直流电源智能监控管理系统
智能直流高频开关电源系统微机监控模块的研制
智２ ３一
●应 用 与 设 计
智 能 直 流 高频 开 关 电 源 系统微机 监 控模 块 的研 制
沈 阳 电力 高等 专科 学校 吕勇 军 郝 波 尹 常永 李川 Ｄｅ ｉ ｎ ｎｄ Ｉ ｐ ｅ ｅ ｔ ｔｏ ０ Ｍ ＣＵ ｏ ｉｏ ｏ ｌ ｎ ｎ ｅｌｇ ｎｔ ｓ ｇ ａ ｍ ｌ ｍ ｎ ａ ｉ ｎ ｆ Ａ Ｍ ｎ ｔ ｒ Ｍ ｄｕ ｅ ｉ Ｉ ｔ ｌｉ ｅ
图 １ 系统 框 图
维普资讯
一
２ ４一
《 国外 电 子元器 件｝０２ 第 ５期 ２０ ２０ 年 ０２年 ５月
号 的数 据 采集 处理 以及控 制 整 流模 块 调压 信 号 的输 出。后 部 Ｃ Ｕ则 用 于负 责开 关 量 的输 入和 输 出 ， Ｐ 同 时 完成 人 机对 话 的管 理 。 根 据 这一 具 体任 务 的性 质 ，该 系 统 的前 端 Ｃ Ｕ Ｐ
２ ２ 系统 结构 ．
开关 电源可 以最大 限度地 提 高 系统 的性 能 。 下 面 介绍 智 能直 流 高频 开 关 电源 系 统及 其 微机
监控 模 块 的工 作原 理 。
智 能 直 流高 频 开 关 电源 系统 的原 理框 图如 图 １
所 示 。该 直 流系 统 自身 的工作 过 程 为 ：当三 相 交流
行 系 统参 数 的设 置 与修 改 ， 可进 行 系统 操 作 。 并
● 系统 采用 既 有 主监 控模 块 也有 副 监控 模 块 的 双微 机监 控 模块 结 构 ，当主 监控 模块 处 于运 行 方式 时 ，副监 控 模块 处 于 热备 用 运行 方 式 。从 而提 高 了
系统 的安全 性 能 。
选 用 Ａ ｕ ８２ Ｄ Ｃ １ ，该 芯 片是 一 个 高性 能 的单 片数 据 采
智能变电站交直流一体化电源系统的研究与应用
智能变电站交直流一体化电源系统的研究与应用伴随着我国科技水平的发展，智能技术被广泛应用在各个领域中。
交直流电源智能化运行是通过整合交、直流电源实现的，为供电用电的一体化提供了解决方案，能有效地提高运行的稳定安全性，从而提高了变电站电源管理能力。
而交直流一体化电源系统具有集成度高、管理简便等优势，可集中监控和管理多套电源系统，提高了多套站用电源系统蓄电池组的共享性，随着交直流一体化电源系统方案的广泛应用，其所存在的问题急需从根本上进行解决（包括标准化程度不高、各品牌间的兼容性差等）。
为确保变电站的可靠运行，提出全模块化电源系统方案，以期提高维护效率并降低维护成本，为提高交直流一体化电源系统的标准化程度提供参考。
标签：智能变电站;交直流一体化;电源系统;研究;应用引言变电站内部供电系统的稳定运行是供电可靠的前提。
近年来，随着互联网与自动化技术的发展，数字化与智能化设备被大量的应用于变电站中，为提高电源管理的可靠性具有积极的意义。
传统变电站电源系统由直流部分、交流部分、UPS、通信系统等构成。
各个子系统的设计制造到现场的安装调试由不同的生产厂家对应负责，后期运行维护也由相应的专业人员负责检修。
随着智能变电站系统的成熟发展，较多智能变电站在投运后逐步提出了交直流一体化电源设计。
在智能变电站设计运行中，将传统变电站各个子系统实现统一化设计、统一化安装配置、统一化监测控制。
采用直流变换器直接接入直流母线代替了通信蓄电池组，应用智能终端，合并单元等装置，采用庞大的交换机组。
因此，改变传统变电站的不足，使智能变电站的电源更加可靠、合理。
此外，技术更加先进，减少人力资源投入，实现自动化设计具有现代化的意义。
1智能变电站交直流一体化电源系统现状常规变电站中分散设计电源系统逐渐被淘汰，新诞生的智能变电站交直流一体化电源系统得到了广泛应用，很大程度上方便了变电站的使用与管理。
现下，有关智能变电站交直流一体化电源系统的研究包含：（1）如何可靠且稳定的将智能站交流电源启动切换实现的问题;（2）电力专用逆变电源产生能够影响负载设备的一些干扰，如被电气隔离的电源直流、交流输出与输入或动态瞬变、杂讯干扰等。
直流操作电源智能监控系统的设计
