一体化电源系统
邢耀达
目录
一 一体化电源系统简介 二 系统构成及工作原理
交流电源 直流电源 通信电源 UPS电源
三 系统性能及指标
一、一体化电源系统简介
1.1 一体化电源系统的概念 一体化电源：（Integrated Power Supply Equipment） 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 电源所构成的组合体，均称为一体化电源设备。 ——DL/T1074-2007《电力用直流和交流一体化不间断电 源设备》
直 流 电 源
三充两电运行方式
+- MM HH ABCN ~ C C QF24 A B B2PA1- A A + . . . QF22 ~ CC - . BB . . + A A V 2PV1 QF21 QF23 ATS-2 只 A 4 2PA2 0 1 . . h - . A 0 + 0 5 QS2 / V - 2 V 2PV2 + QF25 5 A 1 0 K 4 M / - V 1 ABCN 0 1 1 K 1 M ~ CC QF34 A BB3PA1- A A + . . . QF32 ~ CC - BB + A +- A MM V HH 3PV1 QF31 QF33 ATS-3 - + QS1 只 A 4 1PA2 0 1 h - A 0 + 0 5 . QS1 / . . V - 2 V 1PV2 + QF15 ABCN ~ CC QF14 A BB1PA1- . . A A . + . . . QF12 ~ CC - BB + A A V 1PV1 QF11 QF13 ATS-1
核对性放电：在正常运行中的蓄电池组，为了检验其实
际容量，将蓄电池组脱离运行，以规定的放电电流进行
恒流放电，只要其中的一个单体蓄电池放到了规定的终
止电压，应停止放电。
蓄电池充放电相关概念定义
定时均充：为了防止电池处于长期浮充电状
直 态可能导致电池单体容量不平衡，而周期性
流 电
地以较高的电压对电池进行均衡充电。
I jc 为直流经常负荷电流 (A)
很显然满足均衡充电要求的电流是控制条件。
充电模块的配置
充电模块数量配置：
1、容量同时满足蓄电池均充电需求和经常性负荷供电需求；
直
2、模块数量应满足N+1或N+2冗余配置原则。
流 电
模块数量可按以下公式计算：
源
n n1 n2
n1
1.0
~
1.25 I均充 In
I负荷
交流电源
交 流 电 源
单母线运行方式
单母线运行方式： 母线不分段，两路进线电源分别来自 两站用变，经过ATS（双电源自动转 换装置）互为备用。当其中一路电源 失电后，ATS自动切换到另一路电源。 ATS工作方式一般可设为自投自复和 自投不自复运行方式。 *ATS可分为PC级和CB级
“三合二”运行方式：
D NCBA L P S L L E E N P P . V . 2hW 2VP1 . h A W 2AP1 21FQ C C B B A A 用 备线进流交#2 → N ← 用 常 CC BB A A 线进流交#1 h A 11FQ W 1AP1 STA V 1hW 1VP1 . . . D L P S L L E E N P P
制母线电压维持在稳定值。
监控组件：采集整个直流系统的信息，进行相应的控制，实
现对蓄电池的自动管理。主要包括：绝缘检测仪、在线监控
装置、电池巡检单元等。
直 流 电 源
双充双电运行方式
- M K / ++- MMM KHH ABCN ~ C C QF24 A B B2PA1- A A . + . . . . . QF22 ~ CC - BB + A A V 2PV1 QF21 QF23 ATS-1 . . . 只 A 4 2PA2 0 1 h - A 0 + 0 5 QS2 / V - 2 V 2PV2 + QF25 关 - M K 开 / ++- MMM KHH 联 母 - + 只 A 4 2PA2 0 1 h - A 0 + 0 5 . / . . 关 V - 2 V 2PV2 开 + 列 QF25 解 关 ABCN 开 ~ 电 充 CC A B B2PA1- . . A A . + . . . QF22 ~ CC - BB + A A V 2PV1 QF21 ATS-1 关 开 出 输 电 充
二、系统构成及工作原理
2.1 一体化电源系统（110kV变电站典型配置）
110kV变电站典型配置：
（1）交流电源两路进线（来自#1站用变和#2站用 变），通过ATS形成单母线接线方式（一般不分段）； （2）直流电源采用单电单充（单套电池组和单套充 电机）； （3）直流电源母线采用单母线接线； （4）UPS和通信电源各配置1套。
