交直流一體化電源診斷與監(jiān)測研究

1、    交直流一體化電源診斷與監(jiān)測研究    李凱明摘 要：隨著我國電力產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，交直流一體化電源作為其重要組成部分，其安全性能與穩(wěn)定性能直接關(guān)系到電力行業(yè)的發(fā)展。本文通過分析電源檢測點的實時監(jiān)測情況，并基于監(jiān)測的基礎(chǔ)之上設(shè)計相應(yīng)的處理程序，通過對程序進(jìn)行操作從而實現(xiàn)對交直流一體化電源的診斷和研究。關(guān)鍵詞：交直流；電源診斷；監(jiān)測：tm755 ：a ：1671-2064（2017）04-0154-02隨著電力行業(yè)的迅速發(fā)展，人們對交直流一體化電源的穩(wěn)定性和安全性的要求越來越高。電力系統(tǒng)作為安全用電的重要屏障，建立交直流一體化電源系統(tǒng)的診斷和監(jiān)測機(jī)制是

2、十分必要的，其對全方位研究電力系統(tǒng)有著十分重大的意義。1 交直流一體化電源系統(tǒng)的設(shè)計原則在進(jìn)行交直流一體化電源系統(tǒng)的設(shè)計時，要遵循以下幾方面的原則：全面性原則；可操作性原則；安全穩(wěn)定性原則；可擴(kuò)充性原則。其中全面性原則是指在已有的交直流一體化電源系統(tǒng)的診斷和檢測水平之上，對變電站進(jìn)行不斷的創(chuàng)新，采用智能變電站技術(shù)從而達(dá)到對電源系統(tǒng)功能上的需求，而不是對電源系統(tǒng)進(jìn)行簡單的技術(shù)整合。采用創(chuàng)新技術(shù)的變電站不僅能夠?qū)崿F(xiàn)直流電源用交流的形式進(jìn)行電源輸入，而且還實現(xiàn)了電源在充電的情況下的監(jiān)測技術(shù)和電源警報技術(shù)等。電力企業(yè)的工作涉及到多個部門進(jìn)行多種類型業(yè)務(wù)的聯(lián)合作業(yè)，因此建立交直流一體化的電源系統(tǒng)的監(jiān)測和

3、診斷有利于提高工作效率，降低生產(chǎn)成本，有效提高了系統(tǒng)的可操作性。系統(tǒng)的可操作性主要表現(xiàn)在以下幾個方面：第一點是實施便捷，在進(jìn)行實際施工操作時所應(yīng)用的采集單元都具有精度高、集成優(yōu)的特點。這樣的采集單元不僅符合電源系統(tǒng)對基礎(chǔ)元件的安裝要求，而且對正在使用的變電站也有良好的效果，它能夠使其快速安裝完畢；第二點是系統(tǒng)操作簡單，對操作人員的專業(yè)技術(shù)水平要求較低。對于調(diào)試完畢后正常運行的電源系統(tǒng)，操作人員可以通過使用簡單的對話界面實現(xiàn)對操作系統(tǒng)的控制；第三點是電源系統(tǒng)在工作過程中出現(xiàn)故障，不需要使電源系統(tǒng)停止工作，就可以實現(xiàn)對其快速更換修理，從而有效避免了因故障給電源系統(tǒng)帶來的麻煩。無論任何系統(tǒng)，其穩(wěn)定性

4、和安全性都是衡量一個系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)。不僅在設(shè)計電源線路時要充分考慮安全性因素，而且在選擇電源輸入方式時（直流放電法或交流輸電法），都要充分考慮安全性因素。在選擇各個元器件時，要嚴(yán)格把關(guān)，確保其安全性能符合要求。除此之外，系統(tǒng)的可擴(kuò)充性也是十分重要的。在對系統(tǒng)監(jiān)測和診斷進(jìn)行設(shè)計時，要充分考慮電源系統(tǒng)的兼容性和可擴(kuò)充性。在本文中，在進(jìn)行設(shè)計時就預(yù)先留出了變電站的空間環(huán)境。2 電源系統(tǒng)設(shè)計思路本文主要從監(jiān)測方面和故障診斷方面對電源系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。首先針對電源監(jiān)測方面，本文從電流的輸入狀態(tài)出發(fā)，對交流電的輸入情況、電源的運行情況、以及電池、母線和合閘母線的電壓情況進(jìn)行實時監(jiān)控，一旦出現(xiàn)故障，立即發(fā)出

