CN102882212B - 一种自适应中压调压变压系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种新型的自适应中压调压变压系统，包括三相自耦变压器和三相有载分接开关，其结构特点为所述的三相自耦变压器与三相有载分接开关连接；三相有载分接开关用控制电缆线与一智能调压控制器连接；三相自耦变压器中的电源与智能调压控制器连接。能保证用户的供电电压合格，减少线路的线损。当智能调压控制器采用核心控制器与智能电源管理器时，能自动通过跟踪线路电压变化，自动控制调节有载调压分接开关档位从而改变自耦变压器二次侧电压输出稳定在10KV。

Description

一种自适应中压调压变压系统

技术领域

本发明涉及一种变压器系统，尤其涉及一种新型的自适应中压调压变压系统。

背景技术

农村配网中10KV馈线的供电半径往往超过国家标准15KM，馈线后半段的电压经常低于标准值10KV，有时低到7000V～8000V，严重影响到馈线后半段各个大用户用电，如果是台区变，直接影响到变压器二次侧所有的单相用户和三相用户的用电，若是专用变，将影响到企业日常正常的运营。

除此之外，南方小水电站众多，上网电压随着季节的变化而变动，丰水期上网电压偏高，对馈线上的各个用户构成用电威胁，有可能烧毁变压器和设备。枯水期上网电压又偏低，影响馈线上用户正常用电。更有甚者，馈线前端电压偏高，后段电压低，给供电企业供电管理造成严重麻烦。

因此，如何提高农村配网电能质量，保证配网可靠性已成为电力企业当前亟待解决的技术瓶颈。开发出一种新型的自适应中压调压变压系统，是解决上述问题的有效方法。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述发现的问题，提供一种新型的自适应中压调压变压系统。

本发明的目的是这样实现的，所述的一种新型的自适应中压调压变压系统，包括三相自耦变压器和三相有载分接开关，其结构特点为所述的三相自耦变压器与三相有载分接开关连接；三相有载分接开关用控制电缆线与一智能调压控制器连接；三相自耦变压器中的电源与智能调压控制器连接。

所述的一种新型的自适应中压调压变压系统，其特征在于：所述的智能调压控制器包括核心控制器、智能电源管理器和电池，所述的核心控制器与智能电源管理器和电池连接；核心控制器连接三相自耦变压器，智能电源管理器与三相有载分接开关连接；电池与智能电源管理器连接；其中核心控制器采集三相自耦变压器的电压、电流和温度信息，核心控制器采集三相有载分接开关的当前档位信息；智能电源管理器是为核心控制器提供工作电源和驱动三相有载分接开关中的电机进行工作的模块。

所述的一种新型的自适应中压调压变压系统，其特征在于：所述核心控制器包括主控MCU、数据采集模块、温度采集模块、数据存储器、无线通讯模块、GPRS通讯模块和有载调压分接开关电机驱动模块，所述的数据采集模块、温度采集模块、数据存储器、无线通讯模块、GPRS通讯模块和有载调压分接开关电机驱动模块均接到主控MCU。

所述的一种新型的自适应中压调压变压系统，其特征在于：所述的智能电源管理器包括整流逆变模块和后备电源管理模块，整流逆变模块与三相自耦变压器连接，后备电源管理模块一方面与整流逆变模块连接，另一方面连接电池。

所述的一种新型的自适应中压调压变压系统，其特征在于：数据采集模块包括电能计量芯片和信号处理电路，核心控制器中的数据采集模块采集三相自耦式变压器的电压、电流、温度和三相有载分接开关的当前档位信息经过信号处理电路调理后送入电能计量芯片；核心控制器的主控MCU通过SPI通信总线控制电能计量芯片对该信号做精确模拟数字转换，以获得该三相自耦式变压器的电压、电流、温度和三相有载分接开关的当前档位信息；通过核心控制器的主控MCU进行精确判断后，对驱动有载调压分接开关电机驱动模块发出调压控制指令，并驱动有载调压分接开关电机改变三相自耦式变压器与三相有载分接开关的分接位置以改变三相自耦变压器变比而达到调整电压。

