張建華，李 歐

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司東莞供電局，廣東 東莞 523000）

0 引 言

為保障電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，發(fā)電廠、變電站的控制及保護(hù)設(shè)備多采用雙充雙電直流電源系統(tǒng)供電方式[1]。

根據(jù)直流電源系統(tǒng)的接線方式，如下關(guān)鍵節(jié)點的故障將有可能導(dǎo)致直流系統(tǒng)故障，直流母線失壓。

（1）降壓硅鏈開路；（2）蓄電池開路或者容量不足；（3）蓄電池進(jìn)線開關(guān)故障；（4）站用交流電源故障；（5）充電機(jī)故障。

此種直流系統(tǒng)在電網(wǎng)和蓄電池同時故障時必然導(dǎo)致故障段母線長時間失壓，從而嚴(yán)重影響保護(hù)裝置的正常運(yùn)行和電網(wǎng)設(shè)備的安全運(yùn)行[2]?；诖耍疚奶岢隽艘环N基于雙向DC/DC的智能型母聯(lián)裝置，在保持原有直流系統(tǒng)的運(yùn)行方式及運(yùn)行參數(shù)不變的基礎(chǔ)上，利用雙向DC/DC變換器，實現(xiàn)兩段直流母線互為備用。

1 智能型母聯(lián)裝置組成

智能型母聯(lián)裝置采用雙向DC/DC變換器，由電壓電流檢測單元、功率開關(guān)、保護(hù)單元及儲能單元等組成[3]。雙向DC/DC為雙端口結(jié)構(gòu)，他的兩個端口分別連接Ⅰ段直流母線和Ⅱ段直流母線，即雙向DC/DC與母聯(lián)開關(guān)KO為并聯(lián)關(guān)系，由此構(gòu)成的新型直流電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

雙向DC/DC的輸入特性與通信用DC/DC模塊相同，輸出特性與充電機(jī)的輸出特性相同。雙向DC/DC的兩個直流端口之間是電氣隔離的，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖1 新型直流電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖2 雙向DC/DC模塊連接圖

收稿日期：2019-05-22

在兩段直流母線均正常的情況下，雙向DC/DC的兩個直流端口均處于輸入狀態(tài)，當(dāng)任一母線電壓異常時，雙向DC/DC的對應(yīng)端口自動轉(zhuǎn)換為輸出狀態(tài)，將另外一段母線的電能傳輸至故障段母線，保證故障段母線不間斷供電。

此外，雙向DC/DC每個端口處均含有濾波電容，該濾波電容能起到儲能并防止輸出狀態(tài)轉(zhuǎn)換時輸出電壓跌落的作用。

2 智能型母聯(lián)裝置的功能

采用雙向DC/DC方案，因為不存在母聯(lián)開關(guān)的閉合與斷開的操作，因此響應(yīng)速度快。由于雙向DC/DC的輸出具有可靠的限流保護(hù)特性，不會因為故障段母線過載或短路導(dǎo)致正常段母線過載，因此雙向DC/DC的輸出狀態(tài)轉(zhuǎn)換不需要考慮負(fù)載電流的大小，僅需檢測母線電壓，控制邏輯簡單、可靠[4]。

本文研制的智能型母聯(lián)裝置，能實現(xiàn)如下功能。

（1）兩段直流母線均正常時，雙向DC/DC無輸出、處于待機(jī)狀態(tài)、待機(jī)功耗不超過雙向DC/DC額定功率的0.1%，不影響直流母線的運(yùn)行。

（2）任意一段直流母線電壓低于設(shè)定值（包括單獨蓄電池供電時發(fā)生開路故障）時，雙向DC/DC立即轉(zhuǎn)換為輸出狀態(tài)，保證直流母線電壓始終不低于標(biāo)稱電壓的90%。

（3）蓄電池在線放電維護(hù)過程中發(fā)生電網(wǎng)故障時，若對應(yīng)的母線電壓低于雙向DC/DC的設(shè)定值，則雙向DC/DC自動啟動，協(xié)助被放電的蓄電池組供電。

