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UPS电源系统电力工程论文 篇1：
中倍率Ni-Cd蓄电池在肯尼亚地热电站中的应用
摘要：本文主要介绍中倍率Ni-Cd蓄电池在非洲肯尼亚OLKARIA V地热电站升压站项目中的应用。本项目为海外项目，业主聘请的咨询公司由于对国内规范不了解，故不认可国内DL/T 5044-2014《电力工程直流电源系统设计技术规程》中推荐的计算方法，该项目采用了IEEE std 1115-2014 Ni-Cd蓄电池推荐容量计算规范中负荷统计原则及Ni-Cd蓄电池容量计算方法。
关键词：IEEE std 1115-2014;Ni-Cd蓄电池;直流系统;容量计算;负荷分类;负荷统计
0 前言
电网是一个国家经济发展的基础，同时也关系到一个国家的安全，微机保护装置就是保证电网安全的一个重要设备。微机保护装置的供电电源一般采用直流供电方式，当站内低压交流系统全部失电的情况下，站内直流蓄电池将继续给微机保护装置提供可靠的直流电源，从而保证高压输电线路、变压器、电抗器等设备发生故障时，能及时发现并切除故障，保证电网和电气设备的安全。由此可见，直流蓄电池在电站中的重要性。
本文主要根据IEEE std 1115-2014 Ni-Cd蓄电池推荐容量计算规范中要求，对本升压站中直流负荷进行分类、统计，并在此基础上根据IEEE std 1115-2014 Ni-Cd蓄电池推荐容量计算规范中公式进行计算，得出合理的蓄电池容量、节数和充电电流等数据。
1 项目概况
OLKARIA V地热电站位于非洲东部国家肯尼亚首都内罗毕西北120km的纳库鲁县地质公园内。项目平均海拔小于2000米，常年温度为1℃至28.5℃。该地热电站装有3台70兆瓦发电机组，总装机容量为210兆瓦，发电机组出口电压为11千伏，经过机组升压变压器升至220千伏后与主电网相连。本工程设计范围为地热电站的升压站部分，不含发电机组和升压变相关内容。220kV升压站主接线为4/3接线形式，项目远期为3个完整串，本期为2个完整串。每个串为1回主变间隔， 2回220kV架空出线间隔，同时每段母线设置1个电压互感器间隔。
中倍率Ni-Cd蓄电池具有使用时间长，蓄电池自放电电流小，适用环境温度范围宽，过充放电特性好，放电电压平缓等优点，适合非洲当地特殊需求。
根据项目招标文件要求，该升压站直流系统采用直流110V，蓄电池采用Ni-Cd蓄电池。招标文件要求直流系统最低和最高电压分别为系统标称电压的-8.8%和28.0%，故直流系统对应的最高和最低电压分别为直流140.8V和100.3V。单体蓄电池浮充电压为1.43V/节、均充电压为1.60V/节、终止电压为1.14V/节。由于当地电网较为薄弱，当电站失电后需要直流系统维持较长时间，所以采用业主在招标文件中要求10h事故放电时间。
2 蓄电池个数计算
3 直流负荷分类
根据IEEE std 1115-2014 Ni-Cd蓄电池推荐容量计算规范中4.2.2和4.2.3条要求，直流电源负荷共分为三大类，具体定义如下：
一）连续性负荷（Continuous loads）：需要直流持续供电的装置。
二）非连续性负荷（Noncontinuous loads）：需要直流持续供电一段时间（超过1min）的装置，人工或系统干预后停止工作。
三）其它负荷（Other loads）。
3种常见负荷分类如下：
1）连续性负荷主要有：直流长明灯、连线操作电机、逆变器、疏散指示灯、连线通电线圈、微机保护装置、测控装置、计算机服务器，光字牌和通信装置等。
2）非连续性负荷主要有：应急水泵电机、循环通风系统电机、火灾灭火系统、高压开关操作机构、阀门驱动电机、高压隔离刀闸操作机构、发电机启励系统、高压开关跳闸等。
3）恢复高压断路器合闸负荷。
4 直流负荷统计
4.1直流负荷统计原则
根据本升压站实际情况，同时参考微机保护及直流系统厂家提供的设备参数，统计原则如下：
（1）连续性负荷（Continuous loads）：控制和保护系统、远动及对时系统、交直流系统、应急照明系统、UPS系统。
（2）非连续性负荷（Non-continuous loads）：高压断路器跳闸线圈、跳闸出口继电器。
（3）其它负荷（Other loads）：高压断路器合闸线圈、高压断路器储能电机。
4.2 直流负荷统计情况
4.3 直流负荷循环表
根据IEEE std 1115-2014 Ni-Cd蓄电池推荐容量计算规范中4.3.2、4.3.3和4.3.4条要求，直流负荷循环统计表如下：
5 蓄电池容量计算
根据IEEE std 1115-2014 Ni-Cd蓄电池推荐容量计算规范中6.6条要求，蓄电池容量计算表如下：
7 结论
根据上述计算结果，本升压站Ni-Cd蓄电池节数取88节，容量取600AH，充电电流取108A。
目前该项目已经顺利投运，从现场实际运行情况来看，采用上述计算方法得出蓄电池和充电设备参数较为合理，能够满足现场实际需求。
变电站直流负荷统计非常重要，各个厂家装置实际功耗、项目规模、直流系统电压都直接影响蓄电池容量计算结果。在基本设计阶段，应尽可能收集市面上主流厂家装置功耗，在负荷统计时应尽可能考虑各种可能设备，切勿遗漏重要负荷，并考虑部分裕量。这样才能保证选取的容量符合要求。
参考文献：
[1] IEEE Recommended Practice for SizingNickel-CadmiumBatteries forStationaryApplications：IEEE std 1115-2014.
