本发明涉及一种配电终端后备电源系统，尤其涉及一种dtu配电终端超级电容后备电源系统。
背景技术：
dtu配电终端是智能配电环节的关键设备，它的运行状况直接关系到万千用户的用电体验，更关系到整个配电网络的运营安全。在配电线路发生故障或者失电的状况下，可靠的dtu配电终端后备电源显得尤为重要。
当前多数dtu配电终端均采用铅酸蓄电池作为后备电源，然而铅酸蓄电池实际工作寿命并不理想，还需要配备专业技术人员进行定期针对性维护，给运维工作带来极大的不便。更为严重的是，随着时间的推移，铅酸蓄电池特性衰减显著，其放电能力大打折扣，在失电状态下造成部分高压操作开关动作不到位或卡死，需要耗费大量时间才能完成故障排查和检修工作，这显然违背了配电自动化改造的初衷。特别是在北方广大严寒地区，受铅酸蓄电池自身低温功率特性较差的影响，这一问题更为突出。
基于铅酸蓄电池后备电源的上述问题，已有部分厂家使用超级电容器作为高压操作开关专用后备电源，与铅酸蓄电池配合使用，但这仍无法完全弥补铅酸蓄电池后备电源的不足。若使用超级电容器完全替代铅酸蓄电池，在同样的后备时间下，超级电容后备电源系统自身造价明显偏高。为此，尽管超级电容器优势显著，但迟迟未得到全面推广应用。因此，需要设计一种能缩减dtu配电终端超级电容后备电源系统的整体造价，充分发挥超级电容器自身优势，为dtu配电终端提供更简省而有力的后备电源保障的系统。
技术实现要素：
为了解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种造价低，能充分发挥超级电容器自身优势，为dtu配电终端提供更简省而有力的后备电源保障的dtu配电终端超级电容后备电源系统。
为达到上述目的，本发明所采用的技术手段是：一种dtu配电终端超级电容后备电源系统，通过降低后备电源系统所需超级电容模组的总容量，同时优化后备电源系统所需电源管理模块的功率配置，充分缩减超级电容后备电源系统的造价，提升现有dtu配电终端后备电源系统的可靠性和稳定性。
进一步的，所述降低后备电源系统所需超级电容模组的总容量，同时优化后备电源系统所需电源管理模块的功率配置是指：一方面，实现后备电源系统与dtu核心单元的交互，由dtu配电终端根据自身工作状态来管理后备电源系统的输出功率，进而管控后备电源系统的功耗；另一方面，要通过合理的电源系统配置，提升超级电容模组自身的能量利用率，并降低后备电源系统自身的功耗。
更进一步的，所述dtu配电终端超级电容后备电源系统包含超级电容模组、充放电管理单元和电解电容组三部分，其中充放电管理单元由交流ac/dc电源、操作dc/dc电源和控制dc/dc电源共同构成，交流ac/dc电源共有两路输出，两路输出相互隔离，当交流在线时，一路给dtu配电终端内部各模块供电，另一路则给超级电容模组充电，同时，交流ac/dc电源具备自身状态信号输出功能，其输出状态信息为输入交流工作状态、输出回路i工作状态和输出回路ii工作状态，通过输出状态信息供dtu配电终端核心单元实时监测交流ac/dc电源的工作状态。
更进一步的，所述交流ac/dc电源支持外部控制信号开关功能，通过dtu配电终端控制信号开通和断开任意回路。
更进一步的，所述操作dc/dc电源支持大功率高压开关操作负载，具备48v/8a脉冲电流输出能力，且脉冲电流持续时间不低于15s；具备自身状态信号输出功能，同时支持休眠工作模式；当dtu配电终端无需开关操作时，操作dc/dc电源长期处于超低功耗休眠工作模式；当dtu配电终端需执行开关操作时，dtu配电终端内核心单元发送唤醒指令，操作dc/dc电源接收到该指令后随即跳出休眠工作模式，待开关操作完成后自动转入休眠工作模式。
更进一步，所述控制dc/dc电源采用高效率宽输入范围双路输出电源模块，其中一路用于给dtu配电终端内部各模块供电，另一路则给电解电容组充电；控制dc/dc电源具备自身状态信号输出功能，同时支持外部控制信号远程开关功能，由核心单元控制器两路输出中任意一路开关。
