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浅谈一种配电网专用24V DC-UPS直流不间断电源方案

作者:高压电源网 日期:2016-04-28 10:37 出处:跌迁高压电源网 人气: 
今朝我国电力体系的扶植存在无法知足各行业快速成长的请求,涌誓铧年来竽暌箍现的全国性电力供给不足,导致大年夜面积的拉闸限电,严重限制了数字化扶植的办法和质量。是以,体系工程师在做数字化体系设计时必须充分推敲电源体系的靠得住性。今朝比较靠得住的办法就是采取高质量的不间断电源UPS。然则在变电站中,直流电源对变电站的二次设备以及变电站的及时通信异常重要。如不雅直流电源弗成靠,会导致继电保护掉灵,造成停电面积扩大年夜,也使得通信掉足,乃至产生更大年夜的变乱,为此,请求其有较高的靠得住性。我们会采取直流不间断电源,本文将介绍一种配电网专用24VDC-UPS直流不间断电源筹划的设计。

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图1  变电站配电网专用24V直流电源体系示意图

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2.1电源体系的机能指标 hvpsc.com

两路交换输入90~130V; 高压电源hvpsc.com

可以用于变电站小型直流电机启动; copyright hvpsc.com

1)前一级是半桥DC/DC电路,用作充电器。为进步靠得住性,输工资两路交换110V,可以工作在交换90~130V,输出为直流28V(蓄电池在充电状况下),既用于对蓄电池充电,又可以经由过程蓄电池启动小型的直流电机。开关管采取晶体管2SC2625,控制芯片采取TL494。电路自激启动过程:直流母线上的分压电阻使得2SC2625的VBE≥0.6V,晶体管导通,电路开端自激,辅组绕组上建立瞬时电压,使得TL494工作,电路进入正常工作状况。 高压电源hvpsc.com

输出直流24±0.03V;

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及时l测电池工作参数,长途监控;

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负载电流3A时备用时光≥10h;

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可以长途,现场实现电池治理操作;

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工作温度范围-40℃~+80℃。 hvpsc.com

2.2电源体系的各个模快 copyright hvpsc.com

2)后一级DC/DC电路采取推挽电路构造,变压器双向磁化,有效防止磁饱和[1]。因为电池端电压可以在21V~27V之间变更,该电路可以实现起落压调节,使输出电压稳定在24V,知足负载请求。 copyright hvpsc.com

3)电池治理模块采取PIC16C73,其框图如图2所示。PIC16C73是Microchip公司推出的PIC8位中档单片机,仅35条单字节指令,自带5个A/D转换模块,稳定性好,可以工作在恶劣的情况[2]。 内容来自hvpsc.com

图2 电池治理框图 内容来自hvpsc.com

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经由过程采样电路,及时将电池的端电压,放电电流,充电电流,电池温度,交换停电,充电器故障旌旗灯号等送给PIC16C73处理。处理后的数据可以送给现场的LCD显示,以便现场巡检;数据送给上位机,可以实现长途监控。

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4)开关电源集成控制器TL494可以输出两路互补的脉冲控制旌旗灯号,也可以实现单端输出。最小逝世区为3%并且可调,内有稳压和过流保护运放。 高压电源hvpsc.com

3 电池治理筹划及功能实现 hvpsc.com

电池治理部分硬件图如图3所示。

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3.1电池容量的选择

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按知足交换停电状况下持续放电的请求。在厂家供给蓄电池容量变换系数Kc的前提下,采取式(1)计算容量C[3] copyright hvpsc.com

2)放电控制因为在大年夜多半情况下,电池处于充电状况,这对于电池的应用寿命有很大年夜的影响。是以,在必定的时光里应使电池放电。在该体系中,放电分别动放电和主动准时放电。准时的长短根据用户的请求而定,一般定为60天,单片机内部急鹞鲼计时达到后,给出放电旌旗灯号。放电旌旗灯号经由过程硬件电路,在R3端并上一电阻R1,使得TL494脚1的登基上升,控制脉冲蹦┞翻,输出电压变低,使D1处于反偏截止,此时,蓄电池零丁对负载供电,前一级DC/DC相当于空载状况。根据电池厂家的建议,将电池的放电终了电压设为10.5V×2=21V,当检测到蓄电池电压≤21V时,撤销放电旌旗灯号,充电器对蓄电池充电,同时为负载供给能量。

