CN107979094A - 一种用户端智能配电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用户端智能配电系统，包括数据采集器、数据处理器、CPU控制器和变压装置；数据采集器、数据处理器、CPU控制器和变压装置依次连接；数据采集器的输入端与用户端相连接；变压装置分别与高压输电系统和用户端相连接；数据采集器采集来自所述用户端的环境信息或实时耗电功率信息，并发送给数据处理器；数据处理器接收环境信息或实时耗电功率信息，并输出电压调节消息至CPU控制器；CPU控制器接收电压调节消息并发送变压指令至变压装置；变压装置接收变压指令和用户端的实时配电电压，并输出变压后的配电电压。本发明解决了现有电网用户因电压不稳造成的安全隐患等技术问题，具有安全性高、控制智能化等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种配电系统，，尤其涉及一种用户端智能配电系统。
背景技术
智能电网即电网的智能化，它是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标，其主要特征包括自愈、安全配电、节能、抵御攻击等，提供满足21世纪用户需求的电能质量。
不同形式的电能经过耦合后，高压远距离输电，再由配电系统对高压电进行智能降压，并根据用户端需求、用户端所处的环境等，对电能进行合理、高效、节能、安全分配。
众所周知，用户端负荷实时变化，且无明显的规律可循，给电网配电带来安全隐患，虽然在配电端使用了不同形式的稳压设备，然而，现有的稳压设备，如稳压器等，均为“粗糙处理”，随用户端负荷的变化，输入电压仍然存在小幅度变化，且其未能对用户端环境、时段等因素进行合理的区分，特别是农村等偏远地区，经降压输出的电能仍需要经过较长距离的输送，方可至终端，电压不稳，对用电设备、输电设备等均有极大的安全隐患。
发明内容
发明目的：针对现有的技术存在的上述问题，提供一种用户端智能配电系统，通过设置配电智能降压装置，对用户端的输入电压进行实时调整，提高电压波动时用户端的用电安全系数。
技术方案：本发明所述的用户端智能配电系统包括：数据采集器、数据处理器和CPU控制器和变压装置；所述数据采集器、数据处理器、CPU控制器和变压装置依次连接；数据采集器的输入端与用户端相连接；变压装置分别与高压输电系统和用户端相连接；所述数据采集器采集来自所述用户端的环境信息或实时耗电功率信息，并发送给所述数据处理器；所述数据处理器接收所述环境信息或实时耗电功率信息，并输出电压调节消息至所述CPU控制器；所述CPU控制器接收所述电压调节消息并发送变压指令至所述变压装置；所述变压装置接收所述变压指令和所述用户端的实时配电电压，并输出变压后的配电电压。
进一步地，所述环境信息包括时间信息、气候信息或温度信息中的一或多者。
进一步地，所述时间信息包括时节信息、昼夜信息和用电高峰时段信息中的一或多者。
进一步地，所述气候信息包括有关降雨和/或阴晴的信息。
进一步地，所述变压装置包括变压部、导通块和电动机；所述变压部包括所述变压器包括筒状变压铁芯、输入主绕组、输入辅助绕组和输出绕组；所述输入主绕组和所述输入辅助绕组串联绕设在所述筒状变压铁芯的一端，且所述输入辅助绕组包裹在所述输入主绕组之外；所述输出绕组绕设在所述筒状变压铁芯的另一端；所述导通块固定在所述电动机的下方，且在所述电动机的控制下相对于所述筒状变压铁芯的中心轴纵向运动；在所述纵向运动的过程中，所述导通块与位于所述筒状变压铁芯内壁的输入辅助绕组的不同位置上的一匝线圈导通，从而改变所述输入辅助绕组的接入匝数；高压输电系统提供的电压施加在由所述输入主绕组和接入的输入辅助绕组串联形成的整体上，配电电压经由所述输出绕组的两端输出。
进一步地，所述导通块为圆盘状；位于所述筒状变压铁芯内表面的输入辅助绕组上开设有多个导槽，每一导槽的边沿设置有垂直于所述筒状变压铁芯内表面的导向条，且每一导槽内具有使所述输入辅助绕组中对应的一匝线圈裸露的开口；所述导通块能够在导槽和导向条的作用下呈螺旋状地相对于所述筒状变压铁芯的中心轴纵向移动并与所述对应的一匝线圈连接，以改变所述输入辅助绕组的接入匝数。
