低溫環境下的具備後備電源系統的配電自動化終端的製作方法

2023-05-30 00:58:36 2

低溫環境下的具備後備電源系統的配電自動化終端的製作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種低溫環境下的具備後備電源系統的配電自動化終端，其特徵在於：電源控制模塊為高效抗低溫電源模塊其電源轉5V/DC裝置CPU供電；配電自動化終端核心單元採用雙CPU設計，兩塊CPU晶片BF518和BF533均為工業級晶片，兩塊CPU晶片嵌入工業級設計電路中，溫度採集模塊中的R11、R12、R13和PT100組成傳感器測量電橋，電橋輸入端通過TL431穩壓；調整橋臂電阻R13，改變輸入到運放的差分電壓信號大小，用於調零；其具有循環壽命長，高低溫性能好，低溫下容量高，在環境-40℃條件下，容量仍可保持在80％以上；在-40℃至＋70℃範圍內可正常工作，使其具備溫度補償的功能，即能在-50℃至＋70℃範圍內正常工作。
【專利說明】低溫環境下的具備後備電源系統的配電自動化終端

【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種低溫環境下的具備後備電源系統的配電自動化終端，屬於電 力系統及其自動化領域。

【背景技術】
[0002] 配電自動化建設是未來智能電網發展的必然趨勢。在配電自動化系統中，大多數 終端核心單元在常溫下都能正常工作，滿足配電終端在智能電網建設中的各項技術指標。 但是，在高寒地區低溫環境下，往往會出現無法正常啟動的現象，嚴重影響配電自動化系統 在高緯度地區的推廣與建設。於是，自然就產生了對抗低溫能力強，低溫環境能正常直接冷 啟動的新型配電終端核心單元的迫切需求。
[0003] 由於在配電自動系統中，大多數終端都是分散安裝，沒有專門的直流屏櫃供電。因 此，如柱上開關、環網櫃、開閉所等處安裝的配電自動化終端必須配有後備電源。目前常用 的配電終端後備電源大多採用鉛酸蓄電池供電。常溫下工作正常，儲能量大，能滿足多次跳 合閘操作的技術指標。但存在工作壽命短，在低溫下不能正常供電的缺點，嚴重影響了配電 自動化系統的大規模建設。配電自動化終端在北方等高寒地區設備核心單元無法正常啟動 導致配電網絡出現大規模終端掉線的狀況時有發生。目前智能配電終端核心單元和後備電 源系統在低溫環境無法正常直接冷啟動導致配電終端和配電網絡無法正常運行的問題。


【發明內容】

[0004] 本實用新型的目的在於提供一種低溫環境下的具備後備電源系統的配電自動化 終端。配電自動化終端核心單元選取抗低溫能力強的工業級核心單元處理晶片，使該終端 能夠在一 40° C低溫環境下直接冷啟動。配電終端後備電源採用矽能蓄電池，矽能蓄電 池具有循環壽命長，高低溫性能好，低溫下容量高，在環境-40°C條件下，容量仍可保持在 80%以上；在-40°C至+ 70°C範圍內可正常工作，將二者統一成套形成具備後備電源的配 電自動化終端，使其具備溫度補償的功能，即能在_50°C至+ 70°C範圍內正常工作。
[0005] 本實用新型的技術方案是這樣實現的：一種低溫環境下的具備後備電源系統的配 電自動化終端，由溫度採集模塊和電源控制模塊組成，其特徵在於：電源控制模塊為高效抗 低溫電源模塊其電源轉5V/DC裝置CPU供電；配電自動化終端核心單元採用雙CPU設計，兩 塊CPU晶片BF518和BF533均為工業級晶片，兩塊CPU晶片嵌入工業級設計電路中，溫度採 集模塊中的Rll、R12、R13和PT100組成傳感器測量電橋，電橋輸入端通過TL431穩壓；調 整橋臂電阻R13,改變輸入到運放的差分電壓信號大小，用於調零；電橋輸出端設計了兩級 放大電路，集成運算放大器採用LM358 ;電源控制模塊中，輸入電壓Vin首先經EMI濾波電路 濾除EMI幹擾並對交流輸入整流，得到穩定的直流輸入電壓V d。，RCD箝位電路位於變壓器 初級側，用來抑制漏感能量所激發的尖峰；電源控制模塊電路輸出接閉環負反饋，輸出電壓 Vwt經分壓得到反饋電壓與溫度採集電路輸出的採樣電壓^經差值放大器EA輸出 調製電壓V。，V。通過光耦後，經PWM脈寬調製器（LD7575)控制M0S管（QJ的導通時間t m， 從而控制輸出電壓ν_。
[0006] 本實用新型的積極效果是針對配電自動化終端在北方等高寒地區設備後備電源 系統無法正常啟動導致配電網絡出現斷電後，後備電源無法供應情況，其蓄電池採用乳體 矽能蓄電池，用乳體電解液代替硫酸電解液，電解質採用了新型的複合矽鹽，使電池的低溫 性能得到了極大改善，從而保證蓄電池在一 40° C時，容量仍能保持在80%以上，同時在一 40° C至+60° C度的戶外環境中工作，使用壽命不小於5年，該後備電源主要應用於配電 自動化系統中。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007] 圖1是可以在一 40° C直接冷啟動的配電自動化終端核心單元電源部分設計原理 圖。
[0008] 圖2是可以在一 40° C直接冷啟動的配電自動化終端核心單元CPU部分設計原理 圖。
[0009] 圖3是可以在一 40° C直接冷啟動的配電自動化終端核心單元工作原理圖。 [0010] 圖4是可以在一 40°C環境下直接應用的智能配電終端後備電源系統的工作原理 圖。
[0011] 圖5是可以在一 40°C環境下直接應用的智能配電終端後備電源系統的蓄電池一 40° C充放電實驗曲線圖。
[0012] 圖6是在一 50°C?70°C環境下具備後備電源的智能配電終端系統的工作原理圖。
[0013] 圖7中是具備後備電源的智能配電自動化終端簡易線路圖。
[0014] 圖8中是溫度採集模塊和電源控制模塊電路圖。

