交直流一體化直流電源之高頻直流電源系統(tǒng)
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交直流一體化直流電源之高頻直流電源系統(tǒng)
高頻直流電源系統(tǒng)
第一章 概 述
§1.1 簡 介
SXJZ220系列高頻開關(guān)直流電源系統(tǒng)采用我公司自主研制開發(fā)的高頻開關(guān)整流模塊及微機監(jiān)控模塊，融合了最新的高頻軟開關(guān)技術(shù)和計算機控制技術(shù)，具有高效率的零開通和零關(guān)斷整流技術(shù)，簡潔易懂的中文界面顯示，完全智能化運行管理和多層保護等優(yōu)異性能，極大地提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和效率。
高頻開關(guān)電源由于其體積小，重量輕，技術(shù)指標優(yōu)越，模塊化設(shè)計，N+1熱備份方式，系統(tǒng)配置有RS485和RS232接口，可與后臺計算機配合通訊，實現(xiàn)“遙控、遙測、遙信、遙調(diào)”功能，完全滿足電力系統(tǒng)自動化控制系統(tǒng)要求，是符合高新技術(shù)發(fā)展方向的新型電源產(chǎn)品。目前已廣泛應(yīng)用于發(fā)電廠、水電站及各類變電站和工業(yè)企業(yè)配電系統(tǒng)中心。
§1.2 系統(tǒng)性能特點
●高頻軟開關(guān)技術(shù)：采用最新的高頻諧振軟開關(guān)技術(shù)，實現(xiàn)整流過程高頻開關(guān)管的零開通和零關(guān)斷，提高系統(tǒng)的效率和功率密度。
●模塊化設(shè)計，充電裝置使用多個高頻開關(guān)模塊并聯(lián)，N+1熱備分，可平滑擴容，可帶電熱拔插模塊具有一體化接口，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性。
●監(jiān)控功能完善，高智能化，采用大屏幕液晶漢字顯示，觸摸屏帶觸摸功能，聲光告警。
●全智能化設(shè)計，對系統(tǒng)的各組成部分：交流配電、整流模塊、直流饋電實現(xiàn)全參數(shù)本地及遠端監(jiān)控；主要監(jiān)控量有：模塊的開/關(guān)機、充電方式、輸出電壓調(diào)節(jié)、輸出限流點整定、雙路交流自動切換、電池自動管理等等。
●監(jiān)控系統(tǒng)配有標準RS-232/485接口，采用電力部標準通信規(guī)約，方便接入自動化系統(tǒng)，提供開放協(xié)議，方便組網(wǎng)，簡單實現(xiàn)“四遙”及無人值守。
●對蓄電池自動管理及自動維護保養(yǎng)：實時監(jiān)測蓄電池組的端電壓，充、放電電流，單體蓄 電池電壓自動控制均、浮充以及定期維護均充。
●具有電池溫度補償功能。
●整流模塊操作使用簡單，可帶電插拔，更方便于安裝、檢修、更換。
§1.3 型號定義說明
§1.4 技術(shù)指標
◆ 交流輸入電壓: 380V±15%
◆ 電網(wǎng)頻率：50Hz±10%
◆ 輸出電流等級：10A~320A
◆ 使用電池容量:10AH~3000AH
◆ 額定輸出電壓：220V/110V
◆ 輸出電壓范圍: 198V~286V /99V~143V 連續(xù)可調(diào)
◆輸出限流：額定電流×（10% ~110% ）
◆ 模塊額定輸出電流：5A， 7A，10A，20A （220V系統(tǒng)）；10A，15A，20A，40A（110V系統(tǒng)）
◆ 穩(wěn)壓精度: ≤±0.5%
◆ 穩(wěn)流精度: ≤±0.5%