[2] IEEE Recommended Practice for the Design of DC Auxiliary Power Systems for Generating Stations： IEEE Standard 946-2004.
[3] 国家能源局.电力工程直流电源系统设计技术规程： DL/T-5044-2014.北京：中国计划出版社，2015.
[4] 电力工程直流系统设计手册（第二版）.北京：中国电力出版社，2009.
[5] 电力工程设计手册变电站设计.北京：中国电力出版社，2019.
[6] 曹春裕，镉镍蓄蓄电池的直流系统在发电厂的应用[C].上海市电機工程学会，上海市电工技术学会.上海市电工技术学会第十一届学术年会论文集.上海，2012.
[7] 龙军，浅谈印度某发电工程镉镍蓄蓄电池选择计算[J].四川电力技术，2012.
[8] 魏源，李颖，李慧音.基于IEEE 标准的直流系统蓄蓄电池容量计算[J].电工技术，2018.
[9] 田羽，何仲，范春菊. 变电站蓄蓄电池容量计算和算法改进[J]. 电力系统保护与控制， 2010.
作者简介：
张雷男工程师上海勘测设计研究院有限公司上海 200434
作者：张雷
UPS电源系统电力工程论文 篇2：
交直流一体化电源系统优化设计
【摘 要】论文以交直流一体化电源系统优化设计为重点进行阐述，逐步分析了交直流一体化电源系统的应用特点，传统站内电源系统的不足之处，交直流一体化系统的优化设计方案，系统故障的对应解决措施等内容，旨意为相关性研究提供一定的数据参考。
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【关键词】交直流一体化;电源系统;优化设计;交流系统
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1 引言
智能化、機器化、无人值守变电站依据其必要的安全性能，以及其管理工作的高效性、自动化水平等内容，有效提升我国电源系统的整体质量水平，为了有效提升我国电力系统的使用率，广泛应用交直流一体化的电源系统方式是非常必要的。
2 交直流一体化电源系统的应用特点
科学、合理地使用直流电源系统、交流电源系统、UPS电源系统、通信电源系统、一体化优化方案，能够高效实现对于智能化、无人值守变电站全方位监控。合理应用一体化监控系统不仅能够有效提升变电站内部的具体使用情况的分析监控，还可以高效使用其监控模块，同时实现对各个电源子系的科学化分析，进而帮助站内电源系统实现信息资源共享，也为建设数字化电源软件环境做好坚实铺垫。智能化与模块化的使用方式能够合理分化智能无人值守变电站电源功能，形成具有切实可行性的智能电源硬件平台应用模式，并且不需要进行重复性接线过程，以及二次跨屏电缆建设。一体化控制平台还应该透明地将变电站智能化、无人值守等运行情况以及相关数据展示出来，同时显示其在远方控制中心，以及智能化、无人值守变电站不断完善成具有开放性质的统一化系统。
3 传统站内电源系统的不足之处
在传统一体化监控以及智能化作用下的无人值守变电站中存在的最大不足之处就是有监控盲点，这样就降低了系统的安全性与整体质量，可能会造成站内设备丢失以及损坏的现象，又由于缺乏系统的管理方式，阻碍了无人值守变电站维护方面工作的顺利进行。关键是变电站直流电源系统以及变电站交流电源无法进行高效融合，无法达到最佳的运行状态。传统无人值守变电站电源系统馈线通常使用微型断路器或者塑壳断路器，并且因为其应用的二次电缆次数较多，造成整体智能化、无人值守变电站电源系统缺失必要的维护能力以及生产能力。因此，为了补救传统站内电源系统的不足之处，做好交直流一体化电源系统的优化设计是非常必要的，其能提升整体应用质量与效率。
4 交直流一体化系统的优化设计方案
4.1 交流系统
