一种电力调度自动化系统中的间断电源

一种电力调度自动化系统中的间断电源

当电源的输入电压和频率异常或中断时，无线电源可能会提供恒压、恒频率和恒称道的纯正波交流电源输出，这极大地改善了计算机设备和网络设备的电源环境。这是确保这些设备安全、连续、可靠运行的重要因素。随着计算机设备、网络设备在电力调度自动化系统、信息管理等领域的广泛应用,对不间断电源也提出了越来越高的要求。不间断电源设备按工作模式可分为在线式、后备式、互动式3种,工业场所的不间断电源设备均为双变换在线式,如图1所示。从图1可以看出,双变换在线式不间断电源设备正常运行时,电网交流电输入经AC/DC/AC变换后通过静态开关输出稳定连续的交流电源,蓄电池组作为不间断电源设备后备电源,当电网交流电输入电压、频率异常或中断时,无间断切换到蓄电池组逆变供电。在电网交流输入正常时,由充电器对蓄电池组充电或补充充电,旁路则作为逆变器过载、过温或故障时的备用通道。双变换在线式不间断电源设备具有交、直流切换和供电零中断的优点,在工业现场大量采用。但关键问题是成本、价格,作为重要的后备电源,蓄电池组及其充放电的管理往往被忽视(一般生产厂商更关注不间断电源核心部件——逆变器的技术更新及产品质量)。在普通不间断电源中,蓄电池组一般选用低寿命的NP型电池(设计寿命3～5年)、容量一般按5～10h选取,充电器往往采用相控整流实现稳压充电,利用电阻限流,甚至只采用普通的半波整流充电电路,利用电阻限压限流。这种充电器有较大的直流纹波系数、较低的稳压(稳流)精度,对阀控式铅酸密封免维护蓄电池充电,极易造成蓄电池内阻增大,电解液失水干枯,容量下降,寿命缩短。对不间断电源的一般应用场合,如计算机设备及时保存数据,其危害还不能显现,但对于电力调度自动化系统等需要连续长时间不间断供电的场合,其不良后果是非常严重的。1蓄电池充放电主要参数,有利于自在电力电源、通信电源等以蓄电池为后备电源的直流电源系统中,目前已普遍采用全自动微机监控的高频开关电源模块构成的充电机,它具有稳波系数小、稳压(稳流)精度高、自动充放电曲线控制、浮充电压自动温度补偿等优点,并配有完善的蓄电池容量、单体电池电压、蓄电池组特征点温度监测装置,保证了蓄电池组后备满容量,同时极大地提高了蓄电池的使用寿命。高频开关电源充电机运行工况的优越性已在各个无人值班变电站中得到了充分证明,其技术性能指标见表1所示。1.1浮充电过程及蓄电池运行工况实现自动充电(均充电)过程见图2所示。蓄电池投入运行时,充电机以0.1C10(C10为蓄电池10h标称容量)对蓄电池进行恒流充电,此过程中,充电电流保持恒定,蓄电池电压逐步上升,蓄电池电压上升至均充电电压时(一般取2.33～2.35V,可设定),充电电压不再上升,充电电流逐步下降,当充电电流下降至均充计时电流(可设定),再经过固定延时3h,自动充电进入浮充电过程。此过程中,充电电压保持在浮充电电压(一般取2.23～2.25V),浮充电电流维持在较低值,以保证对蓄电池自放电容量的补充,浮充电是蓄电池长期所处的运行状态,为消除此阶段蓄电池长期浮充运行、蓄电池极板硫化等内部因素造成的蓄电池间电压、内阻、容量等差异,在蓄电池连续浮充电运行1～3个月后,充电机自动对蓄电池再次进行均充电过程。在浮充电运行时,如交流输入失电蓄电池放电时间超过30min,交流输入恢复时,充电机自动以充电(均充电)方式对蓄电池进行补充充电。在微机监控高频开关电源充电机浮充电运行时,可根据设备运行环境温度或蓄电池组运行环境温度,按单个2V电池对浮充电压自动进行补偿,以消除环境温度对蓄电池容量、寿命的影响。以上充电过程、浮充电压温度补偿在微机监控单元的作用下,按设定的参数全自动运行,无需人工管理。1.2蓄电池检测及充电系统微机监控单元具有通信接口,将充电机运行参数、运行状态上送后台监控系统,同时接收处理后台监控系统发送来的改变运行参数、运行状态指令,即可实现“四遥”功能。微机监控高频开关电源充电机在电力、通信领域已有多年的成功运行经验,实践证明,蓄电池后备容量、使用寿命均得到了极大的保证。