变电站电力操作直流电源系统的研究【控制理论与控制工.pdf
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1、变电站电力操作直流电源系统的研究摘要电能己经成为现代人们生活当中不可缺少的动力源,电力系统的运行必须安全、可靠,这样才能保证供电的正常,直流电源系统作为变电站电力系统的保障,也就必须稳定可靠。基于软开关技术的高频开关电源因其性能可靠、效率高、寿命长等优点,成为了现代电力操作电源系统中的重要组成部分。将现代网络技术、计算机检测技术融入到变电站直流电源系统中,实现了对直流电源系统的实时远程监控,从而为变电站一次设备提供了安全、可靠的保障,为人们生产、生活带来了更高质量的保障。本文首先简单分析了直流电源系统各个模块的工作原理,然后从整体出发给出了直流电源系统的整体设计规则。对各个直流电源系统的关键模
2、块和采用的关键技术在后面分别作了详细的探讨。作为直流电源系统核心的充放电模块是本文研究的重点,充放电模块的好坏直接影响到蓄电池组的寿命及整个系统的各项性能的好坏。由于传统的充电模块采用的是相控整流,存在着输出电压纹波大,谐波污染严重,转换效率低,系统体积庞大等缺点。针对传统技术的弊端,采用全桥移相P W M 软开关技术的高频开关电源可以解决上述问题。全桥移相P W M 软开关技术是使变换器的开关在Z V S 和Z C S 条件下进行通断,一方面,降低了开关损耗,提高系统的效率,另一方面,由于变换器的开关工作频率的提高,使得系统体积缩小,提高了系统的功率密度,并且开关电源输出稳定度高,将延长蓄电
3、池的使用寿命,从而保证供电系统的可靠。可扩展性好、效率高、动态性能好的分布式电源成为电力电子技术的研究热点。分布式电源采用的是均流技术使功率小的电源模块并联起来,通过控制电源模块的数量来满足不同负载的需求。本文对用于变电站直流电源系统的均流技术作了深入的分析,详细比较了几种常用的均流技术的特点,并运用集成芯片U C 3 9 0 7 进行基于最大电流法的均流技术的研究。文章对直流电源系统接地问题作了分析,这是造成直流电源系统误动作或拒动作的重要原因,并研究了绝缘监测的原理和实现方法。关键词:直流电源系统:远程监控;软开关技术;均流技术;绝缘监测硕士学位论文A b S tr a c tE l e
4、c t r i c i t ye n e r g yh a sb e c o m em o r ea n dm o r ei m p o r t a n ti nd a i l yl i f e P o w e rs y s t e mm u s tw o r ks a f ea n dr e l i a b l et oi n s u r et h en o r m a lo fp o w e rs u p p l ys y s t e m S oD Cp o w e rs y s t e mm u s tw o r kr e l i a b l e,w h i c hi st h ec o
5、 r eo fp o w e rs y s t e m,t r a n s f o r m e rs u b s t a t i o n H i g hf r e q u e n c ys w i t c h i n gp o w e rs u p p l ya d o p t i n gs o f ts w i t c h i n gt e c h n o l o g y,w h i c hh a sr e l i a b l eh i g he f f i c i e n c ya n dl o n gu s et i m ep e r f o r m a n c e sb e c o m
6、 e st h ei m p o r t a n tp a r to fD Cp o w e rs y s t e m M o d e mn e t w o r kt e c h n o l o g ya n dc o m p u t e rc o n t r o lt e c h n o l o g yh a v eb e e na p p l i e di n t ot h eD Cp o w e rs y s t e m,w h i c hr e a l i z e sr e m o t em o n i t o ro fp o w e rs y s t e m T h e r e f
7、o r e,i tc a nb r i n gs a f ea n dr e l i a b l ep o w e rs u p p l yf o rf i r s t-u s ed e v i c e si ns u b s t a t i o na n dm a k e sp r o d u c ta n dl i v e sb e t t e r A tt h eb e g i n n i n go ft h ep a p e r,e v e r yc o m p o n e n t so fD Cp o w e rs y s t e ma r ei n t r o d u c e d
8、T h e n,s y s t e md e s i g nr u l e sa r eg i v e n F o rk e yc o m p o n e n t sa n dk e yt e c h n o l o g i e s,t h e ya r ed i s c u s s e dd e t a i l e di na n o t h e rp a r to fp a p e r C h a r g ea n dd i s c h a r g em o d u l a ri st h ec o r eo fD Cp o w e rs y s t e m A n di ti sa l
