易于在線調(diào)控的高頻開關(guān)電源系統(tǒng)

1、易于在線調(diào)控的高頻開關(guān)電源系統(tǒng)摘要：隨著計算機的普及及互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷提高，傳統(tǒng)的相控直流電源已逐漸被智能型在線式直流電源高頻開關(guān)系統(tǒng)所取代，本文主要介紹了可在線監(jiān)視及在線調(diào)試的全新的直流電源系統(tǒng)的原理及發(fā)展前景。1、前言 在電廠及變電站的二次系統(tǒng)中，為了給控制、保護、自動裝置、事故照明等設(shè)備用電，必須有可靠的直流電源，直流電源的作用是：正常時為變電站內(nèi)的斷路器提供合閘直流電源；故障時，當(dāng)廠、站用電中斷的情況下，為繼電保護、斷路器跳合閘、載波通訊提供直流電源，其穩(wěn)定運行直接影響著電力系統(tǒng)的安全可靠運行。變電站直流電源主要由以下四個部分組成：蓄電池系統(tǒng)、充電模塊部分：分為交流整流及穩(wěn)壓整流、微

2、機監(jiān)控部分、調(diào)壓模塊部分。目前，現(xiàn)代直流電源的發(fā)展正以高頻開關(guān)換技術(shù)為基礎(chǔ)，并兼?zhèn)涓哳l化、高效率、大功率、無污染和模塊等特點。在管理方式上，結(jié)合計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，形成多級計算機網(wǎng)絡(luò)的集中監(jiān)控管理系統(tǒng)。直流電源系統(tǒng)的監(jiān)視系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的核部分，它的主要作用是把各變電站的直流設(shè)備的信息上送到監(jiān)控中心，以供查詢，同時各監(jiān)控中心也向各變電站發(fā)送控制命令，由系統(tǒng)執(zhí)行。同時還可以及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備運行的不正常狀態(tài)，及時處理。直流電源系統(tǒng)的典型配置如圖1所示：圖1 直流電源系統(tǒng)的典型配置圖直流電源系統(tǒng)主要分為三大部分：直流回路的絕緣檢測單元、交直流參數(shù)監(jiān)控單元、電池巡檢單元。目前各個廠家的產(chǎn)品在還存在以下一些

3、問題：1.1直流接地故障率一直排在電氣故障首位，原因是檢測方法不足，直流傳感器檢測主要是易損壞、干擾嚴(yán)重，交流傳感檢測則受分布電容的影響，且須注入一定信號。1.2參數(shù)監(jiān)控單元主要是檢測母線電壓及電流，交流側(cè)電壓及直流側(cè)電流電壓等，目前此部分監(jiān)控系統(tǒng)只是將數(shù)據(jù)簡單檢測和直接上調(diào)，缺少自我分析和實 時自我故障處理能力。1.3各部分之間使用不同的通訊規(guī)約，使對綜自系統(tǒng)進行通訊時，必須重新統(tǒng)一軟件規(guī)約。1.4不同單元間的組態(tài)不便，使得在使用過程中用匯編語言更改或重新編寫軟件時不方便，容易出錯，操作性差。針對以上情況，我們推出了PZWG2000系列智能型觸摸屏控制直流高頻開關(guān)電源系統(tǒng)。此系統(tǒng)的信息采集及

4、處理可就地完成，實時性強，信號不受干擾，配線靈活，組態(tài)方便，網(wǎng)絡(luò)功能強，可在線調(diào)控上傳數(shù)據(jù)，自檢功能完善，強大的多媒體及動畫功能，友好的中英文人機顯示圖界，雙重控制原理，使系統(tǒng)更具可靠等優(yōu)點。2、系統(tǒng)構(gòu)成及功能2.1 硬件配置PZWG2000智能型觸摸屏控制直流系統(tǒng)為模塊式結(jié)構(gòu)，模塊間可任意組合，可以根據(jù)不同用戶的不同要求組合系統(tǒng)，一個完整的系統(tǒng)由五個部分組成：監(jiān)控后臺(主控制單元)、充電管理單元(高頻單元)、電池管理單元(電池巡檢單元)、絕緣檢測單元及調(diào)壓單元。其中主控制單元即監(jiān)控后臺為本系統(tǒng)的核心部分。2.1.1監(jiān)控后臺圖2 監(jiān)控單元原理框圖監(jiān)控后臺是通過可觸摸式工控機來實現(xiàn)并作為全面管理

