交直流一体化电源系统优化设计

交直流一体化电源系统优化设计

发表时间：2016-11-10T11:09:47.777Z 来源：《电力设备》2016年第16期作者：郭磊

[导读] 全寿命周期运营成本与现有串联式阀控式铅酸蓄电池直流电源系统持平，待积累一定运行经验后，且厂家生产成本降低时，可进行推广应用。

（国网河南尉氏县供电公司河南开封 475500）

摘要：交直流一体化电源系统已在各电压等级变电站逐步普及。所谓交直流一体化电源系统，即将变电站的站用交流电源系统、直流电源系统、UPS电源系统、通信电源系统一体化设计、一体化配置、一体化监控；采用一体化监控模块将站用电源各子系统通信网络化，实现站用电源信息共享，建立数字化电源软件平台；通过将站用电源所有开关智能模块化，集中功能分散化，实现模块外无二次接线，无跨屏二次电缆，建立智能化电源硬件平台；其运行工况和信息数据能通过一体化监控单元展示并转换为标准模型数据，通过以太网接口采用IEC61850规约接入站内智能监控系统，并上传至远方控制中心，使站用电源系统成为整体的开放式系统。

关键词：交直流；一体化电源；优化

1.交直流一体化电源系统构成

变电站交直流一体化电源系统应能够为全站交直流设备提供安全、可靠的工作电源，包括AC380V/220V交流电源、DC220V或DC110V直流电源和DC48V通信用直流电源。一体化电源系统主要由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组成。通信电源不单独设置蓄电池及充电装置，使用DC/DC电源模块直接挂于直流母线。逆变电源直接挂于直流母线对重要负荷（如计算机监控设备、事故照明等）供电。一体化电源系统采用分层分布架构，各功能测控模块采用一体化设计、一体化配置，各功能测控模块运行工况和信息数据应采用DL/T860（IEC61850）标准建模并接入信息一体化平台。实行一体化电源系统各子单元分散测控和集中管理，实现对系统运行状态信息的实时监测。

2.交直流一体化电源系统的基本特点

交直流一体化电源系统采用分层分布式组织结构，各组件的测控模块采用一体化设计、一体化配置；各组件的运行工况和信息数据能够通过一体化监控模块进行现场显示，并以标准的IEC61850格式接入当地综合自动化系统，并且能够上传至调度控制中心，实现交直流一体化电源系统运行状态信息的实时监测。与传统的站用电源方案相比，交直流一体化电源方案在结构上有以下几个明显的特点：（1）将直流电源及交流不间断电源（UPS）的蓄电池合并为1组蓄电池。

（2）取消了通信电源的蓄电池，使用直流变换电源（DC/DC）直接从直流母线上为通信设备供电。

（3）取消了各组件独立的防雷保护装置，从整体上统一进行防雷配置。

（4）任意组件故障都不影响整个电源系统运行。

（5）各组件的测控模块统一接入一体化监控主机，一体化监控主机再通过“1个接口、1个规约”接入当地综合自动化系统。

3.交直流一体化电源系统方案

3.1交流系统

变电站站用交流电源系统根据变电站无人值班要求，采用双电源智能化自动切换开关（ATS）实现对交流电源进线的监测和控制。ATS 开关不仅两路交流电源进线开关分合实现电气闭锁，而且还实现机械闭锁，这从根本上保证了电源的安全可靠切换，并且站用变备自投保护装置可取消。两路交流电源通过ATS开关进行切换，并可通过变电站监控系统或集控中心实现远程切换，这对变电站进行倒闸操作、事故处理等工作时显得尤为方便，可大大提高交流电源进线的可靠性，从而保证整个站用电一体化电源系统的可靠性。

3.2直流系统

由于磷酸铁锂电池成本较高，约为阀控式铅酸蓄电池组价格的3.5倍以上，投资较高，不宜大量采用。本方案采用并联智能电池组件+阀控式铅酸蓄电池进行直流电源设计。并联电池组件根据全站负荷进行统计计算，集中布置在二次设备室。通信直流电源系统采用两套独立的DC/DC直流变换设备，从220V直流系统隔离变换成48V后为通信负荷提供工作电源。DC/DC装置容量（3×20）A/48V。二次设备室内交流不停电电源系统（UPS），采用模块化结构，双主机冗余配置，容量8kVA，满负荷放电时间2h。除满足全站计算机监控系统后台、打印机及关口表设备的供电要求外，还作为火灾报警、电量计费等装置的交流不停电电源。

3.3监控系统

交直流一体化电源的监控系统监控范围为交直流系统的电压、电流、功率等电量数据，以及开关遥信状态，甚至能实现远方遥控操作，系统具备报警、历史记录等功能。监控系统采用分层通信模式，交流系统、直流系统、通信系统、UPS等各子系统分别设置监控器，负责子系统的控制和信息采集。总监控器与各子系统监控器进行通信，实现对整个一体化电源系统的监测与管理，并通过IEC61850规约与变电站综合自动化系统通信，交直流电源设备告警信息能上传至远方控制中心，满足无人值守变电站的要求。

3.4组屏方案

交直流一体化电源系统的组屏包括：交流电源屏、交流配电屏、直流配电屏、UPS屏、通信电源屏、蓄电池屏等，配置统一的交直流一体化电源监控系统。二次设备室内屏柜采用模块化布置方案，将多个屏柜通过底座组成一个模块，通过侧壁开孔在厂家完成柜间接线，整体运输，整体吊装，有效缩短施工工期。一体化电源部分模块如下配置：

（1）蓄电池屏，组1个模块；

（2）交流电源屏、交流配电屏，组1个模块；

（3）直流配电屏、UPS屏、通信电源屏，组1个模块。

结束语：

基于并联智能电池组件的直流电源可靠性高，配置灵活，可实现在线核容，减少维护工作量，节约一定的电缆及建筑费用，电池寿命中后期可实现在线更换故障单体电池，且可以新旧电池混用，节能环保，全寿命周期运营成本与现有串联式阀控式铅酸蓄电池直流电源系统持平，待积累一定运行经验后，且厂家生产成本降低时，可进行推广应用。

参考文献：

[1]黄祖成，马力，周贤培.配网20kV变电站交直流一体化电源的应用与研究[J].电源技术，2015，12：2750-2752.