專利名稱：交直流一體化電源系統(tǒng)及直流電源柜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及供電設(shè)備，尤其涉及ー種交直流一體化電源系統(tǒng)及應(yīng)用所述交直流一體化電源系統(tǒng)的直流電源柜。
背景技術(shù)：
站用電源是變電站安全運(yùn)行的基礎(chǔ)。變電站綜合自動(dòng)化程度的提高以及大量無人值班站投入使用，要求站用電源的自動(dòng)化控制水平也相應(yīng)提高。傳統(tǒng)變電站站用電源分散設(shè)計(jì)，獨(dú)立組屏，包括交流系統(tǒng)、直流系統(tǒng)、通信電源系統(tǒng)、UPS (不間斷電源)等，各子系統(tǒng)由不同的供應(yīng)商生產(chǎn)、安裝、調(diào)試，并由不同的專業(yè)人員管理維護(hù)。這種模式存在的主要問題是
1)站用電源自動(dòng)化控制程度低，不同供應(yīng)商提供的各子系統(tǒng)通信規(guī)則一般不兼容，難以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化管理，系統(tǒng)缺乏綜合的分析平臺，制約了管理效率的提升；
2)重復(fù)投資，站用電源資源不能共享，各子系統(tǒng)據(jù)需要獨(dú)立的電源；
3)運(yùn)行維護(hù)人員多，各站用電源分配不同專業(yè)人員進(jìn)行管理，通信電源、UPS等也沒有納入變電嚴(yán)格的巡檢范圍，可靠性得不到保障。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中站用電源分散的缺陷，提供ー種一體化電源系統(tǒng)及直流電源柜，將多種電源系統(tǒng)整合并統(tǒng)ー監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)電源安全化、一體化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案之一是ー種交直流一體化電源系統(tǒng)，包括交流配電單元、充電模塊、交流不間斷電源系統(tǒng)、蓄電池組、通信電源和監(jiān)控系統(tǒng)，交流配電單元與兩路市電交流電源連接，在市電交流電源接通時(shí)，市電交流電源通過交流配電單元向交流不間斷電源系統(tǒng)和充電模塊供電，充電模塊將市電交流電源轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的直流電源，并輸出給蓄電池組和通信電源；在市電交流電源斷開時(shí)，蓄電池組供電給通信電源和交流不間斷電源系統(tǒng)。監(jiān)控系統(tǒng)包括監(jiān)控軟件，該監(jiān)控軟件包括主界面和獨(dú)立的子界面。主界面顯示智能一體化電源系統(tǒng)的主接線圖，實(shí)時(shí)顯示智能一體化電源各功能単元的運(yùn)行情況和信息。優(yōu)選的是，交流配電單元包括雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)，用以實(shí)現(xiàn)兩路市電交流電源自動(dòng)切換。優(yōu)選的是，交流不間斷電源系統(tǒng)包括多個(gè)并聯(lián)的電カUPS模塊。優(yōu)選的是，交流不間斷電源系統(tǒng)包括STS靜態(tài)切換開關(guān)。優(yōu)選的是，通信電源包括DC/DC模塊。
優(yōu)選的是，交流配電單元、充電模塊、交流不間斷電源系統(tǒng)、蓄電池組和通信電源均包括內(nèi)置的監(jiān)控電路，該監(jiān)控電路進(jìn)行監(jiān)控和報(bào)警。優(yōu)選的是，監(jiān)控電路通過RS485端ロー體接入監(jiān)控計(jì)算機(jī)。
優(yōu)選的是，監(jiān)控系統(tǒng)包括絕緣監(jiān)測。優(yōu)選的是，監(jiān)控軟件包括交流電源柜監(jiān)控模塊、不間斷電源監(jiān)控模塊、通信電源監(jiān)控模塊、直流電源柜監(jiān)控模塊、整流監(jiān)控模塊、電池組監(jiān)控模塊。本發(fā)明采用的另ー種技術(shù)方案是ー種直流電源柜，該直流電源柜采用上述任意一種交直流一體化電源系統(tǒng)。本發(fā)明交直流一體化電源系統(tǒng)整合了多種電源系統(tǒng)，適用于500KV及以下變電站、電廠等無人值守場所，可同時(shí)向供電系統(tǒng)的保護(hù)和操作系統(tǒng)、后臺計(jì)算機(jī)以及通信電源供電，避免了重復(fù)投資電源設(shè)備，方便管理。