9、s ot h ec o r eo ft h ep a p e r,w h i c hi n f l u e n c e st h eu s el i f eo fb a t t e r ya n dt h es y s t e mr e l i a b i l i t y A si sk n o w n,c o n v e n t i o n a lc h a r g ea n dd i s c h a r g em o d u l a ru s e sp h a s ec o n t r o lr e c t i f i c a t i o nt e c h n o l o g y,w h
10、i c hb r i n g sb i gc h a n g eo fo u t p u tv o l t a g e,i n t e r r u p to fe l e c t r i c a lm a g n e t i c,l o we f f i c i e n c y,a n dl a r g es i z e B e c a u s eo ft h es e,ah i g hf r e q u e n c ys w i t c h i n gs u p p l yb a s e do np h a s es h i f tc o n t r o lf u l lb r i d g
11、eP W Ms o f ts w i t c h i n gt e c h n o l o g yc a ns o l v et h ef l a w s T h ep h a s es h i f tc o n t r o lf u l lb r i d g eP W Mt e c h n o l o g yr e n d e r st h es w i t c h e r so fc o n v e r t e rw o r k su n d e rZ e r oV o l t a g eZ e r oC u r r e n tS w i t c h i n gc o n d i t i
12、o n,w h i c hc a nr e d u c e ss w i t c h i n gt o s s,b u ta l s oc a nd e c r e a s et h es i z eo ft h ec o n v e r t e ra n de n h a n c et h ep o w e rd e n s i t yo fs y s t e ma n dm a k et h eo u t p u tm o r er e l i a b l e I ti sv e r yu s e f u lf o rp r o t e c t i n gt h eb a t t e r
13、ya n dt h es y s t e m D i s t r i b u t e dp o w e rs u p p l yh a se x t e n d a b l e,h i g he f f i c i e n c ya n dr e s p o n s ef a s tp e r f o r m a n c e s,w h i c hb e c o m e st h e h o ti nt h ew o r l d I tc o m b i n e ss m a l lp o w e rs u p p l yu n i tt o g e t h e rt os u p p l y
14、p o w e rf o rs y s t e m,o fw h i c ht h et e c h n o l o g yi sc u r r e n ts h a r i n gt e c h n o l o g y A n dt h em o u n to fI I I知识水坝为您整理变电站电力操作直流电源系统的研究p o w e rd e p e n d so nt h en u m b e ro ft h es m a l lp o w e rs u p p l yu n i t S oi ti ss u i t a b l ef o rd i f f e r e n tl o a
15、d s I nt h ep a p e r,t h ep r i n c i p l eo ft h ec u r r e n ts h a r i n gt e c h n o l o g yi sd i s c u s s e d S e v e r a lk i n d so fc u r r e n ts h a r i n gt e c h n o l o g ya r ec o m p a r e da n dt h ef e a t u r eo fe a c hi sa l s ot a l k e da b o u t T h eI CU C 3 9 0 7i sd e s
16、c r i b e di nt h ep a p e rt os h o wh o wt oa p p l yi ti nc i r c u i t,w h i c hisb a s e do nm a x i m u mc u r r e n tt e c h n o l o g y A tl a s t,t h ep r o b l e mo fj o i n te a r t hi sf u l l yd i s c u s s e d,w h i c hi st h ei m p o r t a n tr e a s o nt h a tc a u s e st h eD Cp o w
17、 e rs y s t e mt or e f u s ea c t i o no ra c ta b n o r m a la n dt h ei s o l a t e de a r t hd e t e c tt e c h n o l o g yi sg i v e n K e y w o r d s:D Cp o w e rs y s t e m;r e m o t em o n i t o r;s o f ts w i t c h i n gt e c h n o l o g y;c u r r e n ts h a r i n gt e c h n o l o g y;i s o
