CN103904776A - 智能配电房电源系统 - Google Patents

Abstract

一种智能配电房电源系统，包括AC220V供电系统、直流电供电系统、储能控制系统、视频及安防系统电源系统，本智能配电房电源系统中还包括电池管理单元、集成供电箱；电池管理单元分别给DTU、逆变器、储能控制系统及开关柜指示灯电源、通信单元供电；直流电供电系统为DC48V电池供电系统；逆变器将DC48V逆变为AC220V电压输出为集成供电箱供电；正常状态时，电池管理单元由AC220V供电，并由电池管理单元给DC48V电池组充电，当AC220V断电时，电池管理单元由DC48V电池组供电，本发明的优点在于：实现故障隔离，检修方便，保持供电系统稳定，经济实用，技术可行，具有推广价值。

Description

智能配电房电源系统

技术领域

本发明涉及一种供电技术领域，尤其指一种智能配电房电源系统。

背景技术

现有一种专利号为CN201120379556.8名称为《一种数据中心工T设备供电系统和后备式高压直流电源》的中国实用新型专利公开了一种数据中心IT设备供电系统和后备式高压直流电源。所述系统包括后备式高压直流电源、蓄电池组、输出配电柜、列头配电柜及机架配电单元，其中，所述蓄电池组与后备式高压直流电源的直流输出母线连接；所述后备式高压直流电源输入端接三相交流电，输出端经输出配电柜、列头柜及机架配电单元为IT设备提供电源，所述后备式高压直流电源包括：交直流转换开关，用于实现三相交流电输出和蓄电池组高压直流电源输出的转换。具有效率高、可靠性高、兼容性强和投资小的优点。然而，该装置的缺少有效的故障隔离手段，且供电恢复功能较弱，如遇到较大问题，需较长时间检修，可能发生断电事故；另外，该装置适用于数据中心IT设备供电，智能配电房的电源要求有其特殊性，包括功率输出要求、多种类型电压等级要求、满足多台储能电机同时储能要求等，该装置在技术实现上也需要进一步改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状而提供一种用于配电房中能断电隔离，检修方便，停电时维持较长时间供电，确保供电系统运行正常的智能配电房电源系统。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：本智能配电房电源系统，包括AC220V供电系统、直流电供电系统、储能控制系统、视频及安防系统电源系统，其特征在于：本智能配电房电源系统中还包括电池管理单元、集成供电箱；

一、所述电池管理单元分别给DTU、DC48V/AC220V逆变器、储能控制系统及开关柜指示灯电源、通信单元供电；

二、所述直流电供电系统为DC48V电池供电系统；

三、所述DC48V/AC220V逆变器为集成供电箱供电，所述DC48V/AC220V逆变器是指将DC48V逆变为AC220V电压输出；

四、所述视频包括DVR视频系统、视频摄像探头，安防系统包括IP语音电话、烟感设备、防洪报警设备、远程灯控设备、门禁系统；所述集成供电箱分别给DVR视频系统、视频摄像探头、IP语音电话、烟感设备、防洪报警设备、远程灯控设备、门禁系统供电；

五、正常状态时，电池管理单元由AC220V供电，并由电池管理单元给DC48V电池组充电，当AC220V断电时，电池管理单元由DC48V电池组供电；

六、所述DTU为配电自动化终端设备，所述DC是指直流电，所述AC是指交流电，所述V表示电压的单位伏特。

作为改进，所述电池管理单元的最大功率选择为1500W，电池管理单元的参数及功能配置为：

作为改进，所述逆变器的参数要求为：

作为改进，所述储能控制系统的结构包括：

一、在每个开关柜储能回路中加装时间继电器及直流接触器，通过对每台开关柜的时间继电器进行延时时间设定，使各个开关柜中储能电机能够经过一定延时进行顺序启动；

二、时间继电器线圈检测到本柜控制电源DC48V后，延时一段时间后，常开接点闭合，驱动直流接触器，由直流接触器的主触点接通储能回路并保持，储能电机启动工作；

三、储能电机动作时间为12秒，第一台设定为15秒，第n台设定为15乘n秒，当控制电源DC48V失电，时间继电器瞬时返回，直流接触器的接点切断储能回路并保持。

作为改进，所述DC48V电池供电系统中电池采用全密封免维护铅酸蓄电池，配电房或开闭电池规格为12V/65Ah或12V/100Ah，并将4节电池设为一组，串联提供48V电压。

作为改进，所述DTU工作电源采用DC48V，由PT提供的AC220V对电池管理单元供电，电池管理单元提供不小于48V/30A的直流电源提供DTU工作电源。所述PT电源柜是指电压互感看器。

