白 皓，孙晓晨，栾 茜

（国网烟台供电公司，山东烟台 264000）

一键顺控技术控制下，电源系统运行状态转换由监控系统自动完成，其自由的切换方式，增强了纹波系数的稳定性，避免了复杂人工操作下，系统长时间运行产生的安全风险。目前的直流电源系统运行状态包括以下4 种状态：1）系统正常运行。即充电装置浮充运行，蓄电池组浮充电，充电装置带负载运行；2）蓄电池均充状态。即充电装置处于均充状态，蓄电池组均衡充电，充电装置带负载运行；3）充电装置停电状态。即单电单充系统充电装置检修，蓄电池组放电，带负载运行；双电双充系统闭合母联，由另一端带母线运行，充电机脱离母线检修；4）蓄电池检修状态。即一组电池退出系统运行，另一组电池带两段母线运行[1]。以上4 种运行状态包括了直流电源系统常见的运行及检修各过程的各种运行状态，通过在直流系统内添加全新的智能开关控制装置和充电装置，实现对运行状态转换的精准控制[2]。

提出了一种基于蓄电池在线监测系统和便携式放电负载的规约转换装置，实现了远程核容作业，减少了维护成本，实现便携式放电主机和蓄电池在线监测系统的规约转换，在通信链路上能够兼容各种型号的放电主机。充分利用现场现有设备仪器进行了合理化设计，通过规约解析和规约转换技术，结合硬件设计，形成了一套易于实现、运行稳定的智能远程核容放电作业系统[3]。

传统的直流电源系统运行状态转换方式，由于稳定性较差，导致转换后的电源系统电压失稳，影响系统使用安全，因此提出基于一键顺控技术的直流电源系统运行状态转换方法。一键顺控技术下，通过设置直流电源系统架构配置相应的运行状态一键顺控流程，令程序自动按照预定流程控制开关动作、充电装置开关机、均浮充切换，实现系统正常运行、蓄电池均充、充电装置检修、蓄电池检修等各种状态的一键顺控，为国家电力系统的发展提供更加完善的技术支持。

1 基于一键顺控技术的直流电源系统运行状态转换方法

1.1 判别电源设备运行开合状态

研究基于一键顺控技术的直流电源系统运行状态转换方法，需要对直流电源系统运行状态实时监测。已知直流电源系统控制操作下，每个蓄电池都有内阻，且不同品类的电池内阻有所不同，相同品类的电池内阻，也因为其内部化学特性不一致而有所差别，因此需要实时监测直流电源，即蓄电池的内阻。

内阻是衡量电池性能的一个重要技术指标，与电解液的量、极板、充放电次数等有很大关系。假设R为蓄电池内阻，其理想状态下的计量公式为：

式（1）中：A 表示蓄电池型号；I表示实时电流；U表示电池电压；r表示内阻。由式（1）推导出下列方程：

式（2）中：C表示蓄电池容量；T表示运行时间。根据式（2）可以看出，在常规情况下，内阻r越小蓄电池容量会越大，蓄电池带负荷能力就越强。表1 是实时监测条件下，蓄电池的检测操作方式[4]。

表1 蓄电池检测操作方式表

按照上述过程测试直流电源的工作状态，根据得到的测试结果，利用识别算法进行降噪处理，实现对设备开合状态的判别。

识别算法对监测图像进行降噪处理，通过分析其颜色特征和形态特征，判别设备开合状态。首先对测试结果进行灰度化处理，下列公式为最大值法下的色彩加权平均处理结果，根据该结果得到灰度化图片[5]。

式（3）中：R、G、B分别表示色彩空间中的红色信息点、绿色信息点以及蓝色信息点。通过该公式得到直流电源状态测试结果。由于此时的图像存在噪声，因此需要平滑去噪。

测试图像去噪的方法是通过滤波进行的，而边缘检测算法则是一种重要性极强的滤波去噪方法，可以有效抑制噪声，并得到更加精确的定位边缘位置。该算法对信噪比与定位乘积进行测度，根据最优化逼近算子，达到测试图像降噪的目的[6-7]。

利用高斯平滑滤波器，将得到的表1 中的数据与高斯分布作卷积，使得图像平滑；结合一阶偏导的有限差分，计算梯度的幅值和方向；最后利用双阈值算法检测并连接边缘数据。式（4）描述平滑滤波器内的高斯分布：

式（4）中：a、b分别表示点位的横纵坐标；λ表示分布控制系数。根据得到的平滑图像，用不同的掩模计算梯度幅值图X(a,b) 和方向图β(a,b)，下列方程组为计算结果：

式（5）中：fa、fb表示坐标(a,b) 的掩模[8]。综合上述平滑处理结果进行线段拟合，将拟合后的线段按照方向图进行投影，设置拟合线段中，与梯度幅值图重合的部分为H，未重合部分为Q。则有效线段投影的占空比为：

定义两个隔离开关在闭合状态下的阈值为γz1和γz2，其中γz1为隔离开关闭合位阈值；γz2为隔离开关误差阈值[9]。当γz1＜γ或γz2＞Q时，直流电源开关为闭合状态，反之为打开状态。

