智能变电站数字化站用电源交直流系统的分析

智能变电站数字化站用电源交直流系统的分析

姚婷裴建波范志栋刘阳

(国网山西省电力公司运城供电公司山西省运城市044000)

摘要：站用电源是变电站安全运行的基础，随着变电站综自化程度的越来越高以及大量无人值班站投运，相应提高站用电源整体的设计、运行、管理水平具有非常重要意义。职能变电站数字化站用电源交直流系统的设计就是其中的主要内容。加强这方面的研究是提升系统设计水平的有效措施。今后要高度重视这方面的研究。基于此，本文主要对智能变电站数字化站用电源交直流系统进行分析探讨。

关键词：智能变电站；数字化；站用电源；交直流系统；分析

1、前言

近年来，高中压开关电器、综自系统在电力系统受到高度重视，变电站综合技术与智能化水平得到了极大的提升。然而，针对站用电源的技术研究与产品创新却相对滞后，传统站用电源设计方案已难以适应新型变电站的发展需要。随着中国大力推进坚强智能电网的建设步伐，智能变电站已成为新一代变电站的发展趋势。同时，基于DL/T860（IEC61850）的智能变电站/数字化站用一体化电源系统应运而生，站用电源系统逐步向统一的数字化、程序化、智能化的方向发展。

2、变电站传统站用电源现存问题分析

传统变电站站用电源分为交流系统、直流系统、UPS、通信电源系统等，各子系统采用分散设计，独立组屏，设备由不同的供应商生产、安装、调试，供电系统也分配不同的专业人员进行管理。站用电源的分散设计与管理，这种模式运行下的各种电源子系统存在诸多问题：

（1）站用电源自动化程度不高。由不同供应商提供的各子系统通信规约一般不兼容，难以实现网络化管理，自动化程度低，缺乏统一的系统管理平台，制约了管理水平的提升。

（2）经济性较差。由不同供应商分别设计各子系统，站用电源资源不能综合考虑，造成配置重复，使一次投资显著增加。

（3）安装、服务协调较难。各个供应商由于利益的差异使安装、服务协调困难，站用电源一旦出现故障需要向多个厂家进行协调，造成沟通困难与效率低下。

（4）运行维护不方便。站用电源分配不同专业人员进行管理，人力资源不能总体调配，通信电源、UPS等也没有纳入变电站的巡检范围，可靠性得不到保障。

3、数字化站用电源交直流系统的特点

合理设计数字化站用电源交直流系统的重要前提是掌握该系统自身的特点，只有在了解了该系统的特点之后才能结合变电站的实际情况作出科学高效的设计。详细分析数字化站用电源交直流系统就会发现它具有以下几个方面的特点：

可靠性较高。在数字化站用电源交直流系统中的可靠性主要表现在资源共享和变电站维护方面。交直流一体化电源的设计将会使得蓄电池的维护和资源共享组屏变得更加容易。该系统的设计将会使得以上两方面的工作变得更加有保证。这主要是因为在经过一体化的设计之后故障之间将会被相互隔离。联动性的运行方式能够实现交直流之间运行能够实现实时的协调处理。整个站用电源将能够安全平稳可靠的运行。

有助于实现智能化、网络化以及数字化。在实际工作过程中一体化的设计将能够实现各个通信网络间的集中监控。一体化框架下监控器将能够实现各个通信接入口的综合性的自动化调度。此外所有的监控也将会在统一的规约下运行，系统的智能化水平将会得到有效提升。此外实时数据的反应将会使得系统更具网络性。系统中的各项数据如实时数据更新、专家智能分析系统、事件信息、可修改的系统参数等都将能够在访问中来获取，这是数字化站用的典型优势。今后应该高度重视这方面的工作。

4、数字化站用电源系统的实施

数字化站用电源交直流系统的设计是一个非常专业的过程中，在实施过程中工程人员为了顺利达到设计目的就需要根据交流电源系统进行运行方式以及直流运行进行方式选择最佳的合作方式。在实际实施过程中应该包含以下几点：

4.1防雷配置以及波形优化要统一

在实际设计过程中对于防雷配置通常是要采用C级、D级两级防雷保护装置来实现保护配置。通过设置该防雷保护来实现对电流进出线、感应雷击、回路等的保护。设计统一的防雷保护有助于提升雷击抗损害能力。系统可靠性以及安全性也都将会得到提升。波形优化是设计过程中的重要工作。对于波形优化，工作人员应该根据逆变电源运行方式以及运作规律来警醒优化。在实际工作过程中工作人员会发现逆变电源反灌电流运行方式是会影响到充电模块对电流进行监控和抑制的。对于一体化监控模块，通信功能非常重要。此外该模块还有历史记录、程序化联动控制、人机界面、报警等功能。

4.2智能化管理系统设计

所谓智能化管理系统设计主要包含系统智能化管理和二次配电的智能化管理。对于系统的智能化管理则需要在掌握固定数据库并结合实时数据的基础上来进行科学分析，在实际工作过程中有必要结合专家智能化管理系统形成的专家智能化管理系统来对数字化站用电源进行集中监控以及服务管理。在数字化站交直流一体化系统建设过程中就需要加强对二次配电管理。为了实现有效管理应该把二次配电线路进行切换，切换到智能化运行状态。要最终提升其智能调节的力度。

4.3通信

数字化站用电源中各个系统之间的通信主要是通过以太网来进行有效通信。在实际工作过程中主要是通过IEC61850规约来进行数据传播，通过该规约能够实现对站用电源状况的实时监控分析。

4.4一体化电源监控系统

①监控系统结构

一体化电源监控系统采用现场以Modbus总线为基础，远方以变电站自动化网络为基本网络平台的分层分布式系统结构。一体化电源监控系统由三部分组成（如图1）：（a）系统管理层：通过变电站监控系统的计算机和后台维护管理软件，实现对电源系统的一体化管理功能。（b）现场监控层：通过一体化监控装置收集现场测控层各智能设备的采集数据，进行显示、告警处理，并根据处理加以判断，发出各种控制命令；同时进行通信协议转换，实现与变电站监控的数据通信传输，接收并下达上位机的命令。（c）现场测控层：通过现场各智能设备的测控电路，实时采集一体化电源系统各功能单元的数据，并执行现场监控层的命令。

图2一体化电源监控系统组成

②一体化电源监控装置

一体化电源监控装置通过RS-485串口对高频整流模块、电池巡检装置、绝缘监测装置、电力专用UPS和INV、DC/DC通信电源、智能电量仪表和开关量模块等智能设备实施数据采集，并进行显示；亦可根据系统的各种设置数据进行报警处理、历史数据管理等；同时，能对这些处理的结果加以判断，根据不同的情况实行站用电和电池管理，输出控制等操作；最后，通过以太网接口，将系统运行状态、主要数据等信息通过DL/T680（IEC61850）规约与变电站的综合自动化系统连接，实现一体化电源系统的“四遥”功能。

5、结语

智能化是变电站发展的必然趋势，实现这一趋势就必须要加强对数字化站用电源交直流系统的研究。在今后工作过程中应该高度重视这一点。本文详细分析了传统变电站的问题以及数字化占用电源交直流系统的特点，重点论述了如何实施该系统。今后为了提升水平要加强这方面的研究。

参考文献：

[1]高翔.数字化变电站应用技术[M].北京：中国电力出版社，2007.

[2]DL/T1074-2007，电力用直流和交流一体化不间断电源设备[S].

[3]Q/GDW393－2009，1l0kV～220kV智能变电站设计规范[S].

[4]Q/GDW576-2010，站用交直流一体化电源系统技术规范[S].