更进一步的，所述电解电容组为若干长寿命低阻抗型电解电容器组成，并联在操作dc/dc电源输出端，交流失电状态下，在高压操作开关不动作时，通过控制dc/dc电源回路对电解电容组快速充电，并补偿电解电容组漏电流，使电解电容组电压保持在工作电压；在高压操作开关动作指令下达到操作dc/dc电源启动的过程中，优先通过电解电容组给操作开关供电，以预留足够的操作dc/dc电源启动时间，防止操作dc/dc电源带重载启动失败、自保护或直接损坏。
更进一步的，所述dtu配电终端超级电容后备电源系统的两种工况，一、当交流供电正常时，dtu配电终端根据交流ac/dc电源输出回路是否正常进行控制操作，当交流ac/dc电源输出回路状态正常时，同时判断操作dc/dc电源和控制dc/dc电源的状态是否正常，控制dc/dc电源状态正常则输出关断，不正常则故障告警，操作dc/dc电源状态正常则休眠，不正常则故障告警；当交流ac/dc电源输出回路状态不正常时，判断主供电回路和超级电容充电回路是否异常，如主供电回路异常则故障告警，同时判断超级电容模组状态是否正常，如正常则开启备用供电回路并使操作dc/dc电源休眠，不正常则超级电容模组故障告警，如超级电容充电回路异常则判断超级电容模组状态是否正常，如正常则超级电容充电回路故障告警，不正常则超级电容模组故障告警；二、当交流供电异常时，首先判断交流是否掉电，不掉电则判断交流是否欠压，不欠压则判断主供电回路是否正常，正常则由主供回路供电，否则交流掉电或交流欠压或主供电回路不正常均去判断超级电容模组是否正常，不正常则超级电容模组故障告警，正常则备用电源供电回路全部打开，判断备用电源供电回路是否正常，正常则由备用电源供电回路供电，不正常则备用电源供电回路故障告警，判断电解电容组充电回路是否正常，正常则电解电容组充电，不正常则电解电容组充电回路故障告警，超级电容模组正常时还发出高压操作开关动作指令，高压操作开关动作，操作dc/dc电源启动工作，如高压操作开关动作完成，则延时后操作dc/dc电源休眠，否则判断操作dc/dc电源工作是否正常，不正常则操作dc/dc电源故障告警。
本发明的有益效果是：1、由于充放电管理单元组成模块为交流ac/dc电源、控制dc/dc电源和操作dc/dc电源，其状态信息均可实时上报，各电源模块状态信息精确到内部各输出回路，有利于持续跟踪系统内部电源模块运行状态，为后期后备电源系统维护和检修提供了极大便利。
2、交流供电状态信息和超级电容模组状态信息融合到电源模块中，dtu配电终端仅与后备电源系统内各电源模块进行通信。在实际应用过程中，系统内各电源模块可集中放置一个机箱中或柜体的某一层，方便后备电源系统与dtu核心单元之间的通信线束布置。另外，还有利于实现强弱电分离，避免输入交流和超级电容模组采样信号直接送入dtu核心单元进行处理，而是先在电源模块内部对强电采样信号进行转换和处理后再上传给dtu核心单元，尽量减轻dtu核心单元额外增加的任务量。
3、后备电源系统工作状态可控。系统内部充放电管理单元各组成电源模块均可通过dtu核心单元控制指令而开通和断开输出回路，实现系统工作状态的动态控制。通过系统工作状态控制，一方面，可以及时隔离系统内部故障电源回路，防止系统内部故障扩大；另一方面，可有效降低系统运行功耗，特别是在超级电容模组后备供电期间，可通过休眠和低功耗两种工作模式，动态管理系统功耗，进而延长超级电容模组后备供电时间。
4、后备电源系统故障判别简单。由于系统内部充放电管理单元各电源模块的故障信息均可精确到具体回路，可更为准确地定位系统故障，快速完成系统故障诊断和排查。在此基础上，还可以根据长期运行故障率统计，进一步发现系统设计中存在的不足，为后备电源系统持续优化提供数据支持。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的阐述。
图1为本发明dtu配电终端超级电容后备电源系统原理示意图；
图2为本发明交流供电正常时系统工作流程图；
图3为本发明交流工作异常时系统工作流程图。
具体实施方式
实施例1
一种dtu配电终端超级电容后备电源系统，通过降低后备电源系统所需超级电容模组的总容量，同时优化后备电源系统所需电源管理模块的功率配置，充分缩减超级电容后备电源系统的造价，提升现有dtu配电终端后备电源系统的可靠性和稳定性。
