智能交流電源系統(tǒng)在站用變中的實(shí)踐

福建船政交通職業(yè)學(xué)院 黃國(guó)凱

常規(guī)類型的站用電源包括直流系統(tǒng)、交流系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)和UPS 等，在變電站中站用電源的主要作用是為相關(guān)設(shè)備提供通風(fēng)、加熱、儲(chǔ)能、操作電源和檢修照明。在變電站中各個(gè)子系統(tǒng)采用分散方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，獨(dú)立組屏，不同廠商提供設(shè)備，并提供安裝、調(diào)試服務(wù)。對(duì)于供電系統(tǒng)也配置專業(yè)人員加以維護(hù)。當(dāng)前用變的應(yīng)用存在些許不足，主要表現(xiàn)在三方面：

自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用不足。因?yàn)樽酉到y(tǒng)相關(guān)設(shè)備是由不同的廠商提供，因此設(shè)備之間的通訊規(guī)范兼容性不足，無(wú)法實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信管理，綜合分析平臺(tái)構(gòu)建缺失，系統(tǒng)自動(dòng)化較低；經(jīng)濟(jì)性比較差。因?yàn)椴煌墓┴浬踢M(jìn)行子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作，無(wú)法綜合考慮資源，導(dǎo)致系統(tǒng)造價(jià)成本較高。例如，直流系統(tǒng)需要配置電池組，而通信系統(tǒng)、UPS 又需要獨(dú)立配置電池組，不僅浪費(fèi)設(shè)備同時(shí)導(dǎo)致設(shè)備間無(wú)法協(xié)調(diào)運(yùn)行[1]；就站用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)而言，變電站自動(dòng)化系統(tǒng)逐漸有分布式設(shè)計(jì)向數(shù)字化設(shè)計(jì)方向發(fā)展?，F(xiàn)階段，綜合系統(tǒng)逐漸成為站用變信息數(shù)據(jù)共享平臺(tái)，但是站用信息始終為簡(jiǎn)單的附屬信息，無(wú)法對(duì)系統(tǒng)加以統(tǒng)一的管理和實(shí)現(xiàn)信息共享。

1 智能交流電源系統(tǒng)在汽車充電站應(yīng)用方式

現(xiàn)階段，我國(guó)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、智能技術(shù)迅速發(fā)展進(jìn)步，我國(guó)對(duì)于電力系統(tǒng)的建設(shè)也逐漸向智能化、自動(dòng)化方向發(fā)展，但是仍然存在較多的常規(guī)形式變電站，尤其是經(jīng)濟(jì)發(fā)展較為落后的地區(qū)。通電方式主要為交流、直流和通信電源?，F(xiàn)階段，相比于傳統(tǒng)形式變電站，智能變電站的主要差異為電源的安裝方式存在差異，智能系統(tǒng)電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)直流、交流、逆流多種系統(tǒng)獨(dú)立設(shè)計(jì)，有效提升變電站科技指數(shù)和運(yùn)行安全性。

電源系統(tǒng)智能化?，F(xiàn)階段，智能交流電源系統(tǒng)在我國(guó)的運(yùn)行尚不流行，但就當(dāng)前的應(yīng)用情況分析，的確取得優(yōu)秀的成果，所以嗎，智能系統(tǒng)最為凸顯的技術(shù)為優(yōu)化調(diào)整直流電源充電核心，相關(guān)人員借助移動(dòng)振諧開(kāi)展技術(shù)加以優(yōu)化完善，提升系統(tǒng)通電效率。為確保更加有效的逆電源加以控制，確保線路出現(xiàn)故障問(wèn)題也可以正常供電，當(dāng)交流斷電時(shí)切換成直流逆變，全部工作的開(kāi)展均是為確保系統(tǒng)處于不同的電流作用時(shí)能夠有效供電，因此對(duì)操作人員綜合技術(shù)要求比較高。智能系統(tǒng)內(nèi)電源控制逐漸向穩(wěn)定趨勢(shì)發(fā)展，由于大量監(jiān)控設(shè)備、系統(tǒng)控制設(shè)置已經(jīng)選用雙重控制開(kāi)展預(yù)防緊急事故發(fā)生[2]，或部分裝置設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)不會(huì)對(duì)起亞設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生影響。

