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        交直流一體化直流電源之高頻直流電源系統

        2017-8-11 9:59:25??????點擊:

        交直流一體化直流電源之高頻直流電源系統

        高頻直流電源系統


          第一章 概  述
          §1.1  簡 介
          SXJZ220系列高頻開關直流電源系統采用我公司自主研制開發的高頻開關整流模塊及微機監控模塊,融合了最新的高頻軟開關技術和計算機控制技術,具有高效率的零開通和零關斷整流技術,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異性能,極大地提高了系統的穩定性、可靠性和效率。
          高頻開關電源由于其體積小,重量輕,技術指標優越,模塊化設計,N+1熱備份方式,系統配置有RS485和RS232接口,可與后臺計算機配合通訊,實現“遙控、遙測、遙信、遙調”功能,完全滿足電力系統自動化控制系統要求,是符合高新技術發展方向的新型電源產品。目前已廣泛應用于發電廠、水電站及各類變電站和工業企業配電系統中心。

          §1.2  系統性能特點
          ●高頻軟開關技術:采用最新的高頻諧振軟開關技術,實現整流過程高頻開關管的零開通和零關斷,提高系統的效率和功率密度。
          ●模塊化設計,充電裝置使用多個高頻開關模塊并聯,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,提高系統穩定性和可靠性。
          ●監控功能完善,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。
          ●全智能化設計,對系統的各組成部分:交流配電、整流模塊、直流饋電實現全參數本地及遠端監控;主要監控量有:模塊的開/關機、充電方式、輸出電壓調節、輸出限流點整定、雙路交流自動切換、電池自動管理等等。
          ●監控系統配有標準RS-232/485接口,采用電力部標準通信規約,方便接入自動化系統,提供開放協議,方便組網,簡單實現“四遙”及無人值守。
          ●對蓄電池自動管理及自動維護保養:實時監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  技術指標
          ◆ 交流輸入電壓:  380V±15%
          ◆ 電網頻率: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  連續可調
          ◆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);10A,15A,20A,40A(110V系統)
          ◆ 穩壓精度:  ≤±0.5%  
          ◆ 穩流精度:  ≤±0.5%
          ◆ 紋波系數:  ≤±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。
          ◆相對濕度:  ≤90%
          ◆海拔:≤1000m
          ◆地震烈度≤7度
          ◆ 環境溫度:  -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 系統結構組成及接線方式

          §2.1系統結構組成:
          系統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.監控模塊:
          監控模塊進行系統管理,對系統的交流監控單元PMU-A2、直流監控單元PMU-D2、開關量監控單元PMU-K2、絕緣監測單元PMU-J1、18節蓄電池巡檢儀PMU-B1中采集到的信號進行統一管理,實現電池智能化管理、系統、報警,使分布式集中監控的模式成立并實現后臺遠程通訊功能。
          監控模塊配置下位機:交流檢測單元PMU-A2,直流檢測單元PMU-D2,開關量信號單元PMU-K2;選配單元:絕緣監測單元PMU-J1,18節蓄電池巡檢儀PMU-B1,108節蓄電池巡檢儀BAT-108。
          交流監測單元
          測量雙路三相交流輸入電壓、電流、交流接觸器狀態。
          通過RS485串行接口將檢測的信息傳送給電源系統監控模塊,作為監控模塊管理電源系統和處理故障告警的依據。
          根據測量的交流輸入電壓自動完成雙路交流輸入的自動切換;實現雙路交流互為備用供電。
          直流饋電監控單元
          測量直流饋電的輸出參數和饋電元件的工作狀態。
          監測合母輸出電壓、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監控模塊,作為監控模塊管理電源系統和處理故障告警的依據。
          開關量監控單元
          電池熔斷器狀態、電池開關狀態、合閘開關狀態、控制開關狀態、絕緣監察繼電器狀態降壓模塊工作狀態等開關量采集到此監控單元中,自行控制,并通過RS485口上報至監控模塊。
          絕緣監測單元
          實現系統母線和支路絕緣狀況監測,產生告警信號并上報至監控模塊,同時具有告警干接點輸出;單個絕緣監測單元可測量30路支路輸出,絕緣監測單元可進行并機擴展。

          B.充電模塊(高頻開關模塊):完成AC/DC變換,實現系統基本功能。
          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,保證系統運行的穩定性。
          E.直流饋電輸出:將直流輸出電源分配至每一路輸出。
          F.母線電壓調節:控制降壓硅鏈投入節數,使直流母線電壓保持在額定范圍。
          G.閃光輸出:系統可根據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節蓄電池單體電壓監測,負責采集兩組環境溫度,測量精度可達5%,受主監控器控制;
          BAT-108:提供1 0 8 節單體電池檢測,可測量任意規格電池,或者多節電池串連測量;提供電池總電壓與電池電流的測量;提供電池溫度監測, 監測電池體表溫度或電池安裝環境溫度;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的配置和參數的修改;系統根據設置參數自動處理系統告警,并用漢字顯示系統故障內容,同時發出聲光報警。