D L P S L L 2222 E NCBAE N P P V 2hW 2VP1 h A W 2AP1 2FQ C B A 线进流交#2 M . 二 . . 合 3FQ 三 C B A M C B A 线进流交#1 h A W 1AP1 M1FQ V 1hW . 1VP1 . . D L P S L L E E N P P 1111 NCBA
蓄电池充放电相关概念定义
浮充电：在充电装置的直流输出端始终并接着蓄电池和
直 流
负载，以恒压充电方式工作。正常运行时充电装置在承 担经常性负荷的同时向蓄电池补充充电，以补偿蓄电池
电 的自放电，使蓄电池组以满容量的状态处于备用。
源 均衡充电：为补偿蓄电池在使用过程中产生的电压不均
现象，使其恢复到规定的范围内而进行的充电。
合闸母线：直流电源屏内供断路器合闸机构等动力负
荷的直流母线。 控制母线：直流电源屏内供保护及自动控制装置、控 制信号回路等的直流母线。
合闸母线与控制母线的区别：
1、控制母线提供持续的，较小负荷的直流电源；而合 闸母线提供瞬时较大的电源，平时无负荷电流。在合闸时 电流较大，会造成母线电压的短时下降。
源
限流均充：以不超过电池充电限流点的恒定
电流对电池充电。
双ATS运行方式：
I段和II段母线均分变电站交流负
荷，即两路进线均分负荷，当其
中一路失电时，另一路给变电站
交 流
全部交流负荷供电，而当失电的
电
一路恢复正常后，仍然要恢复到I
源
段和II段母线均分变电站交流负荷
的供电方式，这样，就要求两个
ATS必须工作在主备方式（自投自
复），而不能工作在互为备用方
式
双ATS运行方式
1.3 一体化电源系统的主要特点
与常规变电站交直流电源系统比较，可以看 出变电站一体化电源具有下列新的技术特点：
1、共享直流电源的蓄电池组； 2、建立了统一的网络化信息管理平台； 3、可实现远程控制； 4、对防雷单元统一优化配置，对直流 电源进行统一EMI处理； 5、设计简化，并可建立智能专家管理 系统，减少人为操作。
“三合二”运行方式
闭合，都要通过检测相应开关的 状态，验证动作是否正确执行。
D L P S L L 2222 E NCBAE N P P V 2hW 2VP1 h A W 2AP1 2FQ CC B B A A 用 备线进流交#2 → N ← 用 常 C C B B A A . . . STA CC BB A A 用 备 → N ← 用 常 CC BB A A 线进流交#1 h A W 1AP1 STA 1FQ V 1hW . 1VP1 . . D L P S L L E E N P P 1111 NCBA
（均充和浮充）。
充电模块的配置
充电模块额定容量的要求
高频开关充电装置的额定电流应满足:
直
①浮充电运行的要求 ： Ic 0.01I10 I jc
流 电
②初充电的要求 ： Ic (1 ~ 1.25)I10
源
③均衡充电的要求 ： Ic (1 ~ 1.25)I10 I jc
I10 为蓄电池10小时放电电流(A)
，n1为满足均充和经常性负荷所需模块数量；
n2
1，（当n1 6时） 2，（当n1 7时）
，n2为冗余数量。
蓄电池
蓄电池是储存直流电能的一种设备，它能把电能转变
为化学能储存起来（充电），使用时再把化学能转变
直 流
为电能（放电），供给直流负荷，这种能量的变换过
电 源
程是可逆的。
目前较为常用的为阀控式铅酸蓄电池！
1.2 一体化电源系统的主要构成
交流电源 AC
直流电源 AC/DC
UPS电源 AC+DC/AC
通信电源 DC/DC
逆变电源 DC/AC
（1）交流电源的输入来自站用变压器或自备发电设备，主要功能是将变压器的输出电 能合理分配给各个用电负荷，负荷主要是三相380V和单相220V的交流用电设备，如 站内照明、空调、生活设施以及直流电源和UPS等； （2）直流电源的输入来自交流电源，主要功能是将交流电转换为直流电（额定电压 220V或110V），为电池组充电，同时为变电站的控制、保护、信号、高压断路器操 作机构和事故照明等负荷提供直流供电； （3）通信电源的输入来自直流电源，主要功能是将直流电（220V或110V）转换为 48V直流，为变电站的通信设备（如载波机、调度机和光纤通信设备等）提供直流供 电； （4）UPS电源的交流输入来自交流电源，直流输入来自直流电源，主要功能是为站内 重要的交流用电设备（后台机、服务器等）提供不间断的交流供电； （5）逆变电源（INV）的输入来自直流电源，主要功能是为变电站的照明设备等提供 交流供电。