所述的一种新型的自适应中压调压变压系统，其特征在于：有载调压分接开关电机驱动模块包括电源、开关和MCU； MCU与开关采用数据线连接，电源与开关采用铜导线连接。

所述的一种新型的自适应中压调压变压系统，其特征在于：主控MCU在三相自耦式变压器电源输出的电压小于或大于设定的基准电压时能启动整流逆变模块，把三相自耦式变压器电源的交流电通过整流逆变后稳定在设定的基准电压供给三相有载分接开关的电机使用；主控MCU在三相自耦式变压器的电源的交流电处于断电状态时能启动后备电源模块及整流逆变模块，把后备电源电池的12V或24V电压通过整流逆变模块稳定在设定的基准电压供给智能调压控制器及三相有载分接开关的电机，三相有载分接开关的电机调整三相有载分接开关自动回归初始档位。

所述的一种新型的自适应中压调压变压系统，其特征在于：智能调压控制器通过无线通讯模块与智能掌上终端进行无线对接；智能掌上终端能对智能调压控制器进行参数设置、手动控制及各种实时与历史运行数据的采集，智能掌上终端能现场抄读观察三相自耦变压器、有载调压分接开关的运行状态。

所述的一种新型的自适应中压调压变压系统，其特征在于：智能调压控制器通过GPRS通讯模块与后台分析主站进行无线对接；后台分析主站能对智能调压控制器进行参数设置、手动控制及各种实时与历史运行数据的采集，后台分析主站能现场抄读观察三相自耦变压器、有载调压分接开关的运行状态。

所述的一种新型的自适应中压调压变压系统，包括智能调压变压器，其结构特点为：所述的智能调压变压器包含三相有载分接开关、三相自耦式变压器和智能调压控制器。所述的三相有载分接开关是在变压器绕组中引出若干分接头后，通过它在不中断负载电流的情况下，由一个分接头切换到另一个分接头，来改变有效匝数，即改变变压器的电压比，从而实现调压的目的。所述的三相自耦式变压器是一种包含串励线圈、并励线圈，控制线圈的自耦式变压器，其中串励线圈是一个有多个抽头的绕组，这些抽头通过三相有载分接开关改变分接位置,从而改变自耦变压器变比，达到调整电压的目的；并励线圈为自耦变压器的公共绕组，产生传递能量的磁场；控制线圈为智能调压控制器提供工作电源和采样信号。所述的智能调压控制器是采集输出的电压信号与设定值进行比较,然后发出指令控制三相有载分接开关进行调压操作。

所述的一种新型的自适应中压调压变压系统，包括智能调压控制器，其结构特点为所述的智能调压控制器包含核心控制器、智能电源管理器及电池。其中核心控制器包含了MCU、数据采集模块、数据存储器、无线通讯模块、GPRS通讯模块、温度采集模块和有载调压分接开关电机驱动模块；智能电源管理器包括整流逆变模块及后备电源管理模块。所述的MCU是进行信号转换、数据处理并发出控制信号驱动有载调压分接开关电机驱动模块进行调压动作；所述的数据采集模块是采集智能调压变压器中的控制线圈电压和电流；所述的数据存储器是存储智能调压变压器的各种实时和历史参数及数据；所述的无线通讯模块是和智能掌上终端进行数据对接；所述的GPRS通讯模块是和后台分析主站进行数据对接；所述的温度监测模块是采集智能调压变压器中的自耦变压器油温和智能调压变压器中的智能调压控制器的自身温度；所述的有载调压分接开关电机驱动模块是经由MCU发出调压控制指令驱动有载调压分接开关对智能调压变压器进行调压动作；所述的整流逆变模块是把采集智能调压变压器中的控制线圈供给智能调压控制器的不稳定交流电变为符合设置的稳定电压；所述的后备电源管理模块是通过充放电管理电路对电池的充电和放电管理。

