CN108063543A - 一种基于10kV配电终端的电源滤波保护系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于10kV配电终端的电源滤波保护系统，包括交流输入电源和负载；其特征在于：所述交流输入电源与负载之间还包括用于获取干净安全直流电的依次连接的交流电输入保护电路、AC‑DC隔离电源模块、交流电滤波电路、DC‑DC隔离电源模块和直流电滤波电路；所述交流电滤波电路和直流电滤波电路还连接有用于采集分析电源质量的电源质量安全保障模块，所述电源质量安全保障模块连接有用于数据交互的数据通讯模块。该基于10kV配电终端的电源滤波保护系统能有效抑制电网噪声，保障电源质量与安全，获取干净的直流电，可广泛用于10kV配电终端、计算机机房设备、开关电源、测控系统等领域。

Description

一种基于10kV配电终端的电源滤波保护系统
技术领域
本发明涉及一种基于10kV配电终端的电源滤波保护系统，属于配电终端信号处理技术的应用领域。
背景技术
随着电子设计、计算机与家用电器的大量涌现和广泛普及，电网噪声干扰日益严重并形成一种公害，特别是瞬态噪声干扰，其上升速度快、持续时间短、电压振幅度高、随机性强，对微机和数字电路易产生严重干扰，常使人防不胜防。
近些年来随着智能配电网的深入建设，我国的智能电网覆盖率逐渐提升，在智能电网建设的要求下，馈线自动化系统对用户用电信息的采集、负荷的监控、有序用电等工作也越来越深入和重要，也对馈线自动化馈线系统终端的要求越来越高，同时配电网输入的交流电一般不能直接接入负载进行供电，往往需要将交流电转换为直流电。因此，需要一种能有效抑制电网噪声，获取安全合格的直流电以提高电子设备的抗干扰能力及系统的可靠性的电源保护系统。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于10kV配电终端的电源滤波保护系统，能有效抑制电网噪声，保障电源质量与安全，获取干净的直流电，可广泛用于10kV配电终端、计算机机房设备、开关电源、测控系统等领域。
本发明解决其问题所采用的技术方案是：
一种基于10kV配电终端的电源滤波保护系统，包括交流输入电源和负载；交流输入电源与负载之间还包括用于获取干净安全直流电的依次连接的交流电输入保护电路、AC-DC隔离电源模块、交流电滤波电路、DC-DC隔离电源模块和直流电滤波电路；交流电滤波电路和直流电滤波电路还连接有用于采集分析电源质量的电源质量安全保障模块，电源质量安全保障模块连接有用于数据交互的数据通讯模块。
进一步，交流输入电源包括主电源和备用电源，交流输入电源与交流电输入保护电路之间包括用于在主电源故障或质量不佳时切换到备用电源的输入电源切换电路；输入电源切换电路与电源质量安全保障模块连接。输入电源切换电路和备用电源保证了电源电路的安全。
进一步，电源质量安全保障模块包括交流输入电源质量采集分析系统和直流电源质量采集分析系统，交流电滤波电路与交流输入电源质量采集分析系统连接，直流电滤波电路与直流电源质量采集分析系统连接；交流输入电源质量采集分析系统和直流电源质量采集分析系统之间通过数据通讯模块进行数据交互。交流输入电源质量采集分析系统和直流电源质量采集分析系统可以实时监测电源的变化情况，记录电源质量参数与故障信息，便于电源滤波保护系统出现问题时快速进行故障定位及维护。
进一步，交流电滤波电路与交流输入电源质量采集分析系统之间设置有第一隔离器件，直流电滤波电路与直流电源质量采集分析系统之间设置有第二隔离器件。第一隔离器件和第二隔离器件能够有效抑制干扰信号，保证了交流输入电源质量采集分析系统和直流电源质量采集分析系统的稳定性及可靠性。
进一步，电源质量安全保障模块与数据通讯模块之间设置有用于人机交互的显示模块。显示模块可以将电源质量参数及故障信息直观显示出来，并方便对电源内部的触发参数进行设置。
