電力系統(tǒng)用微機(jī)監(jiān)控直流電源

1、電力系統(tǒng)用微機(jī)監(jiān)控直流電源        1前言 電力系統(tǒng)用直流電源主要用于水電站、發(fā)電廠、地區(qū)與廠礦企業(yè)的變電所內(nèi)，作為開關(guān)、斷路器的操作電源；控制、保護(hù)、信號(hào)等設(shè)備的直流電源。電力系統(tǒng)用直流電源通常由變流器、蓄電池和其它輔助電路組成。要求運(yùn)行穩(wěn)定、工作可靠、調(diào)節(jié)方便，并能對(duì)其進(jìn)行監(jiān)控。 目前，大量應(yīng)用的是半導(dǎo)體不控整流或相控整流直流電源。這些直流電源產(chǎn)品除了笨重、體積重量大、有色金屬、黑色金屬消耗多，功率因數(shù)低、對(duì)電網(wǎng)的諧波污染嚴(yán)重外，還存在以下缺點(diǎn)： （1）穩(wěn)流、穩(wěn)壓精度差； （2）不能自動(dòng)、精確地按照充電曲

2、線f(i,t)進(jìn)行 充電和適時(shí)的切換； （3）不具備大面積的多點(diǎn)、多變量的綜合計(jì)算和監(jiān)控功能； （4）由于多用模擬電路構(gòu)成，因此難與計(jì)算機(jī)接口。 顯然，這類電源產(chǎn)品已經(jīng)不能適應(yīng)綠色電源的要求和信息技術(shù)發(fā)展的要求。 分析產(chǎn)生以上存在問(wèn)題的原因，主要是直流電源的AC/DC變換方案、控制方案與配置趨于陳舊，與當(dāng)前環(huán)保及科技發(fā)展的要求有較大差距。改善的途徑應(yīng)為： （1）從AC/DC變換入手，實(shí)現(xiàn)綠色電源。即采用功率因數(shù)校正技術(shù)（PFC）、電磁干擾（EMI）抑制技術(shù)、圖1監(jiān)控系統(tǒng)方框圖 如果把一個(gè)大系統(tǒng)的功能分散地分配到各個(gè)本地監(jiān)控器，則有利于故障隔離、維護(hù)，且系統(tǒng)升降自由、靈活。再由一個(gè)上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行

3、統(tǒng)一監(jiān)理，并且可以通過(guò)它連接有線、無(wú)線、微波、載波、專線、互聯(lián)網(wǎng)，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)動(dòng)操作，其優(yōu)越性是不言自明的。 下面介紹采用分散控制結(jié)構(gòu)，即系統(tǒng)由分散的小系統(tǒng)構(gòu)成集中監(jiān)控的大型系統(tǒng)，各個(gè)本地監(jiān)控器配合對(duì)應(yīng)的監(jiān)控對(duì)象，利用系統(tǒng)科學(xué)方法合理分配各部分功能，依靠各子系統(tǒng)之間的相互通信，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制。 監(jiān)控系統(tǒng)方框圖如圖1所示。 通過(guò)全雙工RS485信號(hào)連接各個(gè)不同/相同功能的本地監(jiān)控器，測(cè)量數(shù)據(jù)共享。通訊協(xié)議可以針對(duì)目前廣泛應(yīng)用在郵電、電力、鐵路等直流電源系統(tǒng)的不同要求。 （1）1本地監(jiān)控器 主要功能：針對(duì)相控整流器電源、高頻開關(guān)模塊電源而設(shè)計(jì)。接受被控對(duì)象的反饋，完成恒壓、恒流功能；完成截流、截

4、壓保護(hù)功能；面向直流合閘電源的充電功能；以及過(guò)壓/流、欠壓報(bào)警，熔斷器報(bào)警，母線絕緣報(bào)警等附帶功能。 （2）2本地監(jiān)控器 可以是和1本地監(jiān)控器相同的功能，與1本地監(jiān)控器互為備份，組成并聯(lián)系統(tǒng)。均流平衡度由雙機(jī)協(xié)調(diào)。 也可以是其他不同功能的本地監(jiān)控器，例如：蓄電池運(yùn)行狀況循環(huán)監(jiān)測(cè)本地監(jiān)控器。對(duì)于單只蓄電池的檢測(cè)裝置是由下位機(jī)及上位微機(jī)組成，循環(huán)檢測(cè)每一只蓄電池的電壓及充電過(guò)程中蓄電池組總的電壓，與設(shè)置偏差進(jìn)行比較而確定是否故障報(bào)警。 （3）n本地監(jiān)控器 n<64,不同功能的本地監(jiān)控，為完成大系統(tǒng)的不同功能要求而設(shè)計(jì)。 各個(gè)本地監(jiān)控器自身均有完整的功能，可以獨(dú)立組成一個(gè)智能型裝置，具有各自獨(dú)