变电站使用交流电源系统的情况基本是根据变电站无人值班的需求而变化的，使用双电源智能化自动控制AST开关，能顺利完成对交流电线的监测与控制工作。此种开关不仅能够支持两路交流电源进行开合分现象，还能实现电气闭锁以及机械闭锁，这样可以在源头上提升电源切换的安全性与可靠性，同时还能取消缺少实际作用的站用电备自投保护装置。两路交流电源根据AST开关作用实现自由行切换，也能通过变电站监控系统或者集控中心完成远程切换，这样可以更好地提升变电站闸操作、事故处理等工作的便利性，进而高效提升交流电源变化的可靠性，进一步提升整体变电站用电一体化电源系统的实效性。将交流进线模块、电源智能监控单元、电流互感器一体化，交流线块模块开关、电流传感器、智能电源一体化是非常必要的。
4.2 直流系统
采取具有并联性质的智能电池组件以及阀控形式的铅酸蓄电池进行对应的直流电源设计，不仅能保障此项设计的科学性、合理性，还能保证使用最节省的投资方案，收获较大的应用效果。对二次设备内部的零件以及相关设备进行具体的维护与保持工作是非常必要的，例如，分别使用两项具有相互独立特性的直流电源系统，能够将稳定的220V电流经过隔离作用后降低到48V，进而为通信负荷提供必要的电流保障。使用具有模块化结构的交流电维持电源系统，以及配套的双机冗余装置，能够保障其具备特定时间的负荷放电时间，以及8000μA容量的空间。
4.3 一体化电源模块化组屏方案
直流电源是一体化电源系统中关键性构成部分，很多电力工程中一体化电源系统都包括以下系统，如并联智能电池组件馈线柜、交流站用电源、事故照明逆变电源柜、通信电源、功能齐全的统一交直流一体化监控系统;交直流系统中的电流、电压、电阻功率等变换的数据都是在一体化监控系统的监管范围内，同时此系统的监管内容还包括远程遥控操作系统、预警系统、历史记录等功能化系统[1]。监控系统要想高效发挥作用，还应该有分层通信模式、交直流系统以及其他各子系统的监控支持，从而高效完成此对应模块上的控制以及信息采集。在总监控装置以及各自监控装置上进行通信工作，可以有效实现对整体一体化电源系统的检测与管理，再结合相关的变电站通信自动化装置实现统一通信管理，交直流电源设备综合性告警信息数据能够传输到调控核心地区，进而满足无人值守变电站的需求。在二次设备室内屏柜方面也使用模块化布置方案，将不同性质的多种底座组合成一个统一的模块，利用侧壁开孔方式在厂家完成柜间接线全面运输、整体吊装等，最重要的是还能有效缩短工程周期，实际上一体化电源部分的模块配置如下：并联智能电池组件一共包括两个模块，平均每个模块上都有6个面，模块的组成方式还包括交流电源柜或者事故照明逆变电源柜、直流电源柜等。
5 系统故障的对应解决措施
强化整体交直流一体化电源系统的防范故障能力，采取的关键性方式是：建设具有科学性、系统性的一体化故障预警装置与监控装置，强化其维护、預防、维持系统性能的作用。创新与完善电源管理机制，形成完整的电源维护系统，能提升整体电源系统运行的安全性与科学性，强化相关工作人员的责任意识，调动工作人员能及时准确地解决对应的问题。做好对应的电力维护人员的专业培训工作，如果是人为因素导致的故障，还应该追究其责任，必须保证奖罚分明。成立对应的风险评估系统，使用科学的方式降低运行路线以及运行设备不标准导致的故障发生率。比如，运用网络软件新型技术设计出一套电源运行系统故障预警以及科学维护系统，全方位监控电源系统路线以及设备应用情况，保证在出现问题时，能进行正确的预警，使维修管理人员能够及时参与到现场线路的维修与设备管理工作。要想保障电源系统的运行重点地区能够保持24小时监控，还可以合理使用电子远程监控装置进行监控，保证运行路线以及设备都可以正常工作，从而保证电源系统能够顺利工作。
5.1 进行对应的合理性电源系统维护工作
