摘要：随着科学技术的发展，电容在各种电子设备中的应用范围越来越广，在电容自动化系统中，开关电源是自动化终端设备的关键部件。
关键词：电容储能；自动化终端设备；电源开关设计
引言：
在电力系统监测、监控和自动化系统中，开关电源是智能终端设备的关键部件之一，其输入一般来自电压互感器二次侧或配电变压器二次侧。但是在故障或其它因各种原因导致输入电源失去的情况下，这些智能终端设备还必须维持工作一段时间，否则就不能完成故障检测、处理和继电保护以及信息记录和上报功能，因此需要采取储能措施。
1电容储能的自动化终端备用开关电源
1.1开关电源
开关电源是利用现代化的电力电子技术，控制电压输出管道的开通和关断的时间，维持稳定输出电压的一种工具。目前的开关电源主要有两种，一种是直流开关电源，另一种是交流开关电源。
1.2主要分类
（1）微型低功率开关电源
开关电源走向大众化、微型化是必然的趋势，而且现在已经逐步开始取代变压器在我们生活中的应用。微型低功率开关电源在生活中主要体现在智能手表、手机充电器等地方。
（2）反转式串联开关电源
反转式串联开关电源所输出的电压为负极电压，这是与一般的串联式开关电源最大的区别，一般的串联式开关电源所输出的电压为正极电压。在同等的条件下，反转式串联开关电源输出的电流要比一般的串联式开关电源输出的电流小了一倍。
2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。
3电路组成
电容储能开关电源由整流电路、切换电路、DC-DC变换器、工作储能电容器和操作储能电容器等部分组成，其结构如图1所示。对于TTU等不需要控制的情形，可仅有虚线下方部分。
图1电容储能开关电源的组成
整流电路用以在正常供电情况下为电容充电，切换电路A用以在失去正常供电时将DC-DC变换器切换到工作储能电容上，当恢复正常供电时再将其切换回来。切换电路B用以在失去正常供电时将开关操动机构切换到操作储能电容上，当恢复正常供电时再将其切换回来。工作储能电容器用以储存能量，在失去交流电源时维持开关电源工作为智能终端供电。操作储能电容器用以储存能量，在失去交流电源时满足开关操作的需要。DC-DC变换器用以将交流电源和工作储能电容器中的能量转换成所要求的形式以供智能终端设备使用。一般输入电压都高于自动化装置的工作电压，因此常采用降压型buckDC-DC变换器，其组成如图2所示。
图2buckDC-DC变换器
图中S为功率开关，D为二极管，L为电感，Co为输出电容，RL为负载。Vi为输入电压，Vo和Io分别为输出电压和输出电流。正常时的工作电源VS和操作电源VC有时相同有时并不相同。正常时的操作电源VC一般直接取自电压互感器二次侧，因此为AC220V（整流后为DC310V）或AC100V（整流后为DC141V）；而正常时的工作电源VS有时也直接取自电压互感器二次侧，有时则采用一个二次变压器兼隔离装置进一步降压后得到。对于输入输出电压相差很悬殊的情形，DC-DC变换器一般需要采用脉冲隔离变压器来满足电压变比的要求。还可以采用如图3所示的串并电容组合结构（SP）构成工作储能电容器，它具有串联充电和并联放电的特性，因此在失去交流电源而由工作储能电容器放电维持工作期间，串并电容组合结构实际上起到了降压的作用。通过选取恰当阶数的串并电容组合结构，就有可能在DC-DC变换器中不需要采用隔离变压器也能满足电压变比的要求。
图3串并电容组合结构及其充放电等效电路
4电容储能的自动化终端备用开关电源的应用
4.1应用自动化终端备用开关电源的作用
（1）主电路
对于冲击电流有限幅的作用，能够控制电源接通时候电流在输入口的冲击力度，还能够把电网中存在的杂波和影响设备运行的杂波反馈回电网。最终要是能够把电网中的交流电源直接整流成为平滑的直流电，根据电力需要的实际情况，提供安全稳定的直流电。如果需要交流电，那么可以利用开关电源逆向变电，把直流电变为高频交流电。
（2）控制电路
从电流输出的管道端口取样进行分析对比，利用开关电源控制逆变器使得脉宽或者脉频改变，从而得到稳定输出的电流。对电路测试后的结果数据进行分析，和保护电路对比研究，给电路控制的安全提供各种保护措施。
（3）检测电路
开关电源对各种参数和仪表数据起到一个保护功能，在电路运行中，能够使这些数据参数不发生混乱现象。
（4）辅助电源
自动化终端备用开关电源能够实现软件的远程管理，保护并控制好电路供电过程，利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行一种非常有效的技术控制。
结束语：
电容储能的自动化终端备用开关电源主要是为了在电力故障情况中，能够让终端设备短暂运行，这在供电失常时能够方便人们的正常生活。所以说备用开关电源应该随着电力电子技术的发展不断创新，力求为我国国民经济发展做出更大的贡献。
参考文献：
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[2]谭炎.开关电源设计原理及常见故障维修探析[J].科技经济导刊.2017（05）
[3]周文明.对机电设备开关电源设计的思考[J].电子世界.2013（12）
论文作者:黄伦
论文发表刊物:《基层建设》2018年第35期
论文发表时间:2019/3/6
标签：开关电源论文; 电容论文; 终端设备论文; 变换器论文; 储能论文; 电压论文; 电路论文; 《基层建设》2018年第35期论文;