圖I是本發(fā)明交直流一體化電源系統(tǒng)的主接線電路示意 圖2是直流電源系統(tǒng)交流配電單元電路 圖3是充電模塊的構(gòu)成示意 圖4是交流不間斷電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意 圖5是監(jiān)控系統(tǒng)絕緣監(jiān)測示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對本發(fā)明的保護(hù)范圍做出更為清楚明確的界定。實(shí)施例I
請參閱圖1，本發(fā)明交直流一體化電源系統(tǒng)包括交流配電單元、充電模塊、交流不間斷電源系統(tǒng)、蓄電池組、通信電源和監(jiān)控系統(tǒng)，交流配電單元與兩路市電交流電源連接，在市電交流電源接通時(shí)，市電交流電源通過交流配電單元向交流不間斷電源系統(tǒng)和充電模塊供電，充電模塊將市電交流電源轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的直流電源，并輸出給蓄電池組和通信電源；在市電交流電源斷開時(shí)，蓄電池組供電給通信電源和交流不間斷電源系統(tǒng)。直流電源系統(tǒng)交流配電單元請參閱圖2，兩路市電交流電源通過交流進(jìn)線端子分別接空氣開關(guān)QF1/QF2，然后接入交流接觸器。該交流接觸器通過電氣互鎖防止兩路電源同時(shí)輸入，以保證交流供電的可靠運(yùn)行。兩路交流電由監(jiān)控系統(tǒng)來控制任一路投入運(yùn)行，在默認(rèn)設(shè)置下第一路電源為主電源，系統(tǒng)由第一路電源供電。兩路電源可以分別送入對方ー路作為備用供電方式。切換采用雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)(ATS)，必要時(shí)可在操作面板上手動(dòng)切換。ATS通過設(shè)定具有六種工作模式，固定電源I/固定電源2/停止供電/自動(dòng)電源I/自動(dòng)電源2/自動(dòng)切換。在接觸器輸出端接有防雷裝置(FS)，以防止過電壓的沖擊保障充電模塊的正常工作。防雷裝置附有告警接點(diǎn)，在防雷裝置失效時(shí)發(fā)出報(bào)警。ATS開關(guān)實(shí)現(xiàn)兩路電源自動(dòng)切換，取消傳統(tǒng)站用380V電源備用自投配置。充電模塊的構(gòu)成請參閱圖3。交流配電單元輸入的三相交流電經(jīng)過三相整流橋整流后變成脈動(dòng)的直流，在濾波電容和電感組成的LC濾波電路的作用下，輸出脈動(dòng)的直流電壓。電感同時(shí)具有無源功率因數(shù)校正的作用，使充電模塊的功率因數(shù)達(dá)到O. 92，主開關(guān)DC/AC電路在PWM電路的控制下，將脈動(dòng)的直流電轉(zhuǎn)換為高頻脈沖電壓。DC/AC變換采用移相諧振高頻軟開關(guān)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)充電模塊自冷和高功率輸出。變壓器輸出的高頻脈沖經(jīng)高頻整流、LC濾波和EMI濾波后，變?yōu)榉€(wěn)定的直流輸出。交流不間斷電源系統(tǒng)請參閱圖4。該交流不間斷電源系統(tǒng)采用交流和直流供電，即交流配電單元和多個(gè)并聯(lián)的電カUPS模塊連接至STS靜態(tài)切換開關(guān)。交流配電單元輸入的三相交流電通過隔離變壓器輸入至電カUPS模塊，并且直流也供電給電力UPS模塊，多個(gè)電力UPS模塊并聯(lián)后作為一路交流輸入STS靜態(tài)切換開關(guān)，另外一路為市電，通過STS切換輸出。該市電、逆變切換單元另外 一路由維修旁路，保證維護(hù)供電。市電、電カUPS模塊逆變切換單元包括STS靜態(tài)切換開關(guān)，靜態(tài)切換逆變輸出及旁路供電，不間斷交流輸出給負(fù)載。此處采用電カUPS模塊，省掉了傳統(tǒng)獨(dú)立的UPS充電電路以及蓄電池。請參閱圖1，蓄電池組可交直流一體化使用。蓄電池組與充電模塊連接。兩路交流電經(jīng)充電模塊整流后的直流輸出供給蓄電池組充電。蓄電池組通過降壓硅鏈給饋線供電。在交流故障時(shí)，蓄電池組供電給交流不間斷電源系統(tǒng)的電力UPS模塊，逆變輸出交流給負(fù)載。同時(shí)，蓄電池組供電給通信電源。通信電源與充電模塊和蓄電池分別連接。通信電源包括DC/DC模塊，后者將充電模塊或蓄電池的直流輸入轉(zhuǎn)換為通信設(shè)備合適的電壓，通過饋線輸出到通信機(jī)拒。