CN113328456A - 一种基于LoRa通讯的低压双端交直流切换供电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于LoRa通讯的低压双端交直流切换供电系统，包括：AC/DC变流器正极端子和负极端子分别与直流接触器连接，切换断路器与其他端子连接，双向反并联晶闸管分别与切换断路器、直流接触器和交流接触器连接；DC/AC变流器的正极端子和负极端子分别与直流接触器连接，交流接触器与DC/AC变流器的其他端子连接，双向反并联晶闸管分别与直流接触器和交流接触器连接；上电后，当变流器检测到供电系统不能提供正确的电压支撑，判断任意一个变流器发生故障，将上电后的直流工作模式切换成交流工作模式。本发明通过变流器故障和恢复故障后的开关切换控制，确保负载侧在变流器故障及恢复阶段不失电。

Description

一种基于LoRa通讯的低压双端交直流切换供电系统
技术领域
本发明涉及输电线路故障技术领域，尤其涉及一种基于LoRa通讯的低压双端交直流切换供电系统。
背景技术
在电网建设初期，偏远末端用户因生活水平限制，用电量较低，用电品质需求不高，因此这些用户用电电压降落不明显，用电需求也不苛刻，但随着人民生活水平的日益提高，家用负荷日益多样化、精细化、大容量化，大功率负荷的集中启用使得远距离配电线路压降明显，末端用户电压降落问题突出，此外，各种大功率用电负荷的启用往往具有一定的周期性，故末端电压偏低问题同样周期出现，并因为其时间集中性而显著加重，影响着居民日常生活、生产用电。
为了解决末端的低电压问题，现有解决方案主要包括：
(1)新建台区：通过增加10kV线路和变压器，新增电源点，同时进行线路改造，缩短380/220V供电半径，降低配变和低压线路的负荷水平，从而减少电压损耗，这是低电压台区治理中常用的手段，能从根源解决低电压问题，最为彻底。然而，新建10kV线路，增设配电台区的方式投资巨大，单个台区投资在50-60万元，而且持续的时间长，从发现问题、立项批复、到最终实施，需要一年及以上时间，线路跨越山区，山体绿色植被生长迅速，容易引发接地短路故障，为后期运维工作带来了很大的困难。
(2)采用光伏储能，构建小型微电网：该方案通过在用户末端配置光伏发电装置和储能装置，相当于在用户侧配置新电源来提升用户的电压，避免功率通过原有的输电线路进行长距离传输，可减少压降。然而，采用光伏储能的方法同样面临成本高的问题，传输30kW功率需投资约40万元，且投资回报周期较长，农村面临征地问题。
(3)安装无功补偿和调压装置，在供电半径过长的线路上串联调压器，在感性负荷密集地区建设集中自动无功补偿站。然而，安装无功补偿和调压装置，虽然能将电压抬升20％左右，但电压仍不合格，无法从根本上解决问题。
发明内容
本发明目的在于，提供一种基于LoRa通讯的低压双端交直流切换供电系统，以解决直流输电运行中可能会出现的变流器故障问题。
为实现上述目的，本发明提供一种基于LoRa通讯的低压双端交直流切换供电系统，包括：AC/DC变流器、DC/AC变流器、切换断路器、多个交流接触器、多个直流接触器及多个双向反并联晶闸管；
所述AC/DC变流器包括正极端子和负极端子，所述AC/DC变流器的正极端子和负极端子分别与任意两个所述直流接触器连接，所述切换断路器与所述AC/DC变流器的非正极端子和非负极端子的其他端子连接，多个所述双向反并联晶闸管分别与所述切换断路器、任意两个所述直流接触器和所述任意一个交流接触器连接；
