电力系统用微机监控直流电源

1前言

电力系统用直流电源主要用于水电站、发电厂、地区与厂矿企业的变电所内，作为开关、断路器的操作电源；控制、保护、信号等设备的直流电源。电力系统用直流电源通常由变流器、蓄电池和其它辅助电路组成。要求运行稳定、工作可靠、调节方便，并能对其进行监控。

目前，大量应用的是半导体不控整流或相控整流直流电源。这些直流电源产品除了笨重、体积重量大、有色金属、黑色金属消耗多，功率因数低、对电网的谐波污染严重外，还存在以下缺点：

（1）稳流、稳压精度差；

（2）不能自动、精确地按照充电曲线f(i,t)进行

充电和适时的切换；

（3）不具备大面积的多点、多变量的综合计算和监控功能；

（4）由于多用模拟电路构成，因此难与计算机接口。

显然，这类电源产品已经不能适应绿色电源的要求和信息技术发展的要求。

分析产生以上存在问题的原因，主要是直流电源的AC/DC变换方案、控制方案与配置趋于陈旧，与当前环保及科技发展的要求有较大差距。改善的途径应为：

（1）从AC/DC变换入手，实现绿色电源。即采用功率因数校正技术（PFC）、电磁干扰（EMI）抑制技术、开关电源技术（SMPS），实现AC/DC变换，配合以微机监控为核心的高性能的监测、控制装置。

（2）对于暂时无法将相控电源改为开关电源的直流配电系统，可以通过设计、制造自动化程度高的监测、控制装置，进行多点、多方位的监测，配合以合理、优化的经典或现代控制算法来提高相控整流直流电源系统的使用质量，提高并稳定其性能指标。

本文仅就我公司在微机监控方面所做的开发工作作一介绍。

2高性能微机监控装置的研制

在常规集中控制方法里，对于电源系统而言，为了进行有效的反馈校正，集中控制的基本方法，如极点配置、最优控制、状态估算等，都需要采集系统所有相关的全部数据。这样的集中采集、处理数据必然使系统物理结构复杂化，维数又很大，即不经济，也会因为一个点的故障致使整个系统工作失常。

图1监控系统方框图

如果把一个大系统的功能分散地分配到各个本地监控器，则有利于故障隔离、维护，且系统升降自由、灵活。再由一个上位计算机进行统一监理，并且可以通过它连接有线、无线、微波、载波、专线、互联网，以实现远动操作，其优越性是不言自明的。

下面介绍采用分散控制结构，即系统由分散的小系统构成集中监控的大型系统，各个本地监控器配合对应的监控对象，利用系统科学方法合理分配各部分功能，依靠各子系统之间的相互通信，实现了系统的协调控制。

监控系统方框图如图1所示。

通过全双工RS485信号连接各个不同/相同功能的本地监控器，测量数据共享。通讯协议可以针对目前广泛应用在邮电、电力、铁路等直流电源系统的不同要求。

在通信的结构上采用全息协调结构，没有上级协调器，不因上级协调器的故障而影响其它子系统正常工作,上位计算机只是为了系统管理者了解分析系统各个部分的运行状况、发出指令、修改运行参数而设置。

（1）1＃本地监控器

要求监控系统不仅能为充电系统提供最佳的充电参数，保证蓄电池始终处于满容量工作状态，而且要实时完成对直流配电、电源系统、蓄电池组、母线绝缘以及环境情况的监控，具备完善的故障检测、报警以及历史数据信息的处理存储能力，能够与上位计算机进行双向通信，实现对直流操作系统的近台和远方监控及维护功能。

主要功能：针对相控整流器电源、高频开关模块电源而设计。接受被控对象的反馈，完成恒压、恒流功能；完成截流、截压保护功能；面向直流合闸电源的充电功能；以及过压/流、欠压报警，熔断器报警，母线绝缘报警等附带功能。

（2）2＃本地监控器

可以是和1＃本地监控器相同的功能，与1＃本地监控器互为备份，组成并联系统。均流平衡度由双机协调。

也可以是其他不同功能的本地监控器，例如：蓄电池运行状况循环监测本地监控器。对于单只蓄电池的检测装置是由下位机及上位微机组成，循环检测每一只蓄电池的电压及充电过程中蓄电池组总的电压，与设置偏差进行比较而确定是否故障报警。

（3）n＃本地监控器

n64,不同功能的本地监控，为完成大系统的不同功能要求而设计。

各个本地监控器自身均有完整的功能，可以独立组成一个智能型装置，具有各自独立的功能。相互之间通过RS485实现数据的传递与控制指令的传送，完成复杂的实时监测功能，而且假如任一本地监控器出现故障，均不影响其它本地监控器的正常工作，并能及时引起上位计算机报警，从而确保系统具有高可靠性和很强的自诊断能力。

所有本地监控器都使用全双工RS485通