般变 电所 均采用 直流 操作 电源 。 随 着经 济 和 技术 的快 速发 展 ， 电力 供 电系统 对
提 出 了更高 的要求 ， 型 自动 化 配 网设 备 逐 步投 人 新 应用， 如储 能 式 电动 分合 闸 、 机 继 电保 护 、 络化 微 网 远程 监控 等 ， 这些设 备 的可 靠供 电是 系统安 全 运 行
［者 ０波５１） ， 镇 人苏 工 园 职技 学 电工 系 任副授研 方Ｊ 入 系 。 作 暑 ］２２０６ ，江 江 ， 业 区业 术 院子 程 主 ， 搜计 刀 为 八 示 简 史 －１６ 男 苏 介中 （０ 小 － １ 一 ９ 州 剐 ， 向嵌式统 敦 ＿口 教 究 ｌ 成巩 艽 刀
管理 模 式 和 闭 环 限 流算 法 ， 新 一 代 直 流 电 源 设 备 的设 计 提 供 了 一种 有价 值 的参 考 方 案 。 为 关键 词 ： 流 操 作 电 源 ； 电池 ； 能 监控 直 蓄 智
中 图 分 类 号 ： Ｍ７ ４ Ｔ ３ 文 献 标识 码 ： Ｂ
Ｄｅ ｉ ｎ ｏ ｎ ｅ ｌｇ ｎｔＭ ｏ ｔ ｒ ｎｇ Ｓ ｓ ｅ ｆ ｒ ＤＣ ｅ ａ ｉ ｎ Ｐｏ ｒ ｓｇ ｆＩ ｔ ｌｉ ｅ ｎｉｏ ｉ ｙ ｔ ｍ ｏ Ｏｐ ｒ ｔｏ ｗｅ
２ １ 蓄 电 池 的 充 电 方 式 ． 铅 酸 蓄 电 池 作 为 一 种 最 常 用 的 后 备 电 源 ， 一 是
的前 提条 件 。针对 电力 系统高 可靠 和高性 能要 求而
设计 的直流操 作 电源监控 系统 是新一 代 的直流 电源 设备 ， 主要应 用于 小型 开关站 和用 户终 端 ， 二次设 为
种 可循 环使 用的 电源 ， 有 在 一 定条 件 下 实 现 电 能 具 和化学 能之 间可 逆 转 换 的特 点 ， 以反 复使 用 。随 可 着 电力 电子 技术 的 发 展 ， 酸 蓄 电池有 了很 大 的发 铅
直流电源系统智能运维技术及应用
根据大数据分析结果，对直流电源系统进行性能优化和提升，提高 系统的稳定性和效率。
运维策略制定
基于大数据分析结果，制定更加科学合理的直流电源系统运维策略， 降低运维成本。
04
CATALOGUE
面临的挑战与解决方案
数据安全与隐私保护问题
数据加密技术
采用先进的加密算法，对 传输和存储的数据进行加 密处理，确保数据的安全 性。
和互操作性。
参考国际经验
借鉴国际先进的标准和规范，结合 国内实际情况，制定适合我国直流 电源系统智能运维的技术标准和规 范。
强化技术研发
鼓励企业加强技术研发，提升直流 电源系统智能Biblioteka 维技术的自主创新 能力和核心竞争力。
跨平台集成与协同问题
统一数据接口
制定统一的数据接口标准，实现 不同平台和系统之间的数据互通
直流电源系统智 能运维技术及应 用
contents
目录
• 直流电源系统概述 • 智能运维技术介绍 • 直流电源系统智能运维应用实践 • 面临的挑战与解决方案 • 未来发展趋势与展望
01
CATALOGUE
直流电源系统概述
定义与组成
定义
直流电源系统是一种将交流电转换 为直流电，并为负载提供稳定直流 电能的装置。
02
CATALOGUE
智能运维技术介绍
预测性维护技术
基于数据驱动的预测模型
维修决策支持
利用历史数据训练模型，实现对设备 未来状态的预测。
根据预测结果，为运维人员提供针对 性的维修决策建议。
故障模式识别
通过对设备运行状态数据的分析，识 别出潜在的故障模式。
远程监控与诊断技术
实时数据采集与传输
深圳市科奥信电源技术 PMS-ⅢD型触摸屏电力直流电源监控系统 说明书
供电
(220VDC/110VDC)
RS485
整
整
流
流
模
模
块 •••• 块
01 •• • 16
触摸屏
交直开 流流关 监监量 控控单 单单元 元元
可选件
电绝 池缘 巡检 检测
-4-
PMS-IIID 型触摸屏监控系统
1.功 能
第三章 主 监 控 器
★提供人 机 接口 ， 通 过大 屏幕 LCD 显 示 屏 和触 摸 屏， 实 现系 统 运行 参 数显 示 、系 统 控制
整 个 显 示 画 面 由 四 部 分 组 成 ：题
头栏、主窗区、菜单栏 和 附加栏。
