智能变电站交直流一体化电源系统的研究与应用.doc

智能变电站交直流一体化电源系统的研究与应用ZHUANTII_UNTAN专题论坛智能变电站交直流一体化电源系统的研究与应用焦国锋,雷宏(陕西省电力设计院,陕西西安710054)摘要:分析了常规变电站站用电系统现状及存在问题,主要包括站用电源自动化程度低,系统管理和信息共享|.困难,投资浪费等,针对这些问题问题,阐述了智能变电站站用电源系统一体化设计的可行性;提出了智能化变电站交直流一体化技术方案,即采用网络通信,一体化监控,系统联动等方法实现站用电源网络智能化设计,并统一采集站用各子系统数据,通过一体化监控设备对整个站用电源系统进行管理,实现辅助系统的联动.并介绍了该方案在户县330kV变电站及柳湾110kV变电站的实际应用.关键词:智能变电站;站用电系统;关键技术中图分类号:TM63文献标志码:A文章编号:16737598(2010)100037040引言站用电源是变电站安全运行的基础,随着变电站数字化程度的越来越高以及智能化试点变电站的投运,相应提高站用电源整体的运行管理水平具有非常重要意义.目前,现有站用电源在资源整合,自动化水平,管理模式等方面都还存在很大的优化空间,本文提出一种新的变电站电源系统设计理念,将站用交流电源系统,直流电源系统,逆变电源系统,通信电源系统等一体化设计,一体化配置,一体化监控,其运行工况和信息数据通过一体化监控监控单元展示并转换为DL/T860标准模型数据接入自动化系统并上传至远方控制中心.1常规变电站站用电源系统现状常规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,站用电源系统主要为变电站内主要设备提供储能,加热,通风,操作电源及站内检修照明等电源.一直以来变电站内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维护管理.因此存在很多不足.(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.系统缺乏综合的分析平台,自动化程度较低.(2)经济性较差.由不同供应商分别设计各个子系统.资源不能综合考虑,使一次投资显着增加.如:直流系统配置一套电池组,UPS,通信电源系统又各自独立配置一套电池组,这样既浪费设备,又使设备之间难以协调运行.(3)从站用系统设计来讲,变电站综合自动化系统已由集中分布式系统向数字化发展.目前综合自动化系统已成为站用电源信息共享平台,站用电源信息也一直作为综合自动化系统的简单附属信息,难以实现系统管理和信息共享.2变电站交直流一体化电源系统技术2.1智能型站用电源交直流一体化系统(1)建立站用电源信息共享平台.站用电源整体网络智能化,一体化,将交流,直流,逆变,通信电源网络智能化,对外1个通信接口31.(2)设计优化.取消通信蓄电池组及充电装置,使用DC/DC变换器直接挂于直流母线代替:取消UPS蓄电池,使用逆变器直接挂于直流母线代替,对重要负荷如事故照明等采用逆变电源供电:统一进行波形处理;统一进行二次配电监控管理,实现状态检修.2_2数字化站用电源交直流一体化系统(1)上行下达信息数字化传输.收稿日期:20100829作者简介:焦国锋(1979一),男,陕两富平人,本科,工程师,主要从事变电电气设计方面的T作.|;专论ZHUANTILUNTAN(2)开放式系统采用IEC61850规约.2.3程序化站用电源交直流一体化系统(1)电源与负荷结合,将辅助系统(空调,风机,门禁,消防,周界等)纳人控制范嗣.(2)任务程序化执行.能造成交直流互相影响的部分作了隔离.(6)智能装置电源,控制电源全部采用直流更可靠.4主要技术方案及特点3智台凌电站交直-一体化由源系茸设4.1实施方案嘲智能站用电源交直流一体化电源系统,是指对站用电源进行全面整合.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;通过交直流监控模块将站用电源各子系统通信网络化,实现站用电源信息共享,建立数字化电源软件平台;通过将站用电源所有开关智能模块化.