1 前言
在電廠及變電站的二次系統中，為了給控制、保護、自動裝置、事故照明等設備用電，必須有可靠的直流電源。直流電源的作用是：正常時為變電站內的斷路器提供合閘直流電源;故障時，當廠、站用電中斷的情況下，為繼電保護、斷路器跳合閘、載波通訊提供直流電源，其穩定運行直接影響著電力系統的安全可靠運行。變電站直流電源主要由以下四個部分組成：蓄電池系統、充電模塊部分分為交流整流及穩壓整流、微機監控部分、調壓模塊部分。目前，現代直流電源的發展正以高頻開關技術為基礎，并兼備高頻化、高效率、大功率、無污染和模塊等特點。在管理方式上，結合計算機網絡技術的發展，形成多級計算機網絡的集中監控管理系統。
直流電源系統的監視系統是整個系統的核心部分，它的主要作用是把各變電站直流設備的信息上送到監控中心以供查詢，同時各監控中心也向各變電站發送控制命令，由系統執行，還可以及時發現設備運行的不正常狀態，及時處理。直流電源系統的典型配置如圖1所示。
圖1 直流電源系統的典型配置圖
直流電源系統主要分為三大部分：直流回路的絕緣檢測單元、交直流參數監控單元、電池巡檢單元。目前各個廠家的產品還存在以下問題：
(1)直流接地故障率一直排在電氣故障首位，原因是檢測方法不足，直流傳感器檢測主要是易損壞、干擾嚴重，交流傳感檢測則受分布電容的影響，且須注入一定信號;
(2)參數監控單元主要是檢測母線電壓及電流，交流側電壓及直流側電流電壓等，目前此部分監控系統只是將數據簡單檢測和直接上調，缺少自我分析和實時自我故障處理能力;
(3)各部分之間使用不同的通訊規約，使對綜自系統進行通訊時，必須重新統一軟件規約;
(4)不同單元間的組態不便，使得在使用過程中用匯編語言更改或重新編寫軟件時不方便，容易出錯，操作性差。
針對以上情況，我們推出了PZWG2000系列智能型觸摸屏控制直流高頻開關電源系統。此系統的信息采集及處理可就地完成，實時性強，信號不受干擾，配線靈活，組態方便，網絡功能強，可在線調控上傳數據，自檢功能完善，強大的多媒體及動畫功能，友好的中英文人機顯示圖界，雙重控制原理，使系統更具可靠等優點。
2 系統構成及功能
2.1 硬件配置
PZWG2000智能型觸摸屏控制直流系統為模塊式結構，模塊間可任意組合，可以根據不同用戶的不同要求組合系統。一個完整的系統由五個部分組成：監控后臺(主控制單元)、充電管理單元(高頻單元)、電池管理單元(電池巡檢單元)、絕緣檢測單元及調壓單元。其中主控制單元即監控后臺為本系統的核心部分。
2.1.1監控后臺
監控后臺是通過可觸摸式工控機來實現并作為全面管理電源系統運行。它可在線記錄、統計、分析并實時打印各種運行數據。人機界面為高亮度的彩色大屏幕LCD顯示屏。具有顯示清晰、直觀、操作方便等優點。通過串行的RS232/RS485口，與變電站內的綜合自動化系統或地區調度聯系，實現四遙功能，即遙測、遙信、遙控及遙調功能，從而實現變電站電源系統的無人值守。
圖2 監控單元原理框圖
2.1.2充電管理單元
它是主控單元和充電機的接口部分，通過它控制充電機按最適合維護電池的充電曲線自動分階段地給電池充電，延長使用壽命。同時監測充電機的運行狀態，在其出現故障時通過主控單元向操作者及上位機發出報警信號，便于管理人員及時排除故障。高頻整流模塊采用目前國際上先進的有源功率因數校正技術(PFC)和軟開關脈沖寬調制技術PWM，自主均流，并可帶電插拔，熱維修，其原理圖見圖3。
圖3 充電管理單元原理框圖
2.1.3 絕緣檢測單元
除可監視母線電壓與絕緣外，還可對各直流接地支路進行判斷。絕緣檢測單元采用平衡橋及不平衡橋相結合的原理，檢測母線對地絕緣狀態，不向直流系統輸入信號，不受制于饋線對地電容的影響，支路檢測采用差值計算方法，可準確計算出正負母線接地阻抗。對于多條支路同時發生一點或平衡接地均可檢測出。其原理圖見圖4。
圖4 絕緣檢測單元原理框圖
2.1.4電池管理單元
可對蓄電池的各種狀態進行檢測，對蓄電池的電壓、電流、溫度及容量進行實時檢測，通過LCD屏顯示單體電池信息、整組信息，具有電池過壓、回路過流、電池虧容、電池過溫、整組欠壓等告警功能，并有串行通訊口，可將信息傳送至監控單元。電池管理單元采用電壓檢測和內阻檢測相結合的方法來判斷電池是否失效。內阻測量采用國內首創、國際一流的測試方法，通過向電池組兩端注入低頻交流信息，通過科學算法，結合電壓檢測模塊的單電池采樣，巧妙地計算出每一節電池的準確內阻。
