智能一体化电力电源系统可行性报告Word文档格式.docx
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四、项目预期目标及市场前景
........................................................................................18
4.1
项目完成时主要技术指标
..................................................................................18
4.2
培养的技术人才
..................................................................................................21
4.3
社会经济效益指标
..............................................................................................21
4.4
预期可获得的发明专利等知识产权情况
..........................................................21
五、项目实施方案
............................................................................................................22
5.1
科技资源综合利用、成果产业化策略
..............................................................22
5.2
研发资金的筹集与投入
......................................................................................23
5.3
知识产权和技术标准的对策
..............................................................................24
5.4
项目涉及的环保污染治理措施
..........................................................................25
六、项目计划进度
............................................................................................................26
七、现有工作基础和条件
................................................................................................27
7.1
公司概况
..............................................................................................................27
7.2
项目实施具备的支撑条件
..................................................................................28
八、研发团队
....................................................................................................................30
8.1
研发团队的规模和结构
......................................................................................30
8.2
项目核心研发人员情况
......................................................................................31
一、项目实施的背景和意义
项目实施的背景
智能型一体化电源系统由直流操作电源系统、交流电源系统、UPS
电源系统、
DC/DC
通信电源系统四项分系统组成。
其主要应用在电网、发电等领域，作为所有电
力自动化系统、通讯系统、远方执行系统、高压断路器的分合闸、继电保护、自动装
置、信号装置等的交、直流不间断电源。
近年来随着计算机技术和电源技术的迅速发展，运用电源模块组成积木式、智能
化的大功率电源系统成为了电源技术发展方向之一。
为确保各电源模块的可靠运行，需对电源系统进行实时监控，从而使电源的维护
和管理从人工值守的传统模式向计算机集中监控的智能化方向转换。
目前电源监控系
统主要存在的问题为数字化程度低、不能准确指出故障点以及可靠性低。
项目的先进性、重要性、可行性以及在行业发展中的地位
和作用
