交直流一体化直流电源之高频直流电源系统

高频直流电源系统

　　第一章 概  述
　　§1.1  简 介
　　SXJZ220系列高频开关直流电源系统采用我公司自主研制开发的高频开关整流模块及微机监控模块，融合了最新的高频软开关技术和计算机控制技术，具有高效率的零开通和零关断整流技术，简洁易懂的中文界面显示，完全智能化运行管理和多层保护等优异性能，极大地提高了系统的稳定性、可靠性和效率。
　　高频开关电源由于其体积小，重量轻，技术指标优越，模块化设计，N+1热备份方式，系统配置有RS485和RS232接口，可与后台计算机配合通讯，实现“遥控、遥测、遥信、遥调”功能，完全满足电力系统自动化控制系统要求，是符合高新技术发展方向的新型电源产品。目前已广泛应用于发电厂、水电站及各类变电站和工业企业配电系统中心。

　　§1.2  系统性能特点
　　●高频软开关技术：采用最新的高频谐振软开关技术，实现整流过程高频开关管的零开通和零关断，提高系统的效率和功率密度。
　　●模块化设计，充电装置使用多个高频开关模块并联，N+1热备分，可平滑扩容，可带电热拔插模块具有一体化接口，提高系统稳定性和可靠性。
　　●监控功能完善，高智能化，采用大屏幕液晶汉字显示，触摸屏带触摸功能，声光告警。
　　●全智能化设计，对系统的各组成部分：交流配电、整流模块、直流馈电实现全参数本地及远端监控；主要监控量有：模块的开/关机、充电方式、输出电压调节、输出限流点整定、双路交流自动切换、电池自动管理等等。
　　●监控系统配有标准RS-232/485接口，采用电力部标准通信规约，方便接入自动化系统，提供开放协议，方便组网，简单实现“四遥”及无人值守。
　　●对蓄电池自动管理及自动维护保养：实时监测蓄电池组的端电压，充、放电电流，单体蓄        电池电压自动控制均、浮充以及定期维护均充。
　　●具有电池温度补偿功能。   
　　●整流模块操作使用简单，可带电插拔，更方便于安装、检修、更换。

　　§1.3  型号定义说明
                

　　§1.4  技术指标
　　◆　交流输入电压:  380V±15%
　　◆　电网频率：50Hz±10%
　　◆　输出电流等级：10A~320A
　　◆　使用电池容量:10AH~3000AH
　　◆　额定输出电压：220V/110V
　　◆　输出电压范围:  198V~286V /99V~143V  连续可调
　　◆输出限流：额定电流×（10% ~110% ）
　　◆　模块额定输出电流：5A， 7A，10A，20A （220V系统）；10A，15A，20A，40A（110V系统）
　　◆　稳压精度:  ≤±0.5%  
　　◆　稳流精度:  ≤±0.5%
　　◆　纹波系数:  ≤±0.1%
　　◆　效率:  ≥91%
　　◆　输出过压保护:  295±5V/155V±2V
　　◆　输出欠压保护:  190V±2V/85V±2V
　　◆　绝缘电阻:  ≥10M
　　◆　绝缘强度：输出对地、输入对地、输入对输出施加2KVAC, 1min无飞弧无闪络。
　　◆相对湿度:  ≤90%
　　◆海拔：≤1000m
　　◆地震烈度≤7度
　　◆　环境温度:  -5℃~45℃
　　◆　可闻噪音:  自冷≤40dB　　风冷≤55dB（距柜体1米处）
　　◆　防护等级： ≥IP30
　　◆　屏体尺寸（长*宽*高）：2260*800*600/2360*800*550（单位：mm）

　　第二章 系统结构组成及接线方式

　　§2.1系统结构组成：
　　系统组成的屏面示意图如图2.1，其基本组成部件及功能如下：
　　A．监控模块：
　　监控模块进行系统管理，对系统的交流监控单元PMU-A2、直流监控单元PMU-D2、开关量监控单元PMU-K2、绝缘监测单元PMU-J1、18节蓄电池巡检仪PMU-B1中采集到的信号进行统一管理，实现电池智能化管理、系统、报警，使分布式集中监控的模式成立并实现后台远程通讯功能。
　　监控模块配置下位机：交流检测单元PMU-A2，直流检测单元PMU-D2，开关量信号单元PMU-K2；选配单元：绝缘监测单元PMU-J1，18节蓄电池巡检仪PMU-B1,108节蓄电池巡检仪BAT-108。
　　交流监测单元
　　测量双路三相交流输入电压、电流、交流接触器状态。
　　通过RS485串行接口将检测的信息传送给电源系统监控模块，作为监控模块管理电源系统和处理故障告警的依据。
　　根据测量的交流输入电压自动完成双路交流输入的自动切换；实现双路交流互为备用供电。
　　直流馈电监控单元
　　测量直流馈电的输出参数和馈电元件的工作状态。
　　监测合母输出电压、电流；控母输出电压、电流、电池充放电电流和环境温度等模拟量；通过RS485串行接口将检测的信息传送给电源系统监控模块，作为监控模块管理电源系统和处理故障告警的依据。
　　开关量监控单元
　　电池熔断器状态、电池开关状态、合闸开关状态、控制开关状态、绝缘监察继电器状态降压模块工作状态等开关量采集到此监控单元中，自行控制，并通过RS485口上报至监控模块。
　　绝缘监测单元
　　实现系统母线和支路绝缘状况监测，产生告警信号并上报至监控模块，同时具有告警干接点输出；单个绝缘监测单元可测量30路支路输出，绝缘监测单元可进行并机扩展。

