CN211089216U - 配电终端和配电系统 - Google Patents

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王大志
胡国荣
张婷婷
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Abstract

本实用新型属于配电设备技术领域，涉及一种配电终端和配电系统。所述终端包括：控制模块和休眠直流模块，控制模块的第一电源端适于与外部储能模块连接，第一控制端与休眠直流模块的控制端连接，第二控制端适于与外部电路监测运算设备连接；休眠直流模块的输出端与控制模块的第二电压端连接，还适于与外部无线通讯设备连接；外部电网失电，控制模块控制外部电路监测运算设备关闭，同时控制休眠直流模块启动；休眠直流模块为控制模块和外部无线通讯设备供电。本实用新型可以在线路失电期降低配电系统的功耗，降低了备用电源的自损，提高了配电终端的智能化。

Description

配电终端和配电系统
技术领域
本实用新型属于配电设备技术领域，更具体地说，是涉及一种配电终端和配电系统。
背景技术
在配电自动化设备中，配电终端是最为重要的端点自动化设备，是配网所有自动化运行的执行端，其往往包括了终端本身和通讯模块和备用电源等几大主要部分，这几个部件都直接影响配电终端的工作可靠性，配电终端的工作分为线路有电时的正常工作与线路失电时的故障处理工作，及其线路重新来电时的上电处理工作，但传统的配电终端不区分线路的上电状态，尤其是在线路断电后存在功耗大，内部电源自损大的问题。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型实施例提供了一种配电终端和配电系统，以解决现有技术中主线路断电后的配电系统功耗大，内部电源自损大的问题。
本实用新型实施例的第一方面提供了一种配电终端，包括：控制模块和休眠直流模块；所述控制模块的第一电源端适于与外部储能模块连接，所述控制模块的第一控制端与所述休眠直流模块的控制端连接，所述控制模块的第二控制端适于与外部电路监测运算设备连接；所述休眠直流模块的输出端与所述控制模块的第二电压端连接，还适于与外部无线通讯设备连接；
外部电网失电，所述控制模块控制外部电路监测运算设备关闭，控制所述休眠直流模块启动；所述休眠直流模块为控制模块和外部无线通讯设备供电。
可选的，所述休眠直流模块包括：用于为控制模块和外部无线通讯设备供电的低功率电源和用于显示所述低功率电源启动的信号显示模块；
所述低功率电源的控制端与所述控制模块的第一控制端连接，所述低功率电源的信号端与所述信号显示模块连接，所述低功率电源的输出端与所述控制模块的第二电压端连接，还适于与外部无线通讯设备连接。
可选的，所述配电终端还包括：用于控制所述控制模块启动所述外部电路监测运算设备的控制元件；
所述控制元件与所述控制模块的第三控制端连接。
可选的，所述控制元件为按钮。
可选的，所述配电终端还包括：用于控制外部储能模块为所述控制模块供电的所述开关元件；
所述开关元件的第一端适于与外部储能模块连接，所述开关元件的第二端与所述控制模块连接；
所述控制模块通过所述开关元件控制与外部储能模块连接或断开。
可选的，所述开关元件为弹簧储能操作机构开关。
可选的，所述配电终端还包括：用于显示外部储能模块的电量的电量显示模块；所述电量显示模块与所述开关元件的第三端连接。
本实用新型实施例的第二方面提供了一种配电系统，包括：交流转换模块、储能模块、无线通讯设备和常态直流电源，还包括如上述实施例的第一方面提供的任一种所述的配电终端；
所述交流转换模块的输入端适于与外部电网连接，所述交流转换模块的供电端与储能模块的输入端连接，所述交流转换模块的信号输出端与所述配电终端连接，所述交流转换模块的电压输出端适于与外部负载连接；所述储能模块的输出端与所述常态直流电源的输入端和所述配电终端均连接；所述常态直流电源的输出端适于与外部负载连接；所述无线通讯设备与配电终端连接；
在外部电网供电正常时，所述交流转换模块将外部电网的交流电转换为第一预设电压输出给外部负载，将外部电网的交流电转换为第二预设电压给储能模块充电，还向所述配电终端发送故障信号。
可选的，所述储能模块包括储能源和平衡单元。
可选的，所述储能源为超级电容组。
本实用新型实施例中配电终端和配电系统与现有技术相比的有益效果在于：外部电网失电，控制模块断开与外部储能模块的连接，控制外部电路监测运算设备关闭，同时控制休眠直流模块启动，即关闭无效功能的设备和大功率电源，降低外部常态直流电源的自损，减低系统功耗；休眠直流模块为控制模块和外部无线通讯设备供电，即休眠状态的配电终端保留了通讯功能和CPU的最小化运行，在失电期大大降低了配电系统的功耗，降低了大功率备用电源的自损，提高了配电终端的智能化。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例提供的配电终端的结构示意图；