集中功能分散化,实现模块外无二次接线,无跨屏二次电缆,建立数字化电源硬件平台:一体化监控模块通过以太网接口,IEC61850规约与自动化系统通信,使站用电源系统成为开放式系统.(1)站用智能交流系统已成功在大多数的变电站运行直流核心充电模块采用移相谐振软开关技术,风冷,白冷结合.逆变电源正常时交流供电,交流断电后切换直流逆变.一体化使用成熟的交流技术,直流技术,在技术方面没有任何风险.(2)站用直流电源和通讯电源进行整合,取消通信电源蓄电池组.变电站交直流电源的环境要求一样,遵循的技术标准相近,多年大量的直流蓄电池组运行经验证明,带有双套蓄电池组的直流控制电源有很高的供电可靠性,整个蓄电池组故障造成停电的可能性极小48V的通信电源采用高频模块式的DC/DC变换器,每组DC/DC变换器分别由两组蓄电池供电,其输出并联构成N+1备份,任一模块故障或任一组蓄电池失电均可保证48V电源不中断供电.通信的输入对输出,输入对地和输出对地的绝缘大于2000V.通信电源虽然要求正接地,但通过DC/DC变换器的隔离能保证这两种电源的独立性和可靠性.站用直流电源和通讯电源进行整合已在220kV及以下电压等级成功应用,为站用电源交直流一体化设备在更高电压等级的应用创造了条件.(3)后台监控部分的所有显示,设置均双重化,一体化监控故障不影响装置运行,且一体化监控更容易发现故障.(4)个别装置故障不影响整体运行.(5)交流,直流绝对分开走线,分开布置.对可(1)站用电源所有开关智能模块化.将开关,传感器,智能电路集成在一个机箱模块内.主要包括:交流进线模块,交流馈线模块,充电模块,降压模块,逆变电源模块,直流馈线模块,蓄电池监测模块;实现站用电源开关智能模块化后,能够达到模块外无二次接线,对外只有通信联线,检修维护标准化.(2)集中功能分散化.将直流馈线绝缘监测功能放于直流馈线模块巾实现,蓄电池巡检分屏实现.这样便可消灭柜间联络电缆.(3)站用电源网络智能化.设置站用电源一体化监控模块,将全站站用电源(包括交流电源,直流电源,逆变电源,通信电源)联成网络进行统一管理.从而为站用电源状态检修等智能管理打下基础.(4)站用电源一体化监控模块通过以太网并以光纤通信媒介,IEC61850规约进行数据传输,使站端自动化系统象访问网址一样访问站用电源任何装置数据4.2主要特点(1)开关智能模块化.采用常规低压开关,将开关,传感器,智能电路集成在一个机箱内,采集,开关量输入,开关量输出,控制等二次线在机箱内解决.实现上行下达信息数字化传输:模块外无二次接线,屏间无跨屏二次电缆,对外通信采用光纤联络.使传统设计薄弱的馈线智能监测或监控彻底改变.开关智能模块化的实施将使单个柜体安装开关数量更多,检修维护更方便,所有开关实现智能检测或控制.(2)智能化电气设备.1)丁作变进线,备用变进线和重要回路断路器采用电动操作机构,实现断路器远程分闸和合闸的自动化控制;2)进线回路装设采用高性能微处理器的测控装置,实现对交流进线电源的测量,记录,l监视和控制等功能,满足变电站综合自动化系统的要求.(3)智能开关模块一次开关运行不依赖于二次回路,二次回路主要起状态监测作用,重要的充电模块配置,蓄电池配置和传统方案相同.(4)集中功能分散化.1)直流绝缘检测分散为ZHUANTILUNTAN专题论坛_7ill.母线绝缘检测+带馈线绝缘检测的馈线开关模块完成.取消常规二次接线,接口使用通信.但通信不影响各模块运行,方案实施结果将比传统方案更加安全可靠:2)蓄电池每层分散配置采集模块,取消层间联线(5)建立站用电源信息共享平台.设立站用电源总监控模块,所有站用电源智能模块均通过通信将信息接人总监控模块,包括交流进线模块,直流监控模块,充电模块,逆变电源模块,通信DC/DC模块,母线绝缘检测模块,含绝缘检测的直流馈线模块,蓄电池监测模块.站用电源总监控模块以一个以太网通信接口,使用IEC61850规约与上位机通信,通信架构见图1图1通信架构示意图(6)高级功能的应用.通过将站用电源所有开关智能模块化建立开关程序化控制硬件平台:通过网络通信技术将站用电源交流电源子系统,变电站辅助设备系统(空调,风机,消防,照明等)联成网络,建立固化联动方案程序的软件平台,实现站用电源开关除具备传统手动控制,远方控制,保护控制外,能依据相关信息触发条件,激活预定程序,完成程序化动作.5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信网络接人一体化监控器,一体化监控器1个通信口接人综自/调度系统.