进一步地，所述电动机包括机壳、转轴、永磁体定子、控制铁芯一和绕设于其上的输入控制绕组、控制铁芯二和绕设于其上的输出控制绕组、平衡电阻和可变电阻；所述永磁体定子固定在所述机壳内；所述控制铁芯一和控制铁芯二固定在所述转轴的不同位置上；所述输入控制绕组的电流方向与输出控制绕组的电流方向相反，以在所述永磁体定子产生的磁场下产生不同方向的扭矩，从而控制所述转轴的转动方向；所述可变电阻的阻值随所述变压指令而改变；所述导通块具有用于连通所述输入辅助绕组和所述输入控制绕组的导电端子；所述输入控制绕组与所述平衡电阻串联后形成的整体与串联的输入主绕组和输入辅助绕组并联连接；所述输出控制绕组与所述可变电阻器串联后形成的整体与输出绕组并联连接。
进一步地，所述转轴上设置有电刷一和电刷二，所述输入控制绕组的两端通过电刷一与机壳相连，所述输出控制绕组的两端通过电刷二与机壳相连。
进一步地，所述电动机还包括位于所述机壳之外的导向筒，且所述机壳能够相对于所述导向筒纵向移动。
进一步地，还包括智能电网管理系统、通讯网络平台、用户智能电网管理系统、第一安全模块和第二安全模块；
所述智能电网管理系统的一端连接至所述高压输电系统，另一端经由所述第一安全模块连接至所述通讯网络平台，且用于将所述高压输电系统的输电信息统计输送至所述通讯网络平台；
所述用户智能电网管理系统的一端连接至所述用户端，另一端经由所述第二安全模块连接至所述通讯网络平台，且用于将所述用户端的用电信息统计输送至所述通讯网络平台。
有益效果：本发明与现有技术相比，其优点为：
1、针对用户端的实际情况和用电情况，实时的调整输出电压，防止用户端因负荷等因素的变化，导致电压波动造成安全隐患；
2、采用智能化控制，通过对用户端信息的采集、判断和统筹分析，对输出电压进行精准的主动控制；
3、为应对用户端电压变化，本系统的输出电压还可以自适应调整，以消除稳压电路的误差和延迟。
附图说明
图1是本发明配电系统的原理框图；
图2是本发明配电系统在主动调节输出电压时的原理框图；
图3是本发明配电系统中变压装置的结构示意图；
图4是图3中所示变压装置中变压部的立体图；
图5是图3中所示变压装置的局部A的放大图；
图6是本发明配电系统中变压装置的电路原理图。
具体实施方式
以下是结合附图对本发明进行详细说明。
如图1所示，本发明的配电系统包括数据采集模块、数据处理模块、CPU控制器和变压装置。其中，数据采集器、数据处理器、CPU控制器和变压装置依次连接。数据采集器的输入端与用户端相连接。变压装置分别与高压输电系统和用户端相连接。该配电系统还可以包括智能电网管理系统、通讯网络平台、用户智能电网管理系统、第一安全模块和第二安全模块。智能电网管理系统的一端连接至所述高压输电系统，另一端经由所述第一安全模块连接至所述通讯网络平台。用户智能电网管理系统的一端连接至所述用户端，另一端经由所述第二安全模块连接至所述通讯网络平台。
在运行时，数据采集模块采集来自所述用户端的信息。其中，数据采集器包括收发器，用于向用户端发射关于环境信息或实时耗电功率信息的请求消息、从用户端接收相应的信息并将其发送给数据处理模块，其中环境信息包括时间信息、气候信息和温度信息等。数据处理器可以通过单片机或专用集成电路实现。如图2，数据处理器基于数据采集器采集的时间信息、气候信息、温度信息、用户端实时用电功率信息或其他信息判断是否需要对变压装置输出的配电电压进行主动调节，并输出电压调节信息至CPU控制器。CPU控制器接收数据处理器针对各类信息输出的电压调节信息，并进行统筹，再对变压装置发送变压指令以改变变压装置中变阻器的阻值，从而使用户端用电电压匹配实际情况，避免用户端电压波动对用电设备和配电设备造成安全隐患。其中，时间信息包括时节、昼夜情况、用电高峰时段等，针对用户端实际情况，如用电高峰时段应该提前提高输出电压百分之三左右，避免用户端由于负荷骤增较大造成电压较大幅度地降低而导致用电设备损伤。气候信息包括降水、阴晴等信息，针对不同的气候信息，设计对应的调压判断，如降雨天气，因输电电线存在电阻增加，电能损耗增大等情况，应适当提升输出电压，以抵消损耗。温度变化对输出电压也存在影响，如高温天气输电电线电能损耗较小，电线本身温度较高，应适当降低输出电压。
