CN106300632B - 直流不间断远程供电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了直流不间断远程供电系统，包含局端供电单元与远端供电单元，局端供电单元包含交流转高压直流开关电源模组，高压备电模块与局端配电模块；远端供电单元包含远端配电模块与若干电压输出模块；交流转高压直流开关电源模组的输出电压在400V‑640V之间；高压备电模块的输出与交流转高压直流开关电源模组的输出相并联后再连接到局端配电模块的输入端；远端配电模块的输入通过输电线缆与局端配电模块的输出相连，远端配电模块的输出并接有若干电压输出模块；局端配电模块及远端配电模块均包含断路器。本发明的优点是：减少了电压变换产生的电能损失，合理的输电电压减少了输电线缆上的功耗，提高了输电效率与供电可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及通信网络领域，具体涉及直流不间断远程供电系统。
背景技术
通信基站的通信设备普遍使用直流供电，当需要对远端供电时，重新布置远程供电系统的成本太高，资金的投入与回报比例太低，由于在远端使用的用电负荷不大，所以目前采用在现有的直流基础电源上经过DC/DC升压至280V变换后再进行远端供电，但该方案存在以下问题：
1、输电电压偏低导致输电效率不高，在输电线上产生了较高的功耗；
2、输电电压是经过直流基础电源与DC/DC升压两次变换得到的，多次电压转化将造成一定的电能损失；
3、传输功率受限于直流基础电源，不便于远端负荷功率需求扩充时的系统升级；
4、只能获知远端用电的总负荷，难以监控远端不同电压输出的用电负荷，且不能实现按需调配；
5、供电系统安全可靠性不高，当直流基础电源或DC/DC升压模块发生故障时供电必然中断。
为解决以上问题，有必要设计一种输电效率高，能实现远端自动按需调配的直流远程供电系统。
发明内容
针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了直流不间断远程供电系统，其目的在于提高输电效率及供电可靠性，并实现远端自动按需调配供电。
为实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：
直流不间断远程供电系统，包含局端供电单元与远端供电单元，局端供电单元包含交流转高压直流开关电源模组，高压备电模块与局端配电模块；所述远端供电单元包含远端配电模块与若干电压输出模块；交流转高压直流开关电源模组的输出电压在400V-640V之间；高压备电模块的输出与交流转高压直流开关电源模组的输出相并联后再连接到局端配电模块的输入端；远端配电模块的输入通过输电线缆与局端配电模块的输出相连，远端配电模块的输出并接有若干电压输出模块，电压输出模块用于对终端用电负载进行直接连接供电；所述的局端配电模块及远端配电模块均包含断路器，分别用于开启或关闭输电电压的输出控制与输入控制。
进一步的，高压备电模块包含铁锂电池组或铅酸蓄电池组，所述的铁锂电池组或铅酸蓄电池组有若干相同规格的电池通过串联或串并联相结合的连接方式组成；铁锂电池组或铅酸蓄电池组的浮充电压与交流转高压直流开关电源模组的输出电压相同。
进一步的，所述的交流转高压直流开关电源模组包含若干相同类型及规格的交流转高压直流开关电源，各交流转高压直流开关电源的输出电压及输入电压相同。
优选的，高压备电模块包含超级电容模组；所述的超级电容模组包含若干超级电容，并通过串并联相结合的方式连接组成；超级电容模组的整体耐压值不小于交流转高压直流开关电源模组的输出电压。
进一步的，还包含保护电路，用于限制并保护超级电容模组充电时可能出现的大电流突变；所述保护电路包含限流电阻R1、常闭型温度开关K1、二极管D1与二极管D2，其中二极管D1的阳极与交流转高压直流开关电源模组的输出相连，二极管D1的阴极与局端配电模块的输入相连；所述限流电阻R1与常闭型温度开关K1、二极管D2并联后整体连接在高压备电模块的输出与局端配电模块的输入端之间，其中二极管D2的阳极与超级电容模组的正极输出端相连。
进一步的，所述的远端配电模块还包含有控制模块、通信模块、若干可控开关模块以及与可控开关模块数量对应的输出电流监控模块；输出电流监控模块包含电流传感器，用于监控通过可控开关模块的输出电流大小；输出电流监控模块的输出与控制模块的输入相连，控制模块的输出与若干可控开关模块相连，所述的通信模块与控制模块通信相连，可控开关模块的输入与远端供电单元的断路器输出相连。