传统电源系统由于采用分散设计、独立组屏、不同供应商生产、不同专业管理的
模式，容易出现运行维护不方便、站用电源自动化程度不高、经济性较差等问题。
与原有技术相比，我公司智能一体化电源系统主要由
ATS、充电单元、逆变电源、
通信电源、蓄电池组及各类监控管理模块组成。
通信电源不单独设置蓄电池及充电装
置，使用
电源模块直接挂于直流母线。
逆变电源直接挂于直流母线对重要负荷
（如：
计算机监控设备、事故照明等）供电。
智能一体化电源系统采用分层分布架构，各功能测控模块采用一体化设计、一体
化配置，各功能测控模块运行工况和信息数据采用
DL/T860（IEC61850）标准建模并接入
信息一体化平台。
实行智能一体化电源各子单元分散测控和集中管理，实现对智能一
体化电源系统运行状态信息的实时监测。
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电源监控系统在电源维护管理中的应用，标志着传统的人工看守式维护管理模式
向以计算机技术为基础的智能化、自动化的集中管理模式的转变，这也是监控系统价
值的体现。
电源监控系统经过几年的发展，已经从仅具有三遥和报警功能的系统发展
到一个具有较完备管理功能的系统，同时，人们对计算机集中监控系统的认识有了较
大的提高。
可以说，目前电源集中监控技术发展与监控系统的实施已进入一个新时代，
主要表现在：
计算机网络、计算机通信、计算机控制技术的快速发展，为集计算机网
络、计算机通信、计算机控制技术于一身的电源监控系统进一步发展和完善提供了条
件；
监控系统开发和实施为电源监控系统提供了丰富的经验；
新技术、新工艺在电源
设备中的应用，提高了其自动化程度和可靠性，也使得电源监控系统更容易实施；
监
控系统标准、规范、要求在近几年里相继出台，并得到进一步的修改和完善；
监控市
场逐步走向规范化，监控入网制度即将实施；
建立局域网系统和采用集中式数据库为
监控系统开发强大的管理功能提供了可能。
预计在
5
年后，随着相关竞争性企业制造技术的成熟，解决了产品的在使用过程
中的性能问题并量产后，出现激烈的市场竞争是必然的。
因此，公司必须加快步伐，
早日量产，尽早抢占市场先机。
从客观角度考察项目建设的必要性，是符合国家长远规划的方针、要求的，同时
初步分析建设项目条件都已经具备。
预期实现的经济和社会效益
项目完成后，预计第一年实现销售收入
1000
万元，净利润
120
万元，上缴税收
80
万元，新增就业人数
10
人；
第二年年实现销售收入
2000
240
万元，上
缴税收
160
25
人。
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二、技术发展趋势及国内外发展现状
技术发展趋势
各种电源监控系统具有的基本功能是：
液晶显示、按键操作、遥信、遥测、遥控、
遥调、电池管理、故障报警和记录、通信接口。
针对上述功能，各厂家在硬件、软件
方面采用的技术也各不相同。
目前各厂家的产品差别主要体现在操作界面、通信接口、
是否使用嵌入式操作系统等方面。
在液晶显示和按键操作方面，普通的是采用黑白液晶和触摸屏；
高档的是使用大
屏幕彩色液晶和触摸屏。
在通信接口方面，CAN
总线由于速度快、可靠性高，随着成本的逐步下降将应用
于监控模块间的通信；
网络接口和
USB
接口由于可给用户的运行和维护带来极大的方
便，将成为未来电源监控产品的基本配置；
主机、辅机热备用技术由于用户对电源监
控系统的可靠性要求的不断提高，应成为电源监控可选择的功能。
GPRS
通讯接口作为
无线通讯技术在电源监控中应用，是产品销售的一个卖点，应成为电源监控可选择的
功能。
至于直接使用人机界面技术和
PLC
技术组成电源监控系统由于成本太高，不能
为大多数用户接受，只能适合于部分高端用户的需求。
软件方面，使用嵌入式实时多任务操作系统是电源监控产品的必然选择。
一方面
是因为采用嵌入式实时多任务操作系统具有良好的移植性、维护性和较高的可靠性；
另一方面是因为随着电源监控性能的不断提高，电源监控的软件也越来越复杂，程序
代码也越来越大，仅靠传统的单片机软件的开发模式许多功能已无法实现。
此处，所
说的操作系统不仅是指操作系统软件本身，而且要涵盖
TCP／IP
协议栈、USB
驱动、
文件系统、图形用户接口等软件模块，由于以上各模块软件工作量巨大，需要大量的
人力、财力和时间，因此选用集成以上各软件模块的嵌入式实时多任务操作系统是较
好的方案。
国内外发展现状
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信息业的巨大发展，给电源市场带来了巨大的市场机会和挑战，同时对电源提出
了一些新的需求。
例如：
多种物理设备放在一起，有电磁兼容的需求和机房面积和承
重的要求；
网络设备种类变多使电源的负载变大，负载种类变多，对电源效率和种类
有要求；
机房和基站数目增多，对电源的可靠性和易维护性提出更高的要求，以满足
无人值守需要。
电源工作环境的差异对电源的应用环境也提出了新的需求，如更强电网适应能力、
环境适应能力等，户外电源就是这一需求的典型代表。
电源是整个信息网络的动力心
脏，新的网络需要更可靠的电源。
另外，随着运营商的全球化的趋势，电源设备也需
