CN103401432A - 一种模块化并联运行节电装置 - Google Patents

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Abstract

一种模块化并联运行节电装置，包括多个斩波器模块、旁路与监控模块、总控单元模块，多个斩波器模块连接总控单元模块，总控单元模块连接旁路与监控模块。所述斩波器模块由：IGBT斩波电路与滤波电路连接构成，所述总控单元模块包括微控制器，微控制器分别连接电流/电压采样模块、时钟模块、切换控制模块、通信模块、驱动模块。所述切换控制模块连接旁路与监控模块，所述驱动模块连接斩波器模块。本发明一种模块化并联运行节电装置，能灵活地增减斩波器模块和扩容，提高整个系统的效率和可靠性。

Description

一种模块化并联运行节电装置
技术领域
本发明一种模块化并联运行节电装置，属于照明供电领域。
背景技术
目前，电力节电装置主要有：自耦调压器节电型装置、可控硅斩波节电型装置和高频斩波节电型装置。其中：自耦调压器节电型装置，由于选择变压器的一组抽头作为调压控制，电压过低时调压控制性能差，机械损伤大。可控硅斩波节电型装置，使用时谐波严重，对电网冲击大，电能照明质量低下，灯具的使用寿命大打折扣。高频斩节电型装置，过载能力有限，工作效率较低。上述类型的装置增减和扩容节电装置容量有局限性，不能提高整体运行效率，生产工艺较模块化并联运行节电装置复杂。
发明内容
为克服传统节电技术的不足，本发明提供一种模块化并联运行节电装置，能灵活地进行模块的增减和扩容，提高整个系统的效率和可靠性。
本发明采取的技术方案为：一种模块化并联运行节电装置，包括多个斩波器模块、旁路与监控模块、总控单元模块，多个斩波器模块连接总控单元模块，总控单元模块连接旁路与监控模块。
所述斩波器模块由：IGBT斩波电路与滤波电路连接构成，所述总控单元模块包括微控制器，微控制器分别连接电流/电压采样模块、时钟模块、切换控制模块、通信模块、驱动模块。所述切换控制模块连接旁路与监控模块，所述驱动模块连接斩波器模块。
所述电流/电压采样模块对输入电压、电流/输出电压、电流进行循环采样，采样结果送入微控制器进行处理。
所述驱动模块接收微控制器输出的PWM脉冲信号，PWM脉冲信号产生驱动信号驱动IGBT模块开通和关断。
所述微控制器连接辅助电源模块。所述微控制器连接人机接口模块。所述斩波器模块设有保护模块。所述微控制器为STM32F103RBT6控制器。
本发明一种模块化并联运行节电装置，通过切换控制模块的在线监控，当任一斩波器模块出现故障时，切换为旁路与监控模块工作方式，装置安全运行，无需停机检修。整个装置由若干单个模块组成，各单机模块既可以单独运行，也可以作为系统中的子系统参与并联运行。通过对单个斩波器模块开通与关断控制实现对装置输出电压的连续调节。
本发明一种模块化并联运行节电装置，能灵活地增减和扩容单机模块，提高整体运行效率，简单生产工艺，有效降低制造成本。楼宇和照明用电节电效率高达30%。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1为本发明单个斩波器模块的电路图。
图2为本发明总控单元模块框图。
图3为本发明一种模块化并联运行节电装置的示意图。
具体实施方式
一种模块化并联运行节电装置，包括多个斩波器模块、旁路与监控模块、总控单元模块，多个斩波器模块连接总控单元模块，总控单元模块连接旁路与监控模块。
所述斩波器模块由：IGBT斩波电路与滤波电路连接构成。所述总控单元模块包括微控制器，微控制器分别连接电流/电压采样模块1、时钟模块2、切换控制模块10、通信模块11、驱动模块12。
所述切换控制模块10连接旁路与监控模块，所述驱动模块12连接斩波器模块。所述电流/电压采样模块1采用MAX197芯片，对输入电压、电流/输出电压、电流进行循环采样，采样结果送入微控制器进行处理。
如图2所示，所述微控制器包括：电流/电压采样处理单元5、数据处理单元6、通信处理单元7、接口处理单元8、PWM脉冲发生单元9。
所述驱动模块12接收微控制器输出的PWM脉冲信号，PWM脉冲信号产生驱动信号驱动IGBT模块开通和关断。
所述微控制器连接辅助电源模块3，为装置提供可靠电源。
所述微控制器连接人机接口模块4，接收用户发出的指令及显示内容；接口处理单元8，用于处理接收到的用户指令以及控制显示的内容。
所述斩波器模块设有保护模块14，保护模块14具有欠电压，过电流，过热，短路，故障报警的功能。
时钟模块2为装置提供准确的时钟及日历，其芯片采用DS12C887，此芯片自带电池，保证掉电之后仍能可靠继续运行。
通信模块11与上位系统进行远程通信，用以远程联网控制，与总控单元模块进行交互以实现通信信息和数据的处理。
PWM脉冲发生单元9根据输入电压、电流或者输出电压、电流的大小或者相位产生PWM信号。
工作原理：
本发明一种模块化并联运行节电装置，每个斩波器模块的三相功率为20kW，N个斩波器模块并联连接。可根据实际需要N+1个模块运行和冗余。一个旁路与监控模块，本发明主电路采用高频PWM斩波器并联运行控制，单个斩波模块包含：IGBT模块13，保护模块14，滤波电路。通过总控单元模块对并联的斩波器模块提供同步触发信号。
所述总控单元模块产生PWM脉冲信号，跟踪输出电压产生回馈电信号，整个装置为电压闭环控制。电流/电压采样模块1对输入电压、电流信号瞬时采样，分析处理采样到的电压和电流数据信号，得到真实的电压和电流数值；经通信模块11与微控制器进行交互以实现通信信息和数据的处理。所述总控单元模块产生的PWM信号，经驱动模块12放大驱动IGBT模块，实现输出电压调节。
本发明装置的主要参数输入电压范围：380V±25%；
运行效率：≥98%；
平均节电率：≥15%；
路灯类负载≥30%；
输出负载类型不限；
输出瞬变：＜5%；
输出电压稳定度：±1 V （有效值）。
所述微控制器为STM32F103RBT6控制器。
如图1所示，斩波器模块的主要功能是在总控单元模块的控制下，降低输出电压的大小，从而实时降低照明输出亮度。斩波器模块为BUCK型斩波器，T1－T4为带有并联二极管的IGBT。在输入电压正半周时，T1以占空比D导通斩波，T3以占空比1-D续流导通，T2、T4一直导通；在输入电压负半周时，T2以占空比D导通斩波，T4以占空比1-D续流导通，T1、T4一直导通；从而改变照明输出电压U0＝DUin，Uin为交流输入电压。通过控制IGBT模块的占空比就可调节模块的输出电压，降低输出电压，降低照明输出亮度，减少电能，达到节能目的。
总控单元模块的工作过程如下：
1）、电流/电压采样模块1用以实现输入电压、输出电压以及输出电流的采样，实时检测和跟踪输入输出的电压和电流的大小。总控单元模块的PWM脉冲发生单元9根据用户现场实际需要设置发出PWM调压控制命令，产生高频PWM信号，然后经由驱动模块12发送PWM触发信号。调节导通占空比，控制第一IGBT模块、第二IGBT模块的导通和关断。
2）、电流/电压采样模块1采集输出电压的大小，微控制器通过实时动态地比较输出电压与参考电压数值误差，经PI调节，发出相应的PWM控制信号，实现实时动态连续线性无级无触点调压、稳压控制。
3）、通信处理单元7与通信模块11进行交互以实现通信信息和数据的处理，数据处理单元6进行数据的存储与数据交互，以处理微控制器的数据状态信息。
4）、微控制器根据电流、电压状态采样数据进行过流、过压、过热、欠压以及报警控制处理，通过通信系统实现远程联网控制功能。
5）、当本发明一种模块化并联节电运行装置中的任意一个斩波器模块出现故障时，切换控制模块10工作，切换为旁路与监控模块工作方式，使得装置可靠运行，装置安全运行，无需停机检修。