进一步的，所述的通信模块包含GPRS模块、3G模块或4G模块。
进一步的，所述的可控开关模块包含接触器。
进一步的，所述局端配电模块及远端配电模块均包含有防雷器；所述防雷器连接在输电线缆与地之间。
本发明根据供电需求通过交流转高压直流开关电源将交流电直接转换为400V-640V的高压直流传输电压，在远端经过电压输出模块由高压转为所需低压直流，整个过程中减少了一次基础电源的电压变换，从而减少了一次电压变换产生的电能损失；高压备电模块能够保证当市电断电情况下，仍能对远端进行一段时间的供电支持；传输电压提高到400V-640V减小了传输电流，从而降低了输电线缆上的功耗，并降低了输电线缆的导线截面积需求；在实际应用中，400V-640V的输电电压可充分利用现有耐压等级的输电线缆；若提供更高的输电电压将需要更高耐压等级的输电线缆及相关安全保护措施，需要重新大面积的更换线缆，成本十分高昂，不利于技术推广；当远端由于用电周期或用电需求需要对不同的电压输出模块进行切换时，可远程发出指令，由通信模块接收后传递指令给控制模块，并控制可控开关模块动作，从而实现远端用电按需调配，减少电能浪费；另一方面，当控制平台发出指令后，输出电流监控模块将经过可控开关模块的电流大小值由控制模块及通信模块传回，从而使得控制平台能随时掌握及监控供电系统的用电负荷，以作为准确用电调度的依据，同时，也利于在灾害环境中及时掌握供电系统的破坏情况。
相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：
⑴、充分利用现有耐压等级的输电线缆，对于供电系统的安装十分方便，便于推广；
⑵、减少了电压变换产生的电能损失，合理的输电电压减少了输电线缆上的功耗，提高了输电效率；
⑶、利于控制平台掌控远端负荷的用电情况，并能按需实现远程无线调配；
⑷、在交流转高压直流开关电源模组发生故障时仍能通过高压备电模块持续供电，提高了供电的可靠性。
附图说明
图1为本发明的结构原理图。
图2为实施例1中一路可控开关模块对应的连接逻辑原理框图。
图3为实施例2中保护电路的连接逻辑原理图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明中的技术方案进一步说明。
实施例1
如图1所示，一种直流不间断远程供电系统，包含局端供电单元与远端供电单元，局端供电单元包含交流转高压直流开关电源模组，高压备电模块与局端配电模块；所述远端供电单元包含远端配电模块与若干电压输出模块；交流转高压直流开关电源模组的输出电压在400V-640V之间；高压备电模块的输出端在与交流转高压直流开关电源模组的输出相并联后再连接到局端配电模块的输入端；远端配电模块的输入通过输电线缆与局端配电模块的输出相连，远端配电模块的输出并接有若干电压输出模块，电压输出模块用于对终端用电负载进行直接连接供电；根据需要选择530V-640V转12V、24V、36V、48V或280V的电源模块作为电压输出模块；所述的局端配电模块及远端配电模块还均包含断路器，分别用于开启或关闭输电电压的输出控制与输入控制；优选的，交流转高压直流开关电源模组的输出电压选取580V的输电电压，其目的是在尽可能高的提高输电电压的同时保留有一定冗余量，以确保现有耐压等级输电线缆的安全输电，既减少了输电线缆上的功耗，也利于高压备电模块在市电断电情况下不间断的以较小电流输出，从而增加高压备电模块的使用时长；当实际输电路线较短、用电负荷较小时，也可以选择400V作为输电电压，以较小的高压备电模块的容量及交流转高压直流开关电源模组的功率需求提高现有输电的效率。
高压备电模块包含铁锂电池组或铅酸蓄电池组，所述的铁锂电池组或铅酸蓄电池组有若干相同规格的电池通过串联或串并联相结合的连接方式组成；铁锂电池组或铅酸蓄电池组的浮充电压与交流转高压直流开关电源模组的输出电压相同，当市电停电时，交流转高压直流开关电源模组没有输出，此时铁锂电池组或铅酸蓄电池组仍能对远端进行供电，且不需要转换时间，从而实现在一定时间内没有市电条件下的不间断供电，提高了供电的可靠性。
