一、概述電源系統隨著電力負荷多樣化、復雜化，傳統相控直流屏暴露出的問題越來越多.

一、概述

電源系統隨著電力負荷多樣化、復雜化，傳統相控直流屏暴露出的問題越來越多，而上數字化、微機化的迅速發展，國內對電力系統進行自動化改造的需求觸摸屏式直流屏也越來越高， 采用當前工控領域zui流行的PLC/觸摸屏控制技術與直流屏領域的高頻整流模塊相組合的新一代智能微機直流屏應運而生。
智能微機直流屏對傳統的直流屏的兩大關鍵性部分作了根本性的變革，它的控制部分擯棄了繼電器電路和單片電路，運用了*的程控/人機界面技術，將PLC、 PID、數據采集、遠動控制、圖形組合等多種功能集成于一體，采用了一個系統解決的方法。它的整流部分采用高效熱備的高頻開關電源，運用軟開關技術將交流電可靠地轉變成高品質的直流電源，從而在直流屏領域充分發揮了當代計算機的技術和高頻開關的的優勢，彌補了單片機和相控電源笨重、低效、精度差的不足。
智能微機直流電源屏設計參照了電力部《DL/T45P-2000》技術標準，它的各項功能與指標均能可靠滿足輸配電系統正常或非正常狀態下的直流控制電源和高低電壓開關分合閘的供電需求，廣泛適用于500KV以下的變配電站和60萬KW以下發電廠的無人值守直流電源需求。
二、特點和功能

2.1 通用特點
2.1.1 系統監控單元采用高可靠性的PLC全自動控制，適合無人值守的場所。
2.1.2 高可靠性整機，電源模塊熱備份，關鍵部分雙套保護工作。
2.1.3 實行遠距離通訊，具備"四遙"功能，采用RS232或RS485串行接口，方便地與中央控制單元連網，實現辦公自動化。
2.1.4 采用液晶觸摸屏，大屏幕漢字顯示，操作界面直觀，可方便的設置系統運行參數，實現人機對話
2.1.5 N+1模式單組模塊電源，對電池組充電，同時通過電子降壓裝置和硅鏈調壓向控母供電。
2.2 直流屏網絡一體化功能
2.2.1 DC-AC逆變裝置：利用直流屏的蓄電池，在交流停電的狀態下，能長時間不間斷的給電站監控用PC機及報警打印機、普通照明等提供正弦波交流應急電源。（普通照明這是UPS不能解決的問題之一，而且UPS需另配電池才能正常工作）
2.2.2 DC-DC直流48V變換器：作為遠動后臺通訊DC48V柜體的后備電源。（可手動及自動控制）

三、系統組成

3.1 PLC監控系統單元

3.1.1 PLC監控系統由硬件和軟件兩部分構成。
（1）硬件
PLC監控硬件由PLC中央控制器、傳感變送器及人機界面三部分構成。
① PLC中央控制器
PLC中央控制器由PLC主機和擴展二模塊構成，它們對外備有多個I/O接口和雙通訊口，主機內部裝載了一套適合于直流屏智能控制的程序軟件。
PLC選用日本三菱可編程控制器（PLC），具有極寬的電源電壓輸入范圍（DC80V～DC300V），*的抗干擾功能。
在原有直流屏基本監控的基礎上增加了中央信號屏功能，通過外圍無源信號的接入，可以在直流屏上顯示及報警以前中央信號屏的所有功能，節省了變電站的設備投入費用。
②傳感變送器（含單體電池檢測裝置）
傳感變送器的作用是采集交/直流的電壓/電流外部信號通過變送后送向PLC。
電壓電流采集單元采用*的VFC電壓頻率轉換技術，此技術有著高精度（12位轉換精度），所有電參數全隔離，高抗干擾性能，一般的A/D轉換器的通病在于母線電流與充電電流的采樣A/D需要加載前級-霍爾傳感器來隔離，而霍爾傳感器至今無法解決的問題就是熱漂移問題，誤差一旦發生，PLC就無法正確的運算出電池現在所需充電的各種電參數，這樣極易造成電池的欠充或過充，那么整套監控系統的存在就毫無意義了。
單體電池巡檢儀技術特點：采用進口HP線性光藕進行采集，精度高。隔離性強，采集速度快，可脫離直流屏單獨運行觸摸屏顯示，如果再增加瞬時放電模塊，更可實時精確測量單體電池的內阻。
在原有直流屏基本監控的基礎上增加了中央信號屏功能，通過外圍無源信號的接入，可以在直流屏上顯示及報警以前中央信號屏的所有功能，節省了變電站的設備投入費用。
③ 人機界面 人機界面是PLC監控的窗口和輸入部分，它有液晶面板和觸摸屏二種，能時實顯示直流屏運行中所有狀態和數據，并對PLC輸入信號。液晶面板通過薄膜鍵操作，觸摸屏則可在屏幕上直接操作，并增加了動畫功能，其外形尺寸及圖示見下。