其中智能调压变压器包含三相有载分接开关、三相自耦式变压器和智能调压控制器；其中三相有载分接开关集成在三相自耦式变压器中构成一体化，三相有载分接开关与三相自耦式变压器的串励线圈、并励线圈进行无缝连接；智能调压控制器与三相自耦式变压器的控制线圈进行对接；智能调压控制器与三相有载分接开关进行对接。其中智能调压控制器包含核心控制器、智能电源管理器及电池。核心控制器包含MCU、数据采集模块、数据存储器、无线通讯模块、GPRS通讯模块、温度采集模块和有载调压分接开关电机驱动模块；智能电源管理器包括整流模块、逆变模块及后备电源管理模块；其中三相自耦式变压器的控制线圈的电压电流信息通过核心控制器中的数据采集模块的信号处理电路调理后送入电能计量芯片；核心控制器的主控MCU通过SPI通信总线控制电能计量芯片对该信号做精确模拟数字转换，以获得该三相自耦式变压器的控制线圈的电压电流信息；再次通过核心控制器的主控MCU进行精确判断后，对驱动有载调压分接开关电机驱动模块发出调压控制指令，并驱动有载调压分接开关电机改变三相自耦式变压器的串励线圈与三相有载分接开关的分接位置，从而改变三相自耦变压器变比，达到调整电压的目的。与此同时三相自耦式变压器的控制线圈的交流电供给核心控制器使用；当三相自耦式变压器的控制线圈的电压小于或大于设定的基准电压时启动整流逆变模块，把三相自耦式变压器的控制线圈的交流电通过整流逆变后稳定在设定的基准电压供给三相有载分接开关的电机使用，确保三相有载分接开关的电机不会因为电压过低或过高而引起烧毁；当三相自耦式变压器的控制线圈的交流电处于断电状态时启动后备电源模块及整流逆变模块，把后备电源电池的12V或24V电压通过整流逆变模块稳定在设定的基准电压供给智能调压控制器及三相有载分接开关的电机使用，从而调整三相有载分接开关自动回归初始档位，确保供电安全。

本发明的优点：能实现了可以自动通过跟踪线路电压变化，自动控制调节有载调压分接开关档位从而改变自耦变压器二次侧电压输出稳定在10KV的系统。它可以在30%的范围内对输入电压进行自动调节，特别适用于电压波动大或压降大的线路，将这种调压器串联在10kV线路的中后端，在一定范围内对线路电压进行调整，保证用户的供电电压合格，减少线路的线损；本发明采集三相自耦式变压器的控制线圈的交流电压电流信息，可以自动通过跟踪线路电压变化，通过智能调压控制器对三相驱动有载调压分接开关发出调压控制指令，并驱动有载调压分接开关电机改变三相自耦式变压器的串励线圈与三相有载分接开关的分接位置，从而改变三相自耦变压器变比，达到调整电压的目的。

本发明由于把供给三相有载分接开关电机使用的不稳定交流电通过整流逆变稳定在设定的基准电压后，供给三相有载分接开关的电机使用，确保三相有载分接开关的电机不会因为电压过低或过高而引起烧毁。

本发明另一优点是当三相自耦式变压器的控制线圈的交流电处于断电状态时，智能调压控制器启动后备电源模块及整流逆变模块，把后备电源电池的12V或24V电压通过整流逆变模块稳定在设定的基准电压供给智能调压控制器及三相有载分接开关的电机使用，从而调整三相有载分接开关自动回归初始档位，确保供电安全。

本发明采用智能调压变压器、智能掌上终端及后台主站连接构成一体化系统，方便使用者进行设置参数、手动控制及获取智能调压变压器的各种实时与历史运行数据、现场抄读观察智能调压变压器的运行状态；也可以很方便地通过GPRS与后台主站进行实时通讯，了解智能调压变压器的运行状态，并结合历史数据进行决策分析。

附图说明

图1是本发明实施例的系统结构图。

图2是本发明实施例的智能调压控制器的结构图。

图3为本发明实施例的智能调压控制器的工作原理框图。

图4为本发明实施例的核心控制器的内部结构原理框图。

图5为本发明实施例的智能电源管理器的内部结构原理框图。

图6为本发明实施例的智能调压控制器的内部结构原理框图。

图7为本发明实施例结合智能掌上终端的系统结构图。

图8为本发明实施例结合后台分析主站的系统结构图。

图9为本发明实施例结合智能掌上终端和后台分析主站的系统结构图。

图10为本发明实施例的有载调压分接开关电机驱动模块的工作原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明：

