CN107086669A - 一种智能中继电源装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种智能中继电源装置，包括主控模块和提升补偿控制单元，所述提升补偿控制单元包括隔离变压器、AC/DC模块和DC/AC模块；所述隔离变压器的副边用于串接到输电主回路中；所述AC/DC模块的AC输入端用于连接到所输电主回路上，其DC输出端用于连接到所述DC/AC模块的DC输入端；所述DC/AC模块的AC输出端用于连接到所述隔离变压器的原边；所述主控模块适于控制所述DC/AC模块的AC输出电压。通过本发明中技术方案解决了低压电长距离输送难题，能够保持低压电在远距离输送过程中基本稳定在额定电压水平。降低了线路电能损耗，节能环保。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子设备技术及电压远距离传输领域，具体涉及一种智能中继电源装置。
背景技术
现代社会已离不开电能，我们日常生活和生产场所通常使用的都是低压电（交流220V/380V常规场所或50V以下特殊场所），低压电的一大特点就是易损耗难远输。所以在国标《城市配电网规划设计规范》（GB50613-2010）第5.8.5条和《中国南方电网城市配电网技术导则》第7.1-f条中均规定低压（0.4kv以下）供电半径不宜超过400m。限制供电距离的目的，一方面是为了保证用电设备端电源质量，另一方面也是为了将线路损耗控制在合理的范围。但实际生活和生产场所用电设备远离电源点的情况却比比皆是，由于输电线路长，线路末端电压过低，造成电气设备损坏或不能正常工作的情况不属个例。
为了解决末端电压过低，减少线路损耗的问题，大部分用户或供电部门目前大都是采取加大输电线缆截面或增建中压（10KV或35KV）变配电所的供配电方案，但这样都会大幅增加投资！国家每年投资在电网改造、提高电网输送能力方面的资金多达数千亿元人民币，其中很大部分资金用在增建中压（10KV或35KV）变配电所、更换大截面输电线路项目上。
电能在输送过程中，由于线路阻抗的作用，电压（U）会随输电距离长度逐渐下降。现实生活、生产场所的用电设备安装和供电线路布设后，设备功率和线路阻抗就是一个不变的值了，根据
P=U×I
（P:功率；U：电压；I：电流）
当功率P不变，电压U下降时，电流I必然上升。根据焦耳定律
Q=I2×R×t
(Q:发热量；I:电流；R：线路电阻（阻抗)；t：时间）
线路和设备安装完成后，回路的阻抗R就恒定了，在相同的运行时间条件下，发热量（电能损耗）与电流的平方成正比。因此，控制住了电压就控制住了电流，进而就控制住了电能的额外损耗。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提出一种能够用于以闭环控制的方式自动补偿平衡和提升末端电压的智能中继电源装置。
本发明为解决上述技术问题提出的技术方案是：一种智能中继电源装置，包括主控模块和提升补偿控制单元，所述提升补偿控制单元包括隔离变压器、AC/DC模块和DC/AC模块；
所述隔离变压器的副边用于串接到输电主回路中；
所述AC/DC模块的AC输入端用于连接到所输电主回路上，其DC输出端用于连接到所述DC/AC模块的DC输入端；
所述DC/AC模块的AC输出端用于连接到所述隔离变压器的原边；
所述主控模块适于控制所述DC/AC模块的AC输出电压。
进一步的，所述主控模块具有末端信号输入端口，所述末端信号输入端口用于实时接收关于终端用电设备处的当前末端电压值信号；
所述主控模块适于根据预设的标准电压值和当前的所述末端电压值信号进行计算并依据计算结果对所述DC/AC模块的AC输出电压进行控制。
进一步的，还包括并联在终端用电设备处的末端电源采样单元，所述末端电压值信号是由末端电源采样单元采集。