◆ 紋波系數(shù): ≤±0.1%
◆ 效率: ≥91%
◆ 輸出過壓保護: 295±5V/155V±2V
◆ 輸出欠壓保護: 190V±2V/85V±2V
◆ 絕緣電阻: ≥10M
◆ 絕緣強度：輸出對地、輸入對地、輸入對輸出施加2KVAC, 1min無飛弧無閃絡(luò)。
◆相對濕度: ≤90%
◆海拔：≤1000m
◆地震烈度≤7度
◆ 環(huán)境溫度: -5℃~45℃
◆ 可聞噪音: 自冷≤40dB 風冷≤55dB（距柜體1米處）
◆ 防護等級： ≥IP30
◆ 屏體尺寸（長*寬*高）：2260*800*600/2360*800*550（單位：mm）
第二章 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成及接線方式
§2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成：
系統(tǒng)組成的屏面示意圖如圖2.1，其基本組成部件及功能如下：
A．監(jiān)控模塊：
監(jiān)控模塊進行系統(tǒng)管理，對系統(tǒng)的交流監(jiān)控單元PMU-A2、直流監(jiān)控單元PMU-D2、開關(guān)量監(jiān)控單元PMU-K2、絕緣監(jiān)測單元PMU-J1、18節(jié)蓄電池巡檢儀PMU-B1中采集到的信號進行統(tǒng)一管理，實現(xiàn)電池智能化管理、系統(tǒng)、報警，使分布式集中監(jiān)控的模式成立并實現(xiàn)后臺遠程通訊功能。
監(jiān)控模塊配置下位機：交流檢測單元PMU-A2，直流檢測單元PMU-D2，開關(guān)量信號單元PMU-K2；選配單元：絕緣監(jiān)測單元PMU-J1，18節(jié)蓄電池巡檢儀PMU-B1,108節(jié)蓄電池巡檢儀BAT-108。
交流監(jiān)測單元
測量雙路三相交流輸入電壓、電流、交流接觸器狀態(tài)。
通過RS485串行接口將檢測的信息傳送給電源系統(tǒng)監(jiān)控模塊，作為監(jiān)控模塊管理電源系統(tǒng)和處理故障告警的依據(jù)。
根據(jù)測量的交流輸入電壓自動完成雙路交流輸入的自動切換；實現(xiàn)雙路交流互為備用供電。
直流饋電監(jiān)控單元
測量直流饋電的輸出參數(shù)和饋電元件的工作狀態(tài)。
監(jiān)測合母輸出電壓、電流；控母輸出電壓、電流、電池充放電電流和環(huán)境溫度等模擬量；通過RS485串行接口將檢測的信息傳送給電源系統(tǒng)監(jiān)控模塊，作為監(jiān)控模塊管理電源系統(tǒng)和處理故障告警的依據(jù)。
開關(guān)量監(jiān)控單元
電池熔斷器狀態(tài)、電池開關(guān)狀態(tài)、合閘開關(guān)狀態(tài)、控制開關(guān)狀態(tài)、絕緣監(jiān)察繼電器狀態(tài)降壓模塊工作狀態(tài)等開關(guān)量采集到此監(jiān)控單元中，自行控制，并通過RS485口上報至監(jiān)控模塊。
絕緣監(jiān)測單元
實現(xiàn)系統(tǒng)母線和支路絕緣狀況監(jiān)測，產(chǎn)生告警信號并上報至監(jiān)控模塊，同時具有告警干接點輸出；單個絕緣監(jiān)測單元可測量30路支路輸出，絕緣監(jiān)測單元可進行并機擴展。
B．充電模塊(高頻開關(guān)模塊)：完成AC/DC變換，實現(xiàn)系統(tǒng)基本功能。
C．交流配電：將交流電源引入分配至各個模塊，具備兩路交流輸入互投電氣、機械功能。
