王子琪 陳澤淮 倪非非 劉秋英

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司佛山供電局）

0 引言

變電站直流系統(tǒng)作為變電站的控制電源，在正常情況下，為變電站內(nèi)的控制信號(hào)、繼電保護(hù)裝置、自動(dòng)裝置、斷路器跳合閘操作回路等提供了直流電源。同時(shí)當(dāng)變電站內(nèi)的交流電源消失時(shí)，直流系統(tǒng)為事故照明、交流不停電等設(shè)備提供供電，直到交流系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行［1-2］。

當(dāng)站內(nèi)直流電源系統(tǒng)出現(xiàn)異常而無(wú)法正常進(jìn)行供電時(shí)，將導(dǎo)致站內(nèi)多臺(tái)裝置電源消失，影響線路進(jìn)行正常供電。目前，變電站失壓后的應(yīng)急供電多采用臨時(shí)發(fā)電機(jī)等手段，但發(fā)電機(jī)體積大，需使用有載貨能力的汽車運(yùn)輸，對(duì)人手及車輛要求高，整個(gè)過(guò)程耗時(shí)長(zhǎng)，無(wú)法及時(shí)處理站內(nèi)失壓?jiǎn)栴}，且需定期對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行安全檢查［3-5］。為此，需要尋求更為可靠便捷的方法實(shí)現(xiàn)變電站直流系統(tǒng)應(yīng)急供電，保障變電站的安全可靠運(yùn)行。本文基于電動(dòng)汽車外放電源研制了一套變電站直流應(yīng)急供電裝置，實(shí)現(xiàn)變電站直流系統(tǒng)的應(yīng)急維護(hù)，且穩(wěn)定便捷，從而保障變電站的安全運(yùn)行。

1 裝置原理

裝置可將電動(dòng)汽車外放電源輸出的交流220V整流為直流110V，從而為站用直流系統(tǒng)提供可靠應(yīng)急直流電源。

裝置系統(tǒng)由交流輸入單元、電源調(diào)整轉(zhuǎn)換及輸出控制單元、監(jiān)控單元及直流饋電單元四部分組成。裝置原理圖如圖1所示。

圖1 裝置原理圖

（1）交流輸入單元

交流輸入單元支持主流電動(dòng)汽車外放電源快速接入，能夠支持多輛電動(dòng)汽車同時(shí)并網(wǎng)供電，滿足站端直流系統(tǒng)的需要，提高輸入電源的可替代性。該單元最多可同時(shí)輸入3路220V單相交流電，各路輸入相互獨(dú)立。

（2）電源調(diào)整轉(zhuǎn)換及輸出控制單元

交流電輸入后，經(jīng)過(guò)開關(guān)QF1～QF3至交流接觸器JC1～JC3前端，監(jiān)控單元將實(shí)時(shí)采樣判斷3路輸入電壓是否符合設(shè)置的接入范圍。若符合，該回路閉合交流接觸器，對(duì)輸入電壓進(jìn)行整流，整流后的電壓將按設(shè)定的電壓輸出至直流接觸器K1～K3前端。監(jiān)控單元采樣判斷符合設(shè)置條件的回路，閉合直流接觸器，各回路自主均流分?jǐn)傌?fù)載。

（3）監(jiān)控單元

監(jiān)控單元可監(jiān)控每組回路接入的電源電壓和電流數(shù)值，收集電源調(diào)整轉(zhuǎn)換單元輸出的電壓電流值，根據(jù)站端直流系統(tǒng)技術(shù)要求設(shè)置電壓、電流告警值和斷開閾值，從而監(jiān)測(cè)電壓電流數(shù)值是否滿足要求。當(dāng)檢測(cè)到其中有回路交流輸入異常且超過(guò)設(shè)置范圍時(shí)，將對(duì)應(yīng)的輸入／輸出接觸器脫開相應(yīng)單元，防止輸入的電壓、電流不符合技術(shù)指標(biāo)而造成變電站站端直流系統(tǒng)受到次生危害。

（4）直流饋電單元

當(dāng)輸入的交流220V電壓經(jīng)交流輸入單元、電源調(diào)整轉(zhuǎn)換及輸出控制單元和監(jiān)控單元后，整流為直流110V，其監(jiān)視電壓、電流值滿足技術(shù)要求，直流接觸器K4閉合，為站用直流系統(tǒng)提供可靠應(yīng)急直流電源。

2 裝置交互設(shè)計(jì)

裝置具備RS485 MODBUS通訊端口，可將實(shí)時(shí)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)顯示在觸摸屏上，便于觀測(cè)輸入輸出數(shù)值及各接觸器狀態(tài)等，簡(jiǎn)明清晰；同時(shí)具備調(diào)節(jié)輸出電壓、設(shè)置開關(guān)閾值、設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)的功能，操作便捷，實(shí)現(xiàn)良好的人機(jī)交互功能。