5、電源系統(tǒng)運行，它可在線記錄、統(tǒng)計、分析并實時打印各種運行數(shù)據(jù)。人機界面為高亮度的彩色大屏幕LCD顯示屏。具有顯示清晰直觀操作方便等優(yōu)點。通過串行的RS232/RS485口，與變電站內(nèi)的綜合自動化系統(tǒng)或地區(qū)調(diào)度聯(lián)系，實現(xiàn)四遙功能，即遙測、遙信、遙控及遙調(diào)功能，從而實現(xiàn)變電站電源系統(tǒng)的無人值守。2.1.2充電管理單元圖3 充電管理單元原理框圖它是主控單元和充電機的接口部分，通過它控制充電機按最適合維護電池的充電曲線自動分階段地給電池充電，延長使用壽命。同時監(jiān)測充電機的運行狀態(tài)，在其出現(xiàn)故障時通過主控單元向操作者及上位機發(fā)出報警信號，便于管理人員及時排除故障。高頻整流模塊采用于目前國際上先進的有源功

6、率因數(shù)校正技術(shù)(PFC)和軟開關(guān)脈沖寬調(diào)制技術(shù)PWM，民主均流，并可帶電插拔，熱維修，其原理圖見圖3。2.1.3 絕緣檢測單元除可監(jiān)視母線電壓與絕緣外，還可對各直流接地支路進行判斷，絕緣檢測單元采用平衡橋及不平衡橋相結(jié)合的原理，檢測母線對地絕緣狀態(tài)，不向直流系統(tǒng)輸入信號，不受直以饋線對地電容的影響，支路檢測采用差值計算方法，可準(zhǔn)確計算出正負母線接地阻抗。對于多條支路同時發(fā)生一點或平衡接地均可檢測出。其原理圖如下：圖4 絕緣檢測單元原理框圖2.1.4電池管理單元可對蓄電池的各種狀態(tài)進行檢測，可對蓄電池的電壓、電檢測流、溫度及容量進行實時檢測，通過LCD屏顯示單體電池信息、整組信息，具有電池過壓、

7、回路過流、電池虧容、電池過溫、整組欠壓等告警功能，并有串行通訊口，可將信息傳送至監(jiān)控單元。電池管理單元采用電壓檢測和內(nèi)阻檢測相結(jié)合的方法來判斷電池是否失效。內(nèi)阻測量采用國內(nèi)首創(chuàng)、國際一流的測試方法，通過向電池組兩端注入低頻交流信息，通過科學(xué)算法，結(jié)合電壓檢測模塊的單電池采樣，巧妙地計算出每一節(jié)電池的準(zhǔn)確內(nèi)阻。圖5 電池管理單元2.1.5 調(diào)壓單元通過調(diào)壓單元將充電機的輸出電壓調(diào)整至合理的供電范圍內(nèi)，更加可靠給饋出單元供電。該單元主要是通過二極管降壓原理，可靈活自動配置降壓范圍，一般設(shè)置為15V35V可調(diào)。整個系統(tǒng)監(jiān)測全面，各單元之間相互獨立，任何一個單元的退出都不影響其它單元的正常運行，系統(tǒng)的

8、監(jiān)控后臺有控制和監(jiān)視整個系統(tǒng)，但各單元和監(jiān)控件后臺之是也是相互獨立的，如果監(jiān)控后臺出現(xiàn)故障，系統(tǒng)仍能維持正常供電。2.2 軟件應(yīng)用PZWG2000采用ADS2000為主控軟件，采用National Instrument公司的虛擬儀器開發(fā)環(huán)境LabWindows/CVI編制而成。軟件采用模塊化設(shè)計，融合面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)。該軟件運行于Windows環(huán)境下，中英文圖形智能界面，實時顯示、監(jiān)測、控制系統(tǒng)運行狀態(tài)?？蓪崿F(xiàn)全自動無人值守運行。為實現(xiàn)對上述智能直流電源硬件系統(tǒng)的有效定理，主控軟件ADS2000采用模塊化設(shè)計方法，相應(yīng)的模塊主要有數(shù)據(jù)采集和處理模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊、系統(tǒng)設(shè)置模塊、打印模塊以及通訊