另一方面，变压装置还可以接收来自用户端的实时配电电压，以对配电电压进行被动调节。被动调节的大致过程为：如果用户端的实时配电电压升高则对配电电压进行降压，反之则进行升压，以应对稳压电路的延迟和误差，防止电压过低或过高而损伤用电设备和配电设备。
智能电网管理系统和用户智能电网管理系统主要是出于专用目的(例如，计费目的等)分别用于将高压输电系统的输电信息和用户端的用电信息统计输送至所述通讯网络平台。用户相关数据和电力网相关数据在传输之前均通过安全模块加密处理，使得电力网相关的核心数据以及用户的重要隐私得到保护。通讯数据经过安全模块中的噪音加密技术处理后再进行传输，可以避免数据泄密和攻击者入侵干扰。归功于智能电网管理系统和用户智能电网管理系统与通讯网络平台间安全模块的设置，一些私密专用的统计数据可以被安全地传送。
图3中的变压装置包括变压部、导通块33和电动机。变压部和导通块33位于图3中的下半部分，电动机位于图3中的上半部分。
变压部包括筒状变压铁芯11、串联绕设在筒状变压铁芯11一端的输入主绕组S1和输入辅助绕组S2以及绕设在筒状变压铁芯11另一端的输出绕组S3。其中，输入辅助绕组S2对应的导线为硬质导线且包裹在所述输入主绕组S1之外，并呈相间螺旋状分布，具体情形如图4所示。
导通块33固定在控制部的下方。如图5，位于所述筒状变压铁芯11内表面的输入辅助绕组S2上开设有多个导槽41，每一导槽41的边沿设置有垂直于所述筒状变压铁芯11内表面的导向条42，且每一导槽内具有使输入辅助绕组S2中对应的一匝线圈裸露的开口。导通块33为圆盘状并具有内嵌的导电端子43，其横置的一端通过该裸露的开口与输入辅助绕组S2的对应的一匝线圈接触。这样一来，导通块33就能够在导槽41和导向条42的引导下呈螺旋状地相对于筒状变压铁芯11的中心轴纵向移动并与输入辅助绕组S2中对应的一匝线圈连接，从而改变所述输入辅助绕组S2的接入匝数，并进一步改变筒状变压铁芯11两端绕组的匝数比，以实现对配电电压的调节。在该变压装置中，高压输电系统提供的电压施加到由输入主绕组S1和接入的输入辅助绕组S2串联形成的整体上，配电电压经由所述输出绕组S3的两端输出。
电动机包括控制部包括机壳32、转轴31、导向筒34、永磁体定子23、控制铁芯一21和绕设于其上的输入控制绕组L1、控制铁芯二22和绕设于其上的输出控制绕组L2、平衡电阻R1以及可变电阻R2。导向筒34位于机壳32之外，且机壳32能够相对于导向筒34纵向移动。永磁体定子23固定在机壳32内，控制铁芯一21和控制铁芯二22固定在转轴31的不同位置上。转轴31上还设置有电刷一44和电刷二45，输入控制绕组L1的两端通过电刷一44与机壳32相连，输出控制绕组L2的两端通过电刷二45与机壳32相连。其中，导通块33中内嵌的导电端子43向上的一端与输入控制绕组L1连接。可变电阻器R2与用户端智能配电系统中的CPU控制器的输出相连。
如图6，输入控制绕组L1与所述平衡电阻R1串联后形成的整体与串联的输入主绕组S1和输入辅助绕组S2并联，且输出控制绕组L2与所述可变电阻器R2串联后形成的整体与输出绕组S3并联。其中，输入控制绕组L1的电流方向与输出控制绕组L2的电流方向相反。如此一来，就会由在永磁体定子23上的永磁体产生的磁场下产生不同方向的磁矩，从而控制转轴31的转动方向。
通过如上方式设置，变压装置能够响应CPU的变压指令对配电电压进行主动调节，或是响应来自用户端的反馈对配电电压进行被动调节。