所述DC/AC变流器包括正极端子和负极端子，所述DC/AC变流器的正极端子和负极端子与任意两个所述直流接触器连接，任一所述交流接触器与所述DC/AC变流器的非正极端子和非负极端子的其他端子连接，多个所述双向反并联晶闸管分别与任意两个所述直流接触器和任意两个所述交流接触器连接；
上电后，当所述变流器检测到供电系统不能提供正确的电压支撑，判断所述AC/DC变流器与所述DC/AC变流器中任意一个变流器发生故障，将上电后的直流工作模式切换成交流工作模式。
优选地，所述多个交流接触器包括，第一交流接触器、第二交流接触器和第三交流接触器，所述多个直流接触器包括，第一直流接触器、第二直流接触器、第三直流接触器和第四直流接触器，所述多个双向反并联晶闸管包括第一双向反并联晶闸管和第二双向反并联晶闸管，其中，所述第一双向反并联晶闸管包括三个双向反并联晶闸管，所述第二双向反并联晶闸管包括三个双向反并联晶闸管。
优选地，所述的基于LoRa通讯的低压双端交直流切换供电系统，包括：
所述AC/DC变流器的正极端子与所述第一直流接触器连接，所述AC/DC变流器的负极端子与所述第二直流接触器连接，所述第一双向反并联晶闸管分别与所述切换断路器、所述第一直流接触器、所述第二直流接触器和所述第一交流接触器连接；
所述DC/AC变流器包括正极端子和负极端子，所述DC/AC变流器的正极端子与所述第四直流接触器连接，所述DC/AC变流器的负极端子与所述第三直流接触器连接，所述第三交流接触器与所述DC/AC变流器的非正极端子和非负极端子的其他端子连接，所述第二双向反并联晶闸管分别与所述第三直流接触器、第四直流接触器、第二交流接触器和第三交流接触器连接。
优选地，所述的基于LoRa通讯的低压双端交直流切换供电系统，还包括：系统等值模块、线路等值模块和负载等值模块；
所述系统等值模块经所述第一双向反并联晶闸管与所述线路等值模块连接，所述线路等值模块经所述第二双向反并联晶闸管与所述负载等值模块连接，所述负载等值模块与所述系统等值模块连接。
优选地，所述的基于LoRa通讯的低压双端交直流切换供电系统，还包括，上电模式，如下：
闭合所述切换断路器，所述AC/DC变流器开始工作，闭合所述第一双向反并联晶闸管和所述第一交流接触器，用于所述DC/AC变流器的控制系统供电；
闭合所述第二双向反并联晶闸管和所述第二交流接触器，用于提供负载的传输功率；
当检测所述AC/DC变流器的直流侧达到额定电压时，采用LoRa通讯发送第一信号至所述DC/AC变流器，所述DC/AC变流器接收到所述第一信号后，断开所述第二双向反并联晶闸管和所述第二交流接触器，所述DC/AC变流器发送第二信号至所述AC/DC变流器，所述AC/DC变流器接收到所述第二信号后，断开所述第一双向反并联晶闸管和所述第一交流接触器，再闭合所述第一直流接触器和第二直流接触器；
当所述DC/AC变流器检测到线路电压为直流电压且所述线路电压大于560V时，闭合所述第三直流接触器、第四直流接触器和第三交流接触器，用于逆变给负载供电，电源侧通过直流输电路径给负载侧传输功率。
优选地，所述上电模式包括直流工作模式；
所述直流工作模式下，闭合所述切换断路器、多个所述直流接触器和所述第三交流接触器，断开所述第一交流接触器、所述第二交流接触器和多个所述双向反并联晶闸管，根据所述AC/DC变流器被整流为直流，其中，所述直流的母线电压额定值为750V，利用预设的三相四线中的三根导线连接至所述DC/AC变流器，逆变为三相交流。
优选地，所述交流工作模式，包括：
所述交流工作模式下，闭合所述第一交流接触器、所述第二交流接触器和多个所述双向反并联晶闸管，断开多个所述直流接触器和所述第三交流接触器，所述AC/DC变流器和所述DC/AC变流器被旁路。
