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超级电容永磁开关控制系统

发表时间：2020/5/25 来源：《中国电业》2020年3期作者：许军营王茜

[导读] 馈线终端装置（FTU）是配电网自动化系统中的核心设备，当

        摘要：馈线终端装置（FTU）是配电网自动化系统中的核心设备，当线路因发生故障而停电时，FTU应能可靠地上报故障信息并接受远方控制，因此FTU必须有可靠的备用工作电源。此外，在故障隔离以及恢复线路供电时，执行开关操作的永磁控制单元也需要备用电源。本文立足于电力自动化控制技术领域，设计了一种超级电容供能的永磁开关控制系统。
        关键词：超级电容；永磁；FTU
        一、目前的技术缺陷
        目前，FTU与永磁控制单元的备用电源一般为蓄电池，图1是蓄电池为FTU和永磁控制单元供电的原理图，在有220V交流电压输入时，模块电源输出两路直流电压，一路输出24V为蓄电池充电、一路输出220V为FTU和永磁控制单元供电，由于永磁开关动作需要瞬间大功率，单独靠模块电源很难满足，此功率由电解电容C1来提供。当220V交流输入断电时，由蓄电池通过内部升压DC/DC继续为FTU和永磁控制单元供电。这种供电方案不仅电源结构复杂，制造成本高，而且蓄电池使用寿命短，需要定期维护，蓄电池的原材料还会造成环境污染。

        图1
        二、新的设计方案
        为了克服蓄电池供电的上述缺陷，有的配电网自动化系统采用超级电容作为FTU和永磁控制单元的备用电源，供电原理如图2所示。在有220V交流输入时，模块电源一路输出24V为超级电容充电、另一路输出24V为FTU提供工作电源，并通过直流升压电源升压成直流220V，为永磁控制单元供电，电解电容C1为永磁控制单元提供瞬间功率。在交流输入断电时，由超级电容继续为FTU和永磁控制单元供电。此种供电方案同样存在电源结构复杂、制造成本高的问题，而且直流升压电源转换效率低，造成电能的浪费。此外，在该供电方案中，超级电容需要大容量的模组，这样进一步增加了设备的制造成本。
        图2

        在有220V交流输入时，第一稳压模块WY1输出DC220V为超级电容C2充电，第二稳压模块WY2输出DC220V为馈线终端装置FTU提供工作电源，并为永磁控制单元U1提供电源；当220V交流输入断电时，由超级电容C2通过二极管D给馈线终端装置FTU和永磁控制单元U1提供DC220V电压。由于超级电容C2容量大，相对于电解电容C1充电时间较长，若直接与馈线终端装置FTU和永磁控制单元U1连接，在设备加电初期，超级电容C2两端电压很低，馈线终端装置FTU和永磁控制单元U1将无法正常工作，所以模块电源采用两路输出，确保馈线终端装置FTU和永磁控制单元U1在任何时候都能正常运行。
        此种方案电源结构简单，不再需要直流升压电源，而且超级电容C2不需要后期维护，充放电次数可达一百万次，维护成本低。
        在此方案中，开关操作时需要的瞬间大功率可以由超级电容C2提供一部分，因为超级电容C2串联后内阻较大，无法提供所需要的功率，仍然需要电解电容C1来提供一部分，所以在此方案中电解电容的容量可以减小，进一步降低设备成本。