觸摸屏（多種規格）

（2）軟件
PLC監控系統軟件由兩套邏輯嚴密功能強大的PLC程序和人機界面程序組成，由于PLC和人機界面都是通用產品，在開放的軟件環境下用戶都可以自行調閱和修改，或者重新編制，不像單片機必須由專業軟件研發人員才能制作和修改。
① PLC程序: 用于嚴格控制PLC 按邏輯要求完成所有檢測、控制與通訊。
② 人機界面程序:用于在液晶屏幕上組態成各種畫面來表達直流屏各單元當前狀況和數據。
2．原理
PLC監控原理就是通過微機處理保證系統的連續性和可靠性。電氣原理圖見下，由主回路、控制回路和通訊回路三部分構成。

（1）．主回路
二路交流經自切后進入高頻開關電源，在PLC對高頻開關電源的數字或模擬接口調節下，高頻電源嚴格遵循V-T曲線對電池進行強充、均充和浮充電，按設定條件自動進行溫度補償和均浮沖轉換；同時另一路通過硅鏈五級自動降壓，由控母輸出。
(2).控制回路
通過各節點傳感變送器信號反饋，PLC微處理器采用系統集成的方法*控制充放電的全過程，從交流保護、整流、補償、均浮充轉換、降壓、活化、閃光，到電網解列后恢復送電 ，并按設定條件PLC自動報警和記錄。
(3)．通訊回路
PLC有兩個通訊口。其中COM1口用于與人機界面通訊，將控制過程中所有的狀態及計量值，包括交直流電壓/電流、溫度、絕緣阻值、放電容量等傳送給人機界面顯示，并讀出人機界面輸入的ON/OFF命令和設置值。PLC的COM2口用于遠端上位機通訊。
3．功能
PLC監控系統具有涵蓋所有直流系統檢測和控制功能。
(1).控制和保護功能
① 通過模擬或數字口調節，嚴格控制高頻電源按電池V-T曲線充電,自動溫度補償,自動強充、均充、浮充的轉換。可調高頻開關電源輸出電壓穩定度≤±0.2%，電流穩定度≤±0.5%，紋波系數≤±0.1%，調整精度12位。
② 高頻電源功率輸出限壓、限流，嚴格防止電池過、欠充。
③ 控制母線手/自動降壓，可支持5或7級硅鏈自動控制。
④ 電池活化手/自動控制。
⑤ 充電機故障保護，包括開/關機，重新均分整流模塊負載。
⑥ 提供多個繼電器常開輸出接點，告警項目可由用戶自行設定。
(2).檢測功能
① 三相交流電壓(包括缺相)自動檢測。
② 充電機輸出電壓自動檢測.
③ 充、放電電流自動檢測。
④ 控母電壓、電流自動檢測，圖示如下左。


⑤ 電池組及單體電池電壓（加擴展zui多可達二組216節）自動檢測，圖示如上右。
⑥ 正負母線對地漏電流自動檢測。
⑦ 電池組溫度自動檢測。
⑧ 饋線通斷檢測，饋線絕緣電阻值檢測（加擴展zui多64路）。
⑨ 電池組放電容量自動檢測。
(3)．顯示功能
通過人機對話方式，屏幕自動顯示充放電所有動態過程和靜態資料，可取消傳統面板上電流表、電壓表、按鈕、指示燈及圖示標識。
① 開機自檢后屏幕自動顯示直流屏型號規格、生產廠銘牌及有關資料，圖示如下左。


