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PZ61-2000智能高频开关直流操作电源系统


尊重 超越 共赢
许继集团

统一结构模数

统一数字平台

PZ61-2000智能高频开关直流操作电源系统

许继电源有限公司

XJ POWER

交流提纲
1. 公司概况 2. 产品概述 3. 智能化的实现 4. 可靠性的保证 5.

基于数字化变电站的通信解决方案 6. 供货业绩

2013-1-29

许继电源有限公司

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1.公司概况

发展历程:
1988 许继装置分厂成立电源部,生产相控电源;
Text

1994 成立专业的电源公司:许继电源有限公司;

1996 开始研究开发高频开关电源产品;
1998 第一代硬开关电源产品开始批量生产;
Text

2002 第二代谐振软开关电源产品批量生产;
2008 第三代全面软开关电源产品投产,并全方位
Text

地推出数字一体化电源监控产品。
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1.公司概况

运行经验:
110kV 变电站:系统运行时间为 10 年 ; 220kV 变电站:系统运行时间为 8 年 ;
Text

500kV 变电站:系统运行时间为 6 年 ;
300MW 机组发电厂:系统运行时间为 8 年; Text 600MW 机组发电厂:系统运行时间为 4 年; 1000MW 机组发电厂:系统运行时间为 2 年; 220V 充电装置:运行最大输出电流为 480A;
Text

110V 充电装置:运行最大输出电流为 500A。
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1.公司概况

认证荣誉:
1999年4月:通过国家电力公司和机械工业局专家鉴定;
Text

2000年5月:国家经贸委认定为2000年度国家级新产品;

2008年3月:第一批获得电能产品认证中心PCCC认证;
2008年5月:安全级核级认证全面开始启动。 Text GB/T 19826-2005《电力工程直流电源设备 通用技术条件及安全要求》 的主要发起和制订者。

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1.公司概况

历年产值:
(亿元)

2 1.8 1.6 1.4 Text 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0
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Text

2

1.4 1.1 2006 2007 2008

Text

2006

2007
许继电源有限公司

2008
6

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1.公司概况

员工结构:
研发技术人员:30多人Text 10% 工程技术人员:70多人 市场营销人员:40多人 14% 车间生产人员:120人 42%

24% 管理人员:30多人
10%
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☆ 博士:2人; 硕士:8人
☆ 专科以上学历员工:70%
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1.公司概况

管理系统:
ISO9001 质量管理体系; ISO14001 环境管理体系;
Text

OHSAS 18001 职业、健康、安全管理体系;
IPD 集成产品研发流程,保证产品开发基于市场和客户 Text 需求,与西安交大、华中科技大学开展技术交流与合作。 ERP 系统是公司财务、物料、采购、生产、发货等基础 管理支撑平台;
Text

LOTUS 系统是连接公司及全国各办事处的信息管理平台。
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2.产品概述

系统型号定义:
PZ 61 / 20 - □ - □ / □
Text 直流系统标称电压: 220V/110V/48V/24V

充电装置额定电流: 10A~800A 系统配置方案代号: 111/112/121/122/222/232
Text

配套模块系列号: 20系列整流、监控模块

成套产品系列号 直流电源屏(柜)

111----系统配置方案为 1 组蓄电池、 1 组整流器、单母线接线; 112----系统配置方案为 1 组蓄电池、 1 组整流器、单母线分段接线; 121----系统配置方案为 1 组蓄电池、 2 组整流器、单母线接线; 122----系统配置方案为 1 组蓄电池、 2 组整流器、单母线分段接线; 222----系统配置方案为 2 组蓄电池、 2 组整流器、两段单母线接线; 232----系统配置方案为 2 组蓄电池、 3 组整流器、两段单母线接线。 2013-1-29 许继电源有限公司 9

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2.产品概述
整流模块

系统原理结构:
交 流 配 电 单 元

Text

*)