（1）開機(jī)界面

人機(jī)交互界面采用圖形化結(jié)構(gòu)，操作簡(jiǎn)單、清晰、方便。裝置系統(tǒng)接通電源時(shí)進(jìn)入主界面，該界面顯示系統(tǒng)圖，實(shí)時(shí)顯示輸入輸出電壓、電流值及接觸器分合狀態(tài)，點(diǎn)擊屏幕下方子菜單可進(jìn)入對(duì)應(yīng)功能界面，進(jìn)行下一步操作。開機(jī)界面如圖2所示。

圖2 開機(jī)界面圖

（2）輸出調(diào)壓

通過(guò)輸出調(diào)壓菜單對(duì)電壓參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置均充、浮充電壓值，并可對(duì)電壓狀態(tài)進(jìn)行切換。當(dāng)選擇均充或者浮充時(shí)，會(huì)再次確認(rèn)是否執(zhí)行此操作，確認(rèn)后將按照內(nèi)部通訊協(xié)議編譯的調(diào)壓指令通過(guò)485總線下發(fā)給電源調(diào)整轉(zhuǎn)換及輸出控制單元，單元接收到調(diào)壓指令后動(dòng)作，自行將輸出電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得輸出電壓滿足站端直流系統(tǒng)要求。輸出電壓菜單如圖3所示。

圖3 輸出電壓菜單圖

（3）開關(guān)閾值

通過(guò)開關(guān)閾值菜單可以設(shè)置接觸器動(dòng)作電壓閾值，設(shè)置輸入、輸出電壓上下限。當(dāng)輸入、輸出電壓高于過(guò)壓值或低于欠壓值時(shí)，接觸器將跳開，斷開該回路，避免不合格電壓的輸入對(duì)站內(nèi)直流系統(tǒng)造成危害。當(dāng)電壓輸入、輸出返回值小于回差值時(shí)，接觸器將重新閉合，回路導(dǎo)通，進(jìn)行供電。開關(guān)閾值菜單如圖4所示。

圖4 開關(guān)閾值菜單圖

（4）系統(tǒng)參數(shù)

可通過(guò)系統(tǒng)參數(shù)菜單對(duì)系統(tǒng)時(shí)間及通訊參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)參數(shù)菜單圖

3 效果與應(yīng)用

為了驗(yàn)證基于電動(dòng)汽車外放電源的變電站直流應(yīng)急供電裝置的可行性，對(duì)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。同時(shí)將3臺(tái)電動(dòng)汽車外放電源接入應(yīng)急供電裝置，分別測(cè)試在所需負(fù)載10A、20A、30A時(shí)，該裝置的輸入、輸出電壓、電流值，并將實(shí)測(cè)值與顯示值進(jìn)行比對(duì)。裝置實(shí)驗(yàn)時(shí)輸入、輸出電壓值等性能指標(biāo)見表1，其中穩(wěn)壓精度實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2～4。

表1 裝置性能指標(biāo)表

表2 負(fù)載10A時(shí)測(cè)試結(jié)果

表3 負(fù)載20A時(shí)測(cè)試結(jié)果

表4 負(fù)載30A時(shí)測(cè)試結(jié)果

由上述表格可知，將3臺(tái)電動(dòng)汽車外放電源接入應(yīng)急供電裝置后，在不同負(fù)載下，三個(gè)回路交流輸入電壓實(shí)測(cè)值均在216.0～222.7V之間，滿足交流輸入電壓值為220V（AC） ±15%的性能指標(biāo)；輸出直流電壓實(shí)測(cè)值均在118.2～118.6V之間，滿足直流輸出電壓為110V（DC） ±15%的性能指標(biāo)；同時(shí)，該裝置輸入、輸出電壓及電流實(shí)測(cè)值與觸摸屏顯示值誤差均小于±1%，誤差小，裝置精度高；不同負(fù)載下，三回路輸出電流都均流分?jǐn)傌?fù)載，各輸出電流保持一致?？勺C實(shí)，該裝置可使電動(dòng)汽車外放電源輸出電壓、電流值均滿足直流應(yīng)急供電的需求，但供電還需考慮外放電源輸出電壓、電流值的穩(wěn)定性。因此，在負(fù)載為20A時(shí)，對(duì)裝置進(jìn)行進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)，在0.5h內(nèi)連續(xù)測(cè)量輸出電壓、電流值，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 輸出電壓、電流值

由表5可知，在10：00～10：30這半小時(shí)內(nèi)，裝置輸出電壓值為118V±0.5%，輸出電流值為6.7A±1%，電壓、電流值波動(dòng)較小，裝置可穩(wěn)定進(jìn)行輸出，從而可靠提供應(yīng)急電源。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著新能源行業(yè)蓬勃發(fā)展，電動(dòng)汽車應(yīng)用愈加廣泛，本文針對(duì)變電站站內(nèi)直流系統(tǒng)突發(fā)異常的情況，研制了基于電動(dòng)汽車外放電源的變電站直流應(yīng)急供電裝置，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該裝置可支持三輛電動(dòng)汽車同時(shí)并網(wǎng)供電，提高輸入電源的可替代性，且輸出穩(wěn)定可靠，可用于變電站直流系統(tǒng)的應(yīng)急維護(hù)，滿足站端直流系統(tǒng)的需要，從而保障變電站的安全運(yùn)行。