(1.国网山东省电力公司济南供电公司 山东济南 250002;2.国网山东省电力公司长清供电公司)
摘要：本文针对DTU电源模块放电功率不足做了一个调研，结果为在同时多个间隔同时储能时会导致储能无力，但最终还是会储能成功。但是在极端情况下，在主电源失电且后备电源供电而且后备电源运行时间较长容量不足的情况下会影响开关完成储能，甚至造成开关储能失效，进而影响开关正确动作。本报告为三部分，第一部分主要给出DTU电源模块的基本简介说明电源模块的作用并给出一个典型的蓝图；第二部分给出了规程要求的蓄电池运行要求和环网柜功能模块的运行功率，并结合济南现场对比分析了5款电源模块；第三部分给出实际工作中存在的充电功率不足的问题并给出运维意见和建议。
1 引言
电源模块是一种直流电源设备，它将高频开关电源、充电模块、DC/DC变换、蓄电池管理等功能集成。在线路带电的情况下，电源模块能够实现主供电源对后备电源的充放电管理功能，当主供电源供电不足或消失时，电源模块应能自动无缝切换到后备电源供电并给出告警信号。
电源模块输入单相交流220V或100V，输出直流48V（24V）提供操作电源和蓄电池充电电源以及通信电源使用。在线路失电的情况下，蓄电池供电，输出48V（24V）提供操作电源和通信电源[1-2]。大讲堂上二次班刘书忠科长所说的电源模块容量不足值得是电源模块的输出功率不足。
本文三个部分，第一部分给出电源模块的基本介绍，第二部分给出了电源模块输出功率要求，第三部分给出了针对电源模块的相关运维经验。
2 电源模块简介及充电功率说明
图1给出了一个电源模块的通用原理图，ACL和CAN是电源模块的输入，接的是环网柜PT间隔变出来的220V交流电。PE是保护接地线。Vo+是负载输出正，Vo—是负载输出负，接的是环网柜的操作电源。B+是蓄电池接入正，B—是蓄电池接入负，在主电源正常工作时，电源模块将交流电整流成直流电给蓄电池充电，能量流向为从ACL和CAN流向操作电源Vo和蓄电池电源B。在交流电源失电的情况下，由后备电源供给操作电源和通信电源，能力流向为从蓄电池电源B流向操作电源Vo。HK是遥控活化启动，HG是遥控活化退出，由于铅酸蓄电池的工作性质，为了延长电池使用寿命，并需在一定周期内对浮充的蓄电池进行充放电。VC是告警输入正VL是电池欠压告警输出，VH 是电源故障告警输出，POK是输入失电告警输出，HOK是电池活化状态输出。[3-6]
.png)
图1：电源模块原理图
蓄电池电压选择多少应根据环网柜操作电源来进行选择，操作电源有AC220V、DC24V、DC48V三种类型。电源充电电压B和操作电源电压Vo要相互匹配。图2给出了珠海许继的环网柜配套的电源模块蓝图，这是一个供给48V电源使用的电源模块。其中DK代表了空开， FL代表双电源切换模块，CZ代表了电源插座，但是要注意这个插座是一个低功率的插座，现场只允许接笔记本电脑，不允许接继保仪等功率高的设备。通信电源是DC24V，目前通信分位两种，一种是光纤，ONU的电源推荐是24V；一种是无线，无线模块电源电压为24V。系统电源24V指的是供给DTU的工作电源。
.png)
图2：电源模块蓝图
3 电源模块放电功率说明
装置配套电源应能独立满足配电终端、配套通信模块、开关电动操作机构同时运行的要求。配电终端所配套的后备宜采用免维护阀控铅酸蓄电池、锂电池或超级电容。环网柜和配电室所用的后备电源都是蓄电池。后备电源额定电压宜采用 24V、 48V；蓄电池寿命应不少于 3 年；三遥终端蓄电池应保证完成分-合-分操作并维持配电终端及通信模块至少运行 4 小时。二遥终端蓄电池应保证维持配电终端及通信模块至少运行 30 分钟。[3]
3.1 配套电源功率要求
配电终端所配套的电源应满足[7]：
a) 装置配套电源应能独立满足配电终端、配套通信模块、开关电动操作机构同时运行的要求；
b) 终端配套兼容 2G/3G/4G 数据通信技术的无线通信模块时，通信电源额定电压 24V，稳态电压输出精度± 15%，电源稳定输出容量不小于 3W，瞬时输出容量不小于 5W，持续时间≥50ms；