对频繁使用的电源设备进行定期维护以及安全检查，从而制定出完整的整改方案，对电源系统进行定期升级与优化，能有效保障电源设备以及相关运行路线的安全。并且在用电的高峰时期，还应该进行对应的电源设备以及运行路线的全面检测，及时具体地找出安全隐患，并且进行专业性的分析与探究，从而结合其故障形式采取对应的补救措施，此外，还应该详细地对整个过程进行明确记录，以便为日后相关工作的开展提供必要的数据参考，从而保证其电力系统能够发挥实质性作用。
5.2 运用先进性技术
使用具有科学性、高效性的电力维护设备，能有效提升其运行路线的绝缘性以及安全性，采取具有先进性的旧设备部件替换已经超负荷运行的电源系统设备部件，能正确规避故障的发生，强化对应点路线的绝缘作用，促使其电源系统设备能顺利安全运行。
6 结语
对交直流电源系统相关问题进行研究，并提出完善策略，能有效提升变电站电源系统的应用水平与质量，促使其发挥最大的作用，进而推动我国智能电网的建设与发展。
【参考文献】
【1】杨铭， 张侃君. 湖北电网变电站站用交直流电源系统运行分析[J]. 湖北电力， 2017（7）：25.
作者： 刘英楠
UPS电源系统电力工程论文 篇3：
变电站通信直流系统与站用直流系统的整合应用
【摘 要】提出变电站站用交直流一体化电源的解决方案，结合实际应用，论述了一体化电源优越性。
【关键词】电力通信网；变电站；通信电源；站用电源；整合
1、变电站直流系统的现状
传统变电站内设置了站用直流系统和通信直流系统。站用直流系统主要用于保护、自动化、二次及公用等控制负荷供电，其电压为110V或220V；变电站通信直流系统电压为-48V，由于通信直流系统和站用直流系统所供设备不同，2个系统间存在如下主要差别。
(1)关注指标不同。由于通信设备用于语音和数据通信，对直流系统的杂音电压有一定的要求，站用设备无此要求。(2)接地不同。为了减少外部干擾，保障通信质量，通信行业规定通信直流系统正极直接接地，形成-48V直流供电；站用直流系统正负极悬空不接地，而站用直流系统正极接地可能导致继电保护装置的误动。(3)蓄电池单独供电时间不同。站用直流系统蓄电池单独供电时间：有人值班变电站不小于1h，无人值班变电站不小于2h；通信直流系统蓄电池单独供电时间：有人值班变电站不小于4h，无人值班变电站不小于8h。(4)负荷性质不同。站用直流系统所供负荷有经常负荷和冲击负荷，变电站开关操作时可能会出现暂态过电压；通信设备多为电子产品，负荷电源小，电源质量要求高。(5)所供设备性质不同。传统站用设备多为分立元件产品，负荷电流大，电源质量要求相对不高；通信设备多为电子产品，负荷电流小，电源质量要求高。
鉴于上述差别，传统变电站均设独立的通信专用直流系统。
2、存在的问题
上述模式由于各子系统采用分散设计，独立组屏，设备由不同的供应商生产、安装、调试，供电系统也需分配不同的专业人员进行维护管理。这种模式存在以下弊端：
(1)站用电源自动化程度不高。由不同供应商提供的各子系统通信规约一般不兼容，难以实现网络化管理，系统缺乏综合的分析平台，制约了管理的提升。(2)经济性较差。站用电源资源不能综合考虑，使一次投资显著增加。(3)安装、服务协调较难。各个供应商由于利益的差异使安装、服务协调困难，远不如站用交直流电源一体化的“交钥匙工程”模式顺畅。(4)运行维护不方便。站用电源分配不同专业人员进行管理：交流系统与直流系统由变电人员进行运行维护，UPS由自动化人员进行维护，通信电源由通信人员维护，人力资源不能总体调配，通信电源、UPS等也没有纳入变电严格的巡检范围，可靠性得不到保障。
3、变电站直流系统的整合
随着变电站综自化程度的越来越高以及大量无人值班站投运，相应提高站用电源整体的运行管理水平具有非常重要意义。变电站设独立的通信直流系统，是在相控电源技术以及变电站传统设备的条件下为保障变电站通信设备安全可靠运行所作的规定。然而随着技术的发展，直流系统已从相控电源发展为高频开关电源，变电站设备已从分立元件设备发展为微机型设备，规定的基础条件发生了变化。因此将通信直流系统与站用直流系统整合是可行的。
