一种匹配高压电容取电的电源装置及其控制方法与流程

1.本发明涉及馈电终端供电相关技术领域，尤其涉及一种匹配高压电容取电的电源装置及其控制方法。


背景技术：

2.馈线终端(ftu)是一种广泛应用于10kv线路监控设备，是配电自动化重要的组成部分。馈线终端工作需要从10kv线路上取电，当前最普遍采用的取电方式仍是电磁式pt取电，然而电磁式pt有体积大、易发生电磁谐振等缺点，不利于设备集成，pt长期暴露户外可靠性较差。随着柱上开关一二次融合的发展，出现了电容取电的方式，取电电容体积小，可以集成到开关内部。但是电容取电存在取电功率不能过大的限制，因此需要灵活地控制功率输出才能使电容取电方式具备实用价值。
3.当前馈线终端主要采用电磁pt取电方式，整个电源系统由电磁pt、大功率ac/dc电源模块、后备电源构成，取电功率大，可达数百瓦特。由于电容取电取电功率小，单组电容只能输出数瓦功率，因此当前采用电容分压取电方案的馈线终端均是在牺牲馈线终端性能的前提下降低装置功耗以满足取电功率，或者配备大容量的后备电源(蓄电池、超级电容)以满足装置功率需求。
4.现有技术中，采用电磁pt取电方式取电存在以下缺陷：
5.(1)体积大，无法与开关实现集成设计，成本高，且长期暴露户外，可靠性差；
6.(2)电磁pt存在电磁谐振问题，有产生高压导致爆炸的风险。
7.现有技术中，采用电容取电方式取电存在以下缺陷：
8.(1)削减馈电终端功能、计算性能以降低功耗，不能满足电力公司技术规范和市场对产品功能的要求；
9.(2)配备大容量的蓄电池，装置运行高度依赖蓄电池，对电池的可靠性要求极高，一旦电池异常装置将不能正常工作。


