摘要：近年来，我国的电力行业有了飞速的发展，继电保护系统也有了很大进展。便携式继电保护试验电源,作为电网集中式供电试验电源的重要补充，不仅能够提供稳定高效的直流电源，同时满足各类小型分散试验现场作业要求。根据继电保护装置负载特性要求，提出一种能够承受瞬时功率的试验电源系统方案，并进行分模块介绍和数据测试，具有一定的工程实用价值。
关键词：便携式；继电保护；试验电源；瞬时功率
引言
现阶段，人们对可再生能源的关注度逐渐增加。为此，研究者开发出了全球能源互联网的新概念，各种分布式发电比如潮汐发电、太阳能发电在用电电网中的贡献度越来越高。与传统发电方式相比，分布式电源的最大优势体现在其对环境的友好性，其次是它可以可持续利用能源，但是也存在受不可控因素影响高等缺点。现如今，如果将分布式电源大量接入电网，就会给变电站的继电保护装置增加巨大的压力，如果使用基础的继电保护装置，可能会引起继电保护装置故障，对电网造成严重的冲击，其损失是不可挽回的。所以，研究分布式电源对变电站的影响是十分重要的。
1工作原理
1）方式1。长时供电模式，主要针对继电保护装置正常运行时供电，供电方式如图2a所示。交流电通过整流模块和升压模块输出稳定的直流电供保护装置使用，同时交流电经充电器对蓄电池模块充电。2）方式2。瞬时供电模式，供电方式如图2b所示。当负载突然增大使整流模块输出电压被瞬间拉低，如果低于蓄电池电压，负载将由交流电经整流模块、充电器模块以及蓄电池模块共同供电，使得输出直流电电压跌落在允许范围内。3）方式3。当现场出现交流电异常时，整流模块无输出，蓄电池模块通过升压模块输出直流电供二次设备使用。通过合理地设计整流模块输出的电压，使其在长时间供电时电压略高于蓄电池电压，让蓄电池处于热备用状态，当试验电源承受短时性冲击负载时，由于整流模块输出电压出现跌落，使得蓄电池和充电器能够同时为升压模块提供负载所需的功率，有效防止了试验电源出现较大的电压跌落而影响保护装置的正常运行及断路器无法分合闸的情况。
2分布式电源对变电站继电保护的影响分析
将分布式电源接入电网，完成了从单端电源到多端电源的转换，但电网的继电保护装置会难以实现它的选择性，110 kV变电站的主要继电保护配置分别是变压器与电容器保护、线路保护和备自投装置。继电保护的方向性对于过流保护、低压保护和不平衡电压保护等电容器保护不产生影响，因此电容器保护配置是不受分布式电源接入的影响的。本章所针对的问题是10 kV与110 kV系统的电压等级的分析，在研究主变压器的保护、备自投装置和两个电压等级系统的传统继电保护配置的同时。
3模块简述
（1）整流模块。整流模块将交流电转换成稳定的直流电，为减小设备体积及适应一定范围的交流电压输入，采用LLC串联谐振变换器作为整流模块拓扑，通过合理设计谐振频率，不仅能够保证整流模块的高变换效率，还能满足宽动态交流电变化范围，适应现场多变的工作条件。对于整流模块输出电压的选取，提高整流模块输出电压能够有效减小后级升压模块的升压比，提高升压模块效率，然而当试验电源承受瞬时负载冲击时，要求输出直流电压波动在允许范围内，因此整流模块的输出电压只能略高于充电器模块的浮充电压。综上所述，整流模块输出电压为DC29V。（2）充电器模块。合理的蓄电池充电方式能够有效提高蓄电池的使用寿命，因此独立的充电器模块既能够优化蓄电池充电方式，同时还能在试验电源承受瞬时冲击时提供一部分临时功率。充电器模块采用三段式充电，当蓄电池电量较低时采用恒流快速充电，当监测到蓄电池电压接近预设电压时切换为恒压充电，在达到规定延时时间后进入浮充状态。为满足便携性要求，采用2节12V/24A•h蓄电池串联，充电器的充电功率一般在100W左右，可以选用单管反激式高频变换器作为充电器模块拓扑，该拓扑结构简单，易于实现。