优选地，所述的基于LoRa通讯的低压双端交直流切换供电系统，包括：所述AC/DC变流器与所述DC/AC变流器中任意一个发生故障包括，所述AC/DC变流器故障时所述DC/AC变流器正常工作，所述DC/AC变流器故障时所述AC/DC变流器正常工作。
优选地，所述AC/DC变流器故障时所述DC/AC变流器正常工作，包括：
所述AC/DC变流器停机，断开所述第一直流接触器和所述第二直流接触器；
当所述DC/AC变流器检测线路电压低于预设电压值，断开所述第三直流接触器、所述第四直流接触器和所述第三交流接触器，所述AC/DC变流器接收到所述DC/AC变流器发送的停机信号，切换至所述交流工作模式，闭合所述第一双向反并联晶闸管和所述第一交流接触器；
当所述DC/AC变流器检测线路电压在预设正常电压范围内时，闭合所述第二双向反并联晶闸管和所述第二交流接触器，电源侧通过预设的交流线路给负载侧传输功率；
当所述AC/DC变流器故障恢复后，所述DC/AC变流器接收到所述AC/DC变流器通过LoRa通讯传输的故障恢复信号，根据所述上电模式将模式切换至所述直流工作模式。
优选地，所述DC/AC变流器故障时所述AC/DC变流器正常工作，包括：
所述DC/AC变流器停机，断开所述第三直流接触器、所述第四直流接触器和所述第三交流接触器，所述AC/DC变流器接收到所述DC/AC变流器处于停机状态的信号，切换至所述交流工作模式，断开所述第一直流接触器和所述第二直流接触器，闭合所述第一双向反并联晶闸管和所述第一交流接触器；
当所述DC/AC变流器检测线路电压在预设正常电压范围内时，闭合所述第二双向反并联晶闸管和所述第二交流接触器，电源侧通过预设的交流线路给负载侧传输功率；
当所述DC/AC变流器故障恢复后，所述AC/DC变流器接收到所述DC/AC变流器通过LoRa通讯传输的故障恢复信号，根据所述上电模式将模式切换至所述直流工作模式。
本发明针对直流输电运行中出现变流器故障的问题，采用LoRa通讯获取对侧变流器的运行状态并进行相应的开关切换控制，实现远距离、低功耗的无线通信，当变流器故障时切换至交流输电模态为负载供电，确保负载侧在变流器故障及恢复阶段不失电，待变流器故障恢复后再切换至直流输电模态。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明某一实施例提供的基于LoRa通讯的低压双端交直流切换供电系统的结构示意图；
图2是本发明另一实施例提供的基于LoRa通讯的低压双端交直流切换供电系统的结构示意图；
图3是本发明又一实施例提供的二极管钳位式三电平换流器示意图；
图4是本发明某一实施例提供的直流工作模式图；
图5是本发明另一实施例提供的交流工作模式图。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应当理解，文中所使用的步骤编号仅是为了方便描述，不作为对步骤执行先后顺序的限定。
应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
请参阅图1和图2，本发明提供一种基于LoRa通讯的低压双端交直流切换供电系统，包括：AC/DC变流器、DC/AC变流器、切换断路器K1、多个交流接触器KM1～KM3、多个直流接触器DCKM1～DCKM4及多个双向反并联晶闸管V8～V13，其中，多个交流接触器包括，第一交流接触器KM1、第二交流接触器KM2和第三交流接触器KM3，多个直流接触器DCKM1～DCKM4包括，第一直流接触器DCKM1、第二直流接触器DCKM2、第三直流接触器DCKM3和第四直流接触器DCKM4，多个双向反并联晶闸管V8～V13包括第一双向反并联晶闸管V8～V10和第二双向反并联晶闸管V11～V13，其中，第一双向反并联晶闸管包括三个双向反并联晶闸管，第二双向反并联晶闸管包括三个双向反并联晶闸管。