5、警報，使得監(jiān)控中心能夠及時發(fā)現(xiàn)問題并對其進(jìn)行相應(yīng)的處理，從而有效避免電力事故的產(chǎn)生。針對電源的故障診斷問題，本文采用遠(yuǎn)程監(jiān)控蓄電池以及測試電池的電池組的容量，并對其進(jìn)行電壓的維修和管理對直流母線進(jìn)行操控，對充電參數(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程設(shè)置等。此外，將獲取的電源運行數(shù)據(jù)記錄保存起來，以方便遠(yuǎn)程主站對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，從而為維護(hù)人員的監(jiān)測和診斷提供數(shù)據(jù)依據(jù)，這樣有利于維護(hù)人員對故障進(jìn)行快速判斷處理。此外，本文引入了遠(yuǎn)程遙控技術(shù)，實現(xiàn)對電源開關(guān)的分合控制，從而達(dá)到遠(yuǎn)程控制蓄電池操作的目的。交直流一體電源系統(tǒng)的重要組成有：主站系統(tǒng)、終端設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)。其中主站系統(tǒng)是指服務(wù)中心或遠(yuǎn)程監(jiān)控中心；終端設(shè)備是指蓄電池、開關(guān)、

6、充電裝置、監(jiān)測單元等。網(wǎng)絡(luò)是指基于ieee802.1的以太網(wǎng)。2.1 電源系統(tǒng)功能設(shè)計在本文中，主站系統(tǒng)是應(yīng)用c/s架構(gòu)實現(xiàn)，可以在ie等瀏覽器中進(jìn)行瀏覽，可以獲取交直流一體化電源系統(tǒng)的各項數(shù)據(jù)，并將分析處理后的數(shù)據(jù)存儲在mysql數(shù)據(jù)庫中。由于電源系統(tǒng)應(yīng)用c/s結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，因此，可以通過本地的監(jiān)控設(shè)備對電源系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測，然后對監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行分析、判斷，最后進(jìn)行保存，使得相關(guān)人員只需要在瀏覽器中進(jìn)行簡單的操作就可以掌握變電站的基本情況，工作人員只需要通過服務(wù)器進(jìn)行簡單處理后，其余的工作完全可以交給客戶端與當(dāng)?shù)乇O(jiān)測部門完成就可。這樣的好處一是降低了對服務(wù)器內(nèi)容的要求，而是各個電力站點之間既可以獨立操

7、作又可以協(xié)同作業(yè)，有效提高了電力工作人員的工作效率。此外，當(dāng)主站點出現(xiàn)問題時，也不至于各個子站點工作癱瘓，子站點對主站點的依賴性降低，對其內(nèi)存要求也不是很高，因此在安裝主站點時，并不需要考慮因為負(fù)載站點的增多而給主站點造成的影響。主站系統(tǒng)在進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示時，要求其能夠以菜單的形式或者列表的形式來顯示變電站的地理位置，并區(qū)分各個子站點對交直流一體化的監(jiān)測數(shù)據(jù)，其采用的方式可以是對蓄電池進(jìn)行編號或者對充電機(jī)進(jìn)行區(qū)域編號等，從而更加方便操作人員的操作和理解。2.2 電源開關(guān)設(shè)計作為電源系統(tǒng)的重要構(gòu)成部分，開關(guān)電源是交直流一體化監(jiān)測與診斷的重要對象。然而，對開關(guān)電源常規(guī)的診斷和監(jiān)測還是以監(jiān)測開關(guān)電源的交

8、流輸入電壓和直流輸出電壓為主。首先，對電源開關(guān)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，實現(xiàn)對監(jiān)控電源的通訊。通過分析電源開關(guān)運行情況的數(shù)據(jù)來實現(xiàn)對電源開關(guān)的遠(yuǎn)程監(jiān)測。其次，通過遠(yuǎn)程控制的方式才控制電源開關(guān)的負(fù)載量以及電池的符沖轉(zhuǎn)化情況，以及相應(yīng)參數(shù)的設(shè)置。最后，實現(xiàn)對充電裝置的遠(yuǎn)程操作，使其能夠高精度、高穩(wěn)定性的開展各項工作。2.3 對電池組的設(shè)計在當(dāng)前的交直流一體化電源系統(tǒng)中，一旦系統(tǒng)中出現(xiàn)故障并發(fā)出警報聲時，工作人員很難立刻判定出現(xiàn)問題的電池的具體位置以及導(dǎo)致問題發(fā)生的原因是什么。這是因為單體電源在進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳時，只上傳了與電壓及溫度相關(guān)的數(shù)據(jù)，而且這些數(shù)據(jù)并沒有被傳送到數(shù)據(jù)監(jiān)控中心，因此數(shù)據(jù)監(jiān)控中心及時接收到故障

9、警報信號也無法立即做出有效判斷并采取行之有效的解決措施。此外，針對蓄電池組的真實情況，還需要采取有效措施進(jìn)行判斷。一種方式是測試蓄電池組的內(nèi)在電阻大小。一種是測量蓄電池的放電大小。在應(yīng)用第二種方式測量蓄電池組的實際狀況時，需要有專業(yè)人員進(jìn)行操作，由于蓄電池的維護(hù)工作量相對比較龐大，且變電站的數(shù)目又比較多，因此采用這種方式消費成本比較高，因此很少使用這種方式。 3 電源診斷與監(jiān)測的關(guān)鍵技術(shù)3.1 蓄電池高精度測試技術(shù)對于每個蓄電池來說，其都存在內(nèi)阻，而且其內(nèi)阻的大小與蓄電池的類型有關(guān)，不同種類的蓄電池，其內(nèi)阻值是各不相同的。即使是同一廠家生產(chǎn)的蓄電池，由于其工藝、材料不同，其內(nèi)阻值也存在差異。通