如图1所示，本发明所述实施例的系统结构图。图中：三相自耦变压器1，三相有载分接开关2，智能调压控制器3；其中三相自耦变压器1为现有技术，三相有载分接开关2为现有技术；三相自耦变压器1和三相有载分接开关2用铜导线连接；三相有载分接开关2和智能调压控制器3用控制电缆线连接；三相自耦变压器1的电源与智能调压控制器3采用铜导线连接。智能调压控制器3可采用现有技术也可采用本发明下面所述的专有技术。三相自耦变压器1中的电源供给智能调压控制器3使用，智能调压控制器3控制改变三相有载分接开关2的分接抽头位置，在不中断负载电流的情况下，由一个分接抽头切换到另一个分接抽头，来改变三相自耦变压器1的有效匝数，即改变三相自耦变压器的电压比，从而实现调压的目的。

如图2所示，本发明所述实施例的智能调压控制器的结构图，智能调压控制器分为三部分：核心控制器11、智能电源管理器12、电池13。核心控制器11为现有技术也可为专有技术、智能电源管理器12可采用现有技术也可采用本发明下面所述的专有技术、电池13可为现有技术。其中核心控制器11采集三相自耦变压器的电压、电流和温度等信息，核心控制器11采集三相有载分接开关的当前档位等信息。智能电源管理器12是为核心控制器11提供工作电源，同时也是驱动三相有载分接开关的电机进行工作的模块。电池13是作为当电源断电后能够不间断供电的部件，也是起到稳定电压作用的部件。

结合图2、图3所示，智能调压控制器3采用本发明的专有技术时，其中的核心控制器11采集三相自耦变压器1的电压、电流和温度等信息，核心控制器11采集三相有载分接开关2的当前档位等信息。核心控制器11根据采集的三相有载分接开关2的当前档位信息和三相自耦变压器1的电压进行判断分析，根据分析后的结果发出控制指令传输给智能电源管理器，通过智能电源管理器驱动三相有载分接开关2开关中的电机来改变三相有载分接开关的分接抽头位置，在不中断负载电流的情况下，由一个分接抽头切换到另一个分接抽头，来改变三相自耦变压器1的有效匝数，即改变三相自耦变压器1的电压比，从而实现调压的目的。

如图4所示，本发明的核心控制器的内部结构原理框图，包括主控MCU、数据采集模块、温度采集模块、数据存储器、无线通讯模块、GPRS通讯模块和有载调压分接开关电机驱动模块，具体各部件模块及功能如下：

1) 主控MCU：采用现有市售产品，完成传输与控制、并发出控制信号驱动三相有载分接开关驱动模块进行调压动作，这些校准分析及计算程序为一般技术人员能实现的。

2) 数据采集模块：它包括电能计量芯片和信号处理电路，电能计量芯片采用高精度AD芯片，高精度AD芯片作为电压电流计量使用，信号处理电路的作用是将输入的电压电流信息调理成高精度AD芯片内能做精确模拟数字转换及计算的信号，再将结果定时传送给主控MCU，此部分采用了专业的高精度AD芯片。高精度AD芯片和信号处理电路为现有技术。

3）温度采集模块：采用pt100铂电阻，外接直接贴近绕组和铁芯可以快速响应温度变化，所述的pt100铂电阻为现有市售产品。

4）数据存储器：此模块对各种实时与历史运行数据进行存储及查询，可以采用各类存储介质，为现有技术。

5) 无线通讯模块：此模块为433无线通讯。通过433无线通讯和智能掌上终端进行数据对接交互。

6) GPRS通讯模块：此模块为GPRS通讯。通过GPRS通讯和后台主站进行实时数据交互。从而实现远程或本地遥控、遥调、遥测等功能。

7）有载调压分接开关电机驱动模块：如图10所示，有载调压分接开关电机驱动模块分为3部分：电源、开关、MCU。其中电源为220V或380V交流电，开关为现有市售产品，MCU为现有市售产品，MCU与开关采用数据线连接，电源与开关采用铜导线连接。当电源接通后，经MCU控制开关通断对三相有载分接开关的电机进行驱动，这些指令为一般技术人员能实现的。