② 主畫面模擬顯示系統原理和流程，顯示系統當前狀況及觸點通斷后動態變化，圖示如上右。
③ 各分畫面模擬顯示充放電過程各部分實時狀態，包括交流、充電機、均浮充、硅鏈、電池、絕緣、溫度、閃光、活化、饋線通斷及系統功能設置等狀況。
④ 計量項目的量化顯示：三相交流電壓，充電機輸出電壓，電池充電電壓/電流，單體電池電壓，合閘母線電壓,控制母線電壓/電流，正/負母線絕緣電阻值，電池柜溫度，溫度補償值，各饋線接地電阻值，電池組放電容量，活化時間，報警上/下限設定值。
單體電池電壓檢測圖示如下。


⑤ 開關跳閘、熔斷器熔斷、交流缺相、高頻電源故障以及電壓、電流、溫度超限報警顯示，顯示故障類型、部位和數值。
⑥ 均充曲線、浮充曲線、單體電池充電曲線、活化曲線顯示。充電電壓曲線圖示如下左。


⑦ 各項參數設置值及歷史告警記錄查閱，溫度補償參數設置查閱圖示如上右。
(4).輕觸輸入功能
① 屏幕或鍵盤保護密碼輸入。
② 選擇畫面。
③ 背景光調整。
④ 鍵入各控制對象觸點信號，包括交流切換、高頻模塊輸出、降壓、均浮充轉換、閃光、活化等啟、停。
⑤ 設置各項參數，包括報警上下限、活化時間、均浮恒充電壓/電流等各項數據，修改均浮充轉換條件、溫度補償值等運行參數。
(5).報警功能
① U、V、W相電缺/欠/過壓報警。
② 高頻開關電源工作不正常報警。
③ 高頻電源輸出電壓、電流超限報警。
④ 控制母線電壓、電流超限報警。
⑤ 合閘母線電壓超限報警。
⑥ 充電電壓/電流超限報警。
⑦ 單體電池異常報警，提示故障電池位置。
⑧ 正/負母線絕緣不良報警。
⑨ 饋線跳閘或漏電流報警，提示故障饋線編號。
⑩ 電池組溫度超限及過放電報警。
(6)．通訊功能
① 雙通訊口。
② 通訊口定義： COM1為RS-232串行通訊口；COM2為RS-232/RS-485（可選）串行通訊口。RS-232通訊協議： 9600BPS波特率，偶校驗。RS485通訊協議：內部。
③ 外部連接設備：直接與外部數據終端設備通訊；通過修改通訊規約使本直流屏融入電廠、變電站等綜合自動化通訊系統；通過MODEM實現遠端“遙信、遙測、遙控、遙調"控制。
(7)．儲存和打印功能（三菱系列）
① 儲存歷次操作、故障、活化和報警等記錄。
② 備有打印機硬件接口。
3.2高頻開關電源

3.2.1 高頻開關電源
直流屏對直流電源的可靠性和穩定性具有很高的要求，傳統的可控硅整流型直流電源由于器件和技術兩方面的原因,工作頻率低，體積大，噪音高, 技術指標和可控性都較差。
高頻開關電源是采用軟開關技術的一種高效高精度電源，可多模塊并連工作。它的電池兼容性高、直流可控性好、功率因數高、噪音低、均流性好、體積小、直流成分純凈度高，各項技術指標均遠遠優于傳統可控硅電源。由于它的輸入輸出接口都采用硬接插件（熱插板）連接方式,維修更換極為簡便,所以特別適合電力系統動態負荷多、穩壓、穩流、紋波精度要求高和N+1的冗余配置的要求。
高頻開關電源一般有內控和外控二種工作方式,通用情況下,模塊工作在外控方式下,其輸出電壓和電流的均衡度受外控制器(如PLC)控制；如外控失效，告警同時高頻電源轉入自主充電工作狀態，其輸出電壓及輸出限流點服從于模塊初始設定值，從而保證整個系統不間斷工作。
高頻開關電源與外部聯接大多采用數字或模擬接口，十分適合與PLC構成一套*按電池特性進行充電的智能系統。
高頻開關電源與傳統相控電源的比較列表如下：

