电源模块在配网自动化系统终端FTU的应用

　　摘要：
　　配网自动化是电力系统现代化的必然趋势，也是国家能源局未来重点关注的行动计划之一（国家能源局下发《配电网建设改造行动计划（2015~2020年）》）。在电力行业中RTU、DTU、FTU、TTU等设备是配网自动化系统中的开关监控装置，适用于城市、农村、企业配电网的自动化工程，完成环网柜、柱上开关的监视和保护以及通信等自动化功能，配合配电子站、主站实现配电线路的正常监控和故障识别、隔离和非故障区段恢复供电，在电力行业有着广泛的应用。这些设备的内部设计上非常相似，其对电源的要求更是如此，本文以FTU为例主要介绍其供电电源解决方案。
　　关键词：
　　配网自动化终端FTU、充电电源、隔离电源模块、隔离系统
　　引言
　　FTU是安装在配电室或馈线上的智能终端设备。它可以与远方的配电子站通信，将配电设备的运行数据发送到配电子站，还可以接受配电子站的控制命令，对配电设备进行控制和调节。本文主要介绍了电源模块在FTU中的应用。
　　一、FTU的基本功能
　　馈线终端装置简称FTU，具有遥控、遥信，故障检测功能，并与配电自动化主站通信，提供配电系统运行情况和各种参数即监测控制所需信息，包括开关状态、电能参数、相间故障、接地故障以及故障时的参数，并执行配电主站下发的命令，对配电设备进行调节和控制，实现故障定位、故障隔离和非故障区域快速恢复供电功能。

　　二、电源模块在FTU系统中的应用
　　方案一：

　　系统供电说明如下：
　　方案一：集成了充电电源，AC/DC电源输出27V左右电压，一路给DC/DC模块进行供电，另一路给蓄电池供电；当市电断电的时候，蓄电池提供备用电源。DC/DC电源提供两路相互隔离的直流电，5V给串行通信模块供电；5V作为AD转换模组、微处理器芯片和数字电路的总电源；24V作为遥测系统隔离供电。如果MCU芯片需要3.3V或1.8V的供电电源要求，还可以再用LD0转为为3.3V或1.8V的电源供MCU使用。蓄电池方案为目前行业内永磁开关使用比较多的方案，蓄电池的容量大，能够带起大电流的开关，但是体积也比较大。
　　方案二：

　　系统供电说明如下：
　　方案二：集成了充电电源，AC/DC电源输出27V左右电压，一路给DC/DC模块进行供电，另一路给超级电容供电；当市电断电的时候，电容提供备用电源。DC/DC电源提供两路相互隔离的直流电，5V给串行通信模块供电；5V作为AD转换模组、微处理器芯片和数字电路的总电源；24V作为遥测系统隔离供电。如果MCU芯片需要3.3V或1.8V的供电电源要求，还可以再用LD0转为为3.3V或1.8V的电源供MCU使用。超级电容目前的方案较少，电容的工艺成熟度还需要加强。
　　小结：方案一和方案二主要是针对远程控制永磁开关，可以提供较大的能量，为开关的动作提供较长的维持时间。下面介绍另外两种电源方案，方案三和方案四，主要特点为成本低，体积小，主要针对远程控制弹簧开关而设计。
　　方案三：

　　系统供电说明如下：
　　方案三：本方案同样集成了充电电源，但是这个电源属于DC/DC充电电源，前级需要使用工频变压器和整流桥把输出电压变成直流电压，电压值可以自行设计，本方案以48V为例。充电电源只有一路输出，52V直接给电容进行充电；当市电断电的时候，电容提供备用电源。DC/DC电源直接从48V取电，5V作为AD转换模组、微处理器芯片和数字电路的总电源；另外需要单独隔离5V给串行通信模块供电；24V作为遥测系统隔离供电。如果MCU芯片需要3.3V或1.8V的供电电源要求，还可以再用LD0转为为3.3V或1.8V的电源供MCU使用。
　　方案四：

　　系统供电说明如下：
　　方案四：本方案较为常用，整体成本较低。直接采用工频变压器和AC/DC电源的组合，输出同样是两路隔离电压5V和24V，5V作为AD转换模组、微处理器芯片和数字电路的总电源；另外需要单独隔离5V给串行通信模块供电；24V作为遥测系统隔离供电。如果MCU芯片需要3.3V或1.8V的供电电源要求，还可以再用LD0转为为3.3V或1.8V的电源供MCU使用。此方案主要是针对远程遥控弹簧开关，开关动作的能量主要由240VDC后端高压电容C提供。
　　三、电源模块在FTU控制系统应用中的选型方案
　　整个FTU系统的电源解决方案，主要考虑到不间断供电的问题，所以需要双电源供电的一个供电形式，主流的供电方式一般是有两部分组成，一部分是大功率300W的AC/DC充电电源，这个电源一般两路输出，一路给后级的板卡进行供电，一方面给后级的蓄电池或者是超级电容进行充电；另外的一部分就是蓄电池或者超级电容，这个主要是在市电断电的情况下，保证整个系统的正常运行。另外，电网对于EMC方面的要求比较苛刻，特别是浪涌方面，需要完全满足4级的要求。主电源和蓄电池都掉电时，系统掉电保持时间500mS以上。
　　根据上面的应用描述，我们推荐选用金升阳MBP300-2A27D27的接线式电源，它具备电池充电功能，可对24V 铅酸电池充电；工业级工作温度：-40℃～+70℃；2500VAC 高隔离电压；最大瞬时过功率达432W；优越的EMC性能；接线式安装。

　　方案二中使用的是电容充电电源，推荐金升阳公司的MCP100-2A27D27的接线式电源，该电源具备高效率高可靠性安全隔离等特点；输出电压连续可调，满足不同的充电电压要求，该系列广泛应用于电力永磁开关控制器、电力网柜等电力设备，可用超级电容做不间断供电。

　　遥测系统的供电需要高隔离电源的供电，主要是考虑到端口浪涌的问题；另外这个电源同时需要满足低压输入供电的要求，所以推荐我司的URF2424LP-10WR3的产品。它具有3000VDC的高隔离电压；9-36V的超宽输入范围；空载功耗低至0.12W；工作温度：-40℃～+85℃；输入欠压保护，输出过压、短路、过流保护；裸机满足CISPR22/EN55022 CLASS A。

　　主控板的电源，同样需要满足低压输入的宽电压范围，主要是5V给主板进行供电，所以这里推荐URB2405LD-20WR3的电源型号。
　　URB2405LD-20WR3具备1500VDC隔离电压，9-36V输入电压范围，5V稳定电压输出，20W电源输出功率，40～85℃的工作温度范围，效率高达90%，具备UL与CE认证。

　　FTU除具有数据采集与控制功能外,另一个重要功能就是通信功能。根据配电自动化系统的要求,FTU需要与配电自动化主站通信，提供配电系统运行情况和各种参数，并执行配电主站下发的命令，对配电设备进行调节和控制。因此,对馈线终端装置通信功能的要求比较严格。这里推荐我司的B0505XT-1WR2给485/232及CAN通信供电。B0505XT-1WR2具备1500VDC隔离电压，体积小，效率高达80%，超宽温度工作范-40~+105℃，满足FTU市外恶劣的运行环境。并且为贴片化设计，方便客户大批量生产。