　　B．充电模块(高频开关模块)：完成AC/DC变换，实现系统基本功能。
　　C．交流配电：将交流电源引入分配至各个模块，具备两路交流输入互投电气、机械功能。
　　D．避雷装置：使用C级防雷器，防止交流处引进浪涌及雷击，保证系统运行的稳定性。
　　E．直流馈电输出：将直流输出电源分配至每一路输出。
　　F．母线电压调节：控制降压硅链投入节数，使直流母线电压保持在额定范围。
　　G．闪光输出：系统可根据需要选配闪光母线输出。
　　H．蓄电池：交流断电时，由蓄电池对直流负荷供电；合闸大电流输出时也由蓄电池对其进行供电。
　　I．蓄电池巡检仪：
　　PMU-B1：支持18节蓄电池单体电压监测，负责采集两组环境温度，测量精度可达5%，受主监控器控制；
　　BAT-108：提供1 0 8 节单体电池检测,可测量任意规格电池，或者多节电池串连测量；提供电池总电压与电池电流的测量；提供电池温度监测， 监测电池体表温度或电池安装环境温度；通过LCD 和按键校准各种测量值；有标准RS-232和RS485接口，直接与上位机通讯；系统配备LCD显示屏、薄膜键盘、声光告警器；通过LCD 显示屏显示系统工作信息；通过薄膜键盘配合LCD显示可以方便快捷的完成系统的配置和参数的修改；系统根据设置参数自动处理系统告警，并用汉字显示系统故障内容，同时发出声光报警。

　　§2.2系统主要接线方式：
　　在实际设计过程中用户可能要求不同接线方式以满足其要求,可以按照以下9 种标准接线方式组屏

　　第三章  系统监控模块
   　　§3.0监控系统原理组成：
　　监控系统硬件结构采用模块式集散结构，各单元功能相对独立，单元故障不会在系统中扩散，因而系统具有极高的可靠性。
　　监控系统采用三级控制管理结构，监控系统结构框图如3.1图所示，最高一级为系统控制后台或电力自动化系统，通过RS232/RS485与系统监控模块连接；系统监控模块为监控系统的第二级，监控系统的底层由交流配电监控单元、直流监控单和开关量监控单元构成。
　　系统监控模块通过RS485通讯接口与交流配电监控单元、各模块监控单元和直流馈电监控单元相连接。交流配电监控单元、模块监控单元和直流馈电单元内部均采用微机处理技术，负责监测各部件的运行参数和工作状态，执行从上级监控发出的控制命令，是整个监控系统的基础。

图3.1监控系统结构框图

　　监控系统的主要技术参数：
　　● 工作电源：85V~320VDC，176V~264VAC
　　● 最大功耗：≤10W
　　● 工作温度：-5℃~40℃
　　● 海拔高度：≤2500m
　　● 内部通信端口：RS485
　　● 后台通信端口：串口RS485和RS232
　　● 电池管理：自动均浮充转换
　　　　　　　　充电限流
　　　　　　　　定时均充
　　　　　　　　温度补偿
　　● 控制功能：高频整流模块开、关机
　　　　　　　　高频整流模块限流
　　　　　　　　高频整流模块电压调节
　　　　　　　　电池均/浮充转换
　　　　　　　　降压装置电压控制
　　● 告警功能：可为告警量设定继电器输出（1～6）；蜂鸣器声音告警

　　　　　　　　交、直流电压过欠压告警
　　　　　　　　馈线开关故障告警
　　　　　　　　绝缘故障告警
　　　　　　　　电池电压故障告警
　　● 绝缘强度：通信端口对机壳耐压500VAC/1Min，电源端口对机壳耐压2000VAC/1Min，电源端口与通信端口耐压2500VAC/1Min

　　监控模块性能特点：
　　◆ 符合高等级的抗扰度国际标准，工作稳定可靠
　　◆ 设置密码保护，保证设备维护、操作权限
　　◆ 大屏幕触控液晶中文显示，界面友好，易操作
　　◆ 监控可同时管理两组电池，并可监测两段母线
　　◆ 提供RS232、RS485硬件接口，可方便接入远程监控系统
　　◆ 支持CDT、RTU、MODBUS、IEC103、IEC61850等多种规约，易于接入远程监控系统

　　