技術指標


高頻開關電源


相控電源

穩壓穩流精度


≤0.5℅


≤2℅

紋波系數


0.1℅


2～5℅

動態響應


≤200μs


>100ms

負載效應


0.1℅


≤3℅

效率


≥90℅


≤50℅

功率因數


≥0.9，可校正


≤0.6

開機浪涌


電子控制，無


感性負載，有

可靠性


高，N+1冗余


低，1+1冗余

系統結構


模塊化并聯結構


柜（屏）式結構

監控功能


完善


具備系統操作管理功能

體積重量


小輕


大重

電池管理功能


完善


一般

3.3 降壓硅鏈

直流電源系統在對蓄電池組進行充電時，充電模塊的輸出電壓會高于控制回路的額定電壓，降壓硅鏈就是串接在合母與控母之間，通過手/自動選擇降壓的級數來改變其電壓降，從而保證控母電壓調節在額定范圍內。
降壓硅鏈大多采用多個二極管的PN結正向壓降疊加來實現壓降，通過改變串入線路的PN結數量來獲得需要的壓降。一般通過5或7個直流接觸器分5或7級控制，我公司降壓裝置采用達林頓復合管來調節母線電壓，比接觸器機械觸點壽命增加幾十倍，對二極管模塊進行五級降壓控制，具有安全、可靠、無沖擊電流、易維護等優點。可手動/自動二種方式操作，手動通過旋鈕選級，自動通過PLC閉環控制。其特點是響應快、精度高、無干擾、可靠性高。

3.3.1 工作原理

3.3.2 主要參數:
降壓范圍： 0～35V
降壓分組： 5級
額定電流： 20A
穩壓精度： ≤2%

3.3.3 外形尺寸

與直流接觸器控制（有觸點）降壓硅鏈相比，無觸點開關控制的降壓硅鏈更具有響應快、精度高、無干擾、可靠性高的優點。

3.4 附加功能（用戶選配）

3.4.1 分回路絕緣監測裝置:
可采用普通絕緣監察裝置或微機絕緣監察裝置，監測母線及各輸出回路的絕緣情況。
3.4.2 直流屏網絡一體化功能（根據用戶需要）：
3.4.2.1 DC-AC逆變裝置：利用直流屏的蓄電池，在交流停電的狀態下，能長時間不間斷的給電站監控用PC機及報警打印機、普通照明等提供正弦波交流應急電源。（普通照明這是UPS不能解決的問題之一，而且UPS需另配電池才能正常工作，這無疑又浪費了寶貴的財力資源）
3.4.2.2 DC-DC直流48V變換器：作為遠動后臺通訊DC48V柜體的后備電源。（可手動及自動控制）
四、基本參數
4.1 三相交流輸入電壓 380V±20%、頻率50±3HZ。
4.2 控制母線直流輸出電壓等級 48、110、220V
4.3 控制母線直流輸出電流額定值 10、20、30、50、80、100、150、200、300、500、800、1000A。
4.4蓄電池額定容量等級 10、20、40、60、80、100、150、200、250、300、500、800、1000、2000、3000Ah
五、主要技術指標

5.1. 控制母線電壓穩定度 ≤±0.5%
5.2. 控制母線電壓紋波系數 ≤±0.5%
5.3. 恒流精度 ≤±0.5%
5.4. 合閘母線電壓 ≤+15%-10%
5.5. zui大限流輸出電流(A) 1.2IN
5.6. 效率 ≥90%
5.7. 功率因數 ＞0.90
5.8. 整機噪聲 ≤50dB
5.9. 均流不平衡度： ≤5%
5.10. 諧波：無干擾
5.11. 輸入端高電壓沖擊 四級防雷保護
六、型號含義

例:
PZWG-100／220-1-1-18-PB
表示電池容量100Ah，電壓等級220V，N+1形式，由1組18塊閥控電池組成的微機型高頻開關直流電源屏。