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C=IG/(KcδTδK)(1) copyright hvpsc.com

式中:I为按配电网最大年夜负荷电流设计;

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G为蓄电池自力供电时光,由配电网靠得住性等级决定;

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δT为蓄电池放电容量温度系数,在15~25℃情况温度下,温度每增高或降低1℃时,容量随温度变更增长或减小0.006至0.007的额定容量,δT=1+0.006(T-25℃);

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δK为蓄电池衰老系数,一般取0.8。 内容来自高压电源网

根据以上原则,并结合实际应用处合,本体系选择了2个12A?h/12V的铅酸蓄电池串联。

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3.2电池治理的硬件实现

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交换上电后,一方面经由过程R4和D3对蓄电池充电,同时为后一级供给输入,此时继电器K1吸合,但因为D4反偏,蓄电池纰谬负载放电;在交换停电或蓄电池放电状况时,D1反偏截止,此时蓄电池经由过程继电器触点及D4对负载供电。当检测到电池电压≤21V时,停止供电,体系处于完全停电状况,应当避免这种情况的产生。R7和R8用来检测电池的充放电电流。在充电状况下,28V直流输出恒定,当处于放电状况下,该输出会有变更的。

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1)直流启动在交换掉电的情况下,可以直接按一下S1,蓄电池为负载供电,同时,R5端为高电平,继电器K1吸合,即使S1断开,也不会中断供电,对S1形成自锁。 内容来自高压电源网

3)电机启动因为电机启动所需的电流较大年夜,在此体系中经由过程蓄电池放电来达到这个目标。在启动前,工资发出一个旌旗灯号,使充电器的电压下跌,此时蓄电池投入工作。 内容来自高压电源网

图3  电池治理部分硬件图 copyright hvpsc.com

4)充电电压可控改变蓄电池的充电电压等于改变充电器的输出,而在R3端并接不合的电阻R1,R2即可改变输出电压,用户可以根据须要自行设定电压。

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3.3电池的参数检测

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1)充电电流Ic和放电电流Id当蓄电池处于充电状况时,因为D4的箝位感化,负载电流Io完全由充电器供给,此时R7的端电压UR7=IoR7,Id=0,IR8=Io+Ic,取R7=R8则

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Ic=(UR8-UR7)/R7; 内容来自hvpsc.com

当由蓄电池零丁供电时,D4的箝位感化消掉,此时UR8=0,Ic=0,是以,Id=Io=UR7/R7,所以,只要将UR7和UR8经由过程差分放大年夜器获得0~5V的电流旌旗灯号,送至PIC16C73的两个A/D转换通道,经由过程微处理器的处理,可以检测任一时刻的Ic和Id。 高压电源hvpsc.com

2)电池电压因为采取两个12V电池串联,所以,应分别检测蓄电池端压,电压输出经由过程电阻分压获得电压采样值。当检测到电池电压UB1(UB2)出现|(UB1-12)|/12≥δ0(δ0是均衡率,此处取4%)时,表示该电池电压充电不均衡,应采取响应的办法。

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3)电池温度采取AD590温度传感器,将温度采样值送到单片机,当检测到电池温度跨越80℃的时光大年夜于10min时,急速撤销放电控制旌旗灯号,并将R5的高电平变为低电平,使继电器断开。

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4)电池容量电池容量检测问题一向是蓄电池治理中的可贵,平日的做法有:基于电动势的容量猜测、基于电池内阻的容量猜测、同时基于电池内阻与电动势的容量猜测、基于电流放电率的容量猜测、基于电流时光积分的容量猜测等。在本体系中,因为负载的变更服从年夜Io=0.2n(n为并联负载的个数),是以,容量检测采取电流时光积分的容量猜测,会使检测简单可行。电池放电容量CΔ=Iddt,因为负载的投切,电流产生变更服从年夜固定的规律,所以CΔ=0.2n1t1+0.2n2t2(n1t1,n2t2为不合负载感化的时光)。如不雅知道电池放电前的初始容量Co的话,则变更后的电池容量Cx=Co-CΔ。这种办法比拟较较简单,轻易实现,并且可以采取体系本身所具有的电流采样电路,无需外加特别设备。

