智能变电站交直流一体化电源系统的研究与应用

冯国卿　张诗浩　张颖　周芷芹　诸葛文宝

摘要：伴随着我国科技水平的发展，智能技术被广泛应用在各个领域中。交直流电源智能化运行是通过整合交、直流电源实现的，为供电用电的一体化提供了解决方案，能有效地提高运行的稳定安全性，从而提高了变电站电源管理能力。而交直流一体化电源系统具有集成度高、管理简便等优势，可集中监控和管理多套电源系统，提高了多套站用电源系统蓄电池组的共享性，随着交直流一体化电源系统方案的广泛应用，其所存在的问题急需从根本上进行解决（包括标准化程度不高、各品牌间的兼容性差等）。为确保变电站的可靠运行，提出全模块化电源系统方案，以期提高维护效率并降低维护成本，为提高交直流一体化电源系统的标准化程度提供参考。

关键词：智能变电站;交直流一体化;电源系统;研究;应用

引言

变电站内部供电系统的稳定运行是供电可靠的前提。近年来，随着互联网与自动化技术的发展，数字化与智能化设备被大量的应用于变电站中，为提高电源管理的可靠性具有积极的意义。传统变电站电源系统由直流部分、交流部分、UPS、通信系统等构成。各个子系统的设计制造到现场的安装调试由不同的生产厂家对应负责，后期运行维护也由相应的专业人员负责检修。随着智能变电站系统的成熟发展，较多智能变电站在投运后逐步提出了交直流一体化电源设计。在智能变电站设计运行中，将传统变电站各个子系统实现统一化设计、统一化安装配置、统一化监测控制。采用直流变换器直接接入直流母线代替了通信蓄电池组，应用智能终端，合并单元等装置，采用庞大的交换机组。因此，改变传统变电站的不足，使智能变电站的电源更加可靠、合理。此外，技术更加先进，减少人力资源投入，实现自动化设计具有现代化的意义。

1智能变电站交直流一体化电源系统现状

常规变电站中分散设计电源系统逐渐被淘汰，新诞生的智能变电站交直流一体化电源系统得到了广泛应用，很大程度上方便了变电站的使用与管理。现下，有关智能变电站交直流一体化电源系统的研究包含：

（1）如何可靠且稳定的将智能站交流电源启动切换实现的问题;

（2）电力专用逆变电源产生能够影响负载设备的一些干扰，如被电气隔离的电源直流、交流输出与输入或动态瞬变、杂讯干扰等。同时，旁路控制逻辑维修中，任意运行状态下的不间断电源得以在维修旁路开关闭合下而连续供电且不会遭受影响的问题;

（3）交直流变换电源模块、高频开关电源自主稳流、均流及稳压方面，同时整机效率、电网冲击、浪涌彻底消除及抗干扰能力，开机软启动问题等;

（4）有关交直流一体化操作使用方面，仍然无法将无人化运行要求满足，仍需进一步提高可靠性，如设备绝缘故障、拒动或误动、漏气、漏油等对运行安全性构成严重影响的问题。

2变电站交直流一体化电源的优势

变电站交直流一体化电源的设计与传统的分散式电源系统相比其优势比较明显。站用交直流一体化电源系统的组成与传统的电源系统系统组成雷同，也包含了站用交流电源、直流电源、电力专用UPS、逆变电源、通信电源，但是在一体化设计中，将这些组成部分以统一化、集成化的设计方式组合在一起，实现能源内部系统的监控、调试，并且最为关键的就是能够实现设备之间的信息共享。从设计理念上分析，一体化的设计模式与传统的电源系统设计方式相比，具备较强的安全性，在逐步优化中具备网络化、一体化的特点。

交直流一体化电源系统实际应用中的优势如下：

（1）统一整合的站用电源系统能够实现站用电源子系统的故障监测和分析，保障电源能够实现网络化、智能化。这方面的功能能够解决传统站用电源系统中子系统分散管理的不兼容性，提升电源系统的智能化程度;

（2）交直流一体化电源系统中应用的技术更加成熟，设备自身不存在运行风险，如，在电源系统的一次、二次设备上其技术应用比较成熟，减少设备维修次数;

（3）电源系统的监测、管理、生产、安装、维修都属于流程化的工作，避免了子系统与子系统之间的重复性管理，降低电源子系统的经营成本。

3智能站用变直流一体化电源系统应用实践

3.1模块化设计

（1）全模块化电源系统，为提升电源系统的全模块化，进行模块化设计时需以电源系统各器件各项功能为依据，为实现功能的模块化并简化设备维护工作量，需整合比较集中的功能，模块化设计包括充电模块、馈线开关（直流、交流、逆变、通信）、交流进线电源、逆变电源模块、直流系统交流进线部分、DC/DC-48V模块、逆变器进线部分。通过设备标准化实现厂家的流水线生产作业，以简化系统设计并提高系统维护效率。

（2）馈线模块化，主要由输出接口及标准通信接口构成，该部分对各厂家、各型号开关规格参数主要通过集成设计技术的使用完成汇总过程（共用尺寸模块），适用各品牌开关的安装，采用软铜牌连接部分一次线，以确保开关与模块间灵活可靠的连接;使用PCB板走线作为二次电缆。在模块内部集成了电流传感器、电压及温度检测功能，实现对电流/压、温度等参数的实时采集过程，通过各模块的智能采集单元完成模拟量数据（由传感器采集）到数字信号的转换过程后再将其上传至总监控处理分析（根据RS485通讯协议），同时能够汇总电流、电压、温度、功率等数据，模块具有较高的通用性，便于生产和后期维护，为大数据计算提供支撑。

3.2站内照明、风机的智能控制设计

传统的站内电源系统在为站内照明设备提供电力支持时，需要依靠人力介入，根据值班人员的主观判断来控制照明的开启和关闭。这种方式过度依赖值班人员的主观性，且值班人员的工作质量无法保证、极易因为值班人员的工作懈怠造成大量的能源浪费，增加站内负荷。同时，由于视频监控设备对拍摄环境的要求。通常在夜间，照明设备保持持续工作状态，增大了不必要的资源浪费。为了减少这种情况的发生，增加能源和照明设备的有效利用率。本系统中增加了照明开关的智能控制模块，利用传感器、监控设备、控制器与开关之间的互联与通信，实现照明设备与监控设备的相互关联。并根据监控设备的监控环境与区域控制照明设备的开启。

同时与照明控制系统类似，该电源系统对风机与空调等设备设计了类似的智能控制系统，通过温度与湿度传感器采集环境温度与湿度，达到空调和风机的自动运行，并保留了人工操作方式。

结语

交直流电源智能化运行为供电用电的一体化提供了解决方案，有效提高了运行的稳定安全性，从而使变电站电源管理能力得以提高。而交直流一体化电源系统具有集成度高、管理简便等优势，可集中监控和管理多套电源系统，提高了多套站用电源系统蓄电池组的共享性，随着交直流一体化电源系统方案的广泛应用，其所存在的問题急需从根本上进行解决（包括标准化程度不高、各品牌间的兼容性差等）。为确保变电站的可靠运行，本文提出全模块化电源系统方案，实现标准化工业生产一体化单元的目标，即通过标准化设计，为提高一体化电源系统的共享程度提供有效途径，提高常用器件的备用效率以有效降低维护工作量。

参考文献

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