馈线终端单元的供电电源研究

文章编号:1004-289X(2010)02-0040-03馈线终端单元的供电电源研究邓文辉1,李艳琴1,袁吉吉2(1 三峡大学电气信息学院,湖北 宜昌 443002;2 杭州电力局,浙江 杭州 310009)摘 要:研究了馈线终端单元(FTU)目前的供电方式,针对这几种方式存在的缺陷,设计了一种基于CT电源的供电方案,并讨论了其电压等级和储能方式。

研究表明该方案简单、可靠。

关键词:FTU;供电方式;CT电源;储能中图分类号:TM76 文献标识码:BStudy on Po w er Supp l y of the Feeder Ter m i nal UnitDENG W en hui1,LI Yan qin1,YUAN Zhe2(1 E lectrical Engineering and Infor m ation College of Three G orgesU n i v ersity,Y ichang443002,Ch i n a;2 H angzhou E lectrical Po w er Bureau,H angz hou310009Ch ina)Abstract:The present po w er supply m odes of Feeder Ter m i n alUnit(FTU)are st u died.B ased on the li m itati o n of these w ays,a m ethod of po w er supp l y based on the C T po w er source is desi g ned,and then the vo ltage class and the energy stor age w ay are d iscussed.The study sho w s that this pro ject i s si m ple and re liable.K ey words:FTU;po w er supply w ay;CT po w er source;energy sto rage1 前言配电自动化系统要求在电力系统正常运行和故障时,能对一次线路进行监控和故障判断,并采取相应措施,所以配电自动化系统本身的供电问题尤为重要。

馈线终端单元(FTU)是基于计算机和通信网络的馈线自动化系统的核心设备。

FTU的电源不仅要供FTU自身用电,还要供给通讯模块,控制回路跳、合闸等,FTU拥有不间断的供电电源。

特别是当配电网馈线发生永久性故障时,馈线出口开关保护动作,馈线失去交流电源,这时FTU必须有电源保证自身正常工作,以及为开关提供操作电源。

多年的运行情况表明:FTU长年运行在户外恶劣的环境里,其电源是出现问题最多的部件,是影响其稳定可靠运行的关键[1]。

因此,如何确保FTU在任何时候都能获得不间断的电源是FTU设计的一个难点。

2 目前FTU的供电方式及存在的问题FTU的工作电源是FTU正常工作所需要的电源,操作电源是开关的电动操作机构合、断开关时所需要的电源。

研究资料表明,在目前国内电力系统户外保护装置中,FTU的供电电源一般采用电压互感器(PT)直接从10kV馈线上取电,并配合蓄电池作为后备电源来供电。

目前主要有三种供电方式,即工作电源和操作电源均取自馈线;工作电源取自馈线,操作电源取自蓄电池;工作电源和操作电源均取自蓄电池[2]。

2 1 工作电源和操作电源均取自馈线这种方式下,FTU的工作电源和开关的操作电源均取自馈线。

FTU的工作电源采用FTU两侧的变压器供电;或者低压线路与柱上开关共杆,采用一台单相变压器和一回低压线路供电;当两回低压线路与柱上开关较近时,也可采用两回低压线供电[2]。

在这种供电方式下,要求采用交流的操作机构和储能电动机,不需要蓄电池,维护方便。

2 2 工作电源取自馈线,操作电源取自蓄电池这种方式下,通过PT直接从10kV馈线上取电,直接为FTU提供工作电源,开关操作机构的操作电源取自蓄电池,蓄电池的充电由PT来完成。

开关的电动储能能够使开关完成一次跳闸和一次合闸操作,在出现故障需要多次跳、合闸时才需蓄电池供电;FTU的工作电源也是在出现故障时才依靠蓄电池供电,因此这种供电方式下蓄电池的容量不需太大。

2 3 工作电源和操作电源均取自蓄电池这种方式下FTU的工作电源和开关的操作电源均由蓄电池提供,因此需要一个较大容量的蓄电池。

其优点在于即使馈线停电,FTU仍能工作,开关也能操作。

蓄电池的充电问题还是通过PT直接从10k V高压馈线上获得充电电源,由于仅用来充电,此时PT的容量可以选择较小些。

在这种方式下,宜采用直流操作机构和直流储能电动机的柱上开关(如48VDC,合闸电流10A[2])。

但这种柱上开关,对FTU的中间继电器的触点容量和断弧能力要求较高。

2 4 PT取电并配用蓄电池供电的缺点安装在户外的FTU采用PT直接从10kV线路上提取电源并辅助蓄电池供电时的缺陷,主要有以下几点:(1)采用专用变压器安装在FTU之外,安装困难,占用空间大。