AC/DC变流器包括正极端子和负极端子，AC/DC变流器的正极端子和负极端子分别与任意两个直流接触器连接，切换断路器K1与AC/DC变流器的非正极端子和非负极端子的其他端子连接，其中，其他端子包括A-B-C-N端口，AC/DC变流器的A-B-C三个端子分别与现有配电线的A、B、C三相连接，其正极端子连接现有线路的A相，负极端子连接现有线路的C相，N端子连接现有三相四线线路的N线，其中，AC/DC变流器的正极端子和负极端子只要与现有三相线路中的任意两个不相邻的相连接即可，并不一定指定必须是A相和C相。
多个双向反并联晶闸管分别与切换断路器K1、任意两个直流接触器和任意一个交流接触器连接，具体的，AC/DC变流器的正极端子与第一直流接触器DCKM1连接，AC/DC变流器的负极端子与第二直流接触器DCKM2连接，第一双向反并联晶闸管V8～V10分别与切换断路器K1、第一直流接触器DCKM1、第二直流接触器DCKM2和第一交流接触器KM1连接。
DC/AC变流器包括正极端子和负极端子，DC/AC变流器的正极端子和负极端子与任意两个直流接触器连接，任一交流接触器与AC/DC变流器的非正极端子和非负极端子的其他端子连接，与AC/DC变流器对应，其他端子包括A-B-C-N端口，DC/AC变流器的A-B-C三个端子与负载A、B、C三相线路连接，DC/AC变流器的正极端子连接A相，负极端子连接C相，N端子连接N线，其中，DC/AC变流器的正极端子和负极端子只要与现有三相线路中的任意两个不相邻的相连接即可，并不一定指定必须是A相和C相。
多个双向反并联晶闸管分别与任意两个直流接触器和任意两个交流接触器连接，具体的，DC/AC变流器包括正极端子和负极端子，DC/AC变流器的正极端子与第四直流接触器DCKM4连接，DC/AC变流器的负极端子与第三直流接触器DCKM3连接，第三交流接触器KM3与DC/AC变流器的非正极端子和非负极端子的其他端子连接，第二双向反并联晶闸管V11～V13分别与第三直流接触器DCKM3、第四直流接触器DCKM4、第二交流接触器KM2和第三交流接触器KM3连接。
请参阅图3，AC/DC变流器和DC/AC变流器均采用二极管钳位式三电平拓扑结构，切换断路器KM1和晶闸管V8～V10同步联动，控制电源侧的交流传输路径的通断，同理，切换断路器KM2和晶闸管V11～V13同步联动，控制负载侧的交流传输路径的通断，之所以要用断路器和晶闸管并联控制通断，是因为晶闸管能保证投切的快速性，但其导通损耗较大，而断路器的导通损耗较小，导通时可起到分流的作用。
系统等值模块经第一双向反并联晶闸管V8～V10与线路等值模块连接，线路等值模块经第二双向反并联晶闸管V11～V13与负载等值模块连接，负载等值模块与系统等值模块连接。
请参阅图4，正常工作模式下自上电后，当变流器检测到供电系统不能提供正确的电压支撑，判断变流器发生故障，将上电后的直流工作模式切换成交流工作模式，具体的，上电模式下，闭合切换断路器K1，AC/DC变流器开始工作，闭合第一双向反并联晶闸管V8～V10和第一交流接触器KM1，用于DC/AC变流器的控制系统供电，闭合第二双向反并联晶闸管V11～V13和第二交流接触器KM2，用于提供负载的传输功率，当检测AC/DC变流器的直流侧达到额定电压时，采用LoRa通讯发送第一信号至DC/AC变流器，DC/AC变流器接收到第一信号后，断开第二双向反并联晶闸管V11～V13和第二交流接触器KM2，DC/AC变流器发送第二信号至AC/DC变流器，AC/DC变流器接收到第二信号后，断开第一双向反并联晶闸管V8～V10和第一交流接触器KM1，再闭合第一直流接触器DCKM1和第二直流接触器DCKM2，当DC/AC变流器检测到线路电压为直流电压且线路电压大于560V时，闭合第三直流接触器DCKM3、第四直流接触器DCKM4和第三交流接触器KM3，用于逆变给负载供电，电源侧通过直流输电路径给负载侧传输功率。