（3）升压模块。升压模块将低压直流电转换为稳定的220V直流电输出供继电保护设备使用，对于其输出电能稳定性具有较高的要求。在交流电供电模式下，模块输入电压为整流模块的输出电压DC29V；电池供电模式时，模块的输入电压为电池的端电压，两节蓄电池串联供电时最低工作电压为DC21V，因此设计升压模块的输入电压范围为DC21～29V。升压模块需要长期承受低压大电流的工况，对功率器件的选择较为苛刻。综合稳定性和转换效率的角度考虑，选取推挽变换器作为升压模块拓扑，两个一次侧开关管轮流导通，减小器件的电流应力。
4分布式电源对变压器保护的影响
变电站会为主变压器配置电气量和非电气量保护。差动保护是变压器的主保护，按循环电流原理，比较变压器两侧电流的矢量差来判定是否进行继电保护。非电气量保护判断的根据不是电量，因此不影响分布式电源的保护。主变压器会配置零序电压保护，在的母线上安装电压互感器可以为其提供是否进行保护动作的根据，双端式电源会对零序电压分布产生影响，因此主要分析了零序电压保护对主变压器的作用。
5测试数据
根据一台150W的便携式继电保护试验电源，并进行关键参数测试，得到各模块的关键波形及数据。如图1所示，iL、vgs、vAB和vds分别为LLC谐振变换器的谐振电感电流、一次侧开关管同一个桥臂的驱动电压波形、桥臂中点电压和开关管的漏源电压波形。
（a）LLC谐振变换器一次侧关键波形
（b）LLC谐振变换器二次侧关键波形
图1LLC谐振变换器输出150W/DC29V@AC220V输入如图2所示，vds、vgs分别为DC/DC模块一次侧开关管的漏源电压和驱动电压波形。
图3a中，分别对应整流模块输入电压为AC180V、AC220V和AC260V效率曲线，在全电压范围内能够保持90%以上的转换效率，其中峰值效率达到93.8%。图5b中，分别对应升压模块输入电压为23VDC、26VDC和29VDC效率曲线，峰值效率接近90%。
图2 整流模块和升压模块输出效率曲线
图3为该试验电源在交流供电模式下和蓄电池供电模式下开关机构分合闸时的输出电压和电流波形，涌流峰值为4.5A，输出电压跌落范围在±20%以内，保护装置正常运行，能够满足断路器控制电源在80%正常电压下分合设备的要求。此外，该试验电源满足负载调整率<1%，纹波≤300mV，在环境温度55℃下能够长时间运行，具有较高的稳定性。
结束语
综上所述，根据继电保护现场试验及新设备调试要求，设计了一套安全可靠、灵活便携的继电保护试验电源装置，满足当前各种分散小型继电保护试验作业的需要。不仅能够作为设备的长时间供电电源，同时能够承受短时性瞬时负载，满足了开关分合闸时的动态特性要求。试验数据表明，该电源能够满足各项设计指标要求，为继电保护装置提供安全可靠的电能保证。本方案采用模块化设计，结构简洁，功能完善，便携方便，对于变电站小型试验电源应用场合具有良好的发展前景。
图3 试验电源瞬时负载关键波形
图4 推挽电路输出150W/DC220V@DC29V输入
参考文献
[1]廖革文．电力系统直流操作电源的发展趋势[J]．电工技术杂志，2003，20(5)：1-4．
[2]杨子靖，卢其威，王多伦，等．基于DSP数字控制电力操作电源的开发[J]．电力电子技术，2010，44(7)：73-75．
[3]余飞．一种用于智能电器的低成本小功率开关电源的研制[J]．电气技术，2018，19(3)：95-99．
论文作者:邢举科
论文发表刊物:《基层建设》2019年第20期
论文发表时间:2019/9/21
标签：模块论文; 电压论文; 电源论文; 变换器论文; 蓄电池论文; 继电保护论文; 波形论文; 《基层建设》2019年第20期论文;