如图 1 所示：
题头 是整个显示画面的主要
部分，显示了各菜单条下的具体内
容 ，如 系 统 状 态 信 息 、故 障 信 息 、系
统设置参数、系统控制参数等。
22.5 题头栏
主窗区
第 二 章 监控系统主要功能及组成 第 一 节 监控系统主要功能
★监测双路交流供电电压和交流接触器状态：当一路电网掉电、电网电压过高或过低、电 网三相不平衡时自动将系统供电切换到另一路并发出声光报警。 ★检测整流模块的输出电流和故障状态：当模块有故障时，监控系统发出声光报警信号， 并重新均分整流模块负载。 ★ 对 本 地 或 远 端 控 制 整 流 模 块 的 开 /关 机 、 自 动 控 制 电 池 充 电 均 浮 充 转 换 。
开机
主页信息
信息查询
系统控制密码
系统设置密码
交扩模绝当历系系电放
系
流展块缘前史统统池电
统
参测参监故故设控巡计
控
数量数测障障置制检量
制
×
智能一体化电源系统概述
核心提示：中华人民共和国电力行业标准《电力用直流和交流一体化不间断电源设备》DL/T 1074—2007第3.1项定义：一体化电源设备integrated power supply equipm ent 将直流电源、电力用交流不间断电源（UPS ）和电力用逆变电源（INV ）、通信用直流变换电源（ DC/DC ）等装置组合为一体，共享直流电源的蓄电池组，并统一监控的成套设备。
该组合方式是以直流电源为核心，直流电源与上述任意一种电源及一种以上电源所构成的组合体，均称为一体化电源设备。
文章就一体化电源做简单分析。
1概述一体化电源系统是替代传统分立电源（操作电源、通信电源、UPS 电源、低压配电屏、事故照明屏）才出现的，主要应用在发电、配电、用电等领域，为所有电力自动化系统、通讯系统、远方执行系统、高压断路器分合闸、继电保护、自动装置、信号装置等提供交/ 直流不间断电源。
与传统的分立电源不同，一体化电源不但直接为变电站设备综合提供各类电源，而且，由于集中监控的启用，大大提升了设备的互操作性。
2系统结构智能一体化电源系统是为全站交直流设备提供可靠的工作电源，所以其输出包括 380V /220V 交流电源、 220V/110V 直流电源、 48V 通信用直流电源。
智能一体化电源系统包括了 ATS 、充电单元、逆变电源、通信电源、蓄电池组及各类监控管理模块。
其中通信电源不单独设置48V 蓄电池及充电装置，而是使用DC/DC电源模块直接挂接于直流母线。
同样地，逆变电源也是挂接于直流母线，为重要交流负荷（如计算机监控设备、事故照明等）供电。
智能一体化电源系统典型应用如图 1 所示。
智能一体化电源系统的监控系统架构，共分为站控层、间隔层和过程层三层扁平并联式架构（见图 2 ）。
3系统功能系统最重要的功能就是给用电设备供电，为了保证电源的可靠、稳定，各组件基本功能有以下几种。
3.1智能一体化监控功能人机界面功能：监控主界面采用图形化显示，直观显示系统结构以及主要监测数据。
南京拓普 XPZM 直流系统 说明书
第一章概述1.1 引言XPZM系列智能高频开关电力操作电源系统是我公司集多年开发和设备网上运行经验设计的高可靠产品，由高频开关电源模块、智能监控组成.本产品适用于电力、石化、冶金、电气化铁路等需要220V/110V直流电源的场合,广泛适用于发电厂、水电站以及各类变电站、开闭所和用户变中,为断路器分合闸及二次回路中的仪器仪表、继电保护和故障照明提供直流电源。
1.2 系统特点●系统全模块化设计，简洁、直观，组屏方便，多台高频开关充电模块并联运行，N+1热备份；●超宽的电压输入范围，电网适用性强，可用于环境相对恶劣的场所；●充电模块可带电插拔，在线维护方便快捷；●充电模块智能控制，输出电压、电流平滑调节；自主均流，稳定性好，均流精度高（输出电流最大不平衡度小于3%）；●系统设计采用IEC 国际电工委员会、UL、EN 等国际标准，可靠性与安全性有充分保障；●监控系统采用触摸屏或大屏幕液晶汉字显示，人机界面友善、操作直观方便；●可通过监控模块进行系统各部分的参数设置，界面友好操作方便；●开放式接口设计，具有强大的通讯功能，很方便实现与变电站RTU 