进一步，显示模块为具有触屏功能的OLED显示屏及对应的用于读取电源质量参数并输出到显示屏和设置电源的触发参数的显示电路。显示电路用于支持显示屏的人机交互功能。
进一步，数据通讯模块包括4G模块、WiFi模块和蓝牙模块中的一种或多种。多种通讯模块的搭配增加了该电源滤波保护系统的灵活性。
进一步，交流输入电源与负载之间的隔离电压超过10kV。超过10Kv的隔离电压增大了该电源滤波保护系统的安全性及应用范围。
本发明的有益效果是：本发明采用的一种基于10kV配电终端的电源滤波保护系统，通过交流电输入保护电路抑制了输入交流电中的干扰电压，提高了交流输入电源的功率因素；利用AC-DC隔离电源模块、交流电滤波电路、DC-DC隔离电源模块和直流电滤波电路连接起来的多阶隔离电源模块和滤波电路滤除交流输入电源中的干扰成分，将交流电转换为稳定安全的直流电，增加了电源滤波保护系统的稳定性及可靠性；电源质量安全保障模块采集分析经滤波后的交流电与直流电的质量后通过数据通讯模块反馈给用户，有利于用户对电源性能进行优化。
附图说明
下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。
图1是本发明的系统框图；
图2是本发明的交流电滤波电路图；
图3是本发明直流电滤波电路图。
具体实施方式
参照图1-图3，本发明的一种基于10kV配电终端的电源滤波保护系统，包括交流输入电源1和负载14；交流输入电源1与负载14之间还包括用于获取干净安全直流电的依次连接的交流电输入保护电路3、AC-DC隔离电源模块4、交流电滤波电路5、DC-DC隔离电源模块6和直流电滤波电路7；交流电滤波电路5和直流电滤波电路7还连接有用于采集分析电源质量的电源质量安全保障模块，电源质量安全保障模块连接有用于数据交互的数据通讯模块13。
本实施例中，为了应付停电或电源故障等问题，交流输入电源1包括配电网输出的主电源和引自与主电源相对独立的备用电源，交流输入电源1与交流电输入保护电路3之间设置有输入电源切换电路2，该电路使用欧姆龙的型号为LY2N-J AC220/240的AC220V继电器作为输入电源的主要切换元器件；正常情况下，由主电源进行供电，在主电源故障时，输入电源切换电路2将交流输入电源1切换为备用电源进行供电；输入电源切换电路2与电源质量安全保障模块连接，从而在电源供电质量不佳的情况也可以进行输入电源的切换。输入电源切换电路2和主备电源共同保证了电源电路的安全可靠性。
其中，交流电输入保护电路3以两个串联的压敏电阻并联两个串联的Y电容实现交流输入电源1与大地的连接来释放超额的串扰电压，为了提高交流输入电源1的功率因数，增加对快速变化的高频电压、电流的缓冲，在L回路和N回路的输入端分别串联一个10uH/2A的差模电感；本实施例中，压敏电阻使用的是伍尔特公司的20D182压敏电阻，其隔离电压达到1800VAC。
其中，AC-DC隔离电源模块4将交流电输入转换为直流电输出并且输入与输出相互隔离，DC-DC隔离电源模块6起到消除共模干扰、浪涌冲击和实现安全隔离的作用；本实施例中，AC-DC隔离电源模块4使用的是金升阳公司的MBP300-2A27D27220型号的AC-DC电源模块，其隔离电压达到2500VAC；DC-DC隔离电源模块6使用的是金升阳公司的URE4805LP-10WR3型号的DC-DC电源模块，其隔离电压达到3000VDC。