【具體實施方式】
[0015] 下面結合附圖對本實用新型做進一步的描述：一種低溫環境下的具備後備電源系 統的配電自動化終端，由溫度採集模塊和電源控制模塊組成，其特徵在於：電源控制模塊為 高效抗低溫電源模塊其電源轉5V/DC裝置CPU供電。配電自動化終端核心單元採用雙CPU 設計，兩塊CPU晶片BF518和BF533均為工業級晶片，兩塊CPU晶片嵌入工業級設計電路中。 溫度採集模塊中的R11、R12、R13和PT100組成傳感器測量電橋，電橋輸入端通過TL431穩 壓；調整橋臂電阻R13,改變輸入到運放的差分電壓信號大小，用於調零；電橋輸出端設計 了兩級放大電路，集成運算放大器採用LM358 ;電源控制模塊中，輸入電壓Vin首先經EMI濾 波電路濾除EMI幹擾並對交流輸入整流，得到穩定的直流輸入電壓V d。。RCD箝位電路位於 變壓器初級側，用來抑制漏感能量所激發的尖峰。LD7575為通嘉科技的PWM產生及控制芯 片，保持電路開關元件的恆定工作周期（ΤΑ。##);電源控制模塊電路輸出接閉環負反饋， 輸出電壓經分壓得到反饋電壓V fb，Vfb與溫度採集電路輸出的採樣電壓L經差值放大 器EA輸出調製電壓U。通過光耦後，經PWM脈寬調製器（LD7575)控制M0S管（Q〇的導通 時間t m，從而控制輸出電壓V。#
[0016] 本實用新型採用全工業級設計，通過選取工業級元器件、抗低溫電路進行設計，並 嵌入工業級高效抗低溫電源模塊和CPU晶片，從而使得新型配電終端核心單元電源部分能 在低溫環境正常供電，且CPU板能在低溫環境正常啟動工作。本實用新型在蓄電池部分採 用新型乳體矽能蓄電池，用全新機理的複合矽鹽做電解質，用乳體電解液代換了硫酸電解 液，從而使得新型配電終端後備電源系統能在低溫環境正常供電。
[0017] 如圖1所示，rozsoo系列智能配電終端核心單元電源部分選取模塊化電源變送 器，利用模塊化的高效抗低溫能力從根本上解決傳統電源電路元器件在低溫環境性能受損 無法正常工作的難題。由圖2-3可以看出智能配電終端核心單元採用雙CPU模式，一個CPU 信息採集及其處理，另一個CPU負責通信傳輸，兩塊CPU均選取抗低溫能力強的工業級芯 片，配合電源部分的抗低溫電源模塊，很好的解決了低溫環境傳統核心單元無法正常啟動 問題。
[0018] 從圖4中可以看出電源控制模塊包括兩路交流輸入和兩路直流輸出以及蓄電池 的充放電接口，工業級晶片保證了模塊在一 40° C的低溫環境下也能正常啟動。
[0019]

【權利要求】
1. 一種低溫環境下的具備後備電源系統的配電自動化終端，由溫度採集模塊和電源控 制模塊組成，其特徵在於：電源控制模塊為高效抗低溫電源模塊其電源轉5V/DC裝置CPU供 電；配電自動化終端核心單元採用雙CPU設計，兩塊CPU晶片BF518和BF533均為工業級芯 片，兩塊CPU晶片嵌入工業級設計電路中，溫度採集模塊中的R11、R12、R13和PT100組成傳 感器測量電橋，電橋輸入端通過TL431穩壓；調整橋臂電阻R13,改變輸入到運放的差分電 壓信號大小，用於調零；電橋輸出端設計了兩級放大電路，集成運算放大器採用LM358 ;電 源控制模塊中，輸入電壓Vin首先經EMI濾波電路濾除EMI幹擾並對交流輸入整流，得到穩 定的直流輸入電壓V d。，RCD箝位電路位於變壓器初級側，用來抑制漏感能量所激發的尖峰； 電源控制模塊電路輸出接閉環負反饋，輸出電壓V wt經分壓得到反饋電壓Vfb，與溫度採 集電路輸出的採樣電壓L經差值放大器ΕΑ輸出調製電壓V。，V。通過光耦後，經PWM脈寬 調製器LD7575控制MOS管％的導通時間t m，從而控制輸出電壓Vwt。
【文檔編號】H02J13/00GK204089343SQ201420468082
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年8月19日 優先權日:2014年8月19日
【發明者】張喜林, 楊松, 夏燕東, 淦克亮, 班偉, 張志華, 孫建東, 蘆城 申請人:國家電網公司, 國網吉林省電力有限公司長春供電公司, 國電南瑞科技股份有限公司