（4)在蓄電池組單獨供電情況下，若其中一組蓄電池容量不足，雙向DC/DC自動啟動，協(xié)助該組蓄電池供電。

（5）雙向DC/DC的輸出限流保護(hù)特性，可以確保故障段母線發(fā)生任何故障，不會影響正常段母線的安全運(yùn)行。

（6）雙向DC/DC的運(yùn)行參數(shù)設(shè)定后，其運(yùn)行狀態(tài)的轉(zhuǎn)換是自動的，無需外部控制。滿足輸出條件時，自動轉(zhuǎn)為輸出狀態(tài)；滿足限流條件時，自動進(jìn)入限流狀態(tài)；滿足待機(jī)條件時，自動轉(zhuǎn)為待機(jī)狀態(tài)。

3 雙向DC/DC電源模塊功能試驗

3.1 DC/DC電源模塊輸入輸出切換功能

雙向DC/DC的任一端口輸入電壓消失時，應(yīng)能自動將該端口轉(zhuǎn)換為輸出狀態(tài)。在額定負(fù)載下，應(yīng)能在1 ms內(nèi)將輸出電壓恢復(fù)到整定值的±5%范圍內(nèi)，整定值為105 V。

分別對情況（1）Ⅰ段母線電壓消失時，Ⅰ段母線為Ⅱ段供電和情況；（2）Ⅰ段母線電壓消失時，Ⅱ段母線為Ⅰ段供電的DC/DC模塊輸出特性進(jìn)行試驗，切換過程示波器捕捉圖像，采樣包括失壓段母線電壓和DC/DC模塊輸出電流，試驗波形如圖3所示。

圖3 電壓切換時DC/DC模塊輸出特性波形圖

由圖3可知，Ⅰ段母線為Ⅱ段供電時，Ⅱ段電壓會有瞬時跌落，Ⅱ段母線最低電壓為103.2 V，相對整定值105 V下降了1.7%，Ⅰ段電流會突增為兩段總負(fù)荷。Ⅱ段母線為Ⅰ段供電時，原理類同。兩種情況均能很好實現(xiàn)DC/DC切換過程失壓段母線電壓變化1 ms恢復(fù)到整定值的±5%范圍內(nèi)。

3.2 DC/DC電源模塊過載能力

當(dāng)一段母線失壓，另一段母線的充電機(jī)帶兩段母線運(yùn)行時，DC/DC電源模塊應(yīng)具備一定的過載能力。當(dāng)輸出電流在額定值的200%時，運(yùn)行時間不小于1 min；1 min后自動轉(zhuǎn)為限流輸出。

3.3 DC/DC電源模塊保護(hù)功能

DC/DC供電狀態(tài)，當(dāng)發(fā)生負(fù)載短路故障時，DC/DC限流保護(hù)，故障排除后應(yīng)能自動回復(fù)工作。

DC/DC供電狀態(tài)中，Ⅰ段輸入電壓為110 V，Ⅱ段輸出為105 V時，模擬Ⅱ段母線短路故障，試驗錄波圖如圖4所示。

圖4 Ⅱ段母線短路時DC/DC模塊輸出特性波形圖

由圖4可知，Ⅰ段直流母線為Ⅱ段母線供電時，輸出電流為4 A，Ⅱ段短時故障時，DC/DC電源模塊瞬間輸出50 A（過載輸出），在3 ms后限流輸出5.25 A，Ⅱ段母線電壓降為2 V，故障切除后電壓恢復(fù)為105.3 V。

4 結(jié) 論

本文提出了新型直流電源系統(tǒng)中兩段直流母線互為備用的控制策略，利用DC/DC智能型母線聯(lián)絡(luò)裝置，保證失去蓄電池組的母線段連續(xù)供電。

該裝置在各種直流故障情況下能保證整個直流系統(tǒng)的可靠供電，同時在其中一段直流系統(tǒng)故障及過載情況下能不影響正常直流段的可靠運(yùn)行，在雙電雙充分列運(yùn)行的電力系統(tǒng)站用直流應(yīng)用前景廣泛。