其中，交流电滤波电路5如图2所示，包括共模电感L1和共模电感L2，共模电感L1的两输入端为交流电滤波电路5的输入端，共模电感L1的两输出端连接共模电感L2的两输入端，共模电感L2的两输出端为交流电滤波电路5的输出端，共模电感L1的两输入端之间并联有电容C1、电容C2，共模电感L1的两输出端并联有电容C3，电容C3的一端连接到差模电感L3的输入端，电容C3的另一端连接到差模电感L4的输入端，差模电感L3的输出端和差模电感L4的输出端之间并联有以串联方式连接的电容C4和电容C5，电容C4与电容C5串联的连接端均接地；电容C4和电容C5整体与共模电感L2的两输入端并联，共模电感L2的两输出端并联有电容C6和电容C7。该交流电滤波电路5中，共模电感与差模电感的配合使用达到了滤除高频干扰信号和尖峰脉冲等无用信号，其中使用的共模电感为低损耗、高导磁率的铁氧体电感。
其中，直流电滤波电路7如图3所示，包括共模电感L5和共模电感L6,共模电感L5的两输入端为直流电滤波电路7的输入端，共模电感L5的两输出端连接共模电感L6的两输入端，共模电感L6的两输出端为直流电滤波电路7的输出端，共模电感L5的两输入端之间并联有电容C8和电容C9，共模电感L5的两输出端并联有电容C10，电容C10的一端与差模电感L7的输入端和电容C18的一端连接，电容C18的另一端与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端连接至差模电感L7的输出端，电容C10的另一端与差模电感L8的输入端和电容C19的一端连接，电容C19的另一端与电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端连接至差模电感L8的输出端,差模电感L7的输出端和差模电感L8的输出端之间并联有电容C11、电容C12和电容C13，电容C13与共模电感L6的两输入端并联，共模电感L6的输出端并联有电容C14、电容C15、电容C16和电容C17；电容C8的一端与电容C20的一端连接，电容C20的另一端与电容C17的一端连接，电容C8的另一端与电容C21的一端连接，电容C21的另一端与电容C17的另一端连接。该直流电滤波电路7采用的两级复合式滤波对静电、浪涌、群脉冲等电磁干扰具有良好的滤波效果，其中共模电感L5及其外围电路主要对初级的高频干扰、尖峰脉冲进行滤除，加强直流电源的抗干扰能力；共模电感L6及其外围电路一方面对输入电路传来的干扰进行滤除，另一方面还对负载14的反射干扰进行滤除，从而使负载14获得干净安全的直流电。
具体的，电源质量安全保障模块包括与交流电滤波电路5连接的交流输入电源质量采集分析系统10和与直流电滤波电路7连接的直流电源质量采集分析系统11；交流输入电源质量采集分析系统10和直流电源质量采集分析系统11之间通过数据通讯模块13进行数据交互。交流输入电源质量采集分析系统10和直流电源质量采集分析系统11可以实时监测电源的变化情况，记录电源质量参数与故障信息，便于电源滤波保护系统出现问题时快速进行故障定位及维护。其中的交流输入电源质量采集分析系统10中的隔离放大器使用的是TI公司的AMC1200隔离放大器，该隔离放大器的隔离电压可达4000Vpeak,工作温度范围从-40摄氏度到125摄氏度，具有更高的安全性和使用灵活性。
其中，交流电滤波电路5与交流输入电源质量采集分析系统10之间设置有第一隔离器件8，直流电滤波电路7与直流电源质量采集分析系统11之间设置有第二隔离器件9。第一隔离器件8和第二隔离器件9能够有效抑制干扰信号，保证了交流输入电源质量采集分析系统10和直流电源质量采集分析系统11的稳定性及可靠性。
为了直观查看电源滤波保护系统的各项参数，本实施例中，电源质量安全保障模块与数据通讯模块13之间设置有用于人机交互的显示模块12。显示模块12可以将电源质量参数及故障信息直观显示出来，并方便对电源内部的触发参数进行设置。
其中，显示模块12为具有触屏功能的OLED显示屏及对应的用于读取电源质量参数并输出到显示屏和设置电源的触发参数的显示电路。显示电路用于支持显示屏的人机交互功能。