技术实现要素：

10.基于现有技术的上述情况，本发明的目的在于提供一种匹配高压电容取电的电源装置及其控制方法，在不削减馈电终端功耗、不依赖后备电池的情况下通过电容取电能够支撑馈电终端正常工作。
11.为达到上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种匹配高压电容取电的电源装置，该电源装置包括取电模块和电源模块；其中，
12.所述取电模块，从输电线路的任意两相取电，为所述电源模块提供两路电源输入；
13.所述电源模块，将所述取电模块提供的电力经过处理后输出至馈线终端和后备电源供电。
14.进一步的，所述取电模块包括第一取电电容和第二取电电容，所述第一和第二取电电容的一端分别连接所述输电线路的任意两相，另一端经过隔离变压后连接所述电源模
块，以提供两路电源输入。
15.进一步的，所述第一和第二取电电容取电的最大功率均为p
max
。
16.进一步的，所述电源模块包括第一ac/dc整流模块、第二ac/dc整流模块、第一功率控制模块、第二功率控制模块和输出控制模块；其中，
17.所述第一和第二ac/dc整流模块，分别接收所述两路电源输入，并将所述电源输入转换为直流电；
18.所述第一和第二功率控制模块，分别接收转换后的直流电，并将其变换为两路直流低压电源；
19.所述输出控制模块，同时接收所述两路直流低压电源，并输出至所述馈线终端和后备电源。
20.进一步的，所述输出控制模块，包括后备电源充放电管理单元、有序供电控制单元、以及过载保护电路单元。
21.进一步的，所述电源模块还包括逻辑控制单元模块；
22.所述逻辑控制单元模块，根据所述两路电源输入功率和电源模块的输出总功率，对所述第一和第二功率控制模块进行控制，以使得所述两路电源输入不超过预设的限定值以及电源模块的输出功率在所述两路电源输入间分配均衡。
23.根据本发明的另一个方面，提供了一种匹配高压电容取电的电源装置的控制方法，所述控制方法用于如本发明第一个方面所述的电源装置，包括：
24.两路电源输入有电且后备电源在线时，两路电源输入以2
×
p
max
满功率输入；
25.两路电源输入有电且后备电源不在线时，两路电源输入以2
×
p
max
满功率输入，馈电终端中的开关驱动电源进入缓启动模式；
26.两路电源输入仅一路有电且后备电源在线时，有电的一路电源输入以p
max
满功率输入；
27.两路电源输入仅一路有电且后备电源不在线时，有电的一路电源输入以p
max
满功率输入，开关驱动电源进入缓启动模式；
28.两路电源输入无电且后备电源在线时，后备电源为馈线终端供电。
29.进一步的，两路电源输入有电且后备电源在线时，
30.若馈线终端功耗大于第一预设值，两路电源输入以2
×
p
max
满功率输入的同时，后备电源补给馈线终端的功率需求；
31.若馈线终端功耗不大于第一预设值，两路电源输入以2
×
p
max
满功率输入，同时供给馈线终端和后备电源。
32.进一步的，两路电源输入仅一路有电且后备电源在线时，
33.若馈线终端功耗大于第二预设值，有电的一路电源输入以p
max
满功率输入的同时，备电源补给馈线终端的功率需求；
34.若馈线终端功耗不大于第二预设值，有电的一路电源输入以p
max
满功率输入，同时供给馈线终端和后备电源。
35.综上所述，本发明提供了一种匹配高压电容取电的电源装置及其控制方法，针对电容取电的有限输出功率进行控制，使得取电功率不因负载增大而不断增大；在功率不足的情况下，控制馈电终端开关驱动处于缓启动工作模式，通过延长开关动作启动时间来保
障开关动作执行而不至于完全丧失功能；通过有序供电策略保障了馈电终端工作，避免电池失效而导致馈电终端掉线。通过本发明所提供的技术方案，可以保证在有限的电容取电功率下实现电容取电，同时降低了对于后备电池依赖程度。
附图说明
36.图1是本发明匹配高压电容取电的电源装置的整体结构示意图；
37.图2是本发明匹配高压电容取电的电源装置中电源模块的构成示意图；
38.图3是本发明匹配高压电容取电的电源装置的控制方法的流程图。
具体实施方式
39.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
40.下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。根据本发明的第一个实施例，提供了一种匹配高压电容取电的电源装置，该电源装置的整体结构示意图如图1所示。该电源装置包括取电模块和电源模块。取电模块，从输电线路的任意两相取电，包括第一取电电容和第二取电电容，为所述电源模块提供两路电源输入。电源模块具备两路电源输入，分别取自10kv线路两相，相电压经过隔离变压后变成低电压输入电源模块，即电源模块的输入是源自一次开关两侧的某两相单相电压，本实施例中为便于表述，取a、c两相。在实际应用中，取电电容的电流不宜过大，过大的电流会导致线路电能质量变差和线路保护设备误判短路故障，因此取电功率受到严格的限制，每组电容取电功率不超过某一数值，设为p