与现有技术相比，本发明以AC220V供电系统作为电力源，直流电供电系统作为后备电源系统，并将把后备电源系统和配电终端(DTU)一体化集成；后备电源系统包括电池管理单元、电池组、逆变器，它们和配电终端以及其它监控设备集成在同一个机柜中。这种结构的优点在于：正常供电时，由外部电源输入，经过电池管理单元提供开关的控制和操作电源，同时经过逆变器，给网络设备、视频等其他用电设备等供电。外部电源同时给电池组充电；外部电源失电时，由电池组通过电池管理单元自动接续，给开关回路和其他用电设备供电；用电设备都是经过电池管理单元进行供电，即使在失电状态下，所有设备都可以在一定时间内正常运行；电源管理统一，能够方便输出管理。电气故障时，能进行隔离检修，不影响整体供电，如发生突然断电等情况发生时，能迅速反应切换到电池组供电，保持系统供电平稳，而且断电情况下供电时间长，为维修更换等操作留出足够的时间。电池管理单元设置有故障报警功能，方便排除隐患，确保系统正常，具有充电管理功能，避免参数漂移，避免各个充电模块互相干扰，还具有放电管理功能，当电池放到一定欠压点时，模块进行均浮充转换，以保护电池，进一步确保系统正常运行。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为图1中基本原理图；

图3为图1中储能控制部分的电路图；

图4为该系统在实际应用时的配置的示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1至图4所示，本实施例的智能配电房电源系统，包括AC220V供电系统、直流电供电系统、储能控制系统、视频及安防系统电源系统，本智能配电房电源系统中还包括电池管理单元、集成供电箱；

一、所述电池管理单元分别给DTU、DC48V/AC220V逆变器、储能控制系统及开关柜指示灯电源、通信单元供电；

二、所述直流电供电系统为DC48V电池供电系统；

三、所述DC48V/AC220V逆变器为集成供电箱供电，所述DC48V/AC220V逆变器是指将DC48V逆变为AC220V电压输出；

四、所述视频包括DVR视频系统、视频摄像探头，安防系统包括IP语音电话、烟感设备、防洪报警设备、远程灯控设备、门禁系统；所述集成供电箱分别给DVR视频系统、视频摄像探头、IP语音电话、烟感设备、防洪报警设备、远程灯控设备、门禁系统供电；

五、正常状态时，电池管理单元由AC220V供电，并由电池管理单元给DC48V电池组充电，当AC220V断电时，电池管理单元由DC48V电池组供电；

六、所述DTU为配电自动化终端设备，所述DC是指直流电，所述AC是指交流电，所述V表示电压的单位伏特。

以下对本发明作进一步详细说明，本智能配电房电源系统包括AC220V供电系统、直流电供电系统，视频及安全防卫系统电源系统等，还包括电池管理单元、集成供电箱；所述电池管理单元分别给DTU、逆变器、储能控制器及开关柜指示灯电源、通信单元供电；所述直流电供电系统为DC48V电池供电系统；所述DC48V/AC220V逆变器为集成供电箱供电，所述DC48V/AC220V逆变器是指将DC48V逆变为AC220V电压输出；所述视频包括DVR视频系统、视频摄像探头，安全防卫系统包括IP语音电话、烟感设备、防洪报警设备、远程灯控设备、门磁开关(属于门禁系统、以下同)；所述集成供电箱分别给DVR视频系统、球形视频探头、IP语音电话、烟感设备、防洪报警设备、远程灯控设备、门磁开关供电；正常状态时，电池管理单元由AC220V供电，并由电池管理单元给DC48V电池组充电，当AC220V断电时，电池管理单元由DC48V电池组供电；所述DTU为配电自动化终端设备，所述DC是指直流电，所述AC是指交流电，所述V表示电压的单位伏特。所述电池管理单元的最大功率优选为1500W，电池管理单元的参数及功能配置为：

所述逆变器的参数要求为：

所述储能控制器的结构包括：

一、在每个开关柜储能回路中加装时间继电器及直流接触器，通过对每台开关柜的时间继电器进行延时时间设定，使各个开关柜中储能电机能够经过一定延时进行顺序启动；

二、时间继电器线圈检测到本柜控制电源DC48V后，延时一段时间后，常开接点闭合，驱动直流接触器，由直流接触器的主触点接通储能回路并保持，储能电机启动工作；

三、储能电机动作时间为12秒，第一台设定为15秒，第n台设定为15乘n秒，当控制电源DC48V失电，时间继电器瞬时返回，直流接触器的接点切断储能回路并保持。所述DC48V电池供电系统中电池采用全密封免维护铅酸蓄电池，一般电池配电房规格为12V/65Ah，大型配电房和开闭所规格电池为12V/100Ah，并将4节设电池为一组，串联提供48V电压。所述DTU工作电源采用DC48V，由PT提供的AC220V对电池管理单元供电，电池管理单元提供不小于48V/30A的直流电源提供DTU工作电源。