如图5所示，本发明的智能电源管理器的内部结构原理框图。包括整流逆变模块、电池和后备电源管理模块，具体各部件模块及功能如下：

1）整流逆变模块：整流逆变模块是把供给智能调压控制器的不稳定交流电变为符合设置的稳定电压，整流逆变模块为现有技术；

2) 后备电源管理模块：为现有技术；是通过充放电管理电路对电池的充电和放电管理，其中：主控MCU、数据存储器、无线通讯模块、GPRS通讯模块工作电压12V，有载调压分接开关电机驱动工作电压220V或380V交流电。

3）电池：可采用蓄电池，为现有技术；是作为当电源断电后能够不间断供电的部件，也是起到稳定电压作用的部件。

结合图3、图6所示，核心控制器包含主控MCU、数据采集模块、数据存储器、无线通讯模块、GPRS通讯模块、温度采集模块和有载调压分接开关电机驱动模块；智能电源管理器包括整流逆变模块、后备电源管理模块和电池；其中三相自耦式变压器的电压、电流、温度和三相有载分接开关的当前档位等信息通过核心控制器中的数据采集模块的信号处理电路调理后送入电能计量芯片；核心控制器的主控MCU通过SPI通信总线控制电能计量芯片对该信号做精确模拟数字转换，以获得该三相自耦式变压器的电压、电流、温度和三相有载分接开关的当前档位等信息；再次通过核心控制器的主控MCU进行精确判断后，对驱动有载调压分接开关电机驱动模块发出调压控制指令，并驱动有载调压分接开关电机改变三相自耦式变压器与三相有载分接开关的分接位置，从而改变三相自耦变压器变比，达到调整电压的目的。与此同时三相自耦式变压器的电源供给核心控制器使用；当三相自耦式变压器电源输出的电压小于或大于设定的基准电压时启动整流逆变模块，把三相自耦式变压器电源的交流电通过整流逆变后稳定在设定的基准电压供给三相有载分接开关的电机使用，确保三相有载分接开关的电机不会因为电压过低或过高而引起烧毁；当三相自耦式变压器电源的交流电处于断电状态时启动后备电源模块及整流逆变模块，把后备电源电池的12V或24V电压通过整流逆变模块稳定在设定的基准电压供给智能调压控制器及三相有载分接开关的电机使用，从而调整三相有载分接开关自动回归初始档位，确保供电安全。其中设定的基准电压为使用者自行设置。

如图7所示，本发明采用三相自耦变压器、有载调压分接开关、智能调压控制器和智能掌上终端构成一体化系统；智能掌上终端通过无线通讯模块与智能调压控制器进行无线对接；智能掌上终端可以方便使用者对智能调压控制器进行参数设置、手动控制及各种实时与历史运行数据的采集，方便现场抄读观察三相自耦变压器、有载调压分接开关的运行状态。

如图8所示，本发明采用三相自耦变压器、有载调压分接开关、智能调压控制器和后台分析主站构成一体化系统。后台分析主站通过GPRS通讯模块与智能调压控制器进行无线对接；后台分析主站可以方便使用者对智能调压控制器进行参数设置、手动控制及各种实时与历史运行数据的采集，方便现场抄读观察三相自耦变压器、有载调压分接开关的运行状态。

如图9所示，本发明采用三相自耦变压器、三相有载分接开关、智能调压控制器、智能掌上终端和后台分析主站构成一体化系统。智能掌上终端通过无线通讯模块与智能调压控制器进行无线对接，智能掌上终端再通过USB接口与后台分析主站进行对接；智能掌上终端和后台分析主站可以同时对智能调压控制器进行参数设置、手动控制及各种实时与历史运行数据的采集，方便现场抄读观察三相自耦变压器、三相有载分接开关的运行状态，同时后台分析主站也可以对智能掌上终端进行参数配置及设置；后台分析主站为现有技术，它可以包括采用微软操作系统的服务器和GPRS通讯模块或其它通讯模块、前置机、分析机及其相关的后台分析软件、打印机等。