安全系數(shù)有所提升。相比于傳統(tǒng)變電站，智能變電系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性大幅度提升，安全性能較高，以往變電站建設(shè)存在的主要問(wèn)題為當(dāng)某一設(shè)備出現(xiàn)運(yùn)行故障倘若沒(méi)有及時(shí)進(jìn)行維修極有可能對(duì)其他設(shè)備的正常運(yùn)行產(chǎn)生影響，甚至造成整個(gè)電源系統(tǒng)運(yùn)行癱瘓。而智能系統(tǒng)對(duì)該問(wèn)題加以針對(duì)性地解決，改進(jìn)調(diào)整走線模式，把交流、直流不同部分加以分開(kāi)控制，避免電流間存在沖撞情況，借助直流電源進(jìn)行控制有效提升系統(tǒng)的安全性能。

管理控制科學(xué)化。因?yàn)橹悄芙涣飨到y(tǒng)建設(shè)有信息共享平臺(tái)，因此可以接貨組網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)把交流電源、直流電源和通信電源加以一體處理，并在外部構(gòu)建公共接口，將外部蓄電池組取消，簡(jiǎn)化充電裝置，取消USP 外部蓄電池裝置，應(yīng)用逆電器時(shí)能夠使用直流母線加以代替，頻繁出現(xiàn)突發(fā)事故部位借助逆變電流加以供電[3]。為節(jié)省檢修成本可統(tǒng)一處理波形，并對(duì)二次配電加以統(tǒng)一管理。

2 智能交流電源系統(tǒng)在站用變中相關(guān)技術(shù)及智能變電站系統(tǒng)建設(shè)

智能站用電源系統(tǒng)。構(gòu)建信息數(shù)據(jù)共享平臺(tái)。站用電源一體化、智能化建設(shè)，將直流、交流、逆流和通信電源進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)智能設(shè)計(jì)，設(shè)置一個(gè)借口；進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。將充電裝置、通訊電池組取消，將USP 電池組取消，借助逆變器直接掛于直流母線替代，對(duì)于重要負(fù)荷，例如事故照明借助逆變電源進(jìn)行供電，進(jìn)行統(tǒng)一的波形處理，統(tǒng)一開(kāi)展二次監(jiān)控管理，進(jìn)行狀態(tài)檢修。

數(shù)字站用電源系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的數(shù)字化傳輸；開(kāi)放系統(tǒng)選擇IEC61850規(guī)約。

與汽車充電站設(shè)計(jì)。汽車的充電站包括充電系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、電池系統(tǒng)和相關(guān)配套設(shè)施。供電系統(tǒng)的主要作為是為充電設(shè)置提供足夠的電源，主要由變壓器、開(kāi)關(guān)、線路等一次設(shè)備和監(jiān)測(cè)裝置、控制裝置、保護(hù)裝置等二次設(shè)備組成。電力主要來(lái)自變電站，在汽車充電站中變電站屬于重要電源，包括一次設(shè)備與二次設(shè)備，在相關(guān)技術(shù)應(yīng)用中需要對(duì)一次設(shè)備、二次設(shè)備的應(yīng)用加以充分地考慮分析[3]。

智能交流電源系統(tǒng)指的是全面整合站用電源，把交流電源、直流電源、逆變電源、通信電源加以統(tǒng)一設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、監(jiān)控、調(diào)試和服務(wù)，借助交直流模塊把占用電源的各個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化，達(dá)到信息共享作用，構(gòu)建數(shù)字化軟件平臺(tái)，把站用電源全部開(kāi)關(guān)加以模塊化，將集中的功能分散，保證模塊外部不存在二次接線，不存在二次電纜，構(gòu)建硬件平臺(tái)，監(jiān)控模塊IEC61850規(guī)約、二次電纜、系統(tǒng)通信，將站用電源轉(zhuǎn)變?yōu)殚_(kāi)放系統(tǒng)。

站用交流系統(tǒng)在大量的變電站中得到廣泛的應(yīng)用。直流充電模塊借助移相諧振開(kāi)關(guān)技術(shù)，自冷和風(fēng)冷相關(guān)結(jié)合，當(dāng)逆變電源處于正常運(yùn)行情況時(shí)通過(guò)交流方式進(jìn)行供電，切斷交流電源后轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷髂孀?。?dāng)逆變電源處于正常運(yùn)行情況時(shí)，交流供電，切斷交流電后轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷髂孀?。通過(guò)智能化設(shè)計(jì)將成熟的直流技術(shù)、交流技術(shù)融合應(yīng)用，降低技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。