主动调节包括：如果数据处理器发送的电压调节消息指示需要对用户端降压，则CPU控制器向变压装置发送变压指令，该变压指令使可变电阻器R2的阻值减小，从而通过输出控制绕组L2上的电流变大，该变大的电流使输出控制绕组L2对转轴31形成较大扭矩，抵抗输入控制绕组L1对转轴31形成的反向扭矩，致使转轴31旋转，从而在导槽41和导向条42的作用下，导通块33上移，即输入辅助绕组S2匝数增大，输出绕组S3侧对应的配电电压降低；如果数据处理器发送的电压调节消息指示需要对用户端升压，则CPU控制器向变压装置发送变压指令，该变压指令使可变电阻器R2的阻值增大，从而通过输出控制绕组L2上的电流变小，该变小的电流使输出控制绕组L2对转轴31形成较小扭矩，不足以抵抗输入控制绕组L1对转轴31形成的反向扭矩，致使转轴31反向旋转，从而在导槽41和导向条42的作用下，导通块33上移，即输入辅助绕组S2匝数增大，输出绕组S3侧对应的配电电压降低，导通块33下移，即输入辅助绕组S2匝数减小，输出绕组S3侧对应的配电电压升高。
被动调节包括：如果用户端由于负荷变化等因素而升压，则输出控制绕组L2对转轴31形成较大扭矩，抵抗输入控制绕组L1对转轴31形成的反向扭矩，致使转轴31旋转，从而在导槽41和导向条42的作用下，导通块33上移，输入辅助绕组匝数S2增大，输出绕组S3对应的配电电压降低，即调节用户端降压。如果用户端由于负荷变化等因素而电压下降，则输出控制绕组L2对转轴31形成较小扭矩，不足以抵抗输入控制绕组L1对转轴31形成的反向扭矩，致使转轴31反向旋转，从而在导槽41和导向条42的作用下，导通块33下移，输入辅助绕组S2匝数减少，输出绕组S3侧对应的配电压升高，即调节用户端升压。
需要注意的是，主动调节过程中虽然也可能涉及被动调节机制，但主动调节时输入控制绕组L1和输出控制绕组L2对转轴的扭矩对输入辅助绕组S2的匝数的影响较小。
此外，在本发明中，高压输电系统默认输出的是经稳压后的交流电压。进入输入主绕组S1的电压和输出绕组S3输出的电压默认为交流电，这是由通过匝数调整来进行变压的方式决定的。经稳压的交流电压在进入主绕组S1之后再进入输入控制绕组L1。交流电压从输出绕组S3进入输出控制绕组L2之前一般需要转换为直流电，这主要是根据用户端的配电需要决定的，在其他实施例中也可以不必转换为直流电。
Claims (10)
1.一种用户端智能配电系统，其特征在于，包括数据采集器、数据处理器和CPU控制器和变压装置；所述数据采集器、数据处理器、CPU控制器和变压装置依次连接；数据采集器的输入端与用户端相连接；变压装置分别与高压输电系统和用户端相连接；
所述数据采集器采集来自所述用户端的环境信息或实时耗电功率信息，并发送给所述数据处理器；
所述数据处理器接收所述环境信息或实时耗电功率信息，并输出电压调节消息至所述CPU控制器；
所述CPU控制器接收所述电压调节消息并发送变压指令至所述变压装置；
所述变压装置接收所述变压指令和所述用户端的实时配电电压，并输出变压后的配电电压。
2.根据权利要求1所述的用户端智能配电系统，其特征在于，所述环境信息包括时间信息、气候信息或温度信息中的一或多者。
3.根据权利要求2所述的用户端智能配电系统，其特征在于，所述时间信息包括时节信息、昼夜信息和用电高峰时段信息中的一或多者。
4.根据权利要求2所述的用户端智能配电系统，其特征在于，所述气候信息包括有关降雨和/或阴晴的信息。
5.根据权利要求1所述的用户端智能配电系统，其特征在于，所述变压装置包括变压部、导通块和电动机；
所述变压部包括所述变压器包括筒状变压铁芯(11)、输入主绕组(S1)、输入辅助绕组(S2)和输出绕组(S3)；所述输入主绕组(S1)和所述输入辅助绕组(S2)串联绕设在所述筒状变压铁芯(11)的一端，且所述输入辅助绕组(S2)包裹在所述输入主绕组(S1)之外；所述输出绕组(S3)绕设在所述筒状变压铁芯(11)的另一端；
所述电动机与所述CPU控制器相连且下方固定有导通块(33)；导通块(33)在所述电动机的控制下相对于所述筒状变压铁芯(11)的中心轴纵向运动；在所述纵向运动的过程中，所述导通块(33)与位于所述筒状变压铁芯(11)内壁的输入辅助绕组(S2)的不同位置上的一匝线圈导通，从而改变所述输入辅助绕组(S2)的接入匝数；