装置或电厂计算机监控系统DCS 相连；●三级集散式监控系统实现对电源系统的遥测、遥控、遥信、遥调、以及无人值守；●蓄电池自动管理及保护，实时自动监测蓄电池的端电压、充放电电流并控制蓄电池的均充和浮充转换，设有电池过/欠压和充电过流声光告警及温度自动补偿功能；1.3 系统正常使用条件：●室内使用，且通风良好；●运行地点无导电微粒或爆炸危险介质，无腐蚀金属和破坏绝缘的气体或蒸汽，无强电磁场干扰；●交流电网电压波形为正弦波，电网电压幅值的持续波动范围不超过额定值的20％；●交流电网频率波动范围不超过5％；；●使用环境温度不低于-5℃，不高于45℃，在设备停用期间，环境温度允许范围：-25℃～+50℃；●使用环境的最大相对湿度不超过90％RH（25±5℃时），且无凝露现象；●安装地基无振动或冲击，垂直倾斜度不超过5%；●海拔不超过2000m;* 注：使用条件与上述条件不相符时，请与制造商协商解决！1.4 型号说明：X P Z M - 220V / 20A - 65A.h□□□□-□/□-□7系统电池容量6系统额定电流5系统额定电压4电池种类3直流电源2设备结构形式1设计序号1．5 主要参数：1．6 外型结构：系统由充电柜、馈电柜和电池柜组成，系统容量不大于100AH 时，可采用充馈电一体柜系统，金属安装支架、各元器件接地点对直流设备总接地点之间电阻值不大于0.1Ω.柜体外形基本尺寸：⏹宽度尺寸B（㎜）：800、1000、1200；⏹高度尺寸H（㎜）：2000、2200、2300；⏹深度尺寸D（㎜）：600、800、1000、1200；1.7 系统工作原理电力操作电源系统主要由交流配电单元、充电模块、监控模块、配电监控、降压硅链（降压单元）、直流馈电单元（包括合闸分路、控制分路）、绝缘监测等几大部分组成。
电气电子毕业设计30直流电源监控系统
第1章绪论1.1直流电源监控系统简介电力直流电源系统主要用于电力系统中的发电厂、水电站和各类变电站，用于断路器分合闸及二次回路中的仪器、仪表、继电保护、事故照明和不可断电装置等负载提供工作直流电源。
它的正常与否直接影响电力系统的安全可靠运行。
电力直流电源系统主要包括降压装置、交流配电、整流器、蓄电池组、直流配电等部分。
其所要实现的功能是：蓄电池电压电流监控、充电机充电方式自动控制、蓄电池-充电机系统的智能化管理、控制回路和动力回路的状态监控、绝缘监控、三相交流电源监测等。
由于电力直流电源系统常常用于重要的场合，要求不能断电，所以直流电源系统可靠与否直接影响到供电配电系统的安全运行,而功能强弱则影响系统的良性运行和蓄电池的使用寿命。
随着电力系统自动化、计算机控制和电力电子技术的发展及实际现场运行和维护的需要,对直流电源系统的要求也相应提高,因此在这方面进行研究和开发很有必要。
1.2发展现状及研究意义20世纪90年代初期，由于我国直流电源系统设备陈旧，引发了不少事故，引起了各方面的高度重视。
为此电力部组织研制了先进的、系列化的直流电源成套装置来装备电网，以确保电网的完全可靠运行。
之后，电力部又组织了微机控制电力直流电源系统的研制，用监控装置代替了人对电源系统进行维护和管理，以适应无人值守变电站的需要。
这两项研制任务的完成，促进了我国电力工程直流电源系统的更新换代和直流电源制造行业的技术进步，提高了电网直流电源系统的自动化程度。
进入20世纪90年代末期，电力直流电源系统又掀起了新一轮的技术改造，改造的重点集中在两个方面：一是研制高频开关电源模块替代相控电源；二是研制功能更强的新一代监控装置。
对于电力直流电源系统监控的研究，有两方面的意义：1)阀控密封铅酸蓄电池智能维护的需要铅酸蓄电池自1859年法国人普兰特发明至今已有一百多年的历史,一百多年来铅酸蓄电池有了极大的发展。
20世纪70年代初,产生了阀控式密封铅酸蓄电池(VRLA: valve regulated lead-acid)，它有密封、免维护、自放电小、性能稳定、经济实用等优点，自出现以来就以优良的性能价格比,安全可靠的使用性能而迅速占领市场,被广泛应用于电力工业和邮电通信。
