一種配電網(wǎng)專用24V直流不間斷電源的設(shè)計(jì)

1 引言

在變電站中，直流電源對(duì)變電站的二次設(shè)備以及變電站的實(shí)時(shí)通信非常重要。如果直流電源不可靠，會(huì)導(dǎo)致繼電保護(hù)失靈，造成停電面積擴(kuò)大，也使得通信出錯(cuò)，以致發(fā)生更大的事故，為此，要求其有較高的可靠性。通常，采用儲(chǔ)能電容或蓄電池作后備電源，并且直接作為直流輸出，但輸出電能質(zhì)量不高，而且電池管理復(fù)雜。因此，本文采用帶蓄電池的開關(guān)電源提高電源的可靠性，同時(shí)輸出電能質(zhì)量高，滿足通信的要求。一般情況下，蓄電池的管理是一件非常復(fù)雜的工作，該系統(tǒng)采用PIC16C73單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)電池管理，管理方案簡(jiǎn)單可靠。

2 24V直流不間斷電源系統(tǒng)

24V配電網(wǎng)專用不間斷電源系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

圖1 變電站配電網(wǎng)專用24V直流電源系統(tǒng)示意圖

2.1 電源系統(tǒng)的性能指標(biāo)

兩路交流輸入 90～130V；

可以用于變電站小型直流電機(jī)啟動(dòng)；

輸出直流24±0.03V；

實(shí)時(shí)檢測(cè)電池工作參數(shù)，遠(yuǎn)程監(jiān)控；

負(fù)載電流3A時(shí)備用時(shí)間≥10h；

可以遠(yuǎn)程，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)電池管理操作；

工作溫度范圍－40℃～＋80℃。

2.2 電源系統(tǒng)的各個(gè)模快

1）前一級(jí)是半橋DC/DC電路，用作充電器。為提高可靠性，輸入為兩路交流110V，可以工作在交流90～130V，輸出為直流28V（蓄電池在充電狀態(tài)下），既用于對(duì)蓄電池充電，又可以通過蓄電池啟動(dòng)小型的直流電機(jī)。開關(guān)管采用晶體管2SC2625，控制芯片采用TL494。電路自激啟動(dòng)過程：直流母線上的分壓電阻使得2SC2625的V_BE≥0.6V，晶體管導(dǎo)通，電路開始自激，輔組繞組上建立瞬時(shí)電壓，使得TL494工作，電路進(jìn)入正常工作狀態(tài)。

2）后一級(jí)DC/DC電路采用推挽電路結(jié)構(gòu)，變壓器雙向磁化，有效防止磁飽和^[1]。由于電池端電壓可以在21V～27V之間變化，該電路可以實(shí)現(xiàn)升降壓調(diào)節(jié)，使輸出電壓穩(wěn)定在24V，滿足負(fù)載要求。

3）電池管理模塊采用PIC16C73，其框圖如圖2所示。PIC16C73是Microchip公司推出的PIC8位中檔單片機(jī)，僅35條單字節(jié)指令，自帶5個(gè)A/D轉(zhuǎn)換模塊，穩(wěn)定性好，可以工作在惡劣的環(huán)境^[2]。

圖2 電池管理框圖