高压输电系统提供的电压施加在由所述输入主绕组(S1)和接入的输入辅助绕组(S2)串联形成的整体上，配电电压经由所述输出绕组(S3)的两端输出。
6.根据权利要求5所述的用户端智能配电系统，其特征在于，所述导通块为圆盘状；位于所述筒状变压铁芯(11)内表面的输入辅助绕组(S2)上开设有多个导槽(41)，每一导槽(41)的边沿设置有垂直于所述筒状变压铁芯(11)内表面的导向条(42)，且每一导槽内具有使所述输入辅助绕组(S2)中对应的一匝线圈裸露的开口；所述导通块(33)能够在导槽(41)和导向条(42)的作用下呈螺旋状地相对于所述筒状变压铁芯(11)的中心轴纵向移动并与所述对应的一匝线圈连接，以改变所述输入辅助绕组(S2)的接入匝数。
7.根据权利要求5所述的用户端智能配电系统，其特征在于，所述电动机包括机壳(32)、转轴(31)、永磁体定子(23)、控制铁芯一(21)和绕设于其上的输入控制绕组(L1)、控制铁芯二(22)和绕设于其上的输出控制绕组(L2)、平衡电阻(R1)和可变电阻(R2)；所述永磁体定子(23)固定在所述机壳(32)内；所述控制铁芯一(21)和控制铁芯二(22)固定在所述转轴(31)的不同位置上；所述输入控制绕组(L1)的电流方向与输出控制绕组(L2)的电流方向相反，以在所述永磁体定子(23)产生的磁场下产生不同方向的扭矩，从而控制所述转轴(31)的转动方向；所述可变电阻(R2)的阻值随所述变压指令而改变；所述导通块(33)具有用于连通所述输入辅助绕组(S2)和所述输入控制绕组(L1)的导电端子(43)；所述输入控制绕组(L1)与所述平衡电阻(R1)串联后形成的整体与串联的输入主绕组(S1)和输入辅助绕组(S2)并联连接；所述输出控制绕组(L2)与所述可变电阻器(R2)串联后形成的整体与输出绕组(S3)并联连接。
8.根据权利要求7所述的用户端智能配电系统，其特征在于，所述转轴(31)上设置有电刷一(44)和电刷二(45)，所述输入控制绕组(L1)的两端通过电刷一(44)与机壳(32)相连，所述输出控制绕组(L2)的两端通过电刷二(45)与机壳(32)相连。
9.根据权利要求7所述的变压装置，其特征在于，所述电动机还包括位于所述机壳(32)之外的导向筒(34)，且所述机壳(32)能够相对于所述导向筒(34)纵向移动。
10.根据权利要求1所述的用户端智能配电系统，其特征在于，还包括智能电网管理系统、通讯网络平台、用户智能电网管理系统、第一安全模块和第二安全模块；
所述智能电网管理系统的一端连接至所述高压输电系统，另一端经由所述第一安全模块连接至所述通讯网络平台，且用于将所述高压输电系统的输电信息统计输送至所述通讯网络平台；
所述用户智能电网管理系统的一端连接至所述用户端，另一端经由所述第二安全模块连接至所述通讯网络平台，且用于将所述用户端的用电信息统计输送至所述通讯网络平台。
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| CN104036935A (zh) * | 2014-06-30 | 2014-09-10 | 国家电网公司 | 变压器、励磁装置、同步发电机以及同步电动机 |
| CN104283321A (zh) * | 2014-10-30 | 2015-01-14 | 广东菲尔普电气股份有限公司 | 智能配电变压器 |
| CN205195433U (zh) * | 2015-12-08 | 2016-04-27 | 上海熠萃电气有限公司 | 节能型自动配电的电力变压器 |
-
2017
- 2017-12-14 CN CN201711346755.7A patent/CN107979094A/zh active Pending
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