Claims (5)

1.一种模块化并联运行节电装置，包括多个斩波器模块、旁路与监控模块、总控单元模块，多个斩波器模块连接总控单元模块，总控单元模块连接旁路与监控模块，其特征在于，
所述斩波器模块由：IGBT斩波电路与滤波电路连接构成，所述总控单元模块包括微控制器，微控制器分别连接电流/电压采样模块（1）、时钟模块（2）、切换控制模块（10）、通信模块（11）、驱动模块（12）；
所述切换控制模块（10）连接旁路与监控模块，所述驱动模块（12）连接斩波器模块；
所述电流/电压采样模块（1）对输入电压、电流/输出电压、电流进行循环采样，采样结果送入微控制器进行处理；
所述驱动模块（12）接收微控制器输出的PWM脉冲信号，PWM脉冲信号产生驱动信号驱动IGBT模块开通和关断。
2.根据权利要求1所述一种模块化并联运行节电装置，其特征在于，所述微控制器连接辅助电源模块（3）。
3.根据权利要求1所述一种模块化并联运行节电装置，其特征在于，所述微控制器连接人机接口模块（4）。
4.根据权利要求1所述一种模块化并联运行节电装置，其特征在于，所述斩波器模块设有保护模块（14）。
5.根据权利要求1所述一种模块化并联运行节电装置，其特征在于，所述微控制器为STM32F103RBT6控制器。
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