进一步的，还包括前端电压电流采样单元，所述前端电压采样单元并联在位于所述提升补偿控制单元之前的输电线上，用于采集输电线上的初始电压值信号，所述初始电压值信号被送至所述主控模块。
进一步的，还包括告警自动切换旁路单元，在所述提升补偿控制单元两端之间连接有一根短接电线，所述短接电线上设有一组开关装置；
所述告警自动切换旁路单元适于在主控模块的控制下驱动所述一组开关装置的开闭。
进一步的，还包括通讯单元，所述通讯单元与所述主控模块建立信号连接，所述通讯单元通过网络接到远程控制后台。
进一步的，所述末端电源采样单元通过光纤连接到所述主控模块。
进一步的，所述末端电源采样单元通过电力载波的方式将末端电压值信号发送到所述主控模块。
本发明的有益效果是：
通过本发明中技术方案解决了低压电长距离输送难题，能够保持低压电在远距离输送过程中基本稳定在额定电压水平。 降低了线路电能损耗，节能环保。
特别是能为某些特殊场所如矿山长隧道、海（江、河）底隧道、穿山长隧道、地铁长盾构区间、偏远乡村通信基站/村庄/岛屿、高速公路、市政（园林）道路、大型工矿企业车间等场所的低压交流远距离输送，送达的末端电压能够稳定在额定电压水平，解决一直以来困扰业内的一大“痛点”。
附图说明
下面结合附图对本发明的智能中继电源装置作进一步说明。
图1是本发明中智能中继电源装置的结构框图；
图2是末端电源采样单元的结构框图；
图3是提升补偿控制单元的结构示意简图。
具体实施方式
实施例
根据图1所示，本发明中的智能中继电源装置，包括主控模块和提升补偿控制单元。还可以包括并联到输电线路上用于为智能中继电源装置中各单元模块供电的电源模块，当然也可以采用其它供电方案，此为现有技术，不再多述。
所述提升补偿控制单元提升补偿控制单元包括隔离变压器、AC/DC模块和DC/AC模块。隔离变压器的副边用于串接到输电主回路中。AC/DC模块的AC输入端用于连接到所输电主回路上，其DC输出端用于连接到DC/AC模块的DC输入端。DC/AC模块的AC输出端用于连接到隔离变压器的原边。
所述主控模块具有末端信号输入端口，所述末端信号输入端口用于实时接收关于终端用电设备处的当前末端电压值信号，所述主控模块适于根据预设的标准电压值和当前的所述末端电压值信号进行计算，并依据计算结果发出电压提升补偿调整指令，对所述提升补偿控制单元进行控制。同时可以对电网质量进行分析，进一步发出无功补偿和谐波控制指令。
上述方案的思路在于：通过将隔离变压器的副边串接在配电主回路中，通过控制原边回路中IGBT的通断，产生我们需要的ΔU，再通过隔离变压器补偿至主回路，从而实现输出电压Uo=Ui+ΔU，其中Uo是目标输出电压，Ui是当前输电线路在该装置安装点处的实际电压，ΔU是当前实施的调控补偿电压。
ΔU可以是正值也可以是负值，当输入端电压偏高超出限值时，ΔU为负值；当输入端电压偏低时，根据输出端或末端设定电压值需要，ΔU为正值。ΔU值大小由预装在主控模块DSP中的PID数学模型计算确定。
在实施时，通过可控硅整流产生直流电压后（AC/DC），根据DSP计算得出需求的交流电压ΔU，通过逆变部分（DC/AC）产生一个交流电压ΔU1，这个交流电压ΔU1施加到隔离变压器的原边，通过变压器的比值正好可在隔离变压器的副边产生需要的ΔU，这个ΔU和输入Ui控制成同相位，那么可以得出输出电压Uo=Ui+ΔU。
可以作为优选的是：还包括末端电源采样单元，所述末端电压值信号是由末端电源采样单元采集，末端电源采样单元一端并联到末端电网上即用电设备的输入端。如图2所示，通过运算放大及信号调理电路，连接到末端电源采样单元内部的CPU系统，内部的CPU系统对信号进行AD采样转换，将转换结果经过通信转换电路以光纤或电力载波或GPRS等形式传输到主控模块。
