交直流一体化电源诊断与监测研究

李凯明

摘 要：随着我国电力产业的飞速发展，交直流一体化电源作为其重要组成部分，其安全性能与稳定性能直接关系到电力行业的发展。本文通过分析电源检测点的实时监测情况，并基于监测的基础之上设计相应的处理程序，通过对程序进行操作从而实现对交直流一体化电源的诊断和研究。

关键词：交直流；电源诊断；监测

中图分类号：TM755 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）04-0154-02

随着电力行业的迅速发展，人们对交直流一体化电源的稳定性和安全性的要求越来越高。电力系统作为安全用电的重要屏障，建立交直流一体化电源系统的诊断和监测机制是十分必要的，其对全方位研究电力系统有着十分重大的意义。

1 交直流一体化电源系统的设计原则

在进行交直流一体化电源系统的设计时，要遵循以下几方面的原则：全面性原则；可操作性原则；安全稳定性原则；可扩充性原则。其中全面性原则是指在已有的交直流一体化电源系统的诊断和检测水平之上，对变电站进行不断的创新，采用智能变电站技术从而达到对电源系统功能上的需求，而不是对电源系统进行简单的技术整合。采用创新技术的变电站不仅能够实现直流电源用交流的形式进行电源输入，而且还实现了电源在充电的情况下的监测技术和电源警报技术等。电力企业的工作涉及到多个部门进行多种类型业务的联合作业，因此建立交直流一体化的电源系统的监测和诊断有利于提高工作效率，降低生产成本，有效提高了系统的可操作性。系统的可操作性主要表现在以下几个方面：

第一点是实施便捷，在进行实际施工操作时所应用的采集单元都具有精度高、集成优的特点。这样的采集单元不仅符合电源系统对基础元件的安装要求，而且对正在使用的变电站也有良好的效果，它能够使其快速安装完畢；第二点是系统操作简单，对操作人员的专业技术水平要求较低。对于调试完毕后正常运行的电源系统，操作人员可以通过使用简单的对话界面实现对操作系统的控制；第三点是电源系统在工作过程中出现故障，不需要使电源系统停止工作，就可以实现对其快速更换修理，从而有效避免了因故障给电源系统带来的麻烦。

无论任何系统，其稳定性和安全性都是衡量一个系统性能的重要指标。不仅在设计电源线路时要充分考虑安全性因素，而且在选择电源输入方式时（直流放电法或交流输电法），都要充分考虑安全性因素。在选择各个元器件时，要严格把关，确保其安全性能符合要求。除此之外，系统的可扩充性也是十分重要的。在对系统监测和诊断进行设计时，要充分考虑电源系统的兼容性和可扩充性。在本文中，在进行设计时就预先留出了变电站的空间环境。

2 电源系统设计思路

本文主要从监测方面和故障诊断方面对电源系统进行设计。首先针对电源监测方面，本文从电流的输入状态出发，对交流电的输入情况、电源的运行情况、以及电池、母线和合闸母线的电压情况进行实时监控，一旦出现故障，立即发出警报，使得监控中心能够及时发现问题并对其进行相应的处理，从而有效避免电力事故的产生。

针对电源的故障诊断问题，本文采用远程监控蓄电池以及测试电池的电池组的容量，并对其进行电压的维修和管理对直流母线进行操控，对充电参数进行远程设置等。此外，将获取的电源运行数据记录保存起来，以方便远程主站对数据进行分析处理，从而为维护人员的监测和诊断提供数据依据，这样有利于维护人员对故障进行快速判断处理。此外，本文引入了远程遥控技术，实现对电源开关的分合控制，从而达到远程控制蓄电池操作的目的。

交直流一体电源系统的重要组成有：主站系统、终端设备和网络。其中主站系统是指服务中心或远程监控中心；终端设备是指蓄电池、开关、充电装置、监测单元等。网络是指基于IEEE802.1的以太网。

2.1 电源系统功能设计

在本文中，主站系统是应用C/S架构实现，可以在IE等浏览器中进行浏览，可以获取交直流一体化电源系统的各项数据，并将分析处理后的数据存储在MySQL数据库中。由于电源系统应用C/S结构实现，因此，可以通过本地的监控设备对电源系统进行监测，然后对监测结果进行分析、判断，最后进行保存，使得相关人员只需要在浏览器中进行简单的操作就可以掌握变电站的基本情况，工作人员只需要通过服务器进行简单处理后，其余的工作完全可以交给客户端与当地监测部门完成就可。这样的好处一是降低了对服务器内容的要求，而是各个电力站点之间既可以独立操作又可以协同作业，有效提高了电力工作人员的工作效率。此外，当主站点出现问题时，也不至于各个子站点工作瘫痪，子站点对主站点的依赖性降低，对其内存要求也不是很高，因此在安装主站点时，并不需要考虑因为负载站点的增多而给主站点造成的影响。主站系统在进行数据显示时，要求其能够以菜单的形式或者列表的形式来显示变电站的地理位置，并区分各个子站点对交直流一体化的监测数据，其采用的方式可以是对蓄电池进行编号或者对充电机进行区域编号等，从而更加方便操作人员的操作和理解。