通信設(shè)備一般采用48V電源，所以在本發(fā)明的供電方案中，采用了用DC/DC模塊將輸入電源變換成相應(yīng)電壓的輸出供通信設(shè)備使用。監(jiān)控系統(tǒng)集中統(tǒng)ー管理所有智能化単元。各類配電単元和充電模塊都有內(nèi)置的監(jiān)控電路，負(fù)責(zé)對自身狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和報(bào)警。監(jiān)控系統(tǒng)可通過多種通信方式連接遠(yuǎn)端計(jì)算機(jī)，以實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控。監(jiān)控系統(tǒng)將交流系統(tǒng)智能監(jiān)控單元、不間斷電源智能監(jiān)控單元、直流系統(tǒng)智能監(jiān)控單元、通信電源監(jiān)控單元等通過RS485端ロ或數(shù)字化變電站接ロ(IEC61850規(guī)約)一體接入監(jiān)控計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)交直流數(shù)據(jù)一體化實(shí)時(shí)監(jiān)視、開關(guān)遠(yuǎn)程控制、運(yùn)行模式遠(yuǎn)程調(diào)整、智能報(bào)警等功能，可連續(xù)監(jiān)視和自動(dòng)檢查，對主要回路進(jìn)行監(jiān)視。回路不正常時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)能發(fā)出異常信號。監(jiān)控系統(tǒng)絕緣監(jiān)測，請參閱圖5。直流正負(fù)母線通過相同阻值的電阻接在正負(fù)母線上，中心點(diǎn)接地，每路輸出的正負(fù)導(dǎo)線串入微電流傳感器，正常無接地時(shí)穿過傳感器的正負(fù)電流大小相等、方向相反，傳感器無電壓輸出，當(dāng)有接地時(shí)接地電流通過電阻流回電池。穿過傳感器的電流就會不平衡產(chǎn)生ー個(gè)與接地電流成正比的輸出電壓。系監(jiān)控統(tǒng)通過逐一測量每個(gè)傳感器電壓，判斷所接地的電阻和支路，同時(shí)有通信及欠壓過壓、報(bào)警的功能。監(jiān)控系統(tǒng)的輸出網(wǎng)ロ或RS485端ロ。交流配電單元、充電模塊、交流不間斷電源系統(tǒng)、蓄電池組和通信電源各自的監(jiān)控單元統(tǒng)一通過網(wǎng)ロ或RS485端ロー體接入監(jiān)控單元，實(shí)現(xiàn)站用電源一體化實(shí)時(shí)監(jiān)視、開關(guān)遠(yuǎn)程控制、運(yùn)行模式遠(yuǎn)程調(diào)整、智能報(bào)警等功能。實(shí)施例2
本發(fā)明交直流一體化電源系統(tǒng)通過智能監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)ー監(jiān)控所有組件的運(yùn)轉(zhuǎn)。該監(jiān)控系統(tǒng)包括實(shí)施例I中所述的硬件，以及本例中的監(jiān)控軟件。該監(jiān)控軟件通過智能化監(jiān)控主界面進(jìn)入各功能模塊。監(jiān)控軟件包括主界面和獨(dú)立的子界面，所述主界面顯示智能一體化電源系統(tǒng)的主接線圖，實(shí)時(shí)顯示智能一體化電源各功能単元的運(yùn)行情況和信息。智能化監(jiān)控主界面顯示交流電源柜、不間斷電源、通信電源、直流電源柜、整流、電池組等的監(jiān)控選項(xiàng)。通過觸摸相應(yīng)的按鍵可以分別進(jìn)入各監(jiān)控模塊的子界面，或進(jìn)入圖形菜単，選擇性進(jìn)入各監(jiān)控模塊子界面。交流電源柜監(jiān)控模塊分為1#交流柜與2#交流柜，顯示交流電壓數(shù)據(jù)狀態(tài)、開關(guān)分合狀態(tài)、切換開關(guān)運(yùn)行模式、故障情況、每路交流輸出開關(guān)分合情況等信息，以及報(bào)警故障信息走馬顯不條。不間斷電源監(jiān)控模塊顯示UPS模塊電壓電流信息、交流輸入電壓信息、故障信息、運(yùn)行狀態(tài)，以及報(bào)警故障信息走馬顯示條。通信電源監(jiān)控模塊顯示通信電源狀態(tài)、信號等信息，并且把相關(guān)數(shù)據(jù)及故障信息傳給遠(yuǎn)方后臺。