配网自动化是利用现代电子技术、通信技术、计算机及网络技术，将配电网实时信息、离线信息、用户信息、电网结构参数、地理信息进行集成，构成完整的自动化管理系统，实现配电系统正常运行及事故情况下的监测、保护、控制和配电管理。下文将以金升阳科技有限公司高效电源解决方案为实例进行分析。

系统组成及主要功能

配网自动化系统组成如下图2所示。从设计的角度来说，主站层、子站层、通信层偏向于数据信息的软件部分，该部分的设备一般作为数据信息的载体，设备的工作环境相对比较良好;终端层属于硬件设备部分，与电网直接连接，多放置于户外，供电情况和工作环境都十分恶劣。终端与电网连接，需要承受电网上的波动和干扰;终端连接开关闸门，在分闸和合闸的瞬间，对电压的扰动非常大，甚至会把开关闸门的供电电压拉低。

 

图1 配网自动化系统组成框

2013年国家能源局发布的电力行业标准《配电自动化远方终端》DL/T 721中明确指出，电源回路电压大于60V时，应施加5KV试验电压。同时，终端需要具备良好的EMC抗干扰能力。EMC抗扰度等级需达到四级(最高等级)，且要求终端设备能正常工作，其性能指标应符合基本性能的要求。EMC主要要求如表1所示。

为适应配网自动化的应用，终端的前端AC-DC电源需要具备同等的抗干扰能力，并且为后端的控制板和采集板提供主要的EMC防护。真可谓是首当其冲，任重而道远了。

表1　配网自动化远方终端EMC要求

配网自动化中电源推荐应用方案

在配电终端中，DTU和FTU这两类终端单元通常是带开关闸门执行机构的，如图4所示。因此必须考虑瞬态输出功率。金升阳的MBP500-2A27D27充电电源正是为这样的应用而设计，可以提供高达1080W(300mS)的瞬态输出功率，确保开关闸门执行机构按照指定指令进行动作，并且电压扰动非常小，不会因为开关闸门执行机构的动作而影响其他电路的工作。
从图3可以看出，如果电源反应速度不够快，无法及时调节，就会出现电压跌落的现象。

 

图3 开关闸门动作时，电压扰动大(左图)和电压扰动小(右图)对比

图4 DUT/FTU配电终端电源框图

金升阳配网自动化电源解决方案选型推荐：

通常MCU电路及其外围电路需要与充电电源进行隔离，减少高频干扰对MCU电路造成影响。此处推荐3000V隔离的超宽电压输入稳压电源URF2405LP-20WR3，从充电电源的输出端取电，为MCU及其外围电路提供稳定的5V电压，并且能够解决共模浪涌对MCU的干扰。
遥信单元的供电电源推荐URF2424P-6WR3宽压输入DC-DC电源进行隔离，避免共模浪涌从遥信端口对系统造成冲击。该冲击轻则引起系统死机重启，严重时还会引起系统损坏。

当给运放供电需要正负电源时，可以选择A0512D-2WR2定压输入 DC-DC电源，提供±12V电压输出。485通信可选择TD501D485H进行隔离，避免通信端口的干扰影响系统可靠性。
配网自动化系统设计要点解析：选用高隔离电源模块、进行旁路处理。

由于终端面临着严酷的EMC环境，系统存在多个地方接地，共模干扰对系统影响很大。对于电源的应用，首先，应尽量采用高隔离的电源模块(如金升阳提供的3000V隔离URF系列的模块)或者在敏感端口进行旁路处理(如在单片机复位端口上加1nF电容旁路)，以解决共模浪涌/脉冲群等共模类干扰对系统的影响，造成系统死机或者重启。其次，应在敏感的信号输入输出端口进行旁路处理。

那么，通常如何进行敏感端口的旁路处理呢?以下举一个简单但非常经典的案例。如图5所示：正常工作时，按照左图进行设计，电路可以按照预定程序运行。当测试4KV脉冲群性能时，则容易出现三极管不受控、误动作的情况。在系统中表现出来的现象就是继电器误跳动，一些指示灯或者一些装置闪烁跳动等。这实际上是I/O口的走线较长或者控制回路较大时，容易耦合高频信号，从而产生误动作。添加旁路电容，可以减少高频信号的耦合，减小对端口的干扰，提高产品的一致性和可靠性。当然，这只是提供一种解决方法，实际上可以用优化布局等方法去解决。

图5 典型端口处理案例原理图

EMC的测试大部分属于高频干扰，容易通过地线和器件的寄生参数直接干扰后端的用电电路，因此，脉冲群影响继电器误动作，共模浪涌引起系统重启等现象多有发生，只有恰当的电源选型加上优质的系统设计，才能实质性的提高配电终端的可靠性。

总结

在严酷的EMC和用电环境中，要保证配网自动化的可靠性和改善用户的用电质量，对配电终端的电源可靠性要求是极高的，如EMC要求、输出瞬态功率要求等。当然，这与系统的设计也是密不可分的，如果单纯依靠电源来提高可靠性，是远远不够的。金升阳不仅是在为配网自动化提供高可靠的电源解决方案，更是在不断探索，把提高电源可靠性的技术推而广之，为配网自动化的发展鼎力相助。

关键词:配网自动化 电源模块 EMC 配电终端

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编辑：仪商网

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