其中，数据通讯模块13包括4G模块、WiFi模块和蓝牙模块中的一种或多种。本实施例中，为了确保不同设备，不同接口间数据通信的可靠性，在距离相距较近的设备之间采用无线或蓝牙的方式进行两两之间的数据交互，远距离通信则采用4G的方式进行通讯。为了增加故障数据的查询速度，4G模块中加入了故障查询机制，当某个设备有故障时，会自动生成相对应的报文格式反馈给维护人员以便对不同故障情况进行处理，提高数据传输的可靠性。其中，4G模块采用的是华为公司的ME909s-821LGA通信模块，其通信协议为标准的FDD-LTE，并且在对外发送关键信息时，会在内部采用SM2算法进行加密，一个变电站内的配网终端数据交换采用明文IEC 101或者明文IEC104规约，不同变电站之间采用经过SM2算法加密过的信息进行数据交换。多种通讯模块的搭配增加了该电源滤波保护系统的灵活性。
其中，交流输入电源1与负载14之间的隔离电压超过10kV。超过10Kv的隔离电压增大了该电源滤波保护系统的安全性及应用范围。
以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于10kV配电终端的电源滤波保护系统，包括交流输入电源(1)和负载(14)，其特征在于：所述交流输入电源(1)与负载(14)之间还包括用于获取干净安全直流电的依次连接的交流电输入保护电路(3)、AC-DC隔离电源模块(4)、交流电滤波电路(5)、DC-DC隔离电源模块(6)和直流电滤波电路(7)；所述交流电滤波电路(5)和直流电滤波电路(7)还连接有用于采集分析电源质量的电源质量安全保障模块，所述电源质量安全保障模块连接有用于数据交互的数据通讯模块(13)。
2.根据权利要求1所述的基于10kV配电终端的电源滤波保护系统，其特征在于：所述交流输入电源(1)包括主电源和备用电源，所述交流输入电源(1)与交流电输入保护电路(3)之间包括用于在主电源故障或质量不佳时切换到备用电源的输入电源切换电路(2)；所述输入电源切换电路(2)与电源质量安全保障模块连接。
3.根据权利要求1所述的基于10kV配电终端的电源滤波保护系统，其特征在于：所述电源质量安全保障模块包括交流输入电源质量采集分析系统(10)和直流电源质量采集分析系统(11)，所述交流电滤波电路(5)与交流输入电源质量采集分析系统(10)连接，所述直流电滤波电路(7)与直流电源质量采集分析系统(11)连接；所述交流输入电源质量采集分析系统(10)和直流电源质量采集分析系统(11)之间通过数据通讯模块(13)进行数据交互。
4.根据权利要求3所述的基于10kV配电终端的电源滤波保护系统，其特征在于：所述交流电滤波电路(5)与交流输入电源质量采集分析系统(10)之间设置有第一隔离器件(8)，所述直流电滤波电路(7)与直流电源质量采集分析系统(11)之间设置有第二隔离器件(9)。
5.根据权利要求1所述的基于10kV配电终端的电源滤波保护系统，其特征在于：所述电源质量安全保障模块与数据通讯模块(13)之间设置有用于人机交互的显示模块(12)。
6.根据权利要求5所述的基于10kV配电终端的电源滤波保护系统，其特征在于：所述显示模块(12)为具有触屏功能的OLED显示屏及对应的用于读取电源质量参数并输出到显示屏和设置电源的触发参数的显示电路。
7.根据权利要求1所述的基于10kV配电终端的电源滤波保护系统，其特征在于：所述数据通讯模块(13)包括4G模块、Wi Fi模块和蓝牙模块中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的基于10kV配电终端的电源滤波保护系统，其特征在于：所述交流输入电源(1)与负载(14)之间的隔离电压超过10kV。
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