上电模式包括直流工作模式，直流工作模式下，闭合切换断路器K1、多个直流接触器和第三交流接触器KM3，断开第一交流接触器KM1、第二交流接触器KM2和多个双向反并联晶闸管，根据AC/DC变流器被整流为直流，其中，直流的母线电压额定值为750V，利用预设的三相四线中的三根导线连接至DC/AC变流器，逆变为三相交流。
请参阅图5，交流工作模式下，闭合第一交流接触器KM1、第二交流接触器KM2和多个双向反并联晶闸管，断开多个直流接触器和第三交流接触器KM3，AC/DC变流器和DC/AC变流器被旁路。
变流器发生故障包括，AC/DC变流器故障时DC/AC变流器正常工作，DC/AC变流器故障时AC/DC变流器正常工作，具体如下：
1)AC/DC变流器故障时DC/AC变流器正常工作，包括：AC/DC变流器停机，断开第一直流接触器DCKM1和第二直流接触器DCKM2，当DC/AC变流器检测线路电压低于预设电压值，断开第三直流接触器DCKM3、第四直流接触器DCKM4和第三交流接触器KM3，AC/DC变流器接收到DC/AC变流器发送的停机信号，切换至交流工作模式，闭合第一双向反并联晶闸管V8～V10和第一交流接触器KM1，当DC/AC变流器检测线路电压在预设正常电压范围内时，闭合第二双向反并联晶闸管V11～V13和第二交流接触器KM2，电源侧通过预设的交流线路给负载侧传输功率，当AC/DC变流器故障恢复后，DC/AC变流器接收到AC/DC变流器通过LoRa通讯传输的故障恢复信号，根据上电模式将模式切换至直流工作模式。
2)DC/AC变流器故障时所述AC/DC变流器正常工作，包括：DC/AC变流器停机，断开第三直流接触器DCKM3、第四直流接触器DCKM4和第三交流接触器KM3，AC/DC变流器接收到DC/AC变流器处于停机状态的信号，切换至交流工作模式，断开第一直流接触器DCKM1和第二直流接触器DCKM2，闭合第一双向反并联晶闸管V8～V10和第一交流接触器KM1，当DC/AC变流器检测线路电压在预设正常电压范围内时，闭合第二双向反并联晶闸管V11～V13和第二交流接触器KM2，电源侧通过预设的交流线路给负载侧传输功率，当DC/AC变流器故障恢复后，AC/DC变流器接收到DC/AC变流器通过LoRa通讯传输的故障恢复信号，根据上电模式将模式切换至直流工作模式。
在某一实施例中，上电后，当变流器检测到供电系统不能提供正确的电压支撑，判断变流器发生故障，将上电后的直流工作模式切换成交流工作模式，具体的，上电模式下，闭合切换断路器K1，AC/DC变流器开始工作，闭合第一双向反并联晶闸管V8～V10和第一交流接触器KM1，用于DC/AC变流器的控制系统供电，闭合第二双向反并联晶闸管V11～V13和第二交流接触器KM2，用于提供负载的传输功率，当检测AC/DC变流器的直流侧达到额定电压时，采用LoRa通讯发送第一信号至DC/AC变流器，DC/AC变流器接收到第一信号后，断开第二双向反并联晶闸管V11～V13和第二交流接触器KM2，DC/AC变流器发送第二信号至AC/DC变流器，AC/DC变流器接收到第二信号后，断开第一双向反并联晶闸管V8～V10和第一交流接触器KM1，再闭合第一直流接触器DCKM1和第二直流接触器DCKM2，当DC/AC变流器检测到线路电压为直流电压且线路电压大于560V时，闭合第三直流接触器DCKM3、第四直流接触器DCKM4和第三交流接触器KM3，用于逆变给负载供电，电源侧通过直流输电路径给负载侧传输功率。