max
。
41.图2示出了本发明匹配高压电容取电的电源装置中电源模块的构成示意图，该电源模块包括第一ac/dc整流模块、第二ac/dc整流模块、第一功率控制模块、第二功率控制模块和输出控制模块。第一和第二ac/dc整流模块，分别接收所述两路电源输入，并将所述电源输入转换为直流电。第一和第二功率控制模块，分别接收转换后的直流电，并将其变换为两路直流低压电源。输出控制模块，同时接收所述两路直流低压电源，并输出至所述馈线终端和后备电源，包括后备电源充放电管理单元、有序供电控制单元、以及过载保护电路单元。该电源模块还包括逻辑控制单元模块，根据所述两路电源输入功率和电源模块的输出总功率，对所述第一和第二功率控制模块进行控制，以使得所述两路电源输入不超过预设的限定值以及电源模块的输出功率在所述两路电源输入间分配均衡。
42.结合图2可知，u
an
、u
cn
是一次开关输出的交流电源，分别可提供p
max
功率输出，总共最大可输入2
×
p
max
给电源模块。两路交流电源输入电源模块后，经过工频整流和dc/dc变换，转换成两路直流低压电源；控制单元会实时监测u
an
、u
cn
输入功率及电源输出总功率，进而根据设定的功率门限值p
max
控制每路输入不超限定值，同时保证输出功率在两路输入中分配均衡，避免两路输入功率存在较大差异。两路直流汇集后，经过输出控制电路给馈电终端和后备电源供电；输出控制部分主要包括后备电源的充放电管理、有序供电控制、过载保护电路等。在交流输入功率支撑馈电终端有余时，多余的功率用于后备电源充电；在交流输入功率不足以支撑馈电终端时，后备电源需要输出功率补给馈电终端。如果在没有后备电
源或者后备电源失效的情况下，根据设定控制策略，电源模块依旧可保持交流电源可输入的最大功率给馈电终端供电，装置基本功能不可丧失。
43.在传统馈电终端实际运行过程中，馈电终端功耗在运行过程中是随机波动的，尤其是在驱动开关时功耗会远远超过2
×
p
max
。而后备电源一般是铅酸蓄电池或者锂离子电池，均属于易老化、可靠性较差、失效时刻难以预测的元件，当采用电容取电方式时，电池一旦失效，整个馈电终端将处于无法工作的状态。因此，根据本发明的第二个实施例，提供了一种匹配高压电容取电的电源装置的控制方法，能够实现在任何时候均能保障馈电终端电能供给，必要时可降低装置性能，但不可完全丧失功能。当电池失效或离线时，电源输出控制需要降低提供给驱动开关电源的功率，在保障馈电终端本体电源的前提下，剩余输入功率提供给驱动开关电源；此时由于功率较小，不能直接驱动开关，因此先给驱动开关的储能电容充电，直到电容充满电后再执行开关操作，这样虽然降低了开关动作的频率，但不至于装置功能丧失。该控制方法的流程图如图3所示。包括如下控制步骤：
44.双路有电，后备电源在线：如果馈电终端此时功耗较大，两路输入满功率2
×
p
max
输入，后备电源补给馈电终端功率需求；如果馈电终端此时功耗较小，两路输入满功率2
×
p
max
输入，除了供给馈电终端功率外，多余的给后备电源充电。
45.双路有电，后备电源不在线：如果馈电终端此时功耗较大，两路输入保持满功率2
×
p
max
输入，保持恒功率输出给馈电终端，保障馈电终端本体电源正常，开关驱动电源进入缓启动模式。
46.单路有电，后备电源在线：如果馈电终端此时功耗较大，单路输入满功率p
max
输入，后备电源补给馈电终端功率需求；如果馈电终端此时功耗较小，满功率p
max
输入，除了供给馈电终端功率外，多余的给后备电源充电。
47.单路有电，后备电源不在线：如果馈电终端此时功耗较大，输入满功率p
max
输入，保持恒功率输出给馈电终端，保障馈电终端本体电源正常，开关驱动电源进入缓启动模式。
48.双路无电，后备电源在线：后备电源为馈电终端供电。
49.综上所述，本发明涉及一种匹配高压电容取电的电源装置及其控制方法，针对电容取电的有限输出功率进行控制，使得取电功率不因负载增大而不断增大；在功率不足的情况下，控制馈电终端开关驱动处于缓启动工作模式，通过延长开关动作启动时间来保障开关动作执行而不至于完全丧失功能；通过有序供电策略保障了馈电终端工作，避免电池失效而导致馈电终端掉线。通过本发明所提供的技术方案，可以保证在有限的电容取电功率下实现电容取电，同时降低了对于后备电池依赖程度。
50.应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。