图2为本实用新型实施例提供的配电系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
参见图1，本实用新型实施例提供的一种配电终端，包括：控制模块110和休眠直流模块120；控制模块110的第一电源端适于与外部储能模块连接，控制模块110的第一控制端与休眠直流模块120的控制端连接，控制模块110的第二控制端适于与外部电路监测运算设备连接，休眠直流模块120的输出端与所述控制模块110的第二电压端连接，休眠直流模块120的输出端还适于与外部无线通讯设备连接。
具体的，外部电网失电，控制模块110控制模块110控制外部电路监测运算设备关闭，控制休眠直流模块120启动；休眠直流模块120为控制模块110和外部无线通讯设备供电。
实际应用中，配电终端的工作往往分为线路有电时的正常工作、线路失电时的故障处理工作以及线路重新来电时的上电处理工作。传统的配电终端在对能源的使用上往往不区分其所处的具体状态，无论其具体功能是否有用，均一直保持所有功能全开全使用状态，从而一直处于全功率工作状态，因此在线路失电，丧失网电供应时需要非常多的备用能量供应，配电备用电源包含常态直流电源与储能源两方面，才能保证其具有比较大的储能量。
针对上述问题，本实施例提供了一种低功耗的配电终端。在线路失电期时，本实施例的配电终端在完成应急工作后进入低功耗休眠状态，将无用功能的设备均关闭，比如外部电路监测运算设备，仅保留必要功能设备或预设负载供电，极大降低了配电系统的功耗，减小对储能的消耗；同时本实施例断开与外部储能模块的连接，避免大功率电源带休眠期的小功率负载引起较大自损的危害；并且在休眠阶段采用休眠直流模块120，低功率电源带相应的低功耗负载，效率高，达到尽量降低自身损耗的目的。
上述配电终端，外部电网失电，控制模块110控制外部电路监测运算设备关闭，同时控制休眠直流模块120启动，即关闭无效功能的设备和大功率电源，降低外部常态直流电源的自损，减低系统功耗；休眠直流模块120为控制模块110和外部无线通讯设备供电，即休眠状态的配电终端保留了通讯功能和CPU的最小化运行，在失电期大大降低了配电系统的功耗，降低了大功率备用电源的自损，提高了配电终端的智能化。
本实施例对控制模块110的具体结构不进行限定，可以是中央处理单元(CentralProcessing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital SignalProcessor，DSP)或专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)等，例如STM32系列控制芯片，体积小，信号处理速度快。
可选的，本实施例的休眠直流模块120可以包括：用于为控制模块110和外部无线通讯设备供电的低功率电源和用于显示低功率电源启动的信号显示模块；低功率电源的控制端与控制模块110的第一控制端连接，低功率电源的信号端与信号显示模块连接，低功率电源的输出端与控制模块110的第二电压端连接，还适于与外部无线通讯设备连接。
在一个实施例中，配电终端还可以包括：用于控制控制模块110启动外部电路监测运算设备的控制元件130；控制元件130与控制模块110的第三控制端连接。可选的，控制元件130为按钮，结构简单，成本低。
具体的，主线路失电后，所有设备的电能均由储能源提供，此时配电终端处理完掉电事项后，比如配电终端处理完分合开关操作、各指标监测、信号采集、收据收集、数据处理、数据上传等事项后，关闭自身所有无效功能以及连接的无用电路监测运算设备，仅保留外部无线通讯设备工作和控制模块110的最小化运行，外部无线通讯设备工作可以方便提供与通讯信息相关的处理功能。控制模块110进入休眠状态时，关闭正常状态的大功率输出的常态直流电源，启动小功率输出的休眠直流模块120。
进一步的，配电终端设置正常/休眠的控制元件130，在配电终端进入休眠后可手动控制所述控制元件130将其唤醒，比如检修人员现场强制手动唤醒/休眠，用于现场读取终端数据或现场调试；终端上具有信号显示模块，例如正常/休眠指示灯，根据实际状态显示；在休眠期间，外部无线通讯设备正常工作，控制模块110还可以根据外部无线通讯设备接到的唤醒指令将整个终端唤醒，并也可根据指令转入休眠，或者根据定时将终端以及常态直流电源唤醒/休眠；电量显示模块140显示外部储能模块的电量，控制模块110还可以将储能源出现低电量时的状态告警通过外部无线通讯设备发送出去。
线路来电后转入网电正常供电，或者其他正常供电电源供电后，不再由休眠直流模块120供电，此时由配电终端根据来电信号强制将所有功能唤醒，以及连接外部储能源，进入正常工作状态。本实施例的休眠直流模块120的电压可以来自外部交流电网，也可以是其他直流来源。