D．避雷裝置：使用C級防雷器，防止交流處引進浪涌及雷擊，保證系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。
E．直流饋電輸出：將直流輸出電源分配至每一路輸出。
F．母線電壓調(diào)節(jié)：控制降壓硅鏈投入節(jié)數(shù)，使直流母線電壓保持在額定范圍。
G．閃光輸出：系統(tǒng)可根據(jù)需要選配閃光母線輸出。
H．蓄電池：交流斷電時，由蓄電池對直流負荷供電；合閘大電流輸出時也由蓄電池對其進行供電。
I．蓄電池巡檢儀：
PMU-B1：支持18節(jié)蓄電池單體電壓監(jiān)測，負責采集兩組環(huán)境溫度，測量精度可達5%，受主監(jiān)控器控制；
BAT-108：提供1 0 8 節(jié)單體電池檢測,可測量任意規(guī)格電池，或者多節(jié)電池串連測量；提供電池總電壓與電池電流的測量；提供電池溫度監(jiān)測， 監(jiān)測電池體表溫度或電池安裝環(huán)境溫度；通過LCD 和按鍵校準各種測量值；有標準RS-232和RS485接口，直接與上位機通訊；系統(tǒng)配備LCD顯示屏、薄膜鍵盤、聲光告警器；通過LCD 顯示屏顯示系統(tǒng)工作信息；通過薄膜鍵盤配合LCD顯示可以方便快捷的完成系統(tǒng)的配置和參數(shù)的修改；系統(tǒng)根據(jù)設(shè)置參數(shù)自動處理系統(tǒng)告警，并用漢字顯示系統(tǒng)故障內(nèi)容，同時發(fā)出聲光報警。
§2.2系統(tǒng)主要接線方式：
在實際設(shè)計過程中用戶可能要求不同接線方式以滿足其要求,可以按照以下9 種標準接線方式組屏
第三章 系統(tǒng)監(jiān)控模塊
§3.0監(jiān)控系統(tǒng)原理組成：
監(jiān)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)采用模塊式集散結(jié)構(gòu)，各單元功能相對獨立，單元故障不會在系統(tǒng)中擴散，因而系統(tǒng)具有極高的可靠性。
監(jiān)控系統(tǒng)采用三級控制管理結(jié)構(gòu)，監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如3.1圖所示，最高一級為系統(tǒng)控制后臺或電力自動化系統(tǒng)，通過RS232/RS485與系統(tǒng)監(jiān)控模塊連接；系統(tǒng)監(jiān)控模塊為監(jiān)控系統(tǒng)的第二級，監(jiān)控系統(tǒng)的底層由交流配電監(jiān)控單元、直流監(jiān)控單和開關(guān)量監(jiān)控單元構(gòu)成。
系統(tǒng)監(jiān)控模塊通過RS485通訊接口與交流配電監(jiān)控單元、各模塊監(jiān)控單元和直流饋電監(jiān)控單元相連接。交流配電監(jiān)控單元、模塊監(jiān)控單元和直流饋電單元內(nèi)部均采用微機處理技術(shù)，負責監(jiān)測各部件的運行參數(shù)和工作狀態(tài)，執(zhí)行從上級監(jiān)控發(fā)出的控制命令，是整個監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)。
圖3.1監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
監(jiān)控系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)：
● 工作電源：85V~320VDC，176V~264VAC
● 最大功耗：≤10W
● 工作溫度：-5℃~40℃