要满足全球不同市场对产品的特殊要求。
全球电源技术发展呈现以下几大趋势：
（1）高效率，高功率密度，宽的使用环境温度
随着各种设备的不断增多，用电量加剧，机房面积紧张等客观因素的存在，对电
源产品提出了高效率，高功率密度，宽的使用环境温度的要求。
新型高性能器件的不断研发、涌现与应用可以提高电源的开关频率，减少电源外
型尺寸，提高电源的功率密度。
在电源系统中，开关技术是提高电源效率的一个重要技术。
软开关技术、准谐振
技术中的具有代表性的是谐振变换、移相谐振、零开关
PWM、零过渡
PWM
等电路拓
扑。
随着软开关拓扑理论研究的深入以及应用的普及，大大减少了硬开关模式下电源
中功率器件在开通、关断过程中电压下降／上升和电流上升／下降波形交叠产生的损
耗和噪声，实现了零电压／零电流开关，降低损耗，提高电源系统的效率。
（2）智能化的监控管理
随着网络的日益发展，巨大网络设备需要的大量人力、物力投在设备的管理和维
护工作，如：
通信／电力设施所处环境越来越复杂，人烟稀少、交通不便都增大了维
护的难度。
这对电源设备的监控管理提出了新的需求。
电源监控系统需要对系统中状态量和控制量进行监控，还可对电池组进行全自动
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管理；
维护人员在远方可进行数据查询、控制等维护工作，并利用友好的人机界面，
使维护人员能够方便地得到需要的信息。
（3）全数字化控制
数字化技术的发展逐步表现出了传统模拟技术无法实现的优势，如：
采用全数字
化控制技术，有效地缩小电源体积降低了成本，大大提高了设备的可靠性和对用户的
适应性。
整个电源的信号采样、处理、控制（包括电压电流环等）、通信等均采用
DSP
技术，可以获得优化的一致的稳定的控制参数。
利用
DSP
技术可以实现更简单稳定的
通信和均流，可以获得良好的
EMC
指标。
减少器件数目、提高模块指标、提高功率密
度。
消除模拟控制技术的器件离散性和温漂，保证每个模块均达到最优指标，提高电
源可靠性。
模块智能化程度更高，易于使用维护。
（4）安全、防护、EMC
考虑到设备复杂的运行环境，电源设备需满足相关的安全、防护、防雷标准，才
能保证电源的可靠运行。
安全性是电源设备最重要的指标；
商用设备需要通过相关的安全认证，如
UL、CSA、VDE，CCC
等。
防雷设计是保证电源系统可靠运行的必不可少的环节。
在
一般情况下，电源必须采取系统防护、概率防护和多级防护的防雷原则。
防潮、防盐雾和防霉菌设计称为三防设计。
工程上通常选用耐蚀材料，通过镀、
涂或化学处理方法对电子设备的表面覆盖一层金属或非金属保护膜，使之与周围介质
隔离，从而达到防护的目的，一般在印制板涂三防漆；
在结构上采用密封或半密封形
式隔绝外部环境。
良好的
指标使不同的电子设备能工作在一起；
同时使使用者的
电磁环境更加洁净，避免电磁环境对使用者的伤害。
（5）环保
环保的一方面的指标是，电源的电流谐波符合要求。
降低电源的输入谐波，不但
可以改善电源对电网的负载特性，减小给电网带来严重的污染，也可减少对其他网络
设备的谐波干扰。
另一个重要方面是，材料可循环利用和对环境无污染。
这方面需要
产品满足
WEEE／ROHS
指令。
指令包括两部分的内容，即涉及循环再
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WEEE
和限制使用有害物质的
ROHS。
实施
指令案的目的，最主要的就是
防治电子电气废弃物（WEEE），此外是实现这些废弃物的再利用、再循环使用和其它形
式的回收，以减少废弃物的处理。
同时也努力改进涉及电子电气设备生命周期的所有
操作人员，如生产者、销售商、消费者，特别是直接涉及报废电子电器设备处理人员
的环保行为。
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三、项目主要研究内容
项目的主要内容
一体化电力电源系统的研发采用全站交流、直流、UPS、通信等电源一体化设计、
一体化配置、一体化监控，通过统一的智能网络平台，实现变电站电源的集中供电和
统一的监控管理，进而实现在线的状态检测。
其运行工况和信息数据能通过一体化监
控单元展示并转换为标准模型数据，以标准
IEC61850
格式接入当地自动化系统的站控
层交换机，并上传至远方控制中心。
一体化电源系统共享直流操作电源的蓄电池组，
取消传统
UPS
和通信电源的蓄电池组和充电单元，减少维护工作量。
建立专家智能管
理系统，减少人工操作，提高运行可靠性。
各子系统即能通过本系统的监测单元独立
运行监测，又能通过共享一体化监控单元实现对一体化电源系统全参数透明化管理。
交直流馈线单元采用智能模块化设计，将开关、传感器、智能电路集成在一个标
准模块内，模块内的运行参数（开关量、电量、控制）、采集信息的数字化处理、信
息上传、信息下达都通过模块内部的智能电路完成。
开关智能模块化的实施将使单个
柜体安装开关数量更多、检修维护更方便、设计生产维护标准化、所有开关智能化，
模块之间的连接是标准化的接口。
拟解决的关键技术问题
本项目的研发，既要满足市场对电源系统的功能要求，又要寻求提高系统的可靠
性。