直流電源柜監(jiān)控模塊顯示直流系統(tǒng)一次主接線圖、交流進(jìn)線電源信息、模塊數(shù)量信息、電池組數(shù)據(jù)、主要參數(shù)報(bào)警信息，輸出主開關(guān)狀態(tài)，以及報(bào)警故障信息走馬顯示條。整流監(jiān)控模塊通過界面上手動(dòng)切換按鈕可以手動(dòng)切換充電狀態(tài)(均充充電/浮充充電)，顯示充電切換基本參數(shù)，充電切換轉(zhuǎn)換條件。電池組監(jiān)控模塊顯示串接的每組蓄電池電壓，最高、最低単體電壓、溫度。也可通過界面上手動(dòng)切換按鈕手動(dòng)切換均充充電/浮充充電。其中，電池組監(jiān)控模塊包括充放電曲線，通過記錄數(shù)據(jù)以15天、5天、I天的方式查看各類數(shù)據(jù)曲線。方便故障時(shí)查看當(dāng)前數(shù)據(jù)記錄的情況。另外，電池組監(jiān)控模塊包括單體電池電壓記錄，通過上下頁切換查看9組或18組電池記錄數(shù)據(jù)。電池?cái)?shù)據(jù)的記錄時(shí)間可以通過軟件配置里記錄數(shù)據(jù)設(shè)定。除了監(jiān)控選項(xiàng)，從智能化監(jiān)控主界面還可進(jìn)入下列模塊
報(bào)警信息及歷史記錄模塊，顯示各類報(bào)警信息。其中，歷史記錄包含歷史故障記錄、均充、浮充切換記錄、交流電源柜饋電開關(guān)分合信號等。報(bào)警信息壓板模塊，對于無法及時(shí)解決的故障，但又不讓它繼續(xù)報(bào)警，可以臨時(shí)解除單個(gè)報(bào)警信號。這樣其他故障信號發(fā)生時(shí)可以繼續(xù)報(bào)警。(報(bào)警解除同時(shí)也解除通信故障信息。)
數(shù)據(jù)導(dǎo)出模塊，可通過USB接ロ導(dǎo)出數(shù)據(jù)。導(dǎo)出的數(shù)據(jù)可以在任何有Excel的電腦上直接查看記錄數(shù)據(jù)，也可打印或傳給遠(yuǎn)方后臺。通信部件運(yùn)行狀態(tài)模塊，對于發(fā)生故障的通信部件及時(shí)監(jiān)控，反映通信部件運(yùn)行情況。這樣保證設(shè)備安全運(yùn)行。參數(shù)設(shè)置模塊，可根據(jù)充電情況，設(shè)定充電參數(shù)。一般轉(zhuǎn)換參數(shù)通過軟件配置里選擇系統(tǒng)IlOV或220V按參數(shù)初始化后，基本參數(shù)就默認(rèn)設(shè)定。數(shù)據(jù)校正模塊，其作用是實(shí)際顯示數(shù)據(jù)跟界面上顯示數(shù)據(jù)有誤差時(shí)，可以通過該窗口上下按鍵修正界面上跟實(shí)際有誤差的數(shù)據(jù)。軟件配制模塊，交流可以選擇一路或兩路、単相或三相。兩路可以選擇自動(dòng)或手動(dòng)。自動(dòng)可以選擇一路優(yōu)先或互為備用。充電或控制模塊數(shù)量，界面開關(guān)狀態(tài)、降壓圖樣等信息的顯示切換。接地支路選線裝置模塊，通過設(shè)定好內(nèi)置支路數(shù)后，在主界面選擇絕緣監(jiān)察，就可以檢測支路對地情況。微機(jī)型支路檢測模塊，可配置微機(jī)型接地檢測裝置，通過通信查看母線電壓數(shù)據(jù)、絕緣接地情況。本發(fā)明還包括采用上述實(shí)施例I及實(shí)施例2的交直流一體化電源系統(tǒng)的直流電源柜。本發(fā)明交直流一體化電源系統(tǒng)及直流電源柜可廣泛適用于500KV及以下電壓等級的變電站、大小型發(fā)電廠以及冶金礦山、石油化工、廣播電視、郵電、交通、地鐵等行業(yè)，既能滿足高壓開關(guān)分合閘、過程控制、事 故狀態(tài)下的繼電保護(hù)、照明負(fù)荷等電源需要，又能向變電站后臺計(jì)算機(jī)供電和通信電源集中供電，實(shí)現(xiàn)了全站電源資源統(tǒng)一配置管理，避免重復(fù)投資電源設(shè)備，也精簡了維護(hù)管理人員。