请参阅图4，上电后进行仿真实验，一开始就闭合K1，V8～V10和KM1，AC/DC变流器直流侧开始稳压，在t＝0.1s时闭合V11～V13和KM2，负载侧有电压电流，中间线路有交流电流流过，在t＝0.04s时AC/DC变流器直流侧电压已达到额定值，给DC/AC变流器发送信号，仿真中信号传输时间为0.5s，DC/AC变流器于t＝0.54s时接收到信号，断开V11～V13和KM2，给AC/DC变流器发送信号，此时中间线路无电流流过，负载侧失电，AC/DC变流器于t＝1.04s时接收到信号，断开V8～V10和KM1，确保这些交流路径的开关断开后，于t＝1.05s时闭合DCKM1和DCKM2，中间线路有直流电压支撑，在t＝1.1s时，DC/AC变流器检测到C点电压为直流电压且大于560V时，闭合DCKM3、DCKM4和KM3，AC/DC变流器通过中间线路给DC/AC变流器供电，中间线路流过直流电流，DC/AC变流器直流侧开始稳压，并逆变给负载侧供电，负载侧电压电流逐渐增大直至稳定，至此，整个系统完成了上电时刻从交流输电模式到直流输电模式的切换，从负载侧电压波形图也可看出，从交流输电模式切换至直流输电模式后，负载端电压幅值由290V上升至310.9V，得到了很大的抬升。
请参阅图5，在某一实施例中，AC/DC变流器故障时DC/AC变流器正常工作，包括：AC/DC变流器停机，断开第一直流接触器DCKM1和第二直流接触器DCKM2，当DC/AC变流器检测线路电压低于预设电压值，断开第三直流接触器DCKM3、第四直流接触器DCKM4和第三交流接触器KM3，AC/DC变流器接收到DC/AC变流器发送的停机信号，切换至交流工作模式，闭合第一双向反并联晶闸管V8～V10和第一交流接触器KM1，当DC/AC变流器检测线路电压在预设正常电压范围内时，闭合第二双向反并联晶闸管V11～V13和第二交流接触器KM2，电源侧通过预设的交流线路给负载侧传输功率，当AC/DC变流器故障恢复后，DC/AC变流器接收到AC/DC变流器通过LoRa通讯传输的故障恢复信号。
AC/DC变流器故障时的进行仿真实验，仿真中，在t＝0.7s时AC/DC变流器发生故障，断开DCKM1和DCKM2，中间线路无电流流过，DC/AC变流器直流侧电压失去支撑，导致逆变的负载侧电压幅值逐渐下降，在t＝0.74s时DC/AC变流器检测到C点直流电压降低至560V时，断开DCKM3、DCKM4和KM3，同时给AC/DC变流器发送信号，此时负载侧失电，在t＝1.24s时，AC/DC变流器接收到信号，闭合V8～V10和KM1，中间线路有交流电压支撑，在t＝1.25s时，DC/AC变流器检测到C点电压为正常的交流电压，闭合V11～V13和KM2，中间线路流过交流电流，电源侧通过原先的交流线路给负载侧传输功率，至此，整个系统完成了AC/DC故障时从直流输电模式到交流输电模式的切换。