工作原理：所有用电设备都是经过电池管理单元进行供电，即使在失电状态下，所有设备都可以在一定时间内正常运行。

(1)交流220V供电系统

正常供电时，由PT提供的AC220V作为工作电源，一方面提供智能设备的工作电源，同时给蓄电池充电。

(2)直流48V供电系统

正常供电时，由PT提供的AC220V对电池管理单元供电，电池管理单元提供不小于48V/30A的直流电源提供DTU工作电源、控制电源、储能电源、开关柜指示灯电源、通信电源等。

PT失电时，由电池通过电池管理单元供电，电池管理单元提供不小于48V/30A的直流电源提供终端运行电源、控制电源、储能电源、开关柜指示灯电源、通信电源等。

(3)视频及安防系统电源系统

由DC48V/AC220V逆变器输出AC220V提供DVR工作电源、集成供电箱输入电源，保证在停电条件下，视频及安防系统的正常工作。

集成供电箱为视频球机、门禁系统、水浸系统、烟感系统等安防装置供电。

该系统工程应用情况说明：

本智能配电房电源系统在公用开闭所、配电房用户工程中能得到广泛应用，如图4所示，智能设备包括光纤EPON设备、配电自动化终端(DTU)、变压器优化运行装置、视频汇接器(DVR)以及其他安防设备(智能球机、IP语音电话、烟感设备、防洪报警设备、远程灯控设备等)，它们和电源系统集成在一个综合监控机柜中。

电源系统电池组按DC48V/100Ah配置，由电压互感器(压变柜)提供AC220V电源，通过电源系统为配电自动化终端(DTU)、变压器优化运行装置提供DC48V工作电源和断路器操作电源、信号指示电源，通过集成供电箱提供其他安防设备(智能球机、IP语音电话、烟感设备、防洪报警设备、远程灯控设备等)各种类型的工作电源。蓄电池组配4节12V电池，串联提供DC48V电压输出。配电自动化终端(DTU)和通信装置(如光纤ONU)的工作电源以及断路器操作电源。DC48V电压输出同时作为逆变器的输入电压，逆变器输出AC220V为集成供电箱提供输入。其他安防设备(智能球机、IP语音电话、烟感设备、防洪报警设备、远程灯控设备等)的电源由集成供电箱提供。舟山地区另一种类型的智能配电房，断路器使用DC110V操作电压，这时需要在原有电源系统配置方案上做一些改变：

(1)蓄电池组配9节12V电池，串联提供108V电压输出。电池管理单元提供DC110V的主输出，直接作为断路器操作电源和逆变器的输入电压；

(2)加配DC110V到DC48V的降压模块，提供配电自动化终端(DTU)和通信装置(如光纤ONU)的工作电源；

(3)采用DC110V/AC220V类型的逆变器。

以舟山市海晶房地产开发有限公司普陀分公司御景山庄小区变配电工程为例：该工程中设配电房一座，内设高压柜、配电自动化柜；高压柜采用单母线接线方式，采用户内单列布置，二路进线，一用一备，三路出线，电压互感器柜一面；配电房设二台SCB10-630KVA变压器，低压采用单母线接线方式，设联络柜；高压环网柜采用XGN66A环网柜系列产品，低压配电柜采用GCK系列产品。断路器操作电源、储能电机电源为DC48V，电源取自DTU柜。配电自动化要求，实现遥信(YX)、遥测(YC)、遥控(YK)三遥功能(SCADA)，并实现视频和安防远程综合监控功能。该项目配电房配置专门的电压互感器(G6：PT.避雷器柜)，从10kV系统取电降压，为站内提供AC220V/3000VA的最大功率输出。开关柜内断路器控制电源、操作电源、储能电机电源、信号电源，均采用DC48V电压等级，配置相应电压等级的操作机构及附属设备。后备电源系统，采用智能后备电源系统方案，后备电源系统由电压互感器取得AC220V电源输入。当AC220V电源工作正常时，由电池管理单元通过整流模块，对外输出DC48V电源，同时对蓄电池组进行充放电的管理；当AC220V失电时，由电池管理单元自动投入后备电源蓄电池组，实现对外DC48V在一定时间内的稳定供电。

