基于高频开关技术的直流电源监视系统设计

　1 前言

在电厂及变电站的二次系统中，为了给控制、保护、自动装置、事故照明等设备用电，必须有可靠的直流电源。直流电源的作用是：正常时为变电站内的断路器提供合闸直流电源;故障时，当厂、站用电中断的情况下，为继电保护、断路器跳合闸、载波通讯提供直流电源，其稳定运行直接影响着电力系统的安全可靠运行。变电站直流电源主要由以下四个部分组成：蓄电池系统、充电模块部分分为交流整流及稳压整流、微机监控部分、调压模块部分。目前，现代直流电源的发展正以高频开关技术为基础，并兼备高频化、高效率、大功率、无污染和模块等特点。在管理方式上，结合计算机网络技术的发展，形成多级计算机网络的集中监控管理系统。

直流电源系统的监视系统是整个系统的核心部分，它的主要作用是把各变电站直流设备的信息上送到监控中心以供查询，同时各监控中心也向各变电站发送控制命令，由系统执行，还可以及时发现设备运行的不正常状态，及时处理。直流电源系统的典型配置如图1所示。

图1 直流电源系统的典型配置图

直流电源系统主要分为三大部分：直流回路的绝缘检测单元、交直流参数监控单元、电池巡检单元。目前各个厂家的产品还存在以下问题：

(1)直流接地故障率一直排在电气故障首位，原因是检测方法不足，直流传感器检测主要是易损坏、干扰严重，交流传感检测则受分布电容的影响，且须注入一定信号;

(2)参数监控单元主要是检测母线电压及电流，交流侧电压及直流侧电流电压等，目前此部分监控系统只是将数据简单检测和直接上调，缺少自我分析和实时自我故障处理能力;

(3)各部分之间使用不同的通讯规约，使对综自系统进行通讯时，必须重新统一软件规约;

(4)不同单元间的组态不便，使得在使用过程中用汇编语言更改或重新编写软件时不方便，容易出错，操作性差。

针对以上情况，我们推出了PZWG2000系列智能型触摸屏控制直流高频开关电源系统。此系统的信息采集及处理可就地完成，实时性强，信号不受干扰，配线灵活，组态方便，网络功能强，可在线调控上传数据，自检功能完善，强大的多媒体及动画功能，友好的中英文人机显示图界，双重控制原理，使系统更具可靠等优点。

2 系统构成及功能

2.1 硬件配置

PZWG2000智能型触摸屏控制直流系统为模块式结构，模块间可任意组合，可以根据不同用户的不同要求组合系统。一个完整的系统由五个部分组成：监控后台(主控制单元)、充电管理单元(高频单元)、电池管理单元(电池巡检单元)、绝缘检测单元及调压单元。其中主控制单元即监控后台为本系统的核心部分。

2.1.1监控后台

监控后台是通过可触摸式工控机来实现并作为全面管理电源系统运行。它可在线记录、统计、分析并实时打印各种运行数据。人机界面为高亮度的彩色大屏幕LCD显示屏。具有显示清晰、直观、操作方便等优点。通过串行的RS232/RS485口，与变电站内的综合自动化系统或地区调度联系，实现四遥功能，即遥测、遥信、遥控及遥调功能，从而实现变电站电源系统的无人值守。

图2 监控单元原理框图

2.1.2充电管理单元

它是主控单元和充电机的接口部分，通过它控制充电机按最适合维护电池的充电曲线自动分阶段地给电池充电，延长使用寿命。同时监测充电机的运行状态，在其出现故障时通过主控单元向操作者及上位机发出报警信号，便于管理人员及时排除故障。高频整流模块采用目前国际上先进的有源功率因数校正技术(PFC)和软开关脉冲宽调制技术PWM，自主均流，并可带电插拔，热维修，其原理图见图3。

图3 充电管理单元原理框图

2.1.3 绝缘检测单元

除可监视母线电压与绝缘外，还可对各直流接地支路进行判断。绝缘检测单元采用平衡桥及不平衡桥相结合的原理，检测母线对地绝缘状态，不向直流系统输入信号，不受制于馈线对地电容的影响，支路检测采用差值计算方法，可准确计算出正负母线接地阻抗。对于多条支路同时发生一点或平衡接地均可检测出。其原理图见图4。

图4 绝缘检测单元原理框图

2.1.4电池管理单元

可对蓄电池的各种状态进行检测，对蓄电池的电压、电流、温度及容量进行实时检测，通过LCD屏显示单体电池信息、整组信息，具有电池过压、回路过流、电池亏容、电池过温、整组欠压等告警功能，并有串行通讯口，可将信息传送至监控单元。电池管理单元采用电压检测和内阻检测相结合的方法来判断电池是否失效。内阻测量采用国内首创、国际一流的测试方法，通过向电池组两端注入低频交流信息，通过科学算法，结合电压检测模块的单电池采样，巧妙地计算出每一节电池的准确内阻。

图5 电池管理单元

2.1.5