10、常情況下，蓄電池的內(nèi)阻值比較小，我們用毫歐來說明蓄電池內(nèi)阻的大小。從電工的角度出發(fā)，我們將電池和內(nèi)阻作為兩個獨立的個體分別進(jìn)行考慮，將其看作是一個內(nèi)阻不存在的電池串與一個電阻值很小的電阻串聯(lián)在一起。在這種情況下，如果蓄電池的外接負(fù)載個數(shù)比較少時，那么分配給這個小電阻的電壓值就比較小，反之，如果外接負(fù)載數(shù)表較多且其電阻值要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于小電阻的阻值時，那么分配給這個小電阻的電壓值就相對較高，根據(jù)焦耳定律可知，電壓越大，這個小電阻消耗的功率就越多。因此，可充電的蓄電池在其出廠時，通常其電阻值被設(shè)置的非常小，但是隨著時間的積累，電池內(nèi)部的電解液不斷被消耗，導(dǎo)致電池內(nèi)部的各種物質(zhì)活性減慢，直接造成內(nèi)部電阻值

11、的增大，直到使其無法在釋放一絲電源為止，這也就是電池老化的過程。我們從技術(shù)的層面進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，電池的電阻通?？梢员粍澐譃閮煞N情況：充電情況下的電池內(nèi)阻和放電情況下的電池內(nèi)阻。（1）充電情況下的電池內(nèi)阻是指在電池充足的情況下的電阻值阻。（2）放電情況下的電池內(nèi)阻是指電池放電完全后所測得的電池電阻的電阻值。測量蓄電池內(nèi)部電阻的方法，包括密度法、開路電壓法、直流放電法；交流壓降內(nèi)阻測量方法，這種測量方法的優(yōu)點在于該方法幾乎適用于所有的電池，即使是電池的電壓容量比較小的情況下，同樣可以采用這種方法進(jìn)行測量。筆記本內(nèi)電池的內(nèi)阻測量一般就是使用這種方法實現(xiàn)的。3.2 蓄電池電壓均衡技術(shù)電池的壽命和電池

12、的質(zhì)量都是影響蓄電池負(fù)載均衡的因素，通常用電池的使用時間和循環(huán)次數(shù)作為衡量電池壽命的標(biāo)準(zhǔn)。隨著科技的不斷進(jìn)步，蓄電池的工藝越來越成熟，電池的質(zhì)量也越來越有保障，當(dāng)然也并非全部都沒有質(zhì)量問題。在生產(chǎn)電池的整個流程中，任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)錯誤都會造成電池的質(zhì)量出現(xiàn)問題。這種情況屬于先天因素造成電池質(zhì)量不合格，在本文中，并不考慮這種情況。本文主要考慮溫度、循環(huán)充放電次數(shù)過多給電池的質(zhì)量造成的影響。通常情況下，20攝氏度到25攝氏度是最適宜的溫度，最有利于保證電池的質(zhì)量。一定不要超出55攝氏度，否則后果比較嚴(yán)重。這就要求蓄電池的最佳使用情況是低于45攝氏度，否則應(yīng)立即停止對蓄電池的充放電操作，以免發(fā)生危險

13、。交流充放電的循環(huán)頻率過高也就意味著蓄電池經(jīng)常處于一種深度的充放電狀態(tài)，甚至可能充電尚未完成就對其進(jìn)行放電操作，這樣將嚴(yán)重影響電池的壽命。當(dāng)蓄電池組經(jīng)常深度放電或嚴(yán)重過放電，盡管電池組輸出電壓還未到終止電壓但其中個別容量較小的電池可能到終止電壓以下（電源本身一般都沒有針對單體過放保護(hù)），嚴(yán)重的過放電會產(chǎn)生絕緣態(tài)硫酸鉛結(jié)晶并吸附到極板表面，將導(dǎo)致電池內(nèi)阻增大、充放電性能下降、容量下降、壽命縮短，從而嚴(yán)重影響到蓄電池組的性能，除去上述過度放電原因，從放電深度和充放電循環(huán)次數(shù)表中也可以看出放電深度越深其壽命就越短。4 結(jié)語總而言之，交直流電一體化有利于促進(jìn)電力行業(yè)的快速發(fā)展，因此實現(xiàn)電源的監(jiān)測與診斷技術(shù)是十分重要的。本文對電源系統(tǒng)所需使用的電子器件、產(chǎn)品進(jìn)行深入研究，從而實現(xiàn)了對電源系統(tǒng)的監(jiān)測與診斷技術(shù)。通過電源的監(jiān)測與診斷技術(shù)實現(xiàn)了對電源功能的擴(kuò)展，使其能夠創(chuàng)造很好的經(jīng)濟(jì)效益。參考文獻(xiàn)1周振楠.關(guān)于變電站交直