● 海拔高度：≤2500m
● 內(nèi)部通信端口：RS485
● 后臺通信端口：串口RS485和RS232
● 電池管理：自動均浮充轉(zhuǎn)換
充電限流
定時均充
溫度補償
● 控制功能：高頻整流模塊開、關(guān)機
高頻整流模塊限流
高頻整流模塊電壓調(diào)節(jié)
電池均/浮充轉(zhuǎn)換
降壓裝置電壓控制
● 告警功能：可為告警量設(shè)定繼電器輸出（1～6）；蜂鳴器聲音告警
交、直流電壓過欠壓告警
饋線開關(guān)故障告警
絕緣故障告警
電池電壓故障告警
● 絕緣強度：通信端口對機殼耐壓500VAC/1Min，電源端口對機殼耐壓2000VAC/1Min，電源端口與通信端口耐壓2500VAC/1Min
監(jiān)控模塊性能特點：
◆ 符合高等級的抗擾度國際標準，工作穩(wěn)定可靠
◆ 設(shè)置密碼保護，保證設(shè)備維護、操作權(quán)限
◆ 大屏幕觸控液晶中文顯示，界面友好，易操作
◆ 監(jiān)控可同時管理兩組電池，并可監(jiān)測兩段母線
◆ 提供RS232、RS485硬件接口，可方便接入遠程監(jiān)控系統(tǒng)
◆ 支持CDT、RTU、MODBUS、IEC103、IEC61850等多種規(guī)約，易于接入遠程監(jiān)控系統(tǒng)
第四章高頻整流模塊說明
§4.0概述
高頻整流模塊的主要作用是將三相交流電整定成為具有額定電壓的直流電，向各種直流負載供電，是系統(tǒng)中最基本的組成部件。
高頻整流模塊特點：
●采用先進的高頻移相諧振軟開關(guān)技術(shù)，轉(zhuǎn)換效率高；
●模塊采用輸出無級限流方式，可根據(jù)負載電流的大小和電池容量由系統(tǒng)監(jiān)控模塊選擇，限流點穩(wěn)流精度優(yōu)于±1%；
●采用低差自主均流技術(shù)，多個模塊并機運行時，具有理想的均流性能；
●采用一體化的輸入輸出及通訊端口，并設(shè)計為可帶電插拔，方便模塊的更換，使系統(tǒng)維護變得安全、簡單、高效；
●具有完整的告警和保護功能；
●能夠?qū)崿F(xiàn)與上位機通訊，具有“四遙”接口。
第五章 蓄電池 使用維護
監(jiān)控模塊電池管理過程
電池組是直流系統(tǒng)中重要的組成部分，對電池組良好的維護和監(jiān)測顯得尤其重要。我司的智能監(jiān)控模塊具有先進的電池管理功能，可以嚴格按照電池的充放電曲線對電池進行管理。
5.1充電功能
系統(tǒng)監(jiān)控根據(jù)設(shè)置的充電參數(shù)，自動完成電池充電程序，充電參數(shù)根據(jù)使用電池的類型、容量以及廠家提供的資料設(shè)置（鎘鎳蓄電池和閥式密封鉛酸蓄電池充電程序有一定差異）。
1、 鎘鎳蓄電池的運行示圖如下圖所示，充電程序如下：
a、鎳蓄電池正常充電程序（恒流---恒壓---浮充）：
用0.2C5A（可設(shè)置）恒流充電，電壓達到均充整定值（1.47–1.55）V×n（n為單體電池節(jié)數(shù)）時，監(jiān)控模塊控制高頻整流模塊自動轉(zhuǎn)為恒壓充電，當充電電流逐漸減小，達到0.02CA（可設(shè)置）時，再延續(xù)充電3h，監(jiān)控模塊自動轉(zhuǎn)為浮充電運行狀態(tài)，電壓為（1.36–1.45）V×n（可設(shè)置）。
b、長期浮充充電程序：
正常運行浮充狀態(tài)下每隔3個月，監(jiān)控模塊自動轉(zhuǎn)入均充狀態(tài)運行，按鎘鎳蓄電池正常充電程序進行充電。
c、交流電中斷程序：
正常浮充電運行狀態(tài)時，當電網(wǎng)事故停電，這時高頻整流模塊停止工作，蓄電池通過降壓裝置，無間斷地向控制母線送電。當電池電壓低于設(shè)置的告警限時系統(tǒng)監(jiān)控模塊發(fā)出聲光告警。