所述的交流转高压直流开关电源模组包含若干相同类型及规格的交流转高压直流开关电源，各交流转高压直流开关电源的输出电压及输入电压相同；实际使用时，交流转高压直流开关电源可优选使用直插式电源模块，直插式电源模块的尾端布置有输入输出的插头或插片，并结合配电柜布置对应的输入输出对插头，同时将所有直插式电源模块对应的相同极性对插头通过铜排并接，当需要增大局端供电单元的供电功率时，直接按需插入对应数量的直插式电源模块即可，且当其中一个直插式电源模块因为故障没有输出后，直接取出该故障电源模块，插入新的模块即可，并不会因为某个直插电源模块故障而间断供电，非常方便，并进一步提高了供电的可靠性。
所述局端配电模块及远端配电模块均包含有防雷器；所述防雷器连接在输电线缆与地之间。
如图2所示，所述的远端配电模块还包含有控制模块、通信模块、若干可控开关模块以及与可控开关模块数量对应的输出电流监控模块；输出电流监控模块包含电流传感器，用于监控通过可控开关模块的输出电流大小；输出电流监控模块的输出与控制模块的输入相连，控制模块的输出与若干可控开关模块相连，所述的通信模块与控制模块通信相连，可控开关模块的输入与远端供电单元的断路器输出相连；所述的通信模块包含GPRS模块、3G模块或4G模块；所述的可控开关模块包含接触器。
本直流不间断远程供电系统根据供电需求通过交流转高压直流开关电源将交流电直接转换为400V-640V的高压直流传输电压，在远端经过电压输出模块由高压转为所需低压直流，整个过程中减少了一次基础电源的电压变换，从而减少了一次电压变换产生的电能损失；高压备电模块能够保证当市电断电情况下，仍能对远端进行一段时间的供电支持；传输电压提高到400V-640V减小了传输电流，从而降低了输电线缆上的功耗，并降低了输电线缆的导线截面积需求；在实际应用中，400V-640V的输电电压可充分利用现有耐压等级的输电线缆；若提供更高的输电电压将需要更高耐压等级的输电线缆及相关安全保护措施，需要重新大面积的更换线缆，成本十分高昂，不利于技术推广；当远端由于用电周期或用电需求需要对不同的电压输出模块进行切换时，可远程发出指令，由通信模块接收后传递指令给控制模块，并控制可控开关模块动作，从而实现远端用电按需调配，减少电能浪费；另一方面，当控制平台发出指令后，输出电流监控模块将经过可控开关模块的电流大小值由控制模块及通信模块传回，从而使得控制平台能随时掌握及监控供电系统的用电负荷，以作为准确用电调度的依据，同时，也利于在灾害环境中及时掌握供电系统的破坏情况；再者，控制平台可发出指令通过对各电压输出模块的输出电流限定而实现功率限用，当输出电流监控模块传回的电流值大于设定值时，控制模块发出指令关闭对应的可控开关模块，从而实现功率分配，利于特殊情况下的合理用电。
实施例2
高压备电模块包含超级电容模组，所述的超级电容模组包含若干超级电容，并通过串并联相结合的方式连接组成；超级电容模组的整体耐压值不小于交流转高压直流开关电源模组的输出电压；当市电长时间停电而使得超级电容模组持续放电，整体电压大幅降低后，市电来电时将引起与电池组不同的效果：电池组由于存在内阻，其电流变化峰值不高，但超级电容模组等效串联电阻超低，在高压差情况下会出现大电流，在交流转高压直流开关电源模组输出功率一定的情况下，会拉低交流转高压直流开关电源模组的输出电压，影响远端供电，甚至会对交流转高压直流开关电源模组本身造成不良影响；因此，本实施例与实施例1的区别除了在于高压备电模块的组成外，还对应增加了保护电路，用于限制并保护超级电容模组充电时可能出现的大电流突变；如图3所示，保护电路包含限流电阻R1、常闭型温度开关K1与二极管D1、二极管D2，其中二极管D1的阳极与交流转高压直流开关电源模组的输出相连，二极管D1的阴极与局端配电模块的输入相连；所述限流电阻R1与常闭型温度开关K1、二极管D2并联后整体连接在高压备电模块的输出与局端配电模块的输入端之间，其中二极管D2的阳极与超级电容模组的正极输出端相连；所述的常闭型温度K1开关选用70-100摄氏度之间温度参数值的开关，正常情况下，限流电阻R1及二极管D2都被其短路，在出现大电流充电时，常闭型温度开关K1的金属片温度迅速上升，达到动作温度后，常闭型温度开关K1断开，交流转高压直流开关电源模组将经二极管D1及限流电阻R1对超级电容模组小电流充电，当常闭型温度开关K1温度下降到动作温度以下时，常闭型温度开关K1恢复导通；在常闭型温度开关K1导通时，二极管D