为了提升补偿精度，还可以包括前端电压电流采样单元。所述前端电压采样单元并联在位于所述提升补偿控制单元之前的输电线上，用于采集输电线上的，所述初始电压值信号被送至所述主控模块。主控模块在计算时，同时结合初始电压值信号。
可以作为优选的是：还包括告警自动切换旁路单元，在所述提升补偿控制单元两端之间连接有一根短接电线，所述短接电线上设有一组开关装置。所述告警自动切换旁路单元适于在主控模块的控制下驱动所述一组开关装置的开闭。可以在智能中继电源装置内部调压系统故障或外部负载产生异常时，发出切换到旁路指令，并做成相应声光告警。
可以作为优选的是：还包括通讯单元，所述通讯单元与所述主控模块建立信号连接，所述通讯单元通过网络接到远程控制后台。主控模块发出的通信信号转换成RS485，光纤或GPRS等信号和远程监控中心或另一台中继电源相连。
本实施例中装置实际采用的是一种闭环反馈式电压控制方法，该方法包括以循环操作以下核心步骤：
i、实时采集连接在所述输电线上的终端用电设备处的实际末端电压值；
ii、根据要达到的目标末端电压值、实际末端电压值实时计算出在所述特定点处所需要的调压参数；
iii、根据所述调压参数控制变压器模组在所述特定点处进行调压。
本发明中的智能中继电源装置的工作原理，通俗的说，就是在低压电长距离输送过程中，在关键点位给电源提供一个或多个支点，将输电线路上的电压保持在额定电压附近，限制由于电压下降而上升的电流，减少线路和设备热损耗，在满足末端电压（功能）要求的同时也实现了节能。
本发明的不局限于上述实施例，本发明的上述各个实施例的技术方案彼此可以交叉组合形成新的技术方案，另外凡采用等同替换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。
Claims (8)
1.一种智能中继电源装置，其特征在于：包括主控模块和提升补偿控制单元，所述提升补偿控制单元包括隔离变压器、AC/DC模块和DC/AC模块；
所述隔离变压器的副边用于串接到输电主回路中；
所述AC/DC模块的AC输入端用于连接到所输电主回路上，其DC输出端用于连接到所述DC/AC模块的DC输入端；
所述DC/AC模块的AC输出端用于连接到所述隔离变压器的原边；
所述主控模块适于控制所述DC/AC模块的AC输出电压。
2.根据权利要求1所述智能中继电源装置，其特征在于：所述主控模块具有末端信号输入端口，所述末端信号输入端口用于实时接收关于终端用电设备处的当前末端电压值信号；
所述主控模块适于根据预设的标准电压值和当前的所述末端电压值信号进行计算并依据计算结果对所述DC/AC模块的AC输出电压进行控制。
3.根据权利要求2所述智能中继电源装置，其特征在于：还包括并联在终端用电设备处的末端电源采样单元，所述末端电压值信号是由末端电源采样单元采集。
4.根据权利要求2所述智能中继电源装置，其特征在于：还包括前端电压电流采样单元，所述前端电压采样单元并联在位于所述提升补偿控制单元之前的输电线上，用于采集输电线上的初始电压值信号，所述初始电压值信号被送至所述主控模块。
5.根据权利要求2所述智能中继电源装置，其特征在于：还包括告警自动切换旁路单元，在所述提升补偿控制单元两端之间连接有一根短接电线，所述短接电线上设有一组开关装置；
所述告警自动切换旁路单元适于在主控模块的控制下驱动所述一组开关装置的开闭。
6.根据权利要求2所述智能中继电源装置，其特征在于：还包括通讯单元，所述通讯单元与所述主控模块建立信号连接，所述通讯单元通过网络接到远程控制后台。
7.根据权利要求2所述智能中继电源装置，其特征在于：所述末端电源采样单元通过光纤连接到所述主控模块。
8.根据权利要求2所述智能中继电源装置，其特征在于：所述末端电源采样单元通过电力载波的方式将末端电压值信号发送到所述主控模块。
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