在某一实施例中，DC/AC变流器故障时所述AC/DC变流器正常工作，包括：DC/AC变流器停机，断开第三直流接触器DCKM3、第四直流接触器DCKM4和第三交流接触器KM3，AC/DC变流器接收到DC/AC变流器处于停机状态的信号，切换至交流工作模式，断开第一直流接触器DCKM1和第二直流接触器DCKM2，闭合第一双向反并联晶闸管V8～V10和第一交流接触器KM1，当DC/AC变流器检测线路电压在预设正常电压范围内时，闭合第二双向反并联晶闸管V11～V13和第二交流接触器KM2，电源侧通过预设的交流线路给负载侧传输功率，当DC/AC变流器故障恢复后，AC/DC变流器接收到DC/AC变流器通过LoRa通讯传输的故障恢复信号，根据上电模式将模式切换至直流工作模式。
DC/AC变流器故障时进行仿真实验，仿真中，在t＝0.7s时DC/AC变流器发生故障，断开DCKM3、DCKM4和KM3，并通过无线通讯告知AC/DC变流器，此时中间线路无电流流过，负载侧失电，在t＝1.2s时，AC/DC变流器接收到信号，先断开DCKM1和DCKM2，中间线路无电压支撑，确保这些直流路径的开关断开后，在t＝1.21s时闭合V8～V10和KM1，中间线路有交流电压支撑，在t＝1.23s时，DC/AC变流器检测到C点电压为正常的交流电压，闭合V11～V13和KM2，中间线路流过交流电流，电源侧通过原先的交流线路给负载侧传输功率，至此，整个系统完成了DC/AC故障时从直流输电模式到交流输电模式的切换。
采用传统的交流传输方案进行功率传输时，在系统高峰负荷时，末端电压低，甚至有可能不满足电压合格率的要求，而采用直流传输方式，末端用户电压可保持为220V，满足国标要求(198-231V)，针对直流输电运行中可能会出现的变流器故障问题，本发明考虑利用LoRa通讯获取对侧变流器的运行状态并进行相应的开关切换控制，在变流器故障时切换至交流输电模态为负载供电，确保在变流器故障及恢复阶段负载侧依然有电，待变流器故障恢复后再切换至直流输电模态。
考虑到电网建设的成本与经济性，本发明考虑在不改动现有交流配电线路结构的基础上利用电力电子变换和控制技术构建直流配电方案，只需要在配电线杆上安装变流器装置，导线完全可以利用原有敷设的低压交流线路，成本低，基本没有征地和青苗赔偿的问题，根据2018年7月1日实施的国家标准《GB/T35727-2017中低压直流配电电压导则》中规定的低压直流配电的电压等级标准，本发明的低压直流配电方案采用750V(±350V)直流架空线路，可有效延长供电半径，保证末端用户的电压合格率，提升偏远地区农村人民的电力获得感，该方案投资小，工程耗时短，能对用户投诉和迫切的用电需求做出快速响应。针对直流输电运行中可能会出现的变流器故障问题，本发明考虑利用LoRa通讯获取对侧变流器的运行状态并进行相应的开关切换控制，LoRa是一种基于扩频技术的远距离无线传输技术，能实现远距离、低功耗的无线通信，本发明拟在变流器故障时切换至交流输电模态为负载供电，确保负载侧在变流器故障及恢复阶段不失电，待变流器故障恢复后再切换至直流输电模态。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于LoRa通讯的低压双端交直流切换供电系统，其特征在于，包括：AC/DC变流器、DC/AC变流器、切换断路器、多个交流接触器、多个直流接触器及多个双向反并联晶闸管；
所述AC/DC变流器包括正极端子和负极端子，所述AC/DC变流器的正极端子和负极端子分别与任意两个所述直流接触器连接，所述切换断路器与所述AC/DC变流器的非正极端子和非负极端子的其他端子连接，多个所述双向反并联晶闸管分别与所述切换断路器、任意两个所述直流接触器和所述任意一个交流接触器连接；
所述DC/AC变流器包括正极端子和负极端子，所述DC/AC变流器的正极端子和负极端子与任意两个所述直流接触器连接，任一所述交流接触器与所述DC/AC变流器的非正极端子和非负极端子的其他端子连接，多个所述双向反并联晶闸管分别与任意两个所述直流接触器和任意两个所述交流接触器连接；
