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电容储能的自动化终端备用开关电源设计

发布日期:2022-07-04 20:25   来源:未知   阅读:

  摘要:为了在失电情况下继续维持智能终端设备短暂工作,提出了一种基于电容储能的自动化终端备用开关电源解决方案。论述了电路组成、下限工作电压选取和储能电容器容量设计方法。根据能量平衡关系,分析了负载突然增大和负载突然减轻情况下的最严重电压凹陷和电压骤升,并得出输出滤波电容容量的设计考虑。以一个具体的电容储能FTU电源为例,详细说明了电路参数的设计方法,并进行了实验研究。实验结果表明所设计的电容储能备用电源能够满足在失去正常供电电源后自动化终端待机、操作和通信的需要,并且所进行的理论分析与实际情况相符。

  在电力系统监测、监控和自动化系统中,开关电源是智能终端设备的关键部件之一,其输入一般来自电压互感器二次侧或配电变压器二次侧。但是在故障或其它因各种原因导致输入电源失去的情况下,这些智能终端设备还必须维持工作一段时间,否则就不能完成故障检测、处理和继电保护以及信息记录和上报功能,因此需要采取储能措施。

  在变电站内的智能终端设备,可以采用蓄电池储能构成备用电源系统。但是安装在户外环网柜、柱上开关、配电变压器等的智能终端设备,需要在恶劣的环境下工作,采用蓄电池无论对于设备可靠性或维护方便性而言都是不理想的。

  实际上对于绝大多数户外智能终端设备,在失去电源时仅需要维持短暂的工作时间即可[1],比如:对于配电变压器监测终端(TTU),只需在停电时上报该信息即可;对于柱上开关监控终端(FTU),只需在失电时上报故障信息和开关状态,有必要的话分断该开关即可;对于环网柜监控终端,只需在失电时上报故障信息和开关状态,并将故障线路上游相邻开关分断即可。上述功能所需要的时间一般在1min之内。由于分断开关所需的能量可以由专门的工作储能电容器提供,因此在故障或者失电时,智能终端设备的电源只需要提供维持本机工作和通信单元所需要的能量即可,峰值功率一般不会超过5W,平均功率小于2.5W。

  随着科学技术的发展,超级电容器和大容量电解电容器技术已经日趋成熟。与蓄电池相比,电容器具有充电速度快且管理方便、寿命长、体积小、重量轻等诸多优点,是一种很有发展前景的电力储能设备并且已经成功地应用在电力系统中[2~4]。

  从户外智能终端设备在失电后需要一段短暂的平均功率较小的维持电源供应需求看,采用超级电容器和大容量电解电容器作为储能手段是完全可行并且较蓄电池而言更加合适[5]。

  本文论述一种采用电容储能的备用开关电源分析和设计方法,并对其性能进行实验验证。

  电容储能开关电源由整流电路、切换电路、DC-DC变换器、工作储能电容器和操作储能电容器等部分组成,其结构如图1所示。对于TTU等不需要控制的情形,可仅有虚线下方部分。

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