以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可不經(jīng)過創(chuàng)造性勞動(dòng)想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書所限定的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種交直流一體化電源系統(tǒng)，其特征在于包括交流配電單元、交流不間斷電源系統(tǒng)、充電模塊、蓄電池組、通信電源和監(jiān)控系統(tǒng)，所述交流配電單元與兩路市電交流電源連接，在所述市電交流電源接通時(shí)，所述市電交流電源通過所述交流配電單元向所述交流不間斷電源系統(tǒng)和所述充電模塊供電，所述充電模塊將所述市電交流電源轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的直流電源，并輸出給所述蓄電池組和所述通信電源；在所述市電交流電源斷開時(shí)，所述蓄電池組供電給所述通信電源和所述交流不間斷電源系統(tǒng)；所述監(jiān)控系統(tǒng)包括監(jiān)控軟件，所述監(jiān)控軟件包括主界面和獨(dú)立的子界面，所述主界面顯示智能一體化電源系統(tǒng)的主接線圖，并實(shí)時(shí)顯示交直流一體化電源各功能單元和系統(tǒng)的運(yùn)行情況和信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的交直流一體化電源系統(tǒng)，其特征在于所述交流配電單元包括雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)，用以實(shí)現(xiàn)兩路交流交流電源遠(yuǎn)端遙控、遙測、遙信。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的交直流一體化電源系統(tǒng)，其特征在于所述交流不間斷電源系統(tǒng)包括STS靜態(tài)切換開關(guān)與多個(gè)并聯(lián)的電力UPS模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的交直流一體化電源系統(tǒng)，其特征在于所述通信電源包括DC/ DC模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的交直流一體化電源系統(tǒng)，其特征在于所述交流配電單元、充電模塊、交流不間斷電源系統(tǒng)、蓄電池組和通信電源均包括內(nèi)置的監(jiān)控電路，所述監(jiān)控電路進(jìn)行監(jiān)控和報(bào)警。
6.根據(jù)權(quán)利要求6所述的交直流一體化電源系統(tǒng)，其特征在于所述監(jiān)控電路通過 RS485端口一體接入監(jiān)控計(jì)算機(jī)；發(fā)現(xiàn)異常時(shí)，所述監(jiān)控電路能發(fā)出異常信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的交直流一體化電源系統(tǒng)，其特征在于所述監(jiān)控系統(tǒng)包括絕緣監(jiān)測。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的交直流一體化電源系統(tǒng)，其特征在于所述監(jiān)控軟件包括交流電源柜監(jiān)控模塊、不間斷電源監(jiān)控模塊、通信電源監(jiān)控模塊、直流電源柜監(jiān)控模塊、整流監(jiān)控模塊、電池組監(jiān)控模塊。
9.一種直流電源柜，其特征在于所述直流電源柜包括權(quán)利要求1-8任一所述的交直流一體化電源系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種交直流一體化電源系統(tǒng)，包括交流配電單元、交流不間斷電源系統(tǒng)、充電模塊、蓄電池組、通信電源和監(jiān)控系統(tǒng)，交流配電單元與兩路市電交流電源連接，在市電交流電源接通時(shí)，市電交流電源通過交流配電單元向交流不間斷電源系統(tǒng)和充電模塊供電，充電模塊將市電交流電源轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的直流電源，并輸出給蓄電池組和通信電源；在市電交流電源斷開時(shí)，蓄電池組供電給通信電源和交流不間斷電源系統(tǒng)。監(jiān)控系統(tǒng)包括監(jiān)控軟件，所述監(jiān)控軟件包括主界面和獨(dú)立的子界面，所述主界面顯示智能一體化電源系統(tǒng)的主接線圖，實(shí)時(shí)顯示智能一體化電源各功能單元的運(yùn)行情況和信息。本發(fā)明還包括采用這種交直流一體化系統(tǒng)的直流電源柜。
文檔編號H02J9/06GK102624085SQ201110209770
公開日2012年8月1日 申請日期2011年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月26日
發(fā)明者戴兵, 朱劍華 申請人:蘇州市龍?jiān)措娏こ逃邢薰?br>