Design and realization of Integrated On-line DC Power Management System Yang Yunguo1 Gong Li1 Huang Hu2 (1. College of Electrical Engineering, Chongqing University, Chongqing 400044, China; 2. Nan'an Power Supply Bureau, Chongqing 400060, China) ABSTRACT: This paper discusses the idea of Integrated On-line DC Power Management System and presents the system basic structure, also with the functions and technology index. The DC power system plays an important role in the power stations and substations. So, the Integrated On-line DC Power Management System will have some practical merits. KEYWORDS: DC power; Integrated On-line Management System; rectifier 發(fā)電廠和變電站進(jìn)行操作控制所用電源系統(tǒng)基本相同。因此本文僅以變電站操作電源系統(tǒng)為研究對(duì)象。 2. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與組成 變電站直流電源系統(tǒng)的原理框圖如圖1示:
如圖2所示,直流電源在線綜合管理系統(tǒng)由本地監(jiān)控系統(tǒng),傳輸電路和遠(yuǎn)方控制中心組成。本地監(jiān)控系統(tǒng)以上位主機(jī)系統(tǒng)為核心,配備整流充電管理、蓄電池巡檢等模塊,是實(shí)現(xiàn)管理系統(tǒng)的必配設(shè)備。其主要功能是采集信息并接受遠(yuǎn)端的控制信號(hào)。各本地監(jiān)控系統(tǒng)與控制中心通過(guò)局域網(wǎng)連接,控制中心可以監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)工作是否正常,有無(wú)異常,亦可主動(dòng)查詢觀察現(xiàn)場(chǎng)工作狀況。
3. 系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 3.1系統(tǒng)的就地配置 由圖1知,變電站的直流電源系統(tǒng)由整流充電裝置和蓄電池組構(gòu)成,相對(duì)應(yīng)的變電站直流電源綜合管理系統(tǒng)包含整流單元管理模塊和蓄電池管理模塊。為了實(shí)現(xiàn)變電站直流系統(tǒng)的“四遙”功能,還配備了遠(yuǎn)程通訊接口。變電站直流電源管理系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。下面主要介紹整流充電模塊和蓄電池巡檢模塊。
3.1.1整流充電管理模塊設(shè)計(jì) 變電站直流系統(tǒng)中整流充電裝置采用多個(gè)高頻開關(guān)電源模塊并聯(lián)組成,N+1冗余備份形式。整流充電管理模塊的工作原理如圖4所示。 交流輸入的電壓由電源管理系統(tǒng)的檢測(cè)控制電路監(jiān)視,并實(shí)現(xiàn)輸入過(guò)壓、欠壓缺相保護(hù)功能及軟啟動(dòng)的控制。EMI(電磁干擾)濾波器對(duì)交流輸入作凈化處理,濾除高頻干擾,吸收瞬態(tài)沖擊,并抑制整流器高頻交換對(duì)交流電網(wǎng)的反向干擾污染。三相交流經(jīng)全橋整流,濾波后變成直流,直流經(jīng)高頻逆變?yōu)楦哳l交流,高頻交流又經(jīng)高頻變壓器隔離,再經(jīng)高頻整流、濾波轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的直流輸出。