实施例2
所述降低后备电源系统所需超级电容模组的总容量，同时优化后备电源系统所需电源管理模块的功率配置是指：一方面，实现后备电源系统与dtu核心单元的交互，由dtu配电终端根据自身工作状态来管理后备电源系统的输出功率，进而管控后备电源系统的功耗；另一方面，要通过合理的电源系统配置，提升超级电容模组自身的能量利用率，并降低后备电源系统自身的功耗。
实施例3
作为实施例2的具体表现，所述dtu配电终端超级电容后备电源系统包含超级电容模组、充放电管理单元和电解电容组三部分，其中充放电管理单元由交流ac/dc电源、操作dc/dc电源和控制dc/dc电源共同构成，交流ac/dc电源共有两路输出，两路输出相互隔离，当交流在线时，一路给dtu配电终端内部各模块供电，另一路则给超级电容模组充电，同时，交流ac/dc电源具备自身状态信号输出功能，其输出状态信息为输入交流工作状态、输出回路i工作状态和输出回路ii工作状态，通过输出状态信息供dtu配电终端核心单元实时监测交流ac/dc电源的工作状态。
实施例4
作为实施例3的具体表现，所述交流ac/dc电源支持外部控制信号开关功能，通过dtu配电终端控制信号开通和断开任意回路。
如图1所示，交流ac/dc电源共有两路输出，该两路输出相互隔离。当交流在线时，一路给dtu配电终端内部各模块供电，另一路则给超级电容模组充电。同时，交流ac/dc电源具备自身状态信号输出功能，其输出状态信息共包含3项，即输入交流工作状态、输出回路1工作状态和输出回路2工作状态，通过上述3项状态信息，可供dtu配电终端核心单元实时监测交流ac/dc电源的工作状态。同时，该电源模块还支持外部控制信号开关功能，可通过dtu配电终端控制信号开通和断开任意回路。交流ac/dc电源具体工作状态参见表1：
表1交流ac/dc电源状态信息表
所述操作dc/dc电源支持大功率高压开关操作负载，具备48v/8a脉冲电流输出能力，且脉冲电流持续时间不低于15s；具备自身状态信号输出功能，同时支持休眠工作模式；当dtu配电终端无需开关操作时，操作dc/dc电源长期处于超低功耗休眠工作模式；当dtu配电终端需执行开关操作时，dtu配电终端内核心单元发送唤醒指令，操作dc/dc电源接收到该指令后随即跳出休眠工作模式，待开关操作完成后自动转入休眠工作模式。
操作dc/dc电源可支持大功率高压开关操作负载，具备48v/8a脉冲电流输出能力，且脉冲电流持续时间不低于15s。该电源同样具备自身状态信号输出功能，同时还支持休眠工作模式。当dtu配电终端无需开关操作时，该电源可长期处于超低功耗休眠工作模式；当dtu配电终端需执行开关操作时，dtu配电终端内核心单元发送唤醒指令，操作dc/dc电源接收到该指令后随即跳出休眠工作模式，待开关操作完成后则自动转入休眠工作模式。
表2操作dc/dc电源状态信息表
所述控制dc/dc电源采用高效率宽输入范围双路输出电源模块，其中一路用于给dtu配电终端内部各模块供电，另一路则给电解电容组充电；控制dc/dc电源具备自身状态信号输出功能，同时支持外部控制信号远程开关功能，由核心单元控制器两路输出中任意一路开关。
控制dc/dc电源则采用高效率宽输入范围双路输出电源模块，其中一路用于给dtu配电终端内部各模块供电，另一路则给电解电容组充电。该电源同样具备自身状态信号输出功能，同时还支持外部控制信号远程开关功能，可由核心单元控制器两路输出中任意一路开关。
表3控制dc/dc电源状态信息表
所述电解电容组为若干长寿命低阻抗型电解电容器组成，并联在操作dc/dc电源输出端，交流失电状态下，在高压操作开关不动作时，通过控制dc/dc电源回路对电解电容组快速充电，并补偿电解电容组漏电流，使电解电容组电压保持在工作电压；在高压操作开关动作指令下达到操作dc/dc电源启动的过程中，优先通过电解电容组给操作开关供电，以预留足够的操作dc/dc电源启动时间，防止操作dc/dc电源带重载启动失败、自保护或直接损坏。