控制输出

交流输入

整流模块

硅 堆 降 压
动力输出

Text

整流模块

配电监控

电池巡检

Text
无源触点 监控模块 至电站监控系统

动 力 母 线

控 制 母 线

绝缘监测

*)系统不设置硅降压装置时,动力母线和控制母线合并。

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2.产品概述

技术全面提升:
★ 高频整流模块实现全面软开关变换和数字控制。
Text ★ 绝缘监测和电源监控装置采用统一的软硬件平台。

★ 对蓄电池的管理实现智能专家维护与内阻状态分析的有机结合。 ★ 采用一体化的模数结构设计:高频整流模块、绝缘监测和电源监控装置 统一采用19英寸2U~4U标准机箱,开关量采集、电池巡检等辅助功能 Text 模块统一采用35mm导轨安装结构。 ★ 电源系统通过了GB/T19826-2005要求的全部11项电磁兼容(EMC)试验, 具有良好的抗干扰能力,对电网及其它设备的干扰小,传导干扰和辐射
Text 干扰均小,满足智能化控制系统的安装使用要求。

★ 支持基于IEC61850数字化变电站的规范,提供100M高速以太网双接口。
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2.产品概述

交流配电单元:
Text

双电源切换ATS

Text

25A~400A

C级防雷器: Imax=40kA Up=1.9kV
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Text

D级防雷器: Imax=20kA Up=1.6kV
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2.产品概述

高频开关整流器:
ZZG21 系列整流模块:单相,MOSFET开关变换,100kHz
Text ZZG21-05220----标称直流输出电压 220V,额定输出电流 5A; ZZG21-10110----标称直流输出电压 110V,额定输出电流 10A。

ZZG21T 系列宽电压范围输入整流模块:专为电气化铁路设计
Text ZZG21-05220T----标称直流输出电压 220V,额定输出电流 5A; ZZG21-10110T----标称直流输出电压 110V,额定输出电流 10A。

Text

19英寸2U机箱
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2.产品概述

高频开关整流器:
ZZG22 系列整流模块:三相,MOSFET开关变换,100kHz
Text ZZG22-10220----标称直流输出电压 220V,额定输出电流 10A; ZZG22-20110----标称直流输出电压 110V,额定输出电流 20A;

ZZG22-3048-----标称直流输出电压 48V,额定输出电流 30A ;
ZZG22-5048-----标称直流输出电压 48V,额定输出电流 50A; Text ZZG22-3024-----标称直流输出电压 24V,额定输出电流 30A; ZZG22-5024-----标称直流输出电压 24V,额定输出电流 50A。 48V和24V模块满足通信标准要求! Text

19英寸2U机箱
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2.产品概述

高频开关整流器:
ZZG23 系列整流模块:三相,IGBT开关变换,50kHz
Text ZZG23-20220----标称直流输出电压 220V,额定输出电流 20A; ZZG23-30220----标称直流输出电压 220V,额定输出电流 30A;

ZZG23-40220----标称直流输出电压 220V,额定输出电流 40A;
ZZG23-30110----标称直流输出电压 110V,额定输出电流 30A; Text ZZG23-40110----标称直流输出电压 110V,额定输出电流 40A; ZZG23-50110----标称直流输出电压 110V,额定输出电流 50A;

19英寸3U机箱
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XJ POWER

2.产品概述

高频开关变换器:
ZBG21 系列变换模块:MOSFET开关变换,50kHz
Text ZBG21-2048----标称直流输出电压 48V,额定输出电流 20A; ZBG21-3048----标称直流输出电压 48V,额定输出电流 30A; ZBG21-3024----标称直流输出电压 24V,额定输出电流 30A; ZBG21-5024----标称直流输出电压 24V,额定输出电流 50A; Text

直流输入:220V、110V;直流输出:按通信电源标准设计。

Text

19英寸2U机箱
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2.产品概述

硅堆降压单元:
一体化硅堆调压装置:二极管硅链降压
Text ZTY23-20A/3X8(4)V----额定工作电流 20A,额定调节压降 24(12V); ZTY23-40A/3X8(4)V----额定工作电流 40A;额定调节压降 24(12)V; ZTY23-60A/3X8(4)V----额定工作电流 60A;额定调节压降 24(12)V; ZTY24-20A/4X8(4)V----额定工作电流 20A;额定调节压降 32(16)V; ZTY24-40A/4X8(4)V----额定工作电流 40A;额定调节压降 32(16)V;