將站用電源、通訊電源加以整合，將通信電池組取消。在變電站中直流電源環(huán)境要求基本一致，建設(shè)中所需要遵循技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)較為相近，經(jīng)過(guò)對(duì)直流電池組的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)加以整理分析，雙套電池組直流控制電源供電穩(wěn)定性良好，電池組整體出現(xiàn)故障導(dǎo)致停電可能性較小。48V 通信電源選擇使用高頻模塊DC/DC 變換器，各組變換器由兩個(gè)蓄電池進(jìn)行供電，輸出并聯(lián)形成N+1備份，當(dāng)其中一個(gè)模塊出現(xiàn)故障或者電池組失電都可以確保48V 電源繼續(xù)供電。通信輸入/輸出，輸出/地，輸入/地絕緣超過(guò)2000V[4]。雖然通信電源需要正接地，但是借助變換器隔離可以確保兩種電源可靠性、獨(dú)立性。對(duì)站用電源、通訊電源加以整合在220kV 和以下電壓得到廣泛的應(yīng)用。

監(jiān)控系統(tǒng)全部設(shè)置、顯示均具有雙重化，當(dāng)出現(xiàn)監(jiān)控故障不會(huì)對(duì)設(shè)備的正常運(yùn)行產(chǎn)生影響，同時(shí)一體化監(jiān)控設(shè)置更易出現(xiàn)故障；第四，部分裝置出現(xiàn)故障不會(huì)對(duì)系統(tǒng)的整體運(yùn)行情況產(chǎn)生影響；第五，直流，交流絕對(duì)分開(kāi)布置、分開(kāi)走線。對(duì)可能產(chǎn)生交流、直流影響部分加以隔離；第六，控制電源、裝置電源全部應(yīng)用直流更為可靠。

3 主要技術(shù)方案和特點(diǎn)

3.1 實(shí)施方案

首先，站用電源全部開(kāi)關(guān)屬于智能模塊。把傳感器、開(kāi)關(guān)、智能電路整合至機(jī)箱模塊中。包括降壓模塊、充電模塊、交流饋線、交流進(jìn)線、逆變電源、直流饋線、蓄電池監(jiān)測(cè)等模塊，當(dāng)站用電源的開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)模塊建設(shè)中，可以確保模塊的外部不存在二次接線，在外部?jī)H需要設(shè)置通信聯(lián)線，保證維護(hù)檢修的標(biāo)準(zhǔn)化；其次，將集中功能進(jìn)行分散設(shè)計(jì)。把直流饋線的絕緣檢測(cè)性能設(shè)置在饋線模塊內(nèi)，蓄電池的巡檢通過(guò)分屏實(shí)現(xiàn)，緩解柜間存在聯(lián)絡(luò)電纜；再次，電源網(wǎng)絡(luò)的智能化設(shè)計(jì)。構(gòu)建站用電源監(jiān)控模塊，把全站的站用電源聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)加以統(tǒng)一管理，包括直流電源、交流電源、通信電源和逆變電源。而站用電源的狀態(tài)檢修、智能管理奠定基礎(chǔ)；第四，站用電源監(jiān)控模塊借助以太網(wǎng)、光纖通信作為媒介，應(yīng)用IEC61850實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化系統(tǒng)可以像訪問(wèn)網(wǎng)址一樣對(duì)站用電源的裝置數(shù)據(jù)加以訪問(wèn)。

3.2 主要特點(diǎn)

開(kāi)關(guān)智能化。借助常規(guī)的低壓開(kāi)關(guān)，把傳感器、開(kāi)關(guān)、智能電路整合至一個(gè)機(jī)箱中，采集輸入/輸出開(kāi)關(guān)量，在機(jī)箱中對(duì)相關(guān)問(wèn)題加以解決，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的數(shù)字化輸送，屏間不存在二次電纜，在模塊外不存在二次接線，對(duì)外通信選用光纖聯(lián)絡(luò)。實(shí)現(xiàn)以往設(shè)計(jì)中薄弱饋線監(jiān)測(cè)、監(jiān)控得到徹底的改善。開(kāi)關(guān)智能化應(yīng)用可以使柜體安裝的開(kāi)關(guān)數(shù)量更多，便于維護(hù)檢修，全部開(kāi)關(guān)可以智能檢測(cè)、控制；電氣設(shè)備智能化運(yùn)行。工作/備用邊進(jìn)線以及重要的斷路器設(shè)置均選擇電動(dòng)機(jī)構(gòu)，確保斷路器自動(dòng)化遠(yuǎn)程合閘、分閘控制。進(jìn)線的回路裝置選擇高性能的微處理器測(cè)控裝置，實(shí)時(shí)測(cè)量、記錄、控制進(jìn)線電源，符合變電站智能系統(tǒng)建設(shè)需求。