(4)智能化.在一体化监控器或远方管理系统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)更方便.图形界面显示,操作方便简单.一个位置可以浏览全部电源系统的运行状况,多套系统一体化维护更加方便.(8)降低TCO(Totalcostofownership).简化采购及施工协调,总投资减少,总维护费用降低,拥有成本(TCO)降低.(9)利用一体化电源的二次配电馈线智能管理系统,将变电站辅助设备纳入站用电源的管理,实现站用一体化电源系统与辅助设备系统的有效综合控制.将智能站用电源与辅助设备进行无缝衔接后,能够实现照明,配电,空调,风机,消防,门禁,周界保护系统,生活水泵等智能监控本地化,并最终实现网络智能化.6结语将变电站内使用的交流电源,直流电源,逆变电源,通信电源等电源系统,通过网络通信,一体化监控,系统联动等方法,实现站用电源安全化,网络智能化,解决了传统分离式电源系统的弊端,提高了变电站智能化水平及站用电源管理水平,提高了电源系统的可靠性和灵活性,减少了工程总投资,降低了总维护费用.实现了智能站用电源系统与变电站辅助设备进行无缝衔接,实现变电站辅助设备的网络智能化管理.综上所述,该系统是一套技术先进,性能可靠,节能环保,符合两型一化设计理念和智能化变电站设计规范的智能变电站交直流一体化站用电源系统,目前,国内已有多个数字化变电站试用过变电站交直流一体化系统,并开始推广使用,其中陕西省110kV长安坝数字化变电站及柳湾1】0kV智能化变电站试点工程已实际运用专题论坛ZHUANTILUNTAN参考文献1】Q/GDW393-2009,110(66)220下伏智能变电站设计规范【SI.【2】Q/GDW3832009,智能变电站技术导则fs】.3深圳泰昂电子技术有限公司.产品宣传手册IR1.深圳:深圳泰昂电子技术有限公司,2009.【4】变电站智能站用交直流一体化电源系统的应用lJ1.农村电T,2009,f5):3132.陕西省电力设计院.柳湾110kV变电站初步设计说明书R1.西安:陕两省电力设计院,2010.6党引,王健.数字化直流电流互感器二次激励电源研究IJl_电子没计工程,2010,18(3):128129.7周星,陈晓.电子式电流互感器在罐式断路器中的组合应用J1.电网与清洁能源,2010,26(9):912.(责任编辑申光艳)StudyandApplicationofAC&DCIntegratedPowerSuppliesforIntelligentSubstationsJIAOGuofeng,LEIHong(ShaanxiElectricPowerDesignInstitute,Xiall710054,China)Abstract:Thepaperanalyzesthestatusandproblemsinstationpowerserviceforconventionalsubstation,basedonwhichexpoundsthefeasibilitytodesigntheintegratedoperationofthestationpowersuppliesinintelligentsubstation,putsforwardthetechnicalschemeforAC&DCintegratedsystemintheintelligentsubstations.whichimplementstheintelligentdesignofthestationpowersuppliesbymeansofnetworkcommunication,integratedmonitoringandsystemlinkage.Thedataacquisitionsystemisadoptedtocollectallinformationtbrsubsystems,andthewholestationpowersuppliesismanagedb