ZTY24-60A/4X8(4)V----额定工作电流 60A;额定调节压降 32(16)V。

Text

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2.产品概述

硅堆降压单元:
组合式硅堆调压装置:二极管组件降压
Text ZTY23-100A/3X8(4)V----额定工作电流 100A,额定调节压降 24(12V); ZTY24-100A/4X8(4)V----额定工作电流 100A;额定调节压降 32(16)V; ZTY24-200A/4X6(3)V----额定工作电流 200A;额定调节压降 24(12)V; ZTY24-400A/4X6(3)V----额定工作电流 400A;额定调节压降 24(12)V; ZTY24-600A/4X6(3)V----额定工作电流 600A;额定调节压降 24(12)V。

ZTY20 硅堆调压控制模块
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热管式二极管组件
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执行继电器
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2.产品概述

绝缘监测单元:
母线型绝缘监测装置:
Text FZJ-21 直流绝缘监测装置;只具有母线绝缘在线监测功能。

支路型绝缘监测装置:
WZJ-21 直流绝缘监测装置;同时具有母线绝缘和支路绝缘在线监测功能。

母线绝缘监测:不平衡电桥
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支路绝缘监测:采用直流CT检测对地漏电流
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2.产品概述

电池巡检单元:
电压型巡检装置:
Text FXJ-21 电池电压巡检模块;只具有单节电池电压检测功能。

内阻型巡检装置:
WXJ-22 电池内阻巡检模块;同时具有单节电池电压和内阻检测功能。 FXJ-21 巡检模块 FXJ-22 巡检模块

光继电器多路开关
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12 位 AD 输入采样

交流注入检测内阻

电池环境温度探头
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2.产品概述

配电监控单元:
智能变送仪表:系统各回路运行参数测量
Text FZB-21 直流电压测量仪表;检测充电装置、蓄电池组和直流母线输出电压; FZB-22 直流电流测量仪表;检测充电装置和蓄电池组输出电流; FZB-23 三相交流电压测量仪表;检测充电装置交流输入电压; FZB-24 单相交流电压测量仪表;检测充电装置交流输入电压 Text FZB-25 交流电流测量仪表;检测充电装置交流输入电流;

FZB-26 温度测量模块;检测蓄电池组工作环境温度。

开关采集模块:系统各设备状态信号采集
FKR-21 开关量采集模块;24 路 24VDC 开关接点信号输入, Text

分别采集设备的状态和告警信号。
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3.智能化的实现

系统监控结构:
通过变电站监控系统的 计算机和监控软件,实 现对电源系统全参数远 程监控管理的各项功能。 通过电源监控模块收集 现场各功能模块的采集 数据,进行数据显示、 分析判断和告警处理, Text 发出相应的控制命令; 同时进行协议的转换, 实现与远程监控计算机 的数据通信,接收并下 达上位机的命令。 通过现场各功能模块的 智能监控电路,实时采 集电源系统各功能单元 的数据,并执行现场管 理层监控模块的命令。 2013-1-29
系统管理层 电站监控系统 远程监控系统 自动化网络

现场管理层

电源监控模块

MODBUS总线

现场监控层

Text

高 频 整 流 模 块

绝 缘 监 测 装 置

电 池 巡 检 模 块

智 能 测 量 仪 表

开 关 采 集 模 块

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3.智能化的实现

交流配电监控:
测量:
Text

充电装置交流工作电压; 充电装置交流输入空开状态; 充电装置交流防雷器状态;
Text

告警:

充电装置交流输入空开跳闸; 充电装置交流防雷器失效; 充电装置交流输入过压;
Text 充电装置交流输入欠压;

充电装置交流电源故障 (缺相或失压)。
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3.智能化的实现

直流配电监控:
测量:
充电装置输出电压和电流;蓄电池组输出电压和充放电流; 控制母线输出电压; 充电装置输出空开 (熔丝)状态;蓄电池组输出空开 (熔丝)状态; 硅堆调压装置状态;直流馈电输出开关状态。 Text
Text

告警:
充电装置输出断路 (空开跳闸或熔丝断);蓄电池组输出断路 (空开跳闸或熔丝断); 硅堆调压装置故障;直流馈电输出断路 (空开跳闸或熔丝断); 电池充电电流过大;电池组浮充过压、欠压;电池组均充过压;电池组放电欠压; Text