同时,由于该技术在上述领域的大量应用,派生的蓄电池检测技术也得到了飞速发展,如微机型蓄电池巡检装置,可在线检测蓄电池组电压、充放电电流、监测蓄电池组特征点温度、巡检单个蓄电池电压、配合恒流负载进行在线容量核对,对运行中的单个蓄电池开路(短路)、上下值越限、差压、容量不足等进行告警。如配备在线式便携蓄电池内组(电导)测试仪,还可对单个蓄电池内阻(电导)进行检测。在检测过程中,除采用整组蓄电池充放电进行容量核对、恢复容量外,对个别落后的单个蓄电池还采用在线式单个蓄电池活化装置进行充放电,以恢复其容量。不间断电源中充电部分引入微机监控高频开关电源充电技术,极大地提高后备蓄电池备用时间、使用寿命。具体实现方式为去除普通不间断电源中蓄电池、充电电路,改由微机监控高频开关电源充电机加蓄电池组提供直流电源,原不间断电源改为电力专用不间断电源或逆变电源。这种设计、工作模式在电力系统变电站、发电厂大量使用,减少了变电站、发电厂蓄电池投资,降低了运行检修人员日常工作量,实践证明是可行的。2实用间断电源系统由于河源供电局调度自动化系统原配置的UPS存在放电后难以恢复蓄电池容量的缺陷,决定对上述设备进行更换改造,经与厂方反复分析、推敲方案,推出了应用于调度自动化系统的基于变电站高频开关直流电源与大功率逆变器相结合的TUPS系列实用不间断电源系统。2.1u2009蓄电池电路本电源系统由2台单进单出30kVA逆变电源装置组成。蓄电池型号NPL200-6,设计使用寿命长至7～10年,单个蓄电池标称电压6V、标称容量200Ah,每组蓄电池36只串联,共2组蓄电池;微机监控高频开关电源充电机2套2面柜,分别对2组蓄电池充电,同时提供2台逆变电源装置正常工作电源;为提高直流电源供电可靠性,2台充电机柜、2组蓄电池在直流母线上通过二极管、开关并接,蓄电池回路留有放电检测回路,可实现一组充电机、一组蓄电池退出检修而直流母线连续供电;配备微机型蓄电池巡检装置,实现对单个蓄电池连续实时监测;2台逆变电源装置输出带各自母线运行,2段母线设置母线联络开关,以便设备、母线检修时使用,重要负荷采用双回供电;为保证在逆变电源装置退出检修时交流输出电源稳定,配置电力交流稳压器DBW-30KVA1台。2.2参数选择2.2.1u3000蓄电池放电a)确定单台逆变电源装置输出容量S为30kVA。b)考虑用电力微机监控高频开关电源充电机,确定其直流额定电压UDC,r为230V,由36只NPL型、6V标称电压蓄电池串联构成蓄电池组。c)确定蓄电池后备时间为1h。d)计算蓄电池放电电流I,约为110A。e)计算蓄电池10h标称容量约为200Ah。2.3充电机的容量选择计算蓄电池充电电流为20A。逆变电源装置直流输入电流约110A。高频开关电源模块TEP-M20A/220V共7台。2.4明确了运行状态,确保了可靠的电源保障TUPS电源系统自2005年10月安装投运后,一直运行正常。电源系统微机集中监控单元由于采用了分辨率为320×240的大屏液晶图形、汉字显示,运行维护人员可以清楚直观了解电源系统中交流输入(输出)电压、交流输出负载率、充电机输出电压(电流)、蓄电池组电压(电流)、单个蓄电池电压、均(浮)充状态等运行参数以及蓄电池充放电曲线;弹出式显示菜单及事件纪录功能,当出现故障、状态告警时,便于运行维护人员直观快捷地掌握现场运行状态。2005年11月某日,由于设备检修,河源供电局办公大楼全部停电7h,TUPS电源系统正常工作,保证了调度自动化系统等重要设备电源连续供应。供电恢复后,微机监控高频开关电源充电机快速补充了蓄电池容量。2006年4月某日,发生长达9h的停电检修,TUPS电源系统又一次提供了可靠的电源保障。在运行过程中,我们也实际模拟了TUPS电源系统其中1台逆变电源装置故障检修状态,由于该电源系统整体方案设计合理,提供了旁路稳压器及维修旁路开关,在装置退出及恢复投运时保证了交流供电的连续、稳定、不中断。3完善蓄电池的使用寿命及电源系统在不间断电源系统中,采用全自动微机