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3.4残剩时光的猜测

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电池容量猜测的目标是为了获得电池体系可以或许供给的工作时光的相干信息,是以,实际上我们只须知道在当前前提下(电压、电流、温度)电池体系还可以或许供给的工作时光。在某一时刻,电压、电流、温度值可以测量获得,那么,我们就能猜测该电池在此电流下恒流放电的可持续时光,即体系中有如许一张表,将电压分成就档,电流也分成就档,如表1所列。

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表1   电池容量猜测表IoIxIm 内容来自hvpsc.com

表中的t(n,m)为以Im放电,电压达到Vn时所剩的时光 内容来自hvpsc.com

体系所要做的工作就是将该表填满,并且根据某一时刻的端电压和电流,大年夜该表上钩算出该电池在该电流下还可以或许运行的时光。电压电流的分档区间的大年夜小决定了电池残剩容量猜测的精度。下面以12A?h/12V的铅酸电池为例来解释该体系的工作过程。 高压电源hvpsc.com

1)表格的初始化初始化可以由两种办法,其一,经由过程电池厂商供给的电池放电曲线获得数据;其二,就是大年夜运行中获得数据。初始化数据并不须要将表格填满,然则初始化数据的多寡决定了体系运行初期残剩容量猜测的精确度。我们将电流分为4档:0.05C/0.1C/0.15C/0.2C,而电压以0.1V分为一档。 hvpsc.com

2)修改电压在不合的放电电流时,电池内阻以及极化电压是不合的,是以,起首必须获得不合放电电流下的修改电压。以0.05C为基准,对电池进行放电实验,得出不合电压点的修改电压。

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3)猜测残剩时光根据初始化的结不雅,获得猜测表中的一部分数据,如不雅大年夜猜测表中已知t(V1,I2)时,猜测以I1放电达到V1时残剩的时光,采取换算公式(2)猜测。 内容来自高压电源网

图4为残剩时光猜测法度榜样流程图。

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t(V1,I1)=t(V1-Vx2+Vx1,I2)×I2/I1(2)

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式中:t(V1,I1)是以I1放电,当电池电压达到V1时残剩的时光;

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Vxn是各电流响应的修改电压。 高压电源hvpsc.com

I2的选择推敲就近的原则以包管猜测的精确度。选择比来一次放电结不雅进行猜测,例如:前次用0.1C放电,此次要猜测0.2C,则I2取0.1C。这是因为电池的物理化学状况随时在变,时光越接近,结不雅应当越精确。该办法猜测残剩时光的误差在15min以下,在实际应用中可以进步时光和电压的测量精度大年夜而进步猜测的精确度。 copyright hvpsc.com

4)猜测表的修改猜测表的修改在电池放电至截至电压时进行分为几种情况:

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(1)放电停止前,电池恒流放电,对该恒流值下的放电猜测表进行修改;

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(2)放电完毕前,电池经由几种电流放电,经由过程时光┞粉算公式(2)修改这几种电流响应电压猜测表; 内容来自高压电源网

(3)在不合温度下,按-4mV/℃进行修改。 内容来自高压电源网

图4   残剩时光猜测法度榜样流程图 hvpsc.com

这种猜测办法的长处在于: 内容来自高压电源网

——不须要大年夜量的预设曲线; 内容来自hvpsc.com

——不须要增长多余的测量设备,充分应用原有体系的电压电流测量体系;

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——跟着运行时光的增长,猜测精确度增长; copyright hvpsc.com

——这种猜测办法可以根据须要调剂存储器的容量,以进步精度。 hvpsc.com

本文所介绍的DC-UPS直流不间断电源筹划体系靠得住性高,具有较好的EMC机能,电池检测筹划简略单纯,控制操作便利,残剩时光的猜测办法简单实用,软硬件的设计简单而灵活。经由过程在变电站现场应用的情况看来,效不雅很好。

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