电容储能自动化终端设备的开关电源设计研究

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【摘要】本文通过对电容储能的自动化终端设备的开关电源进行相关的参数分析来研究储能电容器容量的设计及各个参数。

【关键词】电容储能；自动化终端设备；电源开关设计

一、电容储能自动化终端设备的开关电源设计

智能化终端设备的主要部件构成有：电力系统的监测、监控设备及自动化系统设备。其中，开关电源是关键部件之一，开关电源的输入主要来自于电压互感器二次侧及配电变压器二次侧。要解决户外智能自动化设备的工作安全稳定问题就必须采取能够电容器等相对于蓄电池来说，管理更加便捷的储能技术。电容器作为自动化终端设备的储能电源更方便于管理、并且充电迅速、使用的寿命较长、重量较轻并且体积比较小非常适合在户外或者环境较为恶劣的工作环境中使用，具有比较大的发展前景。在实际的应用方面，对于我国电力储能设备来说，要在失去电源时维持绝大多数的户外智能自动化终端设备的短暂运行，只需要在刚停电时上报该项工作的工作时间对于环网柜的监控终端来说，也只要在失去电源供电时上报出工作的故障及开关的状态，同样要将故障线路上游的相邻开关进行分断。这些所有的功能基本上在一分钟之内都可以完成。在出现故障时或者突然失去了电源供应时，智能型自动化终端设备的电源必须要在维持本设备的正常工作及通信部件需要的能量的基础上，提供峰值功率一般不大于5W，平均功率要小于2.5W的供电电源。从这一点来看，超级电容器、大容量的电解电容器是非常适合作为储能电源来提供户外智能自动化终端设备。因此，电容储能已经能够成功地运用在电力系统中。

二、设计原理

电容储能的开关电源主要通过整流电路、切换电路、变换器以及工作用的储能电容器及操作用的储能电容器等组成。主要的电力构造如下图所示。对TTU等不需要进行电容储能开关控制的情况只需要虚线下方等部件构成。

通过示意图我们可以看出：电容储能中整个流通电路是可以正常的供电情况下进行电容充电，并且可以通过切换电路A用在失去了正常供电电源的供电情况下，而把DC-DC变换器切换到自动化终端的工作设备中所需的储能电容进行恢复正常供电，并提供电能，当不需要时再进行切换。而切换电路B则可以在失去正常的供电情况下把将电源的开关等操动机构切换到储能电容的操作上。一方面，工作用的储能电容器可以储存相应的能量，并且能够在失去交流电源的供应时维持短暂的智能终端供电提供给自动化终端设备；另一方面，操作用的储能电容器可以储存相应的能量，DC-DC变换器则可以把交流供应电源与工作用的储能电容器中的能量进行转换。同时，按照智能型自动化终端设备所需要的形式提供其使用。一般来说，输入电压都要比自动化装置设备的工作电压高，所以要采用降压型buck DC-DC作为变换器，其主要构成如下图所示。

上图，S作为功率开关，D作为-极管，L为电感，C0作为输出电容，RL作为负载、Vi作为输入电压、V0为输出电压、I0为输出电流。在正常的工作状况下，工作电源与操作电源并不同时保持时相同的状况。正常工作状况下的操作电源主要直接取自与电压互感器二次侧；而正常工作状况下的工作电源有时也会直接取自电压互感器二次侧，有时则是通过一个二次变压器作为隔离装置来进行降压后才得到。在输入电压和输出电压相差比较大的状况下，DC-DC变换器则需要采用一种脉冲隔离变压器来进行电压变压，从而满足工作的需要。由于构成工作用的储能电容器，具备串联充电及并联放电的特殊性质。所以，在失去交流电源的正常供电情况下，由工作用的储能电容器进行放电来维持自动化终端设备的正常工作，通过串并电容组合的结构起到相应的降压效果。这种组合可以不通过隔离变压器就能满足DC-DC变换器的工作需要而不需要进行电压变比的工作。

综上，通过对电容储能的自动化终端设备的开关电源设计及研究分析，采用新型的电容储能作为交流电失去正常供电时维持自动化设备正常的工作是非常可靠并具备相应的稳定性。

参 考 文 献

[1]刘健，陈治明，钟颜儒．开关电容DC-DC变换器的设计方法[J]．电子学报．1999（4）

[2]胡毅，陈轩怒，杜砚．超级电容器的应用与发展[J]．电力设备．2008（1）