PWM(Pulse Width Modulation)脈寬調(diào)制技術(shù)可實(shí)現(xiàn)輸出電壓、電流的控制和調(diào)節(jié),確保電源的穩(wěn)定及可調(diào)性。電源管理系統(tǒng)的故障保護(hù)能在輸出短路、過(guò)壓、欠壓及模塊內(nèi)部過(guò)溫時(shí),提供各種保護(hù)功能。電源管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)整流充電模塊工作參數(shù)的數(shù)據(jù)采集、顯示、設(shè)置,工作狀態(tài)的控制及蓄電池的充放電管理,滿足蓄電池對(duì)不同充電曲線的要求。通過(guò)通訊口,模塊與模塊、模塊與系統(tǒng)主機(jī)之間能進(jìn)行無(wú)主式雙向通訊,模塊能接受系統(tǒng)電壓、電流及保護(hù)域值的設(shè)置信息,也能向系統(tǒng)傳送本模塊的工作參數(shù)和狀態(tài)信息,實(shí)現(xiàn)高頻整流充電模塊的數(shù)字化和智能化。 3.1.2蓄電池巡檢模塊設(shè)計(jì) 蓄電池巡檢模塊是直流電源綜合管理系統(tǒng)的主要模塊之一,可同時(shí)檢測(cè)多組蓄電池,具有以下功能: 1) 實(shí)時(shí)測(cè)量,記錄蓄電池組的總電壓、總電流、各單電池電壓及溫度。 2) 當(dāng)電池電壓差大于整定值時(shí),發(fā)出均衡充電信號(hào)。 3) 當(dāng)蓄電池組電壓及溫度異常時(shí),將發(fā)出告警信號(hào)。 4) 自動(dòng)計(jì)算電池剩余容量。 5) 可列出電壓、電流、溫度的特性曲線及電壓特性比較圖,并由此判斷蓄電池的優(yōu)劣。 6) 記錄浮充期間及充放電期間蓄電池的電壓、電流等數(shù)據(jù)。 蓄電池巡檢模塊的測(cè)試示意圖如圖5所示。利用巡檢裝置與主機(jī)的連接線,接入電池組的正負(fù)極,同時(shí)接入電流和溫度傳感器。當(dāng)整流設(shè)備退出時(shí)(此時(shí),直流負(fù)荷由蓄電池組供電),巡檢裝置自動(dòng)檢測(cè)到電流的變化,開啟放電程序進(jìn)行放電記錄。根據(jù)記錄數(shù)據(jù)和電流、電壓曲線可計(jì)算電池的剩余容量,并檢測(cè)出不良電池。
電池組智能巡檢系統(tǒng)的工作原理圖如圖6所示。蓄電池巡檢模塊軟件在后臺(tái)PC上運(yùn)行,通過(guò)RS232接口,從電池組巡檢裝置中提取數(shù)據(jù),根據(jù)數(shù)據(jù)資料繪制各種曲線表格,分析數(shù)據(jù),判斷電池優(yōu)劣。
3.2 遠(yuǎn)方管理系統(tǒng) 變電站直流電源系統(tǒng)關(guān)系到變電站的安全、穩(wěn)定運(yùn)行,但直流系統(tǒng)自身的遠(yuǎn)程在線監(jiān)控卻尚無(wú)完備的實(shí)施方案和技術(shù)手段,與變電站的綜合自動(dòng)化發(fā)展很不相適應(yīng)。針對(duì)上述情況,在上述變電站直流電源管理系統(tǒng)就地配置方案的基礎(chǔ)上,提出變電站直流系統(tǒng)遠(yuǎn)程綜合管理的思想和實(shí)施方案。 在遠(yuǎn)方調(diào)度控制中心,為實(shí)現(xiàn)各變電站直流電源系統(tǒng)的在線監(jiān)控,在調(diào)度端系統(tǒng)增加直流電源管理系統(tǒng)的“四遙”接口,配置變電站直流系統(tǒng)管理功能。當(dāng)進(jìn)入調(diào)度系統(tǒng)后選擇直流電源管理系統(tǒng),可顯示直流系統(tǒng)配置圖,在開關(guān)電源模塊和蓄電池模塊等頁(yè)面可進(jìn)行運(yùn)行參數(shù)顯示和運(yùn)行極限參數(shù)設(shè)置,具有裝置投切記錄和報(bào)警記錄查詢等。蓄電池模塊頁(yè)面還可實(shí)現(xiàn)蓄電池的巡檢,其功能等同于變電站就地系統(tǒng)中蓄電池巡檢系統(tǒng),讀取蓄電池電流、電壓、溫度等數(shù)據(jù),根據(jù)數(shù)據(jù)資料繪制各種曲線表格,分析數(shù)據(jù),判斷電池的優(yōu)劣。同時(shí)為適應(yīng)無(wú)人值班變電站的需要,除自動(dòng)進(jìn)行各種充放電的程序和轉(zhuǎn)換外,調(diào)度端運(yùn)行人員也可人工干預(yù)蓄電池的充放電管理。