直流母线过压、欠压。
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3.智能化的实现

整流模块监控:
测量:
整流模块输出电压和电流;
Text

告警:
整流模块交流异常 (过压/欠压/缺相);
Text 整流模块输出过压、欠压;

整流模块温度过高。

控制:
整流模块均、浮充转换;
Text 整流模块的开机和关机;

整流模块输出限流点和电压调节。
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3.智能化的实现

母线绝缘监测:
测量:
控制母线正极对地绝缘电压; 控制母线负极对地绝缘电压; 控制母线正极对地绝缘电阻; 控制母线负极对地绝缘电阻; Text 馈电支路正极对地绝缘电阻;
Text

馈电支路负极对地绝缘电阻。

告警:
直流母线绝缘降低; Text

直流馈电支路接地。
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3.智能化的实现

单体电池监测:
测量:支持通过USB下载电池检测数据
单节电池电压; 单节电池内阻; 电池表面温度。
Text

告警:

Text

单节电池过压; 单节电池欠压; 电池温度过高。
Text

控制:

内阻测试的启动和停止。
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3.智能化的实现

远程监控方式:
通信接口:
Text RS485串口,支持 MODBUS、CDT、103等协议; 100M以太网,支持 IEC61850 数字化变电站规范;

可提供光纤接口转换模块; 双通道支持连接到不同的监控系统。 Text

接点输出:提供 8 路继电器干接点输出
交流电源告警;整流模块告警; 蓄电池组告警;直流母线告警; 直流配电告警;通信中断告警; Text

其他设备告警;监控模块故障。
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4.可靠性的保证

质量体系的保证:
用户的利益在于产品的质量! ISO9001 质量管理体系认证。
营销和市场调研 用后处置 Text
顾客/消费者

设计/规范的编制和产品开发 采购
生产/供方

技术服务和维护 安装和运行 销售和分发 包装和贮存

工艺策划和开发 生产制造 检验/试验和检查

PDCA质量环
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4.可靠性的保证

质量体系的保证:
产品的可靠性是设计出来的! 研发人员以严格的开发流程来保证产品先进、稳定、可靠。
创意 概念决策评审 可获得性决策评审 设计及原型评审 寿命终止决策评审

Text

Text
入口

计划决策评审

项目总结

项目 概念 计划 开发 验证

产品 发布 量产

有入、出口控制的阶段式开发流程
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4.可靠性的保证

质量体系的保证:
公司严密的测试流程:
Text 提出 测试 申请 制定 测试 大纲 功能 性能 测试 可靠 性 测试 测试 分析 报告

公司先进的测试设备:
400M数字存储示波器;测功率管等核心部件的波形;
PM3000功率分析仪:测效率、谐波等;

温度成像仪:测模块局部温度; 雷击发生器+耦合器:提供 1.5/50us 4kV 的脉冲波; 许继电磁兼容实验室:可进行全部 11项电磁兼容实验。
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4.可靠性的保证

先进技术的保证:
高频整流模块全面采用软开关技术: I
硬开关模式 V 硬开关加吸 I 硬开关加吸收: 收网络模式 I V 硬开关加吸 收网络模式 开关损耗 IP 移相谐振技术: Text 开关损耗 P V 软开关模式 V I 全软开关技术: 软开关模式 I

硬开关模式

Text

低通态损耗 固定频率 开关损耗大 EMI干扰大 低开关损耗 变频控制 通态损耗大 EMI干扰小 低开关损耗 固定频率 低通态损耗 EMI干扰小

结论:软开关工作模式可以大大减少开关功率管的发热量,提高电源变换效率, 而且开关过程功率管承受的电应力最小,工作更安全,大大提高了整流模块的 可靠性,因此我公司全系列模块全部采用软开关技术。
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4.可靠性的保证

先进技术的保证:
高频整流模块采用风冷和隔离防尘措施:
Text ★ 选用低噪长寿命风机,温控自动调速。 ★ 采用特制散热器,散热风道与内部电路完全隔离。
热插拔端 子 全封闭散热风道