18、 l a t e de a r t hd e t e c t-I V 知识水坝为您整理湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明:所里交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名:刚彀日期:口2 7 年歹月1 1 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权湖
19、南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密口,在年解密后适用本授权书。2、不保密团。(请在以上相应方框内打“4”)作者签名:;刚毅日期:驴f;年1 月2z 日导师签名:留谰知梢日期:。年r 月毅日硕士学位论文第1 章绪论1 1 变电站直流电源系统的研究背景及意义在电力系统中,为了给控制、保护、自动装置、事故照明和各种直流设备的用电,必须有可靠的直流电源。因此,在发电厂(变电站)均设有独立的直流电源蓄电池组和与之配套的充电、浮充电装置电力操作电源又称电力工程直流电源,简称直流电源系统。它的作用是:正
20、常时为变电站内的断路器提供和闸直流电源;故障时,当厂、站用电中断的情况下,为继电保护及自动装鬣、断路器和闸和跳闸、载波通信、发电厂直流电动机拖动的厂用机械提供直流电源。因此变电站的直流电源系统是继电保护、自动装置和断路器正确启动的基本保证,其稳定运行对防止系统破坏、事故扩大和设备严重损坏至为重要。它的正常与否直接影响着电力系统的安全可靠运行。如何加强对直流电源系统的监控和故障分析,并采取相应的对策是电力系统需要解决的问题。在1 9 5 5 年以前,国内发电厂和变电所的建设规模较小,其直流控制电源系统,大多采用1 I O V,单母线和不带端电池的蓄电池组【1 2】。1 9 5 6 年以后,发电厂
21、和变电所的建设规模增大。这时,由于引进了当时苏联的设计技术原则,在所有新建和扩建的发电厂和变电所中,都采用了2 2 0 V、带端电池的蓄电池组,并根据工程规模的大小,采用单母线或双母线接线。这个期间的设计,是充分利用了蓄电池的容量和具有较小的电压波动范围,但代价是采用了较复杂的接线1 3,4】。1 9 8 4 年以后,随着欧美设计技术理念的引进,以及发电厂和变电所建设规模不断增大、开关设备情况的变化,在直流控制电源系统的设计上,又开始逐渐采用单母线接线和不带端电池的蓄电池组,对控制负荷,直流母线电压则采用1 l O V 电压。这一期间设计的主导思想,是以适当加大蓄电池的容量、允许电压有较大的波
22、动范围为代价,达到简化接线、提高可靠性的目的1 5,6 1。9 0 年代以前变电所一般装设一组蓄电池构成的直流控制电源;只有对于大型变电所,特别是5 0 0 k V 变电所,才装设两组蓄电池组。9 0 年代后期随着人们对供电可靠性要求的提高,2 2 0 k V 及以上枢纽变电所均要求装设两组蓄电池以上 7 q 0 1。这一发展过程表明,随着大机组、超高压工程的发展,人们更加关注直流控制电源系统的可靠性,并为此而适当提高了工程造价。随着我国电子应用科学不断发展和无入值守变电所构想的形成,智能供电设备越来越被广泛的关注,目前国家己正在加大力度对农业电网系统进行全面改造。根据有关资料表明,目前我国每
23、年需要该类型的供电设备约1 0 0 0 0 套,该设备布局合理,使用安全、可靠,市场前景十分可观。目前,德国A E G 公司、美国金属电气公司、法国阿尔斯通公司、瑞士L A N D I S&G R R 公司都生产该种产品,国际市场前景也十分可观。该系统虽然在国内刚刚起步但己吸引了大量厂家对其进行投资。综变电站电力操作直流电源系统的研究观国内外产品,真正既能提供质量较高继电保护又能提供质量较高的监控系统且价格合理的产品为数不多,现开发该种产品具有可观的市场契机。1 2 变电站直流电源系统的发展与应用现状变电站直流电源系统主要由以下四部分组成f l I,”】:(1)蓄电池部分,其功能主要是在交流电
24、源断电时能够实时地提供二次回路所需要的直流供电。(2)充电模块部分,其功能主要有2 个:一是交流整流,即将交流电源转换成稳定的直流电源;二是稳压整流,即适时地给蓄电池充电,以确保蓄电池处于随时可供电的状态。(3)微机监控部分,该部分是直流电源系统的控制核心,其主要负责监控交流及电池状态等众多的物理量,并且控制充电模块部分智能的对电池进行充电。监控器性能的优劣往往决定直流电源系统性能的好坏,是决定直流电源系统总体价格的最决定性因素。(4)调压模块部分,电力操作电源的额定输出电压一般选择为1 1 0 V 或2 2 0 V,如果考虑蓄电池均充电运行的需要,输出电压最高则可达到额定输出电压的1 4 5
25、 t 1 6 J,因此电力操作电源的输出电压(2 2 0 V 系统,最高输出电压可达到3 3 0 V),又因为蓄电池的端电压变化范围很大,所以在电力系统中,除了合闸等冲击性负载直接接在蓄电池的输出端(合闸母线)之外,保护合控制类负载都通过调压装置间接与蓄电池相连接(调压装置的输出母线被称为控制母线),以获得比较稳定的工作电压。传统的调压装置是硅链【”,其原理是在合闸母线上串入硅堆,利用硅堆压降降低输出电压。这种调压方法简单、可靠,但是有输出电压不能连续调节(调节电压的最小分辨率为一节硅堆的压降)和效率低的缺点。开关电源技术日益成熟,调压模块现在一般用D C D C 变换器来实现的。直流电源系统
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