1.2 更新转换设备设计一键顺控控制程序逻辑

根据上述的判别方式，对直流电源系统中的转换设备进行更新替换，并设计一键顺控技术下，系统运行状态转换的控制程序逻辑。需要更新替换的设备包括PLC 控制器和光纤位移传感器。PLC 控制器通过扫描接收降噪处理且判断完毕的设备开合状态，实现对所有测试数据的收集、整理、反馈和储存。在现有变电设备上增加顺控装置、校验装置等自控设备，位移传感器作为高精度的非接触式测量传感器，可以对直流电源系统中的设备运行状态进行高精度测量，保证系统执行状态转换操作时可以精准定位控制节点[10]。

根据更新后设备的基本配置参数，结合一键顺控技术，设计两个设备对系统运行状态转换的控制程序逻辑。图1 为一键顺控技术的基本功能结构图。

图1 一键顺控功能结构图

提出的状态转换方法，根据一键顺控技术，采用到位控制的方式，保证直流电源系统运行状态转换。其中包含工作位置、转换位置以及控制位置。而所设计的状态转换控制程序逻辑中，如果当前的系统运行状态不是所要求状态，则程序会作出反馈，保证状态转换是完整到位的[11-12]。

PLC 控制器的控制类型分为3 种：暖启动控制、冷启动控制以及热启动控制。其中暖启动控制方式更为合适，满足状态转换要求。已知主程序下又存在若干个子程序，各个子程序的设计说明如表2所示[13]。

表2 子程序设计说明

根据子程序设计说明，设计一键顺控技术的转换子程序，子程序的控制程序逻辑如图2 所示。

图2 工作子程序逻辑图

根据图2 显示的直流电源系统工作子程序控制逻辑，对系统状态转换进行控制，保证设计的子程序控制逻辑，可以有针对性的执行状态转换操作，至此在一键顺控技术应用下，实现对直流电源系统运行状态转换，保证直流电源系统的使用安全[14-16]。

2 实验检测

以对比实验的方式，分别检测两种直流电源系统运行状态转换方法的可靠性。实验将此次提出的转换方法作为测试A 组，将基于蓄电池的转换方法作为测试B组，根据得到的测试对比结果，分析两种方法的差异性。

2.1 实验准备阶段

已知在某一直流电源系统控制下，电源的保护特性曲线如图3 所示。根据该电源的特点，分别利用两种方法设置该系统的运行状态转换方式。

图3 实验测试对象的特性曲线

在图3中的曲线上任意选取10个点，在Matlab 测试软件中，通过函数拟合出电源开关的时间电流曲线相似性函数：

式（7）中：x表示开关动作曲线横坐标。已知开关延迟动作时间T和开关的额定电流I可由下列方程组得出：

其中In表示第n个点的额定电流，且n表示的整数的范围为1 ≤n≤10。根据上述计算得到的10个测试点的特性结果，设置直流电源运行状态测试公式，其中稳流精度计算表达式为：

式（9）中：σI表示稳流精度；Iq表示输出电流波动极限值，其中q表示极限；I0输出电流额定值。同理稳压精度的计算表达式为：

式（10）中：σU表示稳压精度，U表示直流电源电压；Up表示输出电流波动极限值，其中p表示极限；U0表示输出电压整定值。结合上述计算结果，计算直流电源系统运行状态转换后的纹波系数：

式（11）中：U1表示直流电压脉动峰值；U2表示直流电压脉动谷值；表示直流电压平均值。利用上述计算过程，分别对两种方法下的直流电源系统运行状态转换结果进行测试，比较两种方法下的直流电源系统运行状态转换，是否出现纹波系数跑偏而导致的系统运行失稳。

2.2 结果与分析

设置转换后的直流电源系统，在不同运行速度下执行运行指令，分别测试转换后的纹波系数偏差，表3 和表4 为两组实验测试结果。

表3 测试A组实验结果

表4 测试B组实验结果

根据表中的实验测试结果可知，所提出转换方法下，得到的直流电源系统的纹波系数偏差，均在[-0.15,0.15]之间；而传统的转换方法下，系统纹波系数偏差在[-3.5,3.5]之间，其偏差比所提出方法下的偏差，高出了20 倍，可见所提出系统运行状态转换方法，优越于传统方法，其控制效果更好。

为了使实验测试结果直观地显现出来，根据得到的纹波系数，绘制状态准换后的直流电源系统运行安全特性曲线，如图4 所示。

图4 状态转换后的系统电压稳定性测试结果

图4 中，U表示理想状态下的稳定电压；Un和-Un表示两种不同状态的失稳电压。根据曲线走势可知，基于一键顺控技术的转换方法，系统运行状态转换后的电压值极为稳定；而传统技术控制下的转换方法，其系统电压波动加大，可见该方法并不可靠。综合上述分析可知，此次所提出的转换方法，其纹波系数的误差更小，转换后的直流电源系统运行状态稳定。

3 结束语

提出的基于一键顺控技术的直流电源系统运行状态转换方法，通过降噪处理加强对直流电源测试结果的输出，保证设置的转换控制逻辑的控制精度，在转换后也可以处于稳定状态，为变电站、水电站等高频工作电源系统的转换提供强有力的技术支持。但在其运行过程中也会出现各种故障和异常，只有在充分掌握其原理性能及各部件运行状况的情况下，才能及时排除故障解除异常，为电网安全运行提供可靠的操作和控制电源。