出风口

发热功率器件紧贴在散热器的表面,高频变压器 和滤波电抗器置于风道内。风机运转时,将热量 迅速排出模块,既提高散热效率,又能有效隔离
风机

风机吸入的灰尘吸附到电路板上。且模块的风道
进口装有过滤网,能有效阻止尘埃吸入。
★ 模块内控制电路板进行了三防喷吐处理,使电子
进风口
表面三防处 理 可拆洗通风网 栅 33

电路和器件表面电气绝缘,能有效防止空气流动 和静电吸附尘埃破坏电路绝缘,满足TH环境条件。
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4.可靠性的保证

先进技术的保证:
高频整流模块采用N+1或2备份和自主硬件均流技术:
Text ★ 由于整流模块采用二极管隔离输出,系统采用 N+1或2备份工作,当有模块出现

故障时,故障模块会自动退出工作,不影响其他模块正常供电。
★ 采用低压差自主均流技术实现负荷电流均分,利用模块本身的硬件实现均流功能,

不但均流速度快,而且均流精度高 (<3%),均流调节不依赖于监控模块!
XT+ XT模块1
PID调节 PWM控制 Ug Uc PID调节 PWM控制 Ug Uc

模块2
PID调节 PWM控制 Ug Uc

模块N

模块均流线具备保护功能
R R R 保护 电流反馈 放大信号 保护 电流反馈 放大信号 保护 电流反馈 放大信号

CS(均流母线)

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4.可靠性的保证

先进技术的保证:
高频整流模块关键器件采用进口优质产品:
Text ★ MOSFET开关功率管:德国 IXYS 公司产品; ★ IGBT开关功率管:德国 SIEMENS 公司产品; ★ 高频整流管:德国 IXYS 公司产品; ★ 无感电容:意大利 ICEL 公司产品; ★ 电解电容:日本 CHEMICON 或 NICHICON 公司 105℃ 长寿命电容。

加大器件的余量设计,提高可靠性
★ 扩大电源模块的电网适应范围,保证模块现场可用:

单相:150V~280V;三相:300V~465V;
★ 功率器件电压和电流设计余量大,工作温升低。
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4.可靠性的保证

先进技术的保证:
优化设计的EMI电路使整流模块具备良好的兼容性(EMC):
★ 具有良好的抗干扰能力; ★ 对电网及其他设备的干扰小,和电力自动化设备可以放置在一起; ★ 全面通过 11 项电磁兼容实验。

三级防雷设计保证系统在多雷区也能安全工作:
380/220V相线/零线

交流进线端C级防雷 40kA

模块进线端D级防雷 20kA

模块内部压敏电阻 10kA

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4.可靠性的保证

先进技术的保证:
完善的监测功能保证系统的可靠性:
★ 降压硅堆状态实现在线监测,故障开路时能可靠旁路,保证直流母线不间断供电。 ★ 绝缘监测不平衡电桥的切换,采用比较正负极对地电压值和变化量的控制策略,

自动或定时选择对地电压较大一端的电桥开关闭合,降低电桥开关切换的频率次, 最大限度降低电桥电路对直流系统的影响。
★ 绝缘监测支路 CT 具有零点和满度自校准功能,具有很强的抗干扰能力,既可

保证检测的精度,又能保证工作的稳定,避免误报或漏判支路接地的信号。
★ 电池内阻巡检提供即时、定时和放电测试功能,用户可任意设定,且一组电池的

测试数据在 10min 内就可完成,无须担心交流注入电流对蓄电池的影响。
★ 通过 USB 可把电池测试数据下载到 PC机上,采用配套的软件可以绘制出电池组

的放电曲线、单节电池的电压和内阻棒图和变化曲线,准确判别电池的健康状况。
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4.可靠性的保证

先进技术的保证:
完善的智能电池管理系统保证电池的使用寿命:
★ 限流充电:在保证负载电流基本不变,以电池充电电流和总负荷电流作为主要

参考依据,通过调节充电模块的输出电压及限流点,稳定负载电流,控制电池 的充电电压和电流,防止电池充电过流。
★ 自动均充:以电池充电电流和限流充电时间,或者连续浮充时间为依据,控制 Text 充电模块转入均充。