9、模塊等。2.3 各模塊的作用2.3.1系統(tǒng)設(shè)置模塊系統(tǒng)設(shè)置模塊完成出廠設(shè)置和維護設(shè)置，出廠設(shè)置由生產(chǎn)廠通過硬鍵盤進行設(shè)置，不連鍵盤不能設(shè)置；維護設(shè)置由用戶來進行設(shè)置，使用軟件系統(tǒng)的軟鍵盤進行輸入，并且需要輸入維護級密碼設(shè)置錯誤可恢復(fù)缺省設(shè)置。系統(tǒng)運行時越限語音報警，并可進行文字提示。2.3.2 打印模塊由運行界面中的打印按鈕調(diào)，負責(zé)系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)以及報警信息等內(nèi)容的打印。2.3.3 數(shù)據(jù)采集和處理模塊系統(tǒng)采用了集散式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)的信息采集與處理由“充電管理單元”、“饋線管理單元”和“電池管理單元”三個獨立的模塊分別完成，各模塊內(nèi)部都有獨立的控制器，各單元可獨立于控制單元和其它單元工作，使產(chǎn)

10、品的可靠性及可維護性大大提高，三個獨立的模塊各自有自己的通訊口，具備自己的通訊功能，數(shù)據(jù)采集和處理模塊負責(zé)通過串口接受三個單元上傳的數(shù)據(jù)，并按照各自的通訊協(xié)議進行處理，然后由數(shù)據(jù)顯示模塊加以顯示。2.3.4通信模塊通訊模塊將存儲文件通過MODEM傳輸?shù)街付ňW(wǎng)絡(luò)地址，ADS2000采取計算機組網(wǎng)方式，異地異域甚至可以通過Internet組網(wǎng)，軟件面向網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，系統(tǒng)通過Windows系統(tǒng)支持的任何一種網(wǎng)絡(luò)和通訊與上位機通訊。2.3.5 數(shù)據(jù)顯示模塊負責(zé)為用戶輸入和數(shù)據(jù)提供友好界面，除主運行界面外，還包括直流電源系統(tǒng)圖、蓄電池監(jiān)測、絕緣監(jiān)測、系統(tǒng)設(shè)置、打印日志、歷史紀(jì)錄以及幫助等子界面。在幫助子界面

11、中使用語言導(dǎo)向，可幫助用戶進行故障問題的分析及處理。2.3.6語音報警模塊語音報警模塊在系統(tǒng)出現(xiàn)報警時，為用戶提供多媒體語音報警，提醒值班人員及時處理問題，避免重大問題的發(fā)生。2.3.7主程序運行模塊主程序運行模塊完成模塊的有機結(jié)合，負責(zé)軟件系統(tǒng)的運行管理。2.4系統(tǒng)優(yōu)點直流電源系統(tǒng)可實時地將運行數(shù)據(jù)及故障記錄生成相應(yīng)的文件自動存入計算機，用戶可以隨時調(diào)用。系統(tǒng)配備多媒體音箱，一旦發(fā)生系統(tǒng)故障，將會啟動相應(yīng)的語音報警。故障清除后音響自動解除。系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，用戶只要點擊界面上的幫助欄，即可找到故障原因及相應(yīng)的處理方法，大大縮短故障排除時間，減少用戶損失。系統(tǒng)配備詳盡的資料庫，其中包含元件庫、使用說明書、圖紙庫。系統(tǒng)中所使用元件及相應(yīng)型號及圖紙在庫中均可隨時查閱。方便用戶日常維護。3、系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)在線化計算機網(wǎng)絡(luò)化使傳統(tǒng)直流電源系統(tǒng)產(chǎn)生的質(zhì)的飛越，網(wǎng)絡(luò)化大大地減少了設(shè)備連接方式，通訊智能化設(shè)備以實現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下下的產(chǎn)品的在線維護及升級。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，主控制模塊將故障設(shè)備信息上傳至指定網(wǎng)址，并通過分析在線排除故障，更快更安全地保證電力系統(tǒng)的安全運行。同時，產(chǎn)品實現(xiàn)了在線升級，PZWG2000系統(tǒng)中配置了在線升級功能，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸并在線下載，經(jīng)過識別后即可分別寫入各管理單元中實在產(chǎn)品的在線升級，減少用戶的運行成本，滿足用戶的經(jīng)濟效益最大