d、交流電源恢復(fù)程序：
交流電源恢復(fù)送電運行時，監(jiān)控模塊自動進入均充狀態(tài)運行，按鎘鎳蓄電池正常充電程序進行充電。
2、閥控式密封鉛酸蓄電池運行示圖如下圖所示，充電程序如下：
a、閥控式密封鉛酸蓄電池正常充電程序（恒流---恒壓---浮充）：
用0.1C10A（可設(shè)置）恒流充電，電壓達到均充整定值（2.30–2.40）V×n（n為單體電池節(jié)數(shù)）時，監(jiān)控模塊控制高頻整流模塊自動轉(zhuǎn)為恒壓充電，當充電電流逐漸減小，達到0.01CA（可設(shè)置）時，微機開始計時3h后，監(jiān)控模塊控制高頻整流模塊自動轉(zhuǎn)為浮充狀態(tài)運行，電壓為（2.23-2.28）V×n。
b、長期浮充充電程序：
正常運行浮充狀態(tài)下每隔3個月,監(jiān)控模塊自動轉(zhuǎn)入均充狀態(tài)運行，按閥控式密封鉛酸蓄電池正常充電程序進行充電。
c、交流電中斷程序：
正常浮充電運行狀態(tài)時，當電網(wǎng)事故停電，這時高頻整流模塊停止工作，蓄電池通過降壓裝置，無間斷地向二次控制母線送電。當電池電壓低于設(shè)置的告警限時系統(tǒng)監(jiān)控模塊發(fā)出聲光告警。
d、交流電源恢復(fù)程序：
交流電源恢復(fù)送電運行時，監(jiān)控模塊自動進入均充狀態(tài)運行，按閥控式密封鉛酸蓄電池正常充電程序進行充電。
5.2溫度補償
閥控式密封鉛酸蓄電池在不同的溫度下必須對蓄電池充電電壓做相應(yīng)的調(diào)整才能保障電池處于最佳狀態(tài)，電池管理系統(tǒng)可以監(jiān)測電池溫度；用戶可根據(jù)電池廠家提供的參數(shù)，選擇使用電池溫度補償功能，選擇此功能后系統(tǒng)監(jiān)測電池溫度，自動調(diào)整電池充電電壓，使電池工作在最佳狀態(tài)。
5.3電池定期維護保養(yǎng)功能
當電池長期不用或長期處于浮充狀態(tài)，電池極板的活性物質(zhì)很易硫化，當活性物質(zhì)越來越少時，電池的放電能力也越來越差，直至放不出電。
此外，由于電池之間的離散性，單體電池之間的實際電壓不盡相同，電池標稱的浮充電壓只是一種均值，所選定的浮充電壓并不能滿足每一節(jié)電池的要求，如果電池長期處于浮充狀態(tài)，其結(jié)果必定是，部分電池的電量能保證充滿，而有一部分電池是無法充滿的，這一部分電池表現(xiàn)出來的電壓是虛的，需要放電時，其放電能力很差。
因此，要求充電系統(tǒng)具備定期對電池作維護性的均充活化功能，以免電池硫化、虛充，確保電池的放電能力和使用壽命。
我公司的監(jiān)控模塊，能非常方便的實現(xiàn)這一功能，而且定期均充間隔時間可由用戶根據(jù)需要自行設(shè)定；在需要對蓄電池進行充放電實驗的時候，該監(jiān)控系統(tǒng)可以實時監(jiān)測蓄電池的放電容量和電壓，防止蓄電池過度放電，從而增加蓄電池的壽命。
附錄：注意事項
接線時，請不要帶電操作，避免起弧。非專業(yè)人士嚴禁帶電維護，以免觸電
注意確認直流端子輸出極性正負，反接會導(dǎo)致充電設(shè)備及用電設(shè)備的損壞
設(shè)備斷電后，柜內(nèi)高壓會殘留一段時間
本系統(tǒng)控制器及整流模塊皆由精密元器件構(gòu)成，且經(jīng)過出廠嚴格測試，里面沒有需要維護的器件，請用戶不要隨意打開。
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