交直流一体化电源系统优化设计游重清

交直流一体化电源系统优化设计游重清

游重清

（国网太原供电公司山西太原030009）

摘要：随着智能变电站的发展，作为重要组成部分的交直流一体化电源系统的性能备受关注。一体化的电源系统能够有效地实现网络通信、监控、系统联动等一体化的运作。为了更加深入地了解智能变电站系统，文中介绍了交直流一体化电源系统的发展趋势和现状，对比一体化电源与传统电源之间的差别，重点研究了变电站交直流一体化电源系统的设计方案，探讨了如何进行交直流一体化电源系统优化设计。

关键词：交直流一体化；电源系统；优化设计

引言

智能化、无人值守变电站凭借着其良好的安全性、管理工作的高效性、自动化程度的高水平等等，对全面提高我国电源系统整体的质量与水平发挥着重要的作用，使应用交直流一体化电源系统的方式得到普及与发展。

1交直流一体化电源系统的发展趋势和现状

1.1交直流一体化电源系统的发展趋势

电源技术的发展历经了磁放式、相控式、高频式三个发展阶段，其中高频开关电源发展至今，其技术应用比较成熟，从电源的功能性角度分析能够满足变电站站用电源要求。随着电源技术的逐渐优化，如今的变电站站用电源可以分为直流电源、交流电源系统、ＵＰＳ、通信电源系统等。这些电源系统的安装、调试都需要不同的专业人员进行管理，导致变电站站用电源运行的自动化程度不高。并且电源的经济性比较差，导致系统进行安装、维修协调环节中比价困难。基于变电站电源的现状，国家电网系统研发出交直流一体化电源系统，该系统能够将电网中分散化管理的电源系统进行统一化的管理。

1.2交直流一体化电源系统应用现状

站用电源为变电站全站交、直流负荷提供电源。目前，一般220kV变电站站用电源主要包括四个部分，即：站用交流电源、站用直流电源、站用不间断电源和通信电源。由于传统站用电源配置分散、管理分散的特点，存在如下缺点：缺乏有效监控，智能化水平低，无人值班站的监控盲点；运行维护不便，难以实现系统性管理；交直流系统无协调联动，难以实现最佳运行方式；经济性较差，二次接线较多，跨屏二次电缆较多。常规站用电源系统的馈线回路采用微型断路器或固定式塑壳断路器，在对馈线开关进行维护前，需将整个系统下电才能安全的进行更换维护。馈线部分二次电缆过多，使站用电源难以实现预制化生产、系统的维护也较难。

2交直流一体化电源系统应用特点

2.1通过科学地应用直流电源系统、交流电源系统、UPS电源系统、通信电源系统、科学的一体化设计方案，可以对于智能化、无人值守变电站的情况进行一体化配置与一体化监控。应用一体化监控系统不仅可以有效地对变电站内的具体情况进行科学的分析与监视，而且可以应用其监控模块对各个电源的子系统进行科学化分析，有利于站内电源的信息共享，使为建立数字化的电源软件平台打下一个良好的基础。

2.2智能化与模块化的应用模式可以使智能化、无人值守变电站电源功能分散化，建立起有效的智能电源硬件平台应用模式，不需要模块进行二次接线，不需要进行跨屏二次电缆的建设。

2.3一体化监控单元展示智能化、无人值守变电站的运行情况以及有关的数据信息，并且可以显示在远方控制中心，最终使得智能化、无人值守变电站发展成为开放性的整体系统。

3交直流一体化电源系统优化设计方案

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。交流进线模块集电源智能监控单元、进线开关、ATS开关、电流互感器、智能电路于一体；交流馈线模块集开关、电流传感器、智能电路于一体。

3.2直流系统

直流操控电源在一体化电源系统中的作用比较关键，无论站用交流电源是正常运行还是存在事故问题，其都能够为系统提供比较可靠的电力供应，并且还能够为变电站内部的所有控制单元提供电源。直流操控电源的内部组成与站用交流电源组成不同，其主要包含了直流配电单元、蓄电池组、母线调压装置、高频整流模块、绝缘监测装置、电池巡检装置和直流电源监控装置等模块。在直流操控电源的配置方面主要分为三种配置模式：

3.2.1一组充电装置＋一组蓄电池＋单母线接线模式，这样的模式比较适用于３5ｋＶ以下的变电站；

3.2.2一组充电装置＋一组蓄电池＋单母线分段接线模式，这种模式比较适用于１１0ｋＶ变电站；

3.2.3两组充电装置＋两组蓄电池＋两段单母线接线模式，这样的模式比较适用于１１0ｋＶ和220ｋＶ及以上的变电站。

交直流一体化电源系统对直流操控电源的应用提出了较高的要求。具体要求如下：其一，在直流操控电源选择环节中，除了对于负荷的考虑，还需要进行ＵＰＳ和ＩＮＶ以及ＤＣ－ＤＣ负荷容量的具体计算；其二，通信ＤＣ－ＤＣ主要由直流母线供应，因此ＤＣ－ＤＣ的直流容量应该注重叠加到直流操作电源系统的运行负荷中，以满足一体化电源系统的实际需求。

3.3一体化电源模块化组屏方案

直流电源是一体化电源系统的组成部分，本工程一体化电源系统包括：并联智能电池组件馈线柜，交流站用电源、UPS、事故照明逆变电源柜、通信电源，配置统一的交直流一体化监控系统。交直流一体化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，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、直流系统、UPS等各子系统分别设置监控器，负责本模块的控制和信息采集。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规约与变电站自动化系统通信，满足无人值守变电站的要求。

本站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：

3.3.1并联智能电池组件柜每6面组一个模块，共两个模块。

3.3.2一次交流电源柜，组一个模块。

3.3.3UPS柜、事故照明逆变电源柜、直流电源柜组一个模块。

4结语

交直流一体化电源系统在变电站中的应用，在很短的时间内就取得了比较好的效果。目前的变电站交流一体化电源系统主要采用分布式的架构，能够将站用交流电源、直流操控电源、交流不间断电源、通信电源、配电单元等部分进行一体化的配置。对交直流电源系统优化设计问题进行分析与研究，有利于提高变电站电源系统应用质量与水平，使其发挥更大的作用，有利于我国智能电网的建设与发展。

参考文献

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