2及限流电阻均被短路；在常闭型温度开关K1断开时，二极管D2将限流电阻R1钳位在二极管压降电压，超级电容模组通过二极管D2对远端持续进行供电；二极管D1用于在市电停电后，超级电容模组不会对交流转高压直流开关电源模组形成倒灌，产生不必要的功耗及安全问题；需要说明的是，若交流转高压直流开关电源模组本身具有输出端防倒灌功能，则二极管D1可以省去；二极管D2用于防止在常闭型温度开关K1故障或断开后，超级电容模组不能正常对远端进行供电；相比实施例1，本实施例由于采用了等效串联电阻超低的超级电容模组，降低了高压备电模块本身在输电过程中的所占功耗，且使用寿命长，当市电停电时间较长时，超级电容模组相对可使用更长的时间，无安全及污染问题；但成本较实施例1要高。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.直流不间断远程供电系统，包含局端供电单元与远端供电单元，其特征在于：局端供电单元包含交流转高压直流开关电源模组，高压备电模块与局端配电模块；所述远端供电单元包含远端配电模块与若干电压输出模块；交流转高压直流开关电源模组的输出电压在400V-640V之间；高压备电模块的输出与交流转高压直流开关电源模组的输出相并联后再连接到局端配电模块的输入端；远端配电模块的输入通过输电线缆与局端配电模块的输出相连，远端配电模块的输出并接有若干电压输出模块，电压输出模块用于对终端用电负载进行直接连接供电；所述的局端配电模块及远端配电模块均包含断路器，分别用于开启或关闭输电电压的输出控制与输入控制；所述的远端配电模块还包含有控制模块、通信模块、若干可控开关模块以及与可控开关模块数量对应的输出电流监控模块；输出电流监控模块包含电流传感器，用于监控通过可控开关模块的输出电流大小；输出电流监控模块的输出与控制模块的输入相连，控制模块的输出与若干可控开关模块相连，所述的通信模块与控制模块通信相连，可控开关模块的输入与远端供电单元的断路器输出相连。
2.如权利要求1所述的直流不间断远程供电系统，其特征在于：高压备电模块包含铁锂电池组或铅酸蓄电池组，所述的铁锂电池组或铅酸蓄电池组有若干相同规格的电池通过串联或串并联相结合的连接方式组成；铁锂电池组或铅酸蓄电池组的浮充电压与交流转高压直流开关电源模组的输出电压相同。
3.如权利要求2所述的直流不间断远程供电系统，其特征在于：所述的交流转高压直流开关电源模组包含若干相同类型及规格的交流转高压直流开关电源，各交流转高压直流开关电源的输出电压及输入电压相同。
4.如权利要求1所述的直流不间断远程供电系统，其特征在于：高压备电模块包含超级电容模组；所述的超级电容模组包含若干超级电容，并通过串并联相结合的方式连接组成；超级电容模组的整体耐压值不小于交流转高压直流开关电源模组的输出电压。
5.如权利要求4所述的直流不间断远程供电系统，其特征在于：还包含保护电路，用于限制并保护超级电容模组充电时可能出现的大电流突变；所述保护电路包含限流电阻R1、常闭型温度开关K1、二极管D1与二极管D2，其中二极管D1的阳极与交流转高压直流开关电源模组的输出相连，二极管D1的阴极与局端配电模块的输入相连；所述限流电阻R1与常闭型温度开关K1、二极管D2并联后整体连接在高压备电模块的输出与局端配电模块的输入端之间，其中二极管D2的阳极与超级电容模组的正极输出端相连。
6.如权利要求1所述的直流不间断远程供电系统，其特征在于：所述的通信模块包含GPRS模块、3G模块或4G模块。
7.如权利要求1所述的直流不间断远程供电系统，其特征在于：所述的可控开关模块包含接触器。
8.如权利要求1至7任一项所述的直流不间断远程供电系统，其特征在于：所述局端配电模块及远端配电模块均包含有防雷器；所述防雷器连接在输电线缆与地之间。
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| CN104901302A (zh) * | 2015-06-08 | 2015-09-09 | 北京宏光星宇科技发展有限公司 | 集中式交直流双输入直流远程供电系统 |
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2016
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