5、立的功能。相互之間通過(guò)RS485實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳遞與控制指令的傳送，完成復(fù)雜的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能，而且假如任一本地監(jiān)控器出現(xiàn)故障，均不影響其它本地監(jiān)控器的正常工作，并能及時(shí)引起上位計(jì)算機(jī)報(bào)警，從而確保系統(tǒng)具有高可靠性和很強(qiáng)的自診斷能力。 所有本地監(jiān)控器都使用全雙工RS485通訊互連，可以接受其他本地監(jiān)控器的參數(shù)和上位機(jī)的命令；上傳本地監(jiān)測(cè)的參數(shù)和運(yùn)行的狀態(tài)。 各個(gè)本地監(jiān)控器的起/停、參數(shù)的設(shè)置通過(guò)本地鍵盤進(jìn)行。如果不配備本地鍵盤顯示，各個(gè)本地監(jiān)控器的起/停、參數(shù)的設(shè)置還可以通過(guò)上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行。 圖2所示為實(shí)際工作于直流操作電源的上位計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)的屏幕，設(shè)置參數(shù)為：均充電流為5A，均充電壓為254V，浮充電

6、壓為243V。 柵格內(nèi)顯示的是蓄電池充電的電壓、電流曲線。監(jiān)測(cè)屏幕右側(cè)是系統(tǒng)運(yùn)行狀況下相關(guān)的全部信息。 每個(gè)本地監(jiān)控器內(nèi)部均采用INTEL公司生產(chǎn)的80C196KC型16位高檔單片機(jī)為核心。該芯片運(yùn)算速度快，有十分強(qiáng)大的外圍支持能力，特別是其HIS/HSO通道，可方便地對(duì)外圍電路進(jìn)行實(shí)時(shí)觸發(fā)，實(shí)現(xiàn)不同的控制功能。且本地監(jiān)控器的強(qiáng)電與弱電接口采用全電氣隔離設(shè)計(jì)，可有效地防止外部干擾，其中AD采樣通道應(yīng)用電磁隔離技術(shù)；開關(guān)量輸入、輸出以及DA模擬量輸出均采用光電隔離技術(shù)，確保系統(tǒng)在強(qiáng)干擾環(huán)境中可靠地工作。每個(gè)模塊的CPU外圍均帶有非易失性存儲(chǔ)器，用于當(dāng)前運(yùn)行的最佳參數(shù)值掉電保持，確保在系統(tǒng)失電情況

7、下數(shù)據(jù)不丟失，恢復(fù)通電后自行起動(dòng)并按原設(shè)置最佳參數(shù)運(yùn)行。設(shè)計(jì)具有很高的可靠性和冗余度，在各個(gè)關(guān)鍵位置均設(shè)置防飛車的軟、硬件保護(hù)措施。 3應(yīng)用實(shí)例 依照以上設(shè)計(jì)思路，西安新核電力電子有限責(zé)任公司為陜西連訊電力設(shè)備公司設(shè)計(jì)制造了2套直流電源微機(jī)監(jiān)控裝置。技術(shù)參數(shù)如下。 （1）輸入交流電壓3相4線380V±550Hz； （2）變流方式三相全控晶閘管整流； （3）輸出直流電壓 220V±25控制母線，220V±2合閘母線； 110V±25控制母線，110V±2合閘母線； （4）輸出直流電流600A±2； （5）充電穩(wěn)流精度1； （6）浮充電，均衡充電穩(wěn)壓精度1； （7）輸出紋波系數(shù)2； （8）檢測(cè)具有多路電池在線檢測(cè)與多路直流回路絕緣在線檢測(cè)。 開關(guān)電源開關(guān)電源而定）。 對(duì)一個(gè)系統(tǒng)的過(guò)程控制，不再是由單個(gè)獨(dú)立的控制任務(wù)組成。而是多個(gè)任務(wù)的集合，這些任務(wù)即有相對(duì)獨(dú)立性（現(xiàn)場(chǎng)、設(shè)備控制），又與其它控制任務(wù)相聯(lián)系（多數(shù)據(jù)的采集、傳遞）。眾多相對(duì)獨(dú)立的控制任務(wù)， 圖2實(shí)際使用中的運(yùn)行曲線在監(jiān)控微機(jī)上的顯示 圖3主電路原理圖 圖4本地監(jiān)控器控制電路框圖 需要整體上的控制。下位機(jī)完成現(xiàn)場(chǎng)、設(shè)備一級(jí)的監(jiān)測(cè)、控制；上位機(jī)完成整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)綜合，分析和控制，以及各種圖表、顯示、打印、存儲(chǔ)、人機(jī)對(duì)話等。 在使