2.2 电源开关设计

作为电源系统的重要构成部分，开关电源是交直流一体化监测与诊断的重要对象。然而，对开关电源常规的诊断和监测还是以监测开关电源的交流输入电压和直流输出电压为主。首先，对电源开关进行远程监控，实现对监控电源的通讯。通过分析电源开关运行情况的数据来实现对电源开关的远程监测。其次，通过远程控制的方式才控制电源开关的负载量以及电池的符冲转化情况，以及相应参数的设置。最后，实现对充电装置的远程操作，使其能够高精度、高稳定性的开展各项工作。

2.3 对电池组的设计

在当前的交直流一体化电源系统中，一旦系统中出现故障并发出警报声时，工作人员很难立刻判定出现问题的电池的具体位置以及导致问题发生的原因是什么。这是因为单体电源在进行数据上传时，只上传了与电压及温度相关的数据，而且这些数据并没有被传送到数据监控中心，因此数据监控中心及时接收到故障警报信号也无法立即做出有效判断并采取行之有效的解决措施。此外，针对蓄电池组的真实情况，还需要采取有效措施进行判断。一种方式是测试蓄电池组的内在电阻大小。一种是测量蓄电池的放电大小。在应用第二种方式测量蓄电池组的实际状况时，需要有专业人员进行操作，由于蓄电池的维护工作量相对比较庞大，且变电站的数目又比较多，因此采用这种方式消费成本比较高，因此很少使用这种方式。

3 电源诊断与监测的关键技术

3.1 蓄电池高精度测试技术

对于每个蓄电池来说，其都存在内阻，而且其内阻的大小与蓄电池的类型有关，不同种类的蓄电池，其内阻值是各不相同的。即使是同一厂家生产的蓄电池，由于其工艺、材料不同，其内阻值也存在差异。通常情况下，蓄电池的内阻值比较小，我们用毫欧来说明蓄电池内阻的大小。

从电工的角度出发，我们将电池和内阻作为两个独立的个体分别进行考虑，将其看作是一个内阻不存在的电池串与一个电阻值很小的电阻串联在一起。在这种情况下，如果蓄电池的外接负载个数比较少时，那么分配给这个小电阻的电压值就比较小，反之，如果外接负载数表较多且其电阻值要远远大于小电阻的阻值时，那么分配给这个小电阻的电压值就相对较高，根据焦耳定律可知，电压越大，这个小电阻消耗的功率就越多。因此，可充电的蓄电池在其出厂时，通常其电阻值被设置的非常小，但是随着时间的积累，电池内部的电解液不断被消耗，导致电池内部的各种物质活性减慢，直接造成内部电阻值的增大，直到使其无法在释放一丝电源为止，这也就是电池老化的过程。

我们从技术的层面进行分析可以发现，电池的电阻通常可以被划分为两种情况：充电情况下的电池内阻和放电情况下的电池内阻。（1）充电情况下的电池内阻是指在电池充足的情况下的电阻值阻。（2）放电情况下的电池内阻是指电池放电完全后所测得的电池电阻的电阻值。测量蓄电池内部电阻的方法，包括密度法、开路电压法、直流放电法；交流压降内阻测量方法，这种测量方法的优点在于该方法几乎适用于所有的电池，即使是电池的电压容量比较小的情况下，同样可以采用这种方法进行测量。笔记本内电池的内阻测量一般就是使用这种方法实现的。

3.2 蓄电池电压均衡技术

电池的寿命和电池的质量都是影响蓄电池负载均衡的因素，通常用电池的使用时间和循环次数作为衡量电池寿命的标准。随着科技的不断进步，蓄电池的工艺越来越成熟，电池的质量也越来越有保障，当然也并非全部都没有质量问题。在生产电池的整个流程中，任何一个环节出现错误都会造成电池的质量出现问题。这种情况属于先天因素造成电池质量不合格，在本文中，并不考虑这种情况。

本文主要考虑温度、循环充放电次数过多给电池的质量造成的影响。通常情况下，20摄氏度到25摄氏度是最适宜的温度，最有利于保证电池的质量。一定不要超出55摄氏度，否则后果比较严重。这就要求蓄电池的最佳使用情况是低于45摄氏度，否则应立即停止对蓄电池的充放电操作，以免发生危险。

交流充放电的循环频率过高也就意味着蓄电池经常处于一种深度的充放电状态，甚至可能充电尚未完成就对其进行放电操作，这样将严重影响电池的寿命。当蓄电池组经常深度放电或严重过放电，尽管电池组输出电压还未到终止电压但其中个别容量较小的电池可能到终止电压以下（电源本身一般都没有针对单体过放保护），严重的过放电会产生绝缘态硫酸铅结晶并吸附到极板表面，将导致电池内阻增大、充放电性能下降、容量下降、寿命缩短，从而严重影响到蓄电池组的性能，除去上述过度放电原因，从放电深度和充放电循环次数表中也可以看出放电深度越深其寿命就越短。

4 结语

总而言之，交直流电一体化有利于促进电力行业的快速发展，因此实现电源的监测与诊断技术是十分重要的。本文对电源系统所需使用的电子器件、产品进行深入研究，从而实现了对电源系统的监测与诊断技术。通过电源的监测与诊断技术实现了对电源功能的扩展，使其能够创造很好的经济效益。

参考文献

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