(1)通信设备和站用设备的供电电压可维持不变。变电站110 V/220 V直流通过高频开关型直流变换器(DC/DC变换器)变成-48 V后，供给通信设备。(2)直流变换器可采用隔离型高频开关变换器。变换器输入输出相互隔离，变换器输出端正极可直接接地，满足通信电源正极接地要求，而站用直流系统与原方式一致，两极悬空给站用设备供电，互不影响。(3)直流系统蓄电池供电时间是根据故障修复时间而确定的，无论是站用直流系统还是通信直流系统，都是考虑到此时间内交流所用电或整流系统能够被修复，恢复交流整流供电。因此，蓄电池供电时间可统一到站用直流系统的蓄电池供电时间。(4)负荷性质发生了变化。站用设备与通信设备的负荷性质非常接近，都是由大规模集成电路构成，对供电电源质量的要求相同。(5)高频开关整流器的应用大大提高了站用直流系统的供电质量，同时由于站用设备的电子化、小型化，单个设备的负荷大为减小，其开停对系统的冲击减小。另外，直流变换器有较宽的输入容限，动态响应快，输出变化小，对通信设备供电没影响。(6)站用直流系统和通信直流系统皆采用全浮充工作方式，联合设置的大容量蓄电池组对站用直流系统稳压作用更大。
综上所述，将通信直流系统与站用直流系统进行整合，取消通信专用蓄电池组，通信设备通过站用直流系统经直流变换器变换后供电。
整合后的变电站直流系统，采用原站用直流系统的配置方案，蓄电池和充电装置的容量考虑全站所有直流负荷，包括站用和通信负荷。变电站不设通信专用蓄电池组，设2组隔离型高频开关DC/DC变换器，每组DC/DC变换器模块按N+1配置，模块容量的选择充分考虑运行的安全可靠性，2组DC/DC变换器输入分别引自站用直流系统的不同母线。通信部分可配置2面独立的通信直流配电屏，用于2段-48V直流母线的配电；也可采用将每套通信直流配电装置与DC/DC变换器电源共组1面屏的方式，需组2面屏。
4、直流系统整合的优点
变电站通信直流系统与站用直流系统整合，它符合结构合理，技术先进，运维方便的技术发展路线。在技术、经济、运行维护上有较突出的优点：
(1)网络化、智能化:各子系统智能设备通过通信网络接入一体化监控器，一体化监控器一个通信口接入综合自动化系统和调度系统。由监控中心单元兼容各部分监控单元，一个接口、一种规约接入综合自动化系统。实时查看各子系统的参数、开关状态、事件信息等，可修改系统参数、运行方式，遥控开关设备，实现站用电源“四遥”功能。整个站用电源实现专家系统管理：设备固定数据库+实时更新数据库+专家智能分析系统。(2)减少变电站建筑面积，同时提高系统安全性。现有通信直流系统蓄电池组均以组屏方式布置在变电站自动化通信机房内，由于蓄电池存在漏液、爆炸、起火等安全隐患，对变电站安全运行不利，整合后取消通信蓄电池，通信设备采用的站用蓄电池布置在单独房间内，提高了系统安全性。(3)提高了通信设备供电可靠性。通信直流系统与站用直流系统整合，不会存在单方面设备掉电，造成业务不通。同时变电站直流系统有统一的标准，专业的维护队伍，整合后提高了通信设备的供电可靠性。(4)减少维护工作量，方便专业维护管理。变电站设站用直流系统及通信直流系统，需2套维护人员维护。整合后，维护量由原来传统模式变电站2组人员对各自的电源、蓄电池组的维护减少为1组维护人员，特别是仅需维护2组蓄电池，由变电站运行维护人员统一管理直流系统。
一体化电源系统技术先进，维护方便，运行安全可靠，具有良好的经济效益和社会效益，可在电网中推广应用。
5、结语
变电站站用电源交直流一体化系统立足用系统技术研究站用电源，是对现有智能变电站站用电源设计和管理新模式的改良，它符合结构合理，技术先进，运维方便的技术发展路线。目前已在我省220kV滨江智能变电站运用，一体化电源系统技术先进，维护方便，运行安全可靠，具有良好的经济效益和社会效益，将在今后的智能变电站中广泛应用。
参考文献
[1]DL/T 5044-2004.电力工程直流系统设计技术规程[S].2004.
作者：杨文颖