Claims (1)

1.一种自适应中压调压变压系统，包括三相自耦变压器（1）和三相有载分接开关，其特征在于：所述的三相自耦变压器（1）与三相有载分接开关（2）连接；三相有载分接开关（2）用控制电缆线与一智能调压控制器（3）连接；三相自耦变压器（1）中的电源与智能调压控制器（3）连接；所述的智能调压控制器（3）包括核心控制器（11）、智能电源管理器（12）和电池（13），所述的核心控制器（11）与智能电源管理器（12）和电池（13）连接；核心控制器（11）连接三相自耦变压器（1），智能电源管理器（12）与三相有载分接开关（2）连接；电池（13）与智能电源管理器（12）连接；其中核心控制器（11）采集三相自耦变压器（1）的电压、电流和温度信息，核心控制器（11）采集三相有载分接开关的当前档位信息；智能电源管理器（12）是为核心控制器（11）提供工作电源和驱动三相有载分接开关中的电机进行工作的模块；所述核心控制器（11）包括主控MCU、数据采集模块、温度采集模块、数据存储器、无线通讯模块、GPRS通讯模块和有载调压分接开关电机驱动模块，所述的数据采集模块、温度采集模块、数据存储器、无线通讯模块、GPRS通讯模块和有载调压分接开关电机驱动模块均接到主控MCU；所述的智能电源管理器（12）包括整流逆变模块和后备电源管理模块，整流逆变模块与三相自耦变压器（1）连接，后备电源管理模块一方面与整流逆变模块连接，另一方面连接电池；数据采集模块包括电能计量芯片和信号处理电路，核心控制器中的数据采集模块采集三相自耦式变压器的电压、电流、温度和三相有载分接开关的当前档位信息经过信号处理电路调理后送入电能计量芯片；核心控制器的主控MCU通过SPI通信总线控制电能计量芯片对该信号做精确模拟数字转换，以获得该三相自耦式变压器的电压、电流、温度和三相有载分接开关的当前档位信息；通过核心控制器的主控MCU进行精确判断后，对驱动有载调压分接开关电机驱动模块发出调压控制指令，并驱动有载调压分接开关电机改变三相自耦式变压器与三相有载分接开关的分接位置以改变三相自耦变压器变比而达到调整电压，主控MCU在三相自耦式变压器电源输出的电压小于或大于设定的基准电压时能启动整流逆变模块，把三相自耦式变压器电源的交流电通过整流逆变后稳定在设定的基准电压供给三相有载分接开关的电机使用；主控MCU在三相自耦式变压器的电源的交流电处于断电状态时能启动后备电源模块及整流逆变模块，把后备电源电池的12V或24V电压通过整流逆变模块稳定在设定的基准电压供给智能调压控制器及三相有载分接开关的电机，三相有载分接开关的电机调整三相有载分接开关（2）自动回归初始档位。

2.根据权利要求1所述的一种自适应中压调压变压系统，其特征在于：有载调压分接开关电机驱动模块包括电源、开关和MCU； MCU与开关采用数据线连接，电源与开关采用铜导线连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种自适应中压调压变压系统，其特征在于：智能调压控制器通过无线通讯模块与智能掌上终端进行无线对接；智能掌上终端能对智能调压控制器进行参数设置、手动控制及各种实时与历史运行数据的采集，智能掌上终端能现场抄读观察三相自耦变压器、有载调压分接开关的运行状态。

4.根据权利要求1或2所述的一种自适应中压调压变压系统，其特征在于：智能调压控制器通过GPRS通讯模块与后台分析主站进行无线对接；后台分析主站能对智能调压控制器进行参数设置、手动控制及各种实时与历史运行数据的采集，后台分析主站能现场抄读观察三相自耦变压器、有载调压分接开关的运行状态。