配置电池容量为65Ah，具体计算如下。

一、按1小时内能够正常操来作校验

所需要的总功率：

对应的48V电池的电流为775VA/48V=16.15A。

考虑到各种品牌元器件的功耗会有20％的差别，电池的容量应至少选取大于20Ah。

二、按8小时内可以正常监测来校验

由于储能电机工作时间仅为15秒，电动操作机构的工作时间只有0.5秒，且停电后只要求操作一次，对于电池容量几乎不产生影响，因此剩余的稳定容量为：

对应48V电池的电流为290VA/48V=6.04A。

考虑到除地震、洪水等不可抗力所造成的事故外，其它的设备故障一般均能在8个小时内修复，所以按照8小时的稳定负荷来确定电池的容量应大于6.04×8，即大于48Ah。

再考虑到各种品牌元器件的功耗会有20％的差别及电池容量实际上存在的误差及老化带来的容量下降，电池容量实际选取为65Ah。根据智能后备电源系统的技术要求，在进行二次设计时，充分考虑设备配置、电气接口方面的要求。

智能配电房电源系统提供全部智能设备的工作电源、开关操作电源和电机储能电源、开关柜指示灯电源、AC220V调试电源，在PT失电情况下，能保证运行8小时以上，保证全部开关柜至少1次的分合闸操作，开关柜指示灯正常指示。

储能控制系统：是指满足多台储能电机同时储能时保证储能电机轮流储能不至于需要的功率过大而烧毁电源系统的控制系统。IP语音电话：IP：InternetProtocoi的缩写，IP语音电话是按国际互联网协议规定的网络技术内容开通的电话业务，中文翻译为网络电话或互联网电话，简单来说就是通过Internet网进行实时的语音传输服务。

Claims (6)

1.一种智能配电房电源系统，包括AC220V供电系统、直流电供电系统、储能控制系统、视频及安防系统电源系统，其特征在于：本智能配电房电源系统中还包括电池管理单元、集成供电箱；

一、所述电池管理单元分别给DTU、DC48V/AC220V逆变器、储能控制系统及开关柜指示灯电源、通信单元供电；

二、所述直流电供电系统为DC48V电池供电系统；

三、所述DC48V/AC220V逆变器为集成供电箱供电，所述DC48V/AC220V逆变器是指将DC48V逆变为AC220V电压输出；

四、所述视频包括DVR视频系统、视频摄像探头，安防系统包括IP语音电话、烟感设备、防洪报警设备、远程灯控设备、门禁系统；所述集成供电箱分别给DVR视频系统、视频摄像探头、IP语音电话、烟感设备、防洪报警设备、远程灯控设备、门禁系统供电；

五、正常状态时，电池管理单元由AC220V供电，并由电池管理单元给DC48V电池组充电，当AC220V断电时，电池管理单元由DC48V电池组供电；

六、所述DTU为配电自动化终端设备，所述DC是指直流电，所述AC是指交流电，所述V表示电压的单位伏特。

2.根据权利要求1所述的智能配电房电源系统，其特征在于：所述电池管理单元的最大功率为1500W，电池管理单元的参数及功能配置为：

3.根据权利要求1所述的智能配电房电源系统，其特征在于：所述逆变器的参数要求为：

名称 参数 直流输入 额定输入电压(Vdc)：48V 额定输入电流：9.8A 输入直流电压允许范围：工作电压40V—58.8V，开

机电压42V--57V 反灌杂音电流≤10％ 交流旁路输入 允许旁路电压(Vac)：220±25％ 额定输入电流：1.8A 旁路转换时间：≤5ms 交流输出 额定容量：500VA 额定输出功率：400W 额定输出电压及频率：220Vac，50HZ 额定输出电流：1.8A 输出电压精度(V)：220±1.5％ 输出频率精度(Hz)：50±0.1％ 波形失真率(THD)：≤3％(线性负载) 动态响应时间：5％(负载0←→100％)

4.根据权利要求1所述的智能配电房电源系统，其特征在于：所述储能控制系统的结构包括：

一、在每个开关柜储能回路中加装时间继电器及直流接触器，通过对每台开关柜的时间继电器进行延时时间设定，使各个开关柜中储能电机能够经过一定延时进行顺序启动；

二、时间继电器线圈检测到本柜控制电源DC48V后，延时一段时间后，常开接点闭合，驱动直流接触器，由直流接触器的主触点接通储能回路并保持，储能电机启动工作；

三、储能电机动作时间为12秒，第一台设定为15秒，第n台设定为15乘n秒，当控制电源DC48V失电，时间继电器瞬时返回，直流接触器的接点切断储能回路并保持。

5.根据权利要求1所述的智能配电房电源系统，其特征在于：所述DC48V电池供电系统中电池采用全密封免维护铅酸蓄电池，配电房或开闭所的电池规格为12V/65Ah或12V/100Ah，并将4节电池设为一组，串联提供48V电压。

6.根据权利要求1至5中任一所述的智能配电房电源系统，其特征在于：所述DTU工作电源采用DC48V，由PT电源柜提供的AC220V对电池管理单元供电，电池管理单元提供不小于48V/30A的直流电源提供DTU工作电源，所述PT电源柜是指电压互感看器。

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