          §2.2系統主要接線方式:
          在實際設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  系統監控模塊
           §3.0監控系統原理組成:
          監控系統硬件結構采用模塊式集散結構,各單元功能相對獨立,單元故障不會在系統中擴散,因而系統具有極高的可靠性。
          監控系統采用三級控制管理結構,監控系統結構框圖如3.1圖所示,最高一級為系統控制后臺或電力自動化系統,通過RS232/RS485與系統監控模塊連接;系統監控模塊為監控系統的第二級,監控系統的底層由交流配電監控單元、直流監控單和開關量監控單元構成。
          系統監控模塊通過RS485通訊接口與交流配電監控單元、各模塊監控單元和直流饋電監控單元相連接。交流配電監控單元、模塊監控單元和直流饋電單元內部均采用微機處理技術,負責監測各部件的運行參數和工作狀態,執行從上級監控發出的控制命令,是整個監控系統的基礎。

        圖3.1監控系統結構框圖


          監控系統的主要技術參數:
          ● 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、關機
                高頻整流模塊限流
                高頻整流模塊電壓調節
                電池均/浮充轉換
                降壓裝置電壓控制
          ● 告警功能:可為告警量設定繼電器輸出(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

          監控模塊性能特點:
          ◆ 符合高等級的抗擾度國際標準,工作穩定可靠
          ◆ 設置密碼保護,保證設備維護、操作權限
          ◆ 大屏幕觸控液晶中文顯示,界面友好,易操作
          ◆ 監控可同時管理兩組電池,并可監測兩段母線
          ◆ 提供RS232、RS485硬件接口,可方便接入遠程監控系統
          ◆ 支持CDT、RTU、MODBUS、IEC103、IEC61850等多種規約,易于接入遠程監控系統

          

          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技術,轉換效率高;
          ●模塊采用輸出無級限流方式,可根據負載電流的大小和電池容量由系統監控模塊選擇,限流點穩流精度優于±1%;
          ●采用低差自主均流技術,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,并設計為可帶電插拔,方便模塊的更換,使系統維護變得安全、簡單、高效;
          ●具有完整的告警和保護功能;
          ●能夠實現與上位機通訊,具有“四遙”接口。
           

          第五章 蓄電池 使用維護
           監控模塊電池管理過程
           電池組是直流系統中重要的組成部分,對電池組良好的維護和監測顯得尤其重要。我司的智能監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
           系統監控根據設置的充電參數,自動完成電池充電程序,充電參數根據使用電池的類型、容量以及廠家提供的資料設置(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為單體電池節數)時,監控模塊控制高頻整流模塊自動轉為恒壓充電,當充電電流逐漸減小,達到0.02CA(可設置)時,再延續充電3h,監控模塊自動轉為浮充電運行狀態,電壓為(1.36–1.45)V×n(可設置)。
          b、長期浮充充電程序:
          正常運行浮充狀態下每隔3個月,監控模塊自動轉入均充狀態運行,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時,當電網事故停電,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。當電池電壓低于設置的告警限時系統監控模塊發出聲光告警。
          d、交流電源恢復程序:
          交流電源恢復送電運行時,監控模塊自動進入均充狀態運行,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為單體電池節數)時,監控模塊控制高頻整流模塊自動轉為恒壓充電,當充電電流逐漸減小,達到0.01CA(可設置)時,微機開始計時3h后,監控模塊控制高頻整流模塊自動轉為浮充狀態運行,電壓為(2.23-2.28)V×n。
          b、長期浮充充電程序:
          正常運行浮充狀態下每隔3個月,監控模塊自動轉入均充狀態運行,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時,當電網事故停電,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。當電池電壓低于設置的告警限時系統監控模塊發出聲光告警。
          d、交流電源恢復程序:
          交流電源恢復送電運行時,監控模塊自動進入均充狀態運行,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的調整才能保障電池處于最佳狀態,電池管理系統可以監測電池溫度;用戶可根據電池廠家提供的參數,選擇使用電池溫度補償功能,選擇此功能后系統監測電池溫度,自動調整電池充電電壓,使電池工作在最佳狀態。
          5.3電池定期維護保養功能
          當電池長期不用或長期處于浮充狀態,電池極板的活性物質很易硫化,當活性物質越來越少時,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電池的要求,如果電池長期處于浮充狀態,其結果必定是,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。
          我公司的監控模塊,能非常方便的實現這一功能,而且定期均充間隔時間可由用戶根據需要自行設定;在需要對蓄電池進行充放電實驗的時候,該監控系統可以實時監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,反接會導致充電設備及用電設備的損壞
           設備斷電后,柜內高壓會殘留一段時間
           本系統控制器及整流模塊皆由精密元器件構成,且經過出廠嚴格測試,里面沒有需要維護的器件,請用戶不要隨意打開。


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