在一个实施例中，本实施例的配电终端还可以包括：用于控制外部储能模块为控制模块110供电的开关元件K；开关元件K的第一端适于与外部储能模块连接，开关元件K的第二端与控制模块110连接；开关元件K还与外部常态直流电源连接，外部常态直流电源为其提供启动电压；控制模块110可以通过开关元件K控制与外部储能模块连接或断开。可选的，开关元件K为弹簧储能操作机构开关。
可选的，配电终端还可以包括：用于显示外部储能模块的电量的电量显示模块140；电量显示模块140与所述开关元件K的第三端连接。
示例性的，将本实施例的配电终端应用在配电网FTU(Feeder Terminal Unit，馈线终端)系统中，配电终端的控制模块110的正常功率为24V 15W；开关元件K采用24V弹簧储能操作机构开关，合闸需要满足供能10s 10A，且需满足瞬态冲击要求，分闸需要满足供能100ms 20A；外部无线通讯设备的发射功率小于5W，常态功耗为0.5W；常态直流电源为开关电源，正常输出功率可满足常态20W，同时满足开关元件K的分合闸的短时功率要求。
满足以上基本要求的电源，通常需要输出功率能力达到200～300W。如果在外带小负载的低负荷情况下，该电源接近空载，自身损耗超过5W。采用本实施例的配电终端的休眠设计后，FTU休眠时的功耗小于4W，外部无线通讯设备的功耗不变，开关元件K此时不驱动，休眠直流模块120的输出能力5W，满足通讯模块瞬时发射的需求，休眠直流模块120自身损耗低于0.5W。本实施例的带有休眠模式的配电终端与传统配电终端的备用电源的用电对比，具体如表1：
表1本实施例的配电终端与传统配电终端的用电
Figure BDA0002277557440000071
示例性的，将本实施例的配电终端应用在配电网DTU(Distribution TerminalUnit，配电终端单元)系统中，配电终端的控制模块110的正常功率为48V 25W；开关元件K采用48V弹簧储能操作机构开关，合闸需要满足供能10s 5A，且需满足瞬态冲击要求，分闸需要满足供能100ms 10A；外部无线通讯设备的发射功率小于5W，常态功耗为0.5W；常态直流电源为开关电源，正常输出功率可满足常态30W，同时满足开关元件K的分合闸的短时300W功率要求，空载时自身损耗功率在8W左右。
采用本实施例的配电终端的休眠设计后，DTU休眠时的功耗小于4W，外部无线通讯设备的功耗不变，开关元件K此时不驱动，休眠直流模块120的输出能力5W，满足通讯模块瞬时发射的需求，休眠直流模块120自身损耗低于0.5W。本实施例的带有休眠模式的配电终端与传统配电终端的备用电源的用电对比，具体如表2：
表2本实施例的配电终端与传统配电终端的用电
Figure BDA0002277557440000081
上述实施例，配电终端主要包括控制模块110和休眠直流模块120，结构简单，成本低；外部电网失电，控制模块110控制外部电路监测运算设备关闭，同时控制休眠直流模块120启动，即关闭无效功能的设备和大功率电源，降低外部常态直流电源的自损，减低系统功耗；休眠直流模块120为控制模块110和外部无线通讯设备供电，即休眠状态的配电终端保留了通讯功能和CPU的最小化运行，在失电期大大降低了配电系统的功耗，降低了大功率备用电源的自损，提高了配电终端的智能化。
参见图2，本实施例还提供了一种配电系统，包括：交流转换模块200、储能模块300、无线通讯设备400和常态直流电源500，还包括如上述实施例提供的任一种所述的配电终端100。
交流转换模块200的输入端适于与外部电网连接，交流转换模块200的供电端与储能模块300的输入端连接，交流转换模块200的信号输出端与配电终端100连接，交流转换模块200的电压输出端适于与外部负载连接；储能模块300的输出端与常态直流电源500的输入端和配电终端100均连接；常态直流电源500的输出端适于与外部负载连接；无线通讯设备400与配电终端100连接。在外部电网供电正常时，交流转换模块200将外部电网的交流电转换为第一预设电压输出给外部负载，将外部电网的交流电转换为第二预设电压给储能模块300充电，还向配电终端100发送故障信号。
在一个实施例中，储能模块300可以包括储能源和平衡单元。可选的，本实施例的储能源为超级电容组。
传统储能源采用蓄电池组。但是蓄电池往往寿命有限，特别是在配网终端这种长期处于浮充而得不到经常的适度充放电的场合，通常也就2～3年寿命，甚至更短；另外由于电池在失电时需要带动高压开关动作，此时需要输出比较大的功率，而电池在功率的衰减上远比容量衰减更快，并且难以监测，这样的备用电源可能成为了极大的隐患，既不能提前感知电量是否充足，又在需要开关动作时没法工作。同时，电池在低温情况下容量衰减也非常严重，功率衰减更甚，在-20℃以下时已难以正常工作，几乎无法操作开关，而我国又是个南北跨度大，南北方温度差异大的国度，需要储能源对高低温有足够的适应性。配网终端在全国各地大量分布，而电网又要特别保障其供电可靠性，不允许轻易切除停电，因此储能源维护起来非常麻烦。