在设计上，我们借助于现代化的计算机技术、控制技术、无线通信技术，对电源
系统和智能设备的数据进行处理，有效地缩短执行时间，提高了数据传输的时效性和
精度，实时监控系统的运行状态，记录和处理相关数据，及时侦测故障，并实现各种
报警结果的可视化。
在设计上分两部分：
1）硬件设计方面：
根据各监控单元功能的不同要求，分别采用先进的
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位
ARM
微
处理器作为主处理器，做到硬件设计模块化，将通用功能提取做成系列板卡，各监控
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单元根据功能采用不同的板卡进行组合。
同时，在电气设计上采取故障隔离措施，对
I／0
电路等重要环节采取容错设计对策，通过硬件冗余来达到设计的可靠性，系统结
构设计考虑电磁兼容性。
2）软件设计方面：
完善系统的自诊断功能，对数据紊乱、通信干扰等自动恢复，
对软、硬件故障等能诊断出故障并及时告警；
通过软件冗余、信息冗余及时间冗余等
方式来实现软件出故障后不影响整个系统的正常运行。
拟采用的技术原理、技术方法、技术路线以及工艺流程
3.3.1
硬件设计
ATS
应配置交流进线监控模块，能监测进线回路和每段母线的电压、电流、断路器运
行状态等，实现备用电源自动投切功能。
备用电源自动投切功能应满足下列要求：
1）保证工作电源的断路器断开后，工作母线无电压，且备用电源电压正常的情况
下，才投入备用电源；
2）自动投入模块应延时动作，并只动作一次；
3）当工作母线故障时，自动投入模块不应动作；
4）手动断开工作电源时，不启功自动投入模块；
5）工作电源恢复供电后，切换回路应由人工复归；
6）自动投入模块动作后，应发告警信号。
在交流屏上应提供断路器就地电气控制，并应设置就地/远方转换开关、启停按钮、
信号灯等二次元件。
交流监控模块能接收电流互感器的信号，具有测量母线电压的功能，相关信息量
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的转换应在交流监控模块内部完成。
交流监控模块能综合分析和处理各种信息数据，对整个
ATS
实施控制和管理，并
具有液晶汉显人机对话界面和与信息一体化平台进行信息交互功能。
交流监控模块故障不能影响本系统其它监控管理模块运行。
应配置交流馈线监测模块，能监测馈线回路单相电流及馈线断路器位置和报警接
点信息。
并具有与信息一体化平台进行信息交互功能。
充电单元
充电单元应具备按蓄电池的充电特性进行均充、浮充电自动转换和控制功能，防
止蓄电池欠充电或过充电影响蓄电池蓄电池寿命。
恒流充电时，充电电流的调整范围为
10%～110%In（In－额定电流，A，下同）。
恒压运行时，充电电流的调整范围为
0～100%In。
充电单元电压调整范围为
90%～125%直流标称电压。
充电单元应具有根据蓄电池组温度对充电电压进行补偿的功能，补偿系数为-3～-
5mV/℃/节,基准补偿温度为
25℃。
充电单元应集成功率因数校正功能，提高充电效率和电网电能质量。
1）充电模块
每个充电模块内部应具有独立监控功能，能不依赖充电监控模块独立工作。
正常
工作时，充电模块应与充电监控模块通信，接受充电监控模块的指令。
当充电监控模
块故障或退出工作时，充电模块应能自主均流，可靠运行。
多个充电模块并列运行时，应具有良好均流性能。
充电模块应具有短路保护功能，短路排除后自动恢复输出。
充电模块应具有带电插拔功能，且不影响系统运行。
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充电模块应具有软启动、软停止，防止电压冲击。
充电模块应具有输出过压、输出欠压、输出过流、过温等保护和自动限流、交流
欠压、交流过压、等功能。
当散热器温度超过
85℃时，能自行关机并报警。
充电模块冷却方式为自冷或智能风冷。
在正常运行时，采用自冷式充电模块的充
电设备噪声应不大于
50dB，智能风冷式设备的噪声平均值应不大于
55dB。
2）充电监控模块
充电监控模块是对充电单元进行测量和控制的核心部分，应能综合分析充电单元
各种数据和信息，对整个充电单元实施控制和管理。
每套充电装置必须配备一套充电监控模块。
充电监控模块应能适应充电单元各种运行方式，并具有液晶汉显人机对话界面和
与信息一体化平台进行信息交互功能。
充电监控模块应能显示充电单元两路交流输入电压、各充电模块输出电压电流、
、母线电压、母线电流、蓄电池电压、蓄电池电流、蓄电池组温度及各种历史故障等
信息。
充电监控模块应具有故障告警功能，告警信息包括：
交流输入过压、欠压、缺相；
直流母线过压、欠压；
充电模块故障；
蓄电池组过、欠压；
蓄电池单体过压、欠压等；
且具有自身故障干接点输出。
3）直流馈线监测模块
直流馈线监测模块应具有的主要功能：
在线监测直流母线对地绝缘状况（包括直
流母线和各馈线支路绝缘状况），并自动检测出故障支路，能监测母线正对地、母线
负对地电压，能检测出每个支路的正对地电阻和负对地电阻。
被测
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