智能開(kāi)關(guān)一次開(kāi)展的運(yùn)行不需要二次回路作為支持，二次回路的主要作用是達(dá)到狀態(tài)監(jiān)測(cè)，關(guān)鍵充電模塊、蓄電池的配置與傳統(tǒng)方案基本保持一致；中功能進(jìn)行分散設(shè)計(jì)。直流絕緣檢測(cè)分散為“母線絕緣檢測(cè)+帶饋線絕緣檢測(cè)的饋線開(kāi)關(guān)模塊”完成[5]，將常規(guī)的二次接線去除，接口選擇通信。但是通信不會(huì)對(duì)各個(gè)模塊的運(yùn)行產(chǎn)生影響，相比于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，新方案的實(shí)施結(jié)果更加具有可靠性、安全性。蓄電池的各個(gè)分層設(shè)有采集模塊，將層間的聯(lián)線取消。

構(gòu)建站用電源共享平臺(tái)。建立監(jiān)控模塊，全部站用電源模塊都選擇通信把信息傳輸至監(jiān)控模塊，例如交流進(jìn)線、直流監(jiān)控、充電、逆變電源、通信DC/DC、絕緣檢測(cè)、蓄電池檢測(cè)等模塊。站用電源監(jiān)控模塊使用以太網(wǎng)作為接口，通過(guò)IEC61850規(guī)約和上位機(jī)連接實(shí)現(xiàn)通信，框架圖如圖所示；高級(jí)功能。把站用電源中全部開(kāi)關(guān)智能模塊構(gòu)建程序化對(duì)硬件平臺(tái)加以控制，借助通信技術(shù)把站用電源的子系統(tǒng)和變電站照明、消防、風(fēng)機(jī)、空調(diào)等輔助系統(tǒng)構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建固話聯(lián)動(dòng)軟件平臺(tái)，確保站用電源除了可以保護(hù)控制、遠(yuǎn)程控制、手動(dòng)控制外，可以可按照相關(guān)數(shù)據(jù)觸發(fā)條件，激活程序，執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作。

通過(guò)以上分析可以得出，智能交流電源系統(tǒng)在站用變應(yīng)用的優(yōu)越性主要表現(xiàn)在以下九方面：

可以減少蓄電池組的類型配置，把操作電源、USP、通信等蓄電池組進(jìn)行整合，合并為統(tǒng)一的蓄電池；一體化設(shè)計(jì)，外觀一致沒(méi)減少重復(fù)配置，降低組屏數(shù)，有效節(jié)省占地面積；網(wǎng)絡(luò)化，各個(gè)子系統(tǒng)內(nèi)智能設(shè)備借助通信網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控器進(jìn)行連接，監(jiān)控器單一接口和綜自系統(tǒng)、調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行連接；智能化，監(jiān)控器、遠(yuǎn)方管理系統(tǒng)能夠?qū)嵤┍O(jiān)測(cè)站用電源不同子系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)量、電量、系統(tǒng)的修改參數(shù)、事件信息、遙控開(kāi)關(guān)、運(yùn)行方式、對(duì)時(shí)等，對(duì)站用電源達(dá)到四遙控制；具有較強(qiáng)的兼容性。通過(guò)監(jiān)控中心和各個(gè)監(jiān)控單元兼容連接，一種規(guī)約、一個(gè)接口和綜自系統(tǒng)連接。

更加可靠，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源共享組屏更加從容，確保蓄電池檢修維護(hù)的簡(jiǎn)便性，通過(guò)一體化的設(shè)計(jì)，應(yīng)用分布式將故障加以有效隔離，某設(shè)備出現(xiàn)故障也不會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行產(chǎn)生影響；更加方便，操作簡(jiǎn)單方便，圖形界面的顯示更加清晰，一個(gè)位置能夠?qū)λ须娫催\(yùn)行情況加以觀察，維護(hù)更為便捷；降低TCO，對(duì)采購(gòu)、施工協(xié)調(diào)加以簡(jiǎn)化，減少資金投入，降低維護(hù)費(fèi)用，進(jìn)而降低成本[6]；借助二次配電饋線智能管理系統(tǒng)，把變電站中的輔助設(shè)備通過(guò)站用電源進(jìn)行管理，對(duì)站用電源、輔助系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一的管理。把站用電源、輔助設(shè)備無(wú)縫銜接之后，可以實(shí)現(xiàn)消防、風(fēng)機(jī)、空調(diào)、配電、照明、門禁以及周界的保護(hù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的智能化。

綜上，把變電站中所應(yīng)用直流電源、交流電源、通信電源以及逆變電源通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信、監(jiān)控和系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)方式，提升站用電源網(wǎng)絡(luò)的智能化和電源的安全化，緩解分離式系統(tǒng)存在弊端，提升變電站的智能化水平和站用電源的管理水平。