试论交直流一体化电源系统的优化设计

试论交直流一体化电源系统的优化设计

朱军潘婷婷

（国网安徽省电力有限公司芜湖供电公司安徽芜湖241000）

摘要：交直流一体化电源系统近年来在全国各地不同电压等级的变电站中逐步得到使用。一体化电源系统将站用交流电源系统、直流电源系统、逆变电源系统、通信电源系统统一设计、监控、生产、调试、服务，通过网络通信、设计优化、系统联动方法，实现了站用电源安全化、网络智能化设计。

关键词：交直流一体化；电源；优化设计

随着数字化变电站、智能变电站的不断推广，对电源系统的可靠性、经济性、节能性等也提出了更高的要求。交直流电源是变电站安全运行的基础，随着变电站智能化程度的提高以及智能变电站的相继投运，提高站用电源整体的运行管理水平具有非常重要的意义。

1站用电源系统现状

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的的应用特点

(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)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。

(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交直流一体化系统方案

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交流系统

应用双电源智能化自动切换开关，可以有效地对交流电源线路进行控制与监测。这种开关不仅可以对交流电源线路进行电气闭锁，还可以进行机械闭锁，从根本上保障电源的安全切换。另外，应用双电源智能化自动切换开关还可以对变电站中的集控中心和监控系统进行远端切换。事实表明，这种应用方式有利于变电站事故处理与倒闸操作，全面提高了交流电源进线的可靠性，最终提升了交直流一体化电源系统的应用质量和水平。

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，交直流电源设备告警信息能传至调控中心，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：

（1）并联智能电池组件柜每6面组一个模块，共两个模块。

（2）一次交流电源柜，组一个模块。

（3）UPS柜、事故照明逆变电源柜、直流电源柜组一个模块。

3.4系统故障的解决措施

(1)提升交直流一体化电源系统抵御各种故障的能力。主要方式是建设科学一体化的故障报警系统与监控系统，加强预防与维修，保障系统的性能。

(2)进行电源管理机制的创新，建立完整的电源维护系统，保障电源系统运行的科学与安全。具体方法包括：强化责任意识，使工作人员能对电源系统出现的问题进行科学快速的维修；加强对于电力维修人员的专业培训力度；对于人为原因造成的故障要追究责任人的责任，明确赏罚；建立一套电源运行的风险评估系统，运用科学的方法有效降低运行线路及运行设备的故障率，比如，可以运用网络软件新技术设计出一套电源运行系统的故障报警及科学维护系统，对电网中电源系统线路和设备的正常运行进行实时监督，对出现问题的地点进行科学的预警和报警，便于维修人员快速赶到现场进行线路或设备的维修；对于电源系电力专栏统运行的重点地区可以运用远程电子监控系统进行线路及设备的重点监视，保障电源系统的有效运行。

3.5智能一体化电源系统监控平台

智能一体化电源系统监控平台使用DL／T860规约，实现电源系统统一智能监控，进而实现状态检修；智能监控除常规范围外，还包括蓄电池容量监测，交流系统漏电监测，所有进线、馈线回路监控，电源回路的程序化操作、联锁、协调联动等；设置智能型在线监测装置，具有完善的保护、在线自诊断、绝缘检测、直流接地巡检及微机蓄电池自动巡检等功能。

4智能变电站交直流一体化电源系统的优越性

(1)减少了蓄电池组类型配置。将操作电源蓄电池组、UPS蓄电池组、通信蓄电池组合并成为1组蓄电池。(2)一体化设计。其外观一致，减少了重复配置，减少了组屏数，节约了占地空间。(3)网络化。各子系统智能设备通过通讯网络接入一体化监控器，一体化监控器通过1个通信口接入综自系统。(4)智能化。在一体化平台或远方调度平台可实时查看站用电源各子系统电量、开关量、事件信息，可修改系统参数、运行方式、遥控开关、对时，实现站用电源四遥。(5)兼容性强。由监控中心单元兼容各部分监控单元，一个接口，一种规约接入综合自动化系统。(6)更可靠。资源共享后组屏更从容，一体化蓄电池维护更有保证，一体化设计，分布式实现，更注重故障隔离。(7)投资及维护费用减少。简化采购和施工协调，总投资减少，总维护费用降低。

结束语

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

[1]程利娟.交直流一体化电源系统优化设计[J].低碳世界.2016(18)

[2]叶铮.交直流一体化电源在智能化变电站中的应用及探讨[J].江苏科技信息.2014(10)

[3]刘春成.一体化电源主控系统的研究[D].河北工程大学2016