本实施例采用超级电容组作为储能源，超级电容克服了各类蓄电池的缺点，有着超长使用寿命，因此不需中途更换，且超级电容功率特性好，对驱动高压开关工作非常有利；超级电容高低温特性好，可以在-40℃～+70℃范围内正常工作，适应我国几乎所有地区，长期浮充无特别影响，不需要像电池一样的定期充放电维护等。应理解，本实施的储能源也可以是其他可充电型的储能源，不限于各种蓄电池和飞轮储能器及其他储能器件。
应理解，本实施例对平衡单元的具体结构不进行限定，可以为超低功耗的平衡芯片，也可以为平衡电路，例如超低功耗的差分比较电路等。
上述配电系统，在线路失电时，配电终端完成应急工作后进入低功耗休眠状态，将无用功能的设备均关闭，比如外部电路监测运算设备，仅保留必要功能设备或预设负载供电，极大降低了配电系统的功耗，减小对储能的消耗；同时本实施例关闭常态的大功率电源，避免大功率电源带休眠期的小功率负载引起较大自损的文海；并且在休眠阶段采用休眠直流模块，低功率电源带相应的低功耗负载，效率高，达到尽量降低自身损耗的目的；在储能端采用超级电容组作为储能源，对以超级电容单体与平衡单元构成的超级电容组，采用超低功耗的平衡单元，降低自损。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种配电终端，其特征在于，包括：控制模块和休眠直流模块；所述控制模块的第一电源端适于与外部储能模块连接，所述控制模块的第一控制端与所述休眠直流模块的控制端连接，所述控制模块的第二控制端适于与外部电路监测运算设备连接；所述休眠直流模块的输出端与所述控制模块的第二电压端连接，还适于与外部无线通讯设备连接；
外部电网失电，所述控制模块控制外部电路监测运算设备关闭，控制所述休眠直流模块启动；所述休眠直流模块为控制模块和外部无线通讯设备供电。
2.如权利要求1所述的配电终端，其特征在于，所述休眠直流模块包括：用于为控制模块和外部无线通讯设备供电的低功率电源和用于显示所述低功率电源启动的信号显示模块；
所述低功率电源的控制端与所述控制模块的第一控制端连接，所述低功率电源的信号端与所述信号显示模块连接，所述低功率电源的输出端与所述控制模块的第二电压端连接，还适于与外部无线通讯设备连接。
3.如权利要求1所述的配电终端，其特征在于，所述配电终端还包括：用于控制所述控制模块启动所述外部电路监测运算设备的控制元件；
所述控制元件与所述控制模块的第三控制端连接。
4.如权利要求3所述的配电终端，其特征在于，所述控制元件为按钮。
5.如权利要求1至4任一项所述的配电终端，其特征在于，所述配电终端还包括：用于控制外部储能模块为所述控制模块供电的开关元件；
所述开关元件的第一端适于与外部储能模块连接，所述开关元件的第二端与所述控制模块连接；
所述控制模块通过所述开关元件控制与外部储能模块连接或断开。
6.如权利要求5所述的配电终端，其特征在于，所述开关元件为弹簧储能操作机构开关。
7.如权利要求5所述的配电终端，其特征在于，所述配电终端还包括：用于显示外部储能模块的电量的电量显示模块；
所述电量显示模块与所述开关元件的第三端连接。
8.一种配电系统，其特征在于，包括：交流转换模块、储能模块、无线通讯设备和常态直流电源，还包括如权利要求1至7任一项所述的配电终端；
所述交流转换模块的输入端适于与外部电网连接，所述交流转换模块的供电端与储能模块的输入端连接，所述交流转换模块的信号输出端与所述配电终端连接，所述交流转换模块的电压输出端适于与外部负载连接；所述储能模块的输出端与所述常态直流电源的输入端和所述配电终端均连接；所述常态直流电源的输出端适于与外部负载连接；所述无线通讯设备与配电终端连接；
在外部电网供电正常时，所述交流转换模块将外部电网的交流电转换为第一预设电压输出给外部负载，将外部电网的交流电转换为第二预设电压给储能模块充电，还向所述配电终端发送故障信号。
9.如权利要求8所述的配电系统，其特征在于，所述储能模块包括储能源和平衡单元。
10.如权利要求9所述的配电系统，其特征在于，所述储能源为超级电容组。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114488875A (zh) * 2021-12-28 2022-05-13 深圳供电局有限公司 一种配电网馈线终端及相应的低功耗运行方法

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