★ 自动浮充:以电池充电电流或连续均充电时间为依据,控制充电模块转入浮充。
★ 温度补偿:根据环境温度,对电池的均、浮充电压进行补偿微调。 ★ 容量分析:根据电池电流、充放电状态对电池容量进行估算,每隔5秒计算一次

电池容量的变化量,并在 LCD上实时显示出来,使用户能够一目了然看到电池 容量的实时变化。
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4.可靠性的保证

先进技术的保证:
完善的智能电池管理系统保证电池的使用寿命:
★ 内阻分析:根据统计学原理输出内阻数据分析报告:最大值、最小值、平均值

和典型值,可以清晰掌握单节电池状态,及时发现电池隐患。
★ 异常处理:当直流电源系统出现异常时,为了保证电池不因过充而损坏,同时

兼顾到直流负载需求情况,监控装置会自动把充电模块强置为浮充状态,直到 Text 系统恢复正常为止。
★ 专家系统:根据工程设定电池的类型、容量和单体数量。设定完这些基本参数,

专家系统会按各类型电池的典型维护数据,自动计算并设置有关的运行参数值, 可有效防止不合理的设置参数造成电池寿命下降或损坏。
★ 保护模式:充电模块自动保存专家系统的浮充电压值,当模块发生通信中断时,

自动进入保护运行模式,按专家系统的浮充电压值运行。
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5.基于数字化变电站的通信方案

数字化变电站概述:
数字化变电站是由电子式互感器、智能开关等智能化的一次设备、

网络化的二次设备分层构建,建立在IEC61850通信规范基础上,能够实 现变电站内智能电气设备间信息共享和互操作的现代化变电站。
? 系统建模标准化; ? 数据采集数字化; Text ? 设备操作智能化; ? 系统分层分布化; ? 系统结构紧凑化;

? 信息交互网络化;
? 信息应用集成化; ? 设备检修状态化。
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5.基于数字化变电站的通信方案

对直流控制电源系统的要求:
? 网络化的直流控制电源系统。 Text ? 直流控制电源系统可以作为数字化变电站间隔层中的一个 节点,通过电源监控装置,实现与数字化变电站的接口。 ? 基于IEC61850协议的对象建模标准化。 Text

直流电源监控装置
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5.基于数字化变电站的通信方案

Text

IEC61850通信网卡

Text

以太网接口
在直流电源监控装置内扩展IEC61850通信卡,提供2个100M以太网接口(可以选配 光纤以太网接口),实现直流控制电源系统与数字化变电站的通信连接。
2013-1-29 许继电源有限公司 42

XJ POWER

5.基于数字化变电站的通信方案
调度

直流控制 电源系统 作为间隔 层的一个 设备接入 以太网, 系统中的 其它功能 单元以虚 拟设备的 方式实现 与数字化 变电站的 接口。
2013-1-29

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站级设备 操作员站 远动站 以太网IEC61850

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间隔设备

PU SW /CB

CU

交直流控制 电源系统

PU SW /CB

CU

CB

CB

过程层以太网IEC61850-9-1

一次设备

合并单元

合并单元

合并单元

ECT

EVT

ECT

EVT

ECT

EVT

许继电源有限公司

43

XJ POWER

6.供货业绩
发电篇
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辽宁绥中发电厂二期 2×1000MW 天津北疆电厂 2×1000MW 华能金陵电厂二期 2×1000MW 中电投平顶山第二发电厂 2×1000MW 上海外高桥电厂二期 2×1000MW

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上海漕径电厂 2×1000MW 安徽铜陵电厂 2×1000MW 华能玉环电厂 4×1000MW



1000MW火电机组:18个 600MW火电机组:90多个





★ ☆

660MW核电机组 600MW水电机组
2013-1-29 许继电源有限公司 44

XJ POWER

6.供货业绩
风电篇
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2013-1-29

许继电源有限公司

45

XJ POWER

6.供货业绩
交、直流系统输电篇
呼辽±500kV直流输电工程

750kV交流输电线路

灵宝背靠背±500kV直流 输电工程


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高岭背靠背±500kV直流 输电工程

向家坝-上海±800KV 特高压直流输电工程

贵州-广东±500KV直流输电工程

2013-1-29

许继电源有限公司

46


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