(2)若操作电源采用交流电,线路必须有电,当馈线停电后,FTU将无法上报信息和接受控制命令。

(3)采用PT供电,容量有限,一般满足不了要求,若要增加容量则需降低精度,这样又无法满足测量要求,二者不易兼顾;而且PT安装在户外,容易遭受雷击、腐蚀、外力等的破坏,损坏几率很高[3]。

(4)采用直流供电,电压等级低,跳、合闸时瞬间的冲击电流很大,电压瞬间降低,容易造成FTU!死机∀、通讯中断[3],而且蓄电池的人工维护比较困难。

3 利用CT电源为FTU供电的方案3 1 FTU的CT取电方式利用电流互感器为FTU提供电源,结构和接线更为简化。

从电流互感器采集能量,作为FTU的工作电源和开关的操作电源以及为储能电机和通信传输设备提供所需要的能量,这种方案称为CT电源。

该方案仅与一次电流大小有关,与电压等级无关,由于能量完全由高压侧一次母线电流通过CT电源的电磁感应产生,故可称之为高压自具电源[4]。

从现代电力电子技术的角度看,利用电流互感器为FTU提供电源的CT电源实际上是一种电流输入、电压输出的高频开关功率变换器,在技术上已经相当成熟。

采用脉宽调制(P WM)的高频开关功率变换技术,即使在输人电流变化较大时,也可以得到各种电压等级的输出电压,常用的有AC220V、AC110V、DC220V、DC110V、DC48V、DC24V等[1]。

如果增大CT 铁心体积可以获得更低的启动电流或更大的功率输出。

CT电源的原理如图1所示。

图1 用于直流220V或直流24V的CT电源原理图本方案的CT电源提供储能电容和蓄电池两种后备电源。

蓄电池由两节标准的12VDC、电池容量为10Ah的密封式铅酸蓄电池串联组成。

正常运行时CT 电源还可以为蓄电池和储能电容提供充电服务(一般为恒流充电、限压保护)。

馈线停电时CT电源可以将蓄电池和储能电容的电能转化为FTU工作和开关操作所需要的各种电压等级的电压,以满足在失电情况下,FTU工作和操作电源的要求。

3 2 CT电源的电压等级和储能方式为FTU供电的CT电源可设计2个电压等级, DC24V和DC220V。

DC24V电源为FTU自身、通讯模块、储能电机供电。

由于蓄电池运行2~3年后,其容量急剧下降,24V的电源无法提供足够的电流来完成操作,所以可采用DC220V的电源为断路器跳、合闸回路供电。

考虑到蓄电池在使用过程中可能出现故障从而影响FTU的正常工作和开关的操作,CT电源可采用电容和蓄电池两种储能方式。

P WM电路为储能电容充电,当电容电压达到直流220V时充电完成,电容充电回路使电容电压稳定在220V[5]。

采用电动储能机构的断路器合闸结束时总是自动完成一次储能,即使外界断电,也可以保证完成一次跳、合闸任务。

所以在电力系统正常运行期间,储能电机不消耗蓄电池的电量,由电源模块供电。

在极特殊的情况下,如一次设备断电,而又需要进行多次跳、合闸的情况下,跳、合闸的能量由大容量电容器或蓄电池提供。

所以蓄电池在大多情况主要用来为FTU、通讯模块提供能量,再借助大容量的电容储能(选取C=(下转第44页)快通过调节控制器而使电流稳定在新的电流幅值上,直流侧电流也能迅速的达到稳定值。

图3在双端无穷大系统380V,相角差为15#,输电线路阻抗0 2 ,0 01H,STATC OM 输出端电抗0 032H,电阻0 01 ,开关频率为5000H z ,为了检测CSC -STAT CO M 在频繁切换补偿无功量时的动态响应效果,在未补偿无功电流时无功值为800V ar 的前提下,设定在0s 时补偿无功3000Var ,在0 1s 时改为补偿8000V ar ,在0 2s 时STATCO M 退出补偿,即补偿无功0Var ,在0 3s 迅速进入补偿状态,补偿无功7000V ar ,图4(a)为输电线路电流波形,(b)为STATCOM 输出的补偿无功电流波形,可见响应迅速、波形变换稳定、电流畸变小。

如图5所示为输电线路上无功传输量,可见,在每个切换动作后的0 003s 时,STATCOM 就迅速进入正常工作状态,仿真结果反映了本控制策略的稳定性和高效性。

图4 图55 结论为提高STATCOM 的动态响应能力本文采用了CSC 作为其换流器,建立了CSC -STATCOM 的数学模型,并研究了其双环解耦控制方法。

同时,给出了对控制器系统无功瞬时电流的指令值给定方法,仿真结果表明,CSC-STATCO M 应用这种电路拓扑和控制方法能达到响应速度快、稳定性好、谐波畸变小的效果,验证了本控制策略的优越性。

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