直流电源、电力用交流不间断电源（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。该组合方式是以直流电源为核心，直流电源与上述任意一种电源及一种以上电源所构成的组合体，均称为一体化电源设备。文章就一体化电源做简单分析。

1 概述

一体化电源系统是替代传统分立电源（操作电源、通信电源、UPS电源、低压配电屏、事故照明屏）才出现的，主要应用在发电、配电、用电等领域，为所有电力自动化系统、通讯系统、远方执行系统、高压断路器分合闸、继电保护、自动装置、信号装置等提供交/直流不间断电源。与传统的分立电源不同，一体化电源不但直接为变电站设备综合提供各类电源，而且，由于集中监控的启用，大大提升了设备的互操作性。

2 系统结构

智能一体化电源系统是为全站交直流设备提供可靠的工作电源，所以其输出包括380V /220V交流电源、220V/110V直流电源、48V通信用直流电源。智能一体化电源系统包括了ATS、充电单元、逆变电源、通信电源、蓄电池组及各类监控管理模块。其中通信电源不单独设置48V蓄电池及充电装置，而是使用DC/DC电源模块直接挂接于直流母线。同样地，逆变电源也是挂接于直流母线，为重要交流负荷（如计算机监控设备、事故照明等）供电。

智能一体化电源系统典型应用如图1所示。

智能一体化电源系统的监控系统架构，共分为站控层、间隔层和过程层三层扁平并联式架构（见图2）。

3 系统功能

系统最重要的功能就是给用电设备供电，为了保证电源的可靠、稳定，各组件基本功能有以下几种。

3.1 智能一体化监控功能

人机界面功能：监控主界面采用图形化显示，直观显示系统结构以及主要监测数据。直观显示交流系统、直流系统、UPS系统、通信系统数据，触摸对应模块进入详细信息查询页面。右上角设置有系统快捷菜单，点击可进入相应界面。

报警功能：可以对系统检测的任何参量做报警处理，并及时反应系统的报警信息：警报部件名称、报警内容和报警时间。

历史记录功能：变化数据自动存储，可显示历史警报记录：报警部件名称、报警内容、报警时间和结束时间。

运行记录功能：可显示交流系统、直流系统、通信系统、UPS系统、蓄电池组、绝缘状态的工作情况。

逻辑处理功能：如直流绝缘告警，当只有支路漏电流过限报警，而母线绝缘电阻无告警，可自动进行逻辑判断为支路漏电流过限为误报警。

程序化联动控制功能：将任务进行编程并固化在一体化监控模块中，一旦程序被激活即可进行相应程序化联动控制。

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。

二次配电管理：对二次配电进行统一管理，如照明、风机、空调、水泵、门禁等站用非主控设备进行统一智能化管理。

3.2 交流电源系统

系统输出：380/220VAC给交流设备供电。

双电源闭锁切换功能：采用ATS自动转换开关，带机械电气双闭锁功能，同时一体化电源智能控制模块还带有电气闭锁装置，确保任何情况下，两路电源不至于发生碰撞。

（1）正常运行方式

方式1：＃1进线电源为主供电源，#2进线电源为热备用电源。

方式2：＃2进线电源为主供电源，#1进线电源为热备用电源。

安全自投功能：保证主供电源无电压，且热备用电源电压正常时才能投入热备用电源。自动投入装置延时动作（延时时间可整定，整定范围：0.5～30s），并且自动动作一次。当交流工作母线故障时或手动断开工作电源时自动投入装置均不动作。主供电源恢复供电后，发预告信号。自动投入装置动作后发预告信号。

自恢复功能：主供电源消失后又恢复，系统自动恢复主供电源供电。

母联备自投功能：常采用的两进线一联络的进线模式，通过进线监控单元控制备自投闭锁切换。

两路进线电压正常时，母线联络断路器断开，当有一路进线失压时，母联断路器在该断路器断开后闭合，另一路进线便给两段母线供电。该进线电压恢复后，对应断路器在母联断路器断开后重新闭合。

自锁功能：一旦出现故障，三个断路器处于非有效状态，则进线监控单元就会自锁，跳出备自投模式，防止故障的扩大。

（2）进线监控单元

测量功能：可测量两路进线的电压、母线电压电流、输入断路器状态、母线联络状态、ATS状态、防雷状态等。

采集电能表信息：可连接三相电能表，采集母线输入功率、功率因数、频率、各种电能量等。

工作模式切换：支持6种工作模式，自动或手动控制ATS操作。

（3）馈线检测单元

辅助报警检测：对馈出支路的开关状态和报警状态进行检测并实时在监控中显示。

3.3 直流电源系统

系统输出：220VDC，给直流设备供电。

（1）直流电源子监控

信息采集功能：能实时采集电压、电流、故障等遥测、遥信量。

充电控制功能：能根据蓄电池充电曲线控制充电模块输出，进行均充、浮充自动转换，定期均充电；并具备放电功能。能根据设定产生过压、过流、低压等告警信号对蓄电池的过充电、过放电自动保护。

故障报警功能：自动巡检、故障自动显示、报警，具备蜂鸣器报警功能。

交流断电时自动控制向母线供电，确保继电保护、自动装置、高压开关均有控制和操作电源；来电时自动控制投入充电。

通信功能：跟一体化主监控通过CAN网络实现双向通信，实时传输数据。

（2）充电模块

防雷功能：充电模块交流进线回路配置可靠的C级防雷装置（安装在电源侧）。

绝缘保护功能：充电模块交流进线回路配置高度的电气绝缘防护措施，确保系统和人身安全。

短路保护功能：即使模块输出长期处于短路状态也不致损坏。

并联保护电路：绝对保证故障模块自动退出系统，而不影响其它模块正常工作。

保护及告警功能：包括输入过/欠压、输出过/欠压、过温、过流等。

LED显示：可查询模块的电压、电流、地址及故障信息。

充电限流功能：模块具有充电限流功能，延长电池寿命。

并机均流功能：模块通过硬件实现并机均流。

（3）直流监控单元

测量功能：可测量电池电压电流、控母电压电流、合母电压、环境温度等。

故障输出功能：通过8个开关量信号可以满足直流故障告警需求。

交流窜直流检测：具有交流窜直流的检测和报警功能。

直流窜直流检测：具有全国领先的两段直流母线互窜的检测和报警功能，并能精确计算出互窜电阻。

（4）馈线检测单元

辅助报警检测：对馈出支路的开关状态和报警状态进行检测并实时在监控中显示。

绝缘检测：对母线和馈出支路的对地绝缘情况进行监测，产生告警信号，上报数据到监控模块系统，在监控模块中显示正、负极母线对地的电压值和绝缘电阻值。

电池巡检单元：

电压检测：电池监测模块能在线测量每个单体电池的工作电压，判断性能是否正常。

温度测量：配备有温度测量接口，只需外接温度传感器，便可将电池的环境温度上传。

降压装置：系统提供合闸馈出和控制馈出两种电压输出。正常工作时，充电模块对系统的均/浮充电压通常会高于控制母线允许的波动电压范围，所以采用多级硅链调压装置串联在合闸母线与控制母线之间，使调压装置的输出电压满足控制母线的要求。

3.4 通信电源系统

系统输出：48VDC，给通信设备供电。