c) 终端配套 xPON 或者其他通信设备时， 通信电源额定电压 24V 或 48V， 稳态电压输出精度± 15%，电源稳定输出容量不小于 15W，瞬时输出容量不小于 20W，持续时间≥50ms；
d) 终端配置配电线损采集模块时， FTU 内部提供电源额定电压 24V 或 5V，电压波动范围不大于5%； DTU 内部提供电源额定电压 48V，电压波动范围不大于 5%。
e) 配套弹操机构开关设备的操作电源储能额定电压可选 DC24V/DC48V/AC220，负载能力不小于10A/5A/5A，持续时间≥15s；合分闸额定电压可选 DC24V/DC48V，负载能力不小于 16A /8A，持续时间≥100ms，在开关储能和合分闸过程应满足开关的操作电压要求，电压波动范围应满足不大于-10%~+15%；
f) 配套永磁机构开关设备的操作电源额定电压可选 DC220V/160V/110V，输出容量不小于 40A，持续时间≥60ms，动作结束时电压不低于 70%的额定电压；
g) 配套电磁机构开关设备的操作电源来自电压互感器，有源接点容量宜不小于： AC220V/15A，持续时间≥200ms。
3.2 配套电源功率要求
按照操作机构分类，环网柜可以分为弹操机构、永磁机构、电磁机构。根据目前济南现场，在运的柜子几乎都是采用弹簧操作机构。我们是否满足条件主要就是看上述第e)条。下面给出现场使用的五种电源模块参数：.png)
.png)
从上表可以看出，目前市面上的电源模块几乎都满足国网运行要求。但是为了储能顺滑，建议电源模块功率选择500W的。
4 电源模块维护说明
通过以上分析，我们可以得到结论：现场运行的电源模块不论是300W还是500W均可以满足环网柜单个间隔的储能要求，但是在多间隔同时动作时，300W会存在间隔储能无力的情况。但是相比于电源模块的功率不足，无线通信模块的信号问题，以及蓄电池的老化问题对DTU的影响更为严重。
建议在新上DTU检查电源模块功率，建议安装500W的电源模块。同时，定期（一个月）对蓄电池进行一次活化，2-3年对蓄电池进行一次更换。保证后备电源能够满足DTU运行要求。
参考资料：
[1]配电自动化运维技术，中国电力出版社出版
[2] Zeng Jiawu, Qiao Wei, Qu Liyan, “Modeling and control of a three-port DC-DC converter for PV-battery systems” [C] in Charlotte, NC, Applied Power Electronics Conference and Exposition, pp. 1768-1773, March 2015.
[3] LBA500DE220D48DE-DZ技术说明书 V1.0(2)
[4] Xie Jun,Zhang Xing, Zhang Chong-wei, “A novel three-port bi-directional DC-DC converter,” [C] in Hefei, China, 2010 2nd IEEE International Symposium on PEDG, pp. 717-720, June 2010.
[5] 黄仁乐, 蒲天骄, 刘克文,等. 城市能源互联网功能体系及应用方案设计[J]. 电力系统自动化, 2015, 39(9).
[6] 刘涤尘, 彭思成, 廖清芬,等. 面向能源互联网的未来综合配电系统形态展望[J]. 电网技术, 2015(11):3023-3034.
[7]配电自动化终端子站功能规范（试行）,p5-p6
论文作者:凌志翔1,张德民2,刘文武1,王婉君1
论文发表刊物:《电力设备》2019年第19期
论文发表时间:2020/1/9
标签：电源论文; 电源模块论文; 蓄电池论文; 电压论文; 终端论文; 操作论文; 功率论文; 《电力设备》2019年第19期论文;