圖5 電池管理單元
2.1.5 調壓單元
通過調壓單元將充電機的輸出電壓調整至合理的供電范圍內，更加可靠給饋出單元供電。該單元主要是通過二極管降壓原理，可靈活自動配置降壓范圍，一般設置為15V～35V可調。
整個系統監測全面，各單元之間相互獨立，任何一個單元的退出都不影響其它單元的正常運行，系統的監控后臺可控制和監視整個系統，但各單元和監控后臺之間也是相互獨立的，如果監控后臺出現故障，系統仍能維持正常供電。
2.2 軟件應用
PZWG2000采用ADS2000為主控軟件，采用NATIONAL INSTRUMENT公司的虛擬儀器開發環境LabWindows/CVI編制而成。軟件采用模塊化設計，融合面向對象編程技術。該軟件運行于Windows環境下，中英文圖形智能界面，實時顯示、監測、控制系統運行狀態。可實現全自動無人值守運行。為實現對上述智能直流電源硬件系統的有效定理，主控軟件ADS2000采用模塊化設計方法，相應的模塊主要有數據采集和處理模塊、數據顯示模塊、系統設置模塊、打印模塊以及通訊模塊等。
2.3 各模塊的作用
2.3.1系統設置模塊
系統設置模塊完成出廠設置和維護設置，出廠設置由生產廠通過硬鍵盤進行設置，不連鍵盤不能設置;維護設置由用戶進行設置，使用軟件系統的軟鍵盤進行輸入，并且需要輸入維護級密碼，設置錯誤可恢復缺省設置。系統運行時越限語音報警，并可進行文字提示。
2.3.2 打印模塊
由運行界面中的打印按鈕調用，負責系統運行數據以及報警信息等內容的打印。
2.3.3 數據采集和處理模塊
系統采用了集散式控制系統結構，系統的信息采集與處理由“充電管理單元”、“饋線管理單元”和“電池管理單元”三個獨立的模塊分別完成，各模塊內部都有獨立的控制器，各單元可獨立于控制單元和其它單元工作，使產品的可靠性及可維護性大大提高，三個獨立的模塊各自有自己的通訊口，具備自己的通訊功能。數據采集和處理模塊負責通過串口接受三個單元上傳的數據，并按照各自的通訊協議進行處理，然后由數據顯示模塊加以顯示。
2.3.4通信模塊
通訊模塊將存儲文件通過MODEM傳輸到指定網絡地址，ADS2000采取計算機組網方式，異地異域甚至可以通過Internet組網，軟件面向網絡設計，系統通過Windows系統支持的任何一種網絡和通訊與上位機通訊。
2.3.5 數據顯示模塊
負責為用戶輸入和數據提供友好界面，除主運行界面外，還包括直流電源系統圖、蓄電池監測、絕緣監測、系統設置、打印日志、歷史紀錄以及幫助等子界面。在幫助子界面中使用語言導向，可幫助用戶進行故障問題的分析及處理。
2.3.6語音報警模塊
語音報警模塊在系統出現報警時，為用戶提供多媒體語音報警，提醒值班人員及時處理問題，避免重大問題的發生。
2.3.7主程序運行模塊
主程序運行模塊完成模塊的有機結合，負責軟件系統的運行管理。
2.4系統優點
⑴直流電源系統可實時地將運行數據及故障記錄生成相應的文件自動存入計算機，用戶可以隨時調用。系統配備多媒體音箱，一旦發生系統故障，將會啟動相應的語音報警。故障清除后音響自動解除。
⑵系統出現故障時，用戶只要點擊界面上的幫助欄，即可找到故障原因及相應的處理方法，大大縮短故障排除時間，減少用戶損失。
⑶系統配備詳盡的資料庫，其中包含元件庫、使用說明書、圖紙庫。系統中所使用元件及相應型號及圖紙在庫中均可隨時查閱。方便用戶日常維護。
3 系統的網絡在線化
計算機網絡化使傳統直流電源系統產生質的飛越，網絡化大大地減少了設備連接方式，通訊智能化設備以實現在網絡環境下的產品在線維護及升級。當系統出現故障時，主控制模塊將故障設備信息上傳至指定網址，并通過分析在線排除故障，更快更安全地保證電力系統的安全運行。同時，產品實現了在線升級，PZWG2000系統中配置了在線升級功能，通過網絡傳輸并在線下載，經過識別后即可分別寫入各管理單元中實現產品的在線升級，減少用戶的運行成本，滿足用戶的經濟效益最大化。
4 結束語
智能型高頻開關直流電源系統是變電站二次設備的生命線，直流系統故障直接影響到電網穩定和設備安全。裝設智能型直流電源設備在線狀態監測系統后，可實時監控直流系統的運行參數，及時發現事故隱患，實現前瞻式管理，確保后備電源系統可靠、安全、高效運行，并且可以減少人工檢測因誤操作可能引起的設備損害。智能型高頻開關直流電源在線式系統的應用將大幅度提高直流電源設備的管理和維護。