电解电容组选用长寿命低阻抗型电解电容器组成，它并联在操作dc/dc电源输出端。交流失电状态下，在高压操作开关不动作时，通过控制dc/dc电源48v回路对电解电容组快速充电，并补偿电解电容组漏电流，使电解电容组电压保持在48v。在高压操作开关动作指令下达到操作dc/dc电源启动的过程中，优先通过电解电容组给操作开关供电，以预留足够的操作dc/dc电源启动时间，防止操作dc/dc电源带重载启动失败、自保护或直接损坏。
如图2、3所示，所述dtu配电终端超级电容后备电源系统的两种工况，一、当交流供电正常时，dtu配电终端根据交流ac/dc电源输出回路是否正常进行控制操作，当交流ac/dc电源输出回路状态正常时，同时判断操作dc/dc电源和控制dc/dc电源的状态是否正常，控制dc/dc电源状态正常则输出关断，不正常则故障告警，操作dc/dc电源状态正常则休眠，不正常则故障告警；当交流ac/dc电源输出回路状态不正常时，判断主供电回路和超级电容充电回路是否异常，如主供电回路异常则故障告警，同时判断超级电容模组状态是否正常，如正常则开启备用供电回路并使操作dc/dc电源休眠，不正常则超级电容模组故障告警，如超级电容充电回路异常则判断超级电容模组状态是否正常，如正常则超级电容充电回路故障告警，不正常则超级电容模组故障告警；二、当交流供电异常时，首先判断交流是否掉电，不掉电则判断交流是否欠压，不欠压则判断主供电回路是否正常，正常则由主供回路供电，否则交流掉电或交流欠压或主供电回路不正常均去判断超级电容模组是否正常，不正常则超级电容模组故障告警，正常则备用电源供电回路全部打开，判断备用电源供电回路是否正常，正常则由备用电源供电回路供电，不正常则备用电源供电回路故障告警，判断电解电容组充电回路是否正常，正常则电解电容组充电，不正常则电解电容组充电回路故障告警，超级电容模组正常时还发出高压操作开关动作指令，高压操作开关动作，操作dc/dc电源启动工作，如高压操作开关动作完成，则延时后操作dc/dc电源休眠，否则判断操作dc/dc电源工作是否正常，不正常则操作dc/dc电源故障告警。
本发明的有益效果是：1、由于充放电管理单元组成模块为交流ac/dc电源、控制dc/dc电源和操作dc/dc电源，其状态信息均可实时上报，各电源模块状态信息精确到内部各输出回路，有利于持续跟踪系统内部电源模块运行状态，为后期后备电源系统维护和检修提供了极大便利。
2、交流供电状态信息和超级电容模组状态信息融合到电源模块中，dtu配电终端仅与后备电源系统内各电源模块进行通信。在实际应用过程中，系统内各电源模块可集中放置一个机箱中或柜体的某一层，方便后备电源系统与dtu核心单元之间的通信线束布置。另外，还有利于实现强弱电分离，避免输入交流和超级电容模组采样信号直接送入dtu核心单元进行处理，而是先在电源模块内部对强电采样信号进行转换和处理后再上传给dtu核心单元，尽量减轻dtu核心单元额外增加的任务量。
3、后备电源系统工作状态可控。系统内部充放电管理单元各组成电源模块均可通过dtu核心单元控制指令而开通和断开输出回路，实现系统工作状态的动态控制。通过系统工作状态控制，一方面，可以及时隔离系统内部故障电源回路，防止系统内部故障扩大；另一方面，可有效降低系统运行功耗，特别是在超级电容模组后备供电期间，可通过休眠和低功耗两种工作模式，动态管理系统功耗，进而延长超级电容模组后备供电时间。
4、后备电源系统故障判别简单。由于系统内部充放电管理单元各电源模块的故障信息均可精确到具体回路，可更为准确地定位系统故障，快速完成系统故障诊断和排查。在此基础上，还可以根据长期运行故障率统计，进一步发现系统设计中存在的不足，为后备电源系统持续优化提供数据支持。
该dtu配电终端超级电容后备电源系统在原有电池系统的基础上，实现了dtu配电终端核心单元与后备电源系统的交互，可实现整个后备电源工作状态实时查询、跟踪、控制，支持快速自诊断和故障处理，大幅减轻运维工作任务量，提升后备电源系统智能化水平，也为后备电源系统持续优化奠定了良好的基础。。
本领域普通技术人员可以理解：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。