　　第四章高频整流模块说明
　　§4.0概述

　　高频整流模块的主要作用是将三相交流电整定成为具有额定电压的直流电，向各种直流负载供电，是系统中最基本的组成部件。
　　高频整流模块特点：
　　●采用先进的高频移相谐振软开关技术，转换效率高；
　　●模块采用输出无级限流方式，可根据负载电流的大小和电池容量由系统监控模块选择，限流点稳流精度优于±1%；
　　●采用低差自主均流技术，多个模块并机运行时，具有理想的均流性能；
　　●采用一体化的输入输出及通讯端口，并设计为可带电插拔，方便模块的更换，使系统维护变得安全、简单、高效；
　　●具有完整的告警和保护功能；
　　●能够实现与上位机通讯，具有“四遥”接口。
  　　

　　第五章 蓄电池 使用维护
　　监控模块电池管理过程
　　电池组是直流系统中重要的组成部分，对电池组良好的维护和监测显得尤其重要。我司的智能监控模块具有先进的电池管理功能，可以严格按照电池的充放电曲线对电池进行管理。
　　5.1充电功能
　　系统监控根据设置的充电参数，自动完成电池充电程序，充电参数根据使用电池的类型、容量以及厂家提供的资料设置（镉镍蓄电池和阀式密封铅酸蓄电池充电程序有一定差异）。
　　1、 镉镍蓄电池的运行示图如下图所示，充电程序如下：
　　a、镍蓄电池正常充电程序（恒流---恒压---浮充）：
　　用0.2C5A（可设置）恒流充电，电压达到均充整定值（1.47–1.55）V×n（n为单体电池节数）时，监控模块控制高频整流模块自动转为恒压充电，当充电电流逐渐减小，达到0.02CA（可设置）时，再延续充电3h，监控模块自动转为浮充电运行状态，电压为（1.36–1.45）V×n（可设置）。
　　b、长期浮充充电程序：
　　正常运行浮充状态下每隔3个月，监控模块自动转入均充状态运行，按镉镍蓄电池正常充电程序进行充电。
　　c、交流电中断程序：
　　正常浮充电运行状态时，当电网事故停电，这时高频整流模块停止工作，蓄电池通过降压装置，无间断地向控制母线送电。当电池电压低于设置的告警限时系统监控模块发出声光告警。
　　d、交流电源恢复程序：
　　交流电源恢复送电运行时，监控模块自动进入均充状态运行，按镉镍蓄电池正常充电程序进行充电。
　　2、阀控式密封铅酸蓄电池运行示图如下图所示，充电程序如下：
　　a、阀控式密封铅酸蓄电池正常充电程序（恒流---恒压---浮充）：
　　用0.1C10A（可设置）恒流充电，电压达到均充整定值（2.30–2.40）V×n（n为单体电池节数）时，监控模块控制高频整流模块自动转为恒压充电，当充电电流逐渐减小，达到0.01CA（可设置）时，微机开始计时3h后，监控模块控制高频整流模块自动转为浮充状态运行，电压为（2.23-2.28）V×n。
　　b、长期浮充充电程序：
　　正常运行浮充状态下每隔3个月,监控模块自动转入均充状态运行，按阀控式密封铅酸蓄电池正常充电程序进行充电。
　　c、交流电中断程序：
　　正常浮充电运行状态时，当电网事故停电，这时高频整流模块停止工作，蓄电池通过降压装置，无间断地向二次控制母线送电。当电池电压低于设置的告警限时系统监控模块发出声光告警。
　　d、交流电源恢复程序：
　　交流电源恢复送电运行时，监控模块自动进入均充状态运行，按阀控式密封铅酸蓄电池正常充电程序进行充电。
　　5.2温度补偿
　　阀控式密封铅酸蓄电池在不同的温度下必须对蓄电池充电电压做相应的调整才能保障电池处于最佳状态，电池管理系统可以监测电池温度；用户可根据电池厂家提供的参数，选择使用电池温度补偿功能，选择此功能后系统监测电池温度，自动调整电池充电电压，使电池工作在最佳状态。
　　5.3电池定期维护保养功能
　　当电池长期不用或长期处于浮充状态，电池极板的活性物质很易硫化，当活性物质越来越少时，电池的放电能力也越来越差，直至放不出电。
　　此外，由于电池之间的离散性，单体电池之间的实际电压不尽相同，电池标称的浮充电压只是一种均值，所选定的浮充电压并不能满足每一节电池的要求，如果电池长期处于浮充状态，其结果必定是，部分电池的电量能保证充满，而有一部分电池是无法充满的，这一部分电池表现出来的电压是虚的，需要放电时，其放电能力很差。
　　因此，要求充电系统具备定期对电池作维护性的均充活化功能，以免电池硫化、虚充，确保电池的放电能力和使用寿命。
　　我公司的监控模块，能非常方便的实现这一功能，而且定期均充间隔时间可由用户根据需要自行设定；在需要对蓄电池进行充放电实验的时候，该监控系统可以实时监测蓄电池的放电容量和电压，防止蓄电池过度放电，从而增加蓄电池的寿命。

　　附录：注意事项
  　　接线时，请不要带电操作，避免起弧。非专业人士严禁带电维护，以免触电
  　　注意确认直流端子输出极性正负，反接会导致充电设备及用电设备的损坏
  　　设备断电后，柜内高压会残留一段时间
  　　本系统控制器及整流模块皆由精密元器件构成，且经过出厂严格测试，里面没有需要维护的器件，请用户不要随意打开。