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系统原理介绍
智能蓄电池历史数据呈现：（季度带载）
正常劣化
18
系统原理介绍
快速劣化（故障）
状态良好
19
系统原理介绍
14 12 10 8 6 4 2 0
1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 49 53 57 61 65 69 73 77 81 85 89 93 97
电池1# 电池2#
软件互锁：动作前读取最新的开入状态，结 合动作判断互锁逻辑，当满足开关动作时， 允许控制输出。
硬件互锁（右图）。
系统原理介绍
开始放电 停止放电
选择电池串
闭合母联
断开指定电池 组进线开关
闭合指定电池 组放电开关
断开指定电池 组放电开关
闭合指定电池组 备用充电机开关
闭合指定电池 组进线开关
断开母联
系统原理介绍
系统原理介绍
蓄电池母线脱扣判断原理：
双重判断条件 浮充电流为0 电池组电压V1≠母线电压V2
母线+
V2 母线-
+
-
充电机
V1 i浮+-来自电池组系统原理介绍
容量快测原理：
1) 根据电池放电初期陡降复升剧烈 程度与电压变化特性，综合判断电 池容量（已发表核心期刊论文）； 2) 结合内阻值及内阻历史变化趋势 判断电池大致状态；
700 600 500 400 300 200 100
0 1 6 11 16 21 26 31 36 41 46 51 56 61 66 71 76 81 86 91 96
1#内阻值(uΩ) 2#内阻值
20
系统原理介绍
2.5
2
放电蓄电池内阻
1.5
放电池电压
1
正常电池电压
正常电池内阻
0.5
0 1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 49 53 57 61
系统原理介绍
系统原理介绍
蓄电池参数集中器：参数集中器用于接收各个功能模块上传 的数据并进行实时计算和处理，有YBUS、485、串口、网口 等多种通信接口，可与开入/开出单元、绝缘监察装置、放电 操作箱、通用模拟量监测单元等进行通信，实现相应的监测 和控制管理功能。
系统原理介绍
旧版蓄电池参数集中器
系统功能与操作介绍
历史数据分析 历史数据分析
历史数据分析 告警分析
直流电源智能监控管理系统
系统组成图
单体电压温度内阻采集单元 总电压电流采集单元 蓄电池参数集中器
智能放电负载+放电操作箱 开入单元+开出单元 充电特性监测单元 直流接地检测单元 后台服务器
系统原理介绍
单体电压温度内阻采集单元：通过连接线安装在单体电池附近，实时监测单体电池的电 压、内阻和温度。 与蓄电池通信方式：YBUS 与集中器通信方式：modbus通信规约
系统原理介绍
旧版蓄电池参数集中器界面展示
系统原理介绍
旧版蓄电池参数集中器界面展示
系统原理介绍
旧版蓄电池参数集中器界面展示
系统原理介绍
旧版蓄电池参数集中器界面展示
系统原理介绍
放电操作箱：实现远程放电控制，已在枣 园330站、宁东750站安装运行，安全运行 1年以上。
系统原理介绍
远程核容放电采用双重互锁
21
系统功能与操作介绍
按放电向导进行作业
核容放电管理员密码验证
系统功能与操作介绍
直流系统接线图
电池健康状态
系统功能与操作介绍
充电曲线 当前数据柱状图
放电曲线 导出报告
系统功能与操作介绍
登录 站点管理
用户管理 按区域管理/管理分级
系统功能与操作介绍
按字段配置用户权限 敏感日志记录
用户操作记录日志 定值管理
采样精度优越性： 内阻监测（25℃）： 离线±2μΩ；在线±5μΩ
系统原理介绍
总电压总电流采集单元：通过电压电流传感器 获取电压电流信号，通过485方式与集中器通信。 信号获取和通信：通过电压电流传感器获取电压电流信号，通过485方式与集中器通信。 浮充电流监测解决方案：浮充电流监测采用两个不同量程的电流互感器，其中小量程的 电流互感器是我公司与互感器制作公司合作，深度开发的专门用于测量浮充电流的互感 器，采用先进的磁通门技术，可耐受大电流冲击，大量程电流互感器测量范围覆盖电池 充放电电流最大值。