上电后，当所述变流器检测到供电系统不能提供正确的电压支撑，判断所述AC/DC变流器与所述DC/AC变流器中任意一个变流器发生故障，将上电后的直流工作模式切换成交流工作模式。
2.根据权利要求1所述的基于LoRa通讯的低压双端交直流切换供电系统，其特征在于，所述多个交流接触器包括，第一交流接触器、第二交流接触器和第三交流接触器，所述多个直流接触器包括，第一直流接触器、第二直流接触器、第三直流接触器和第四直流接触器，所述多个双向反并联晶闸管包括第一双向反并联晶闸管和第二双向反并联晶闸管，其中，所述第一双向反并联晶闸管包括三个双向反并联晶闸管，所述第二双向反并联晶闸管包括三个双向反并联晶闸管。
3.根据权利要求2所述的基于LoRa通讯的低压双端交直流切换供电系统，其特征在于，包括：
所述AC/DC变流器的正极端子与所述第一直流接触器连接，所述AC/DC变流器的负极端子与所述第二直流接触器连接，所述第一双向反并联晶闸管分别与所述切换断路器、所述第一直流接触器、所述第二直流接触器和所述第一交流接触器连接；
所述DC/AC变流器包括正极端子和负极端子，所述DC/AC变流器的正极端子与所述第四直流接触器连接，所述DC/AC变流器的负极端子与所述第三直流接触器连接，所述第三交流接触器与所述DC/AC变流器的非正极端子和非负极端子的其他端子连接，所述第二双向反并联晶闸管分别与所述第三直流接触器、第四直流接触器、第二交流接触器和第三交流接触器连接。
4.根据权利要求3所述的基于LoRa通讯的低压双端交直流切换供电系统，其特征在于，还包括：系统等值模块、线路等值模块和负载等值模块；
所述系统等值模块经所述第一双向反并联晶闸管与所述线路等值模块连接，所述线路等值模块经所述第二双向反并联晶闸管与所述负载等值模块连接，所述负载等值模块与所述系统等值模块连接。
5.根据权利要求4所述的基于LoRa通讯的低压双端交直流切换供电系统，其特征在于，还包括，上电模式，如下：
闭合所述切换断路器，所述AC/DC变流器开始工作，闭合所述第一双向反并联晶闸管和所述第一交流接触器，用于所述DC/AC变流器的控制系统供电；
闭合所述第二双向反并联晶闸管和所述第二交流接触器，用于提供负载的传输功率；
当检测所述AC/DC变流器的直流侧达到额定电压时，采用LoRa通讯发送第一信号至所述DC/AC变流器，所述DC/AC变流器接收到所述第一信号后，断开所述第二双向反并联晶闸管和所述第二交流接触器，所述DC/AC变流器发送第二信号至所述AC/DC变流器，所述AC/DC变流器接收到所述第二信号后，断开所述第一双向反并联晶闸管和所述第一交流接触器，再闭合所述第一直流接触器和第二直流接触器；
当所述DC/AC变流器检测到线路电压为直流电压且所述线路电压大于560V时，闭合所述第三直流接触器、第四直流接触器和第三交流接触器，用于逆变给负载供电，电源侧通过直流输电路径给负载侧传输功率。
6.根据权利要求5所述的基于LoRa通讯的低压双端交直流切换供电系统，其特征在于，所述上电模式包括直流工作模式；
所述直流工作模式下，闭合所述切换断路器、多个所述直流接触器和所述第三交流接触器，断开所述第一交流接触器、所述第二交流接触器和多个所述双向反并联晶闸管，根据所述AC/DC变流器被整流为直流，其中，所述直流的母线电压额定值为750V，利用预设的三相四线中的三根导线连接至所述DC/AC变流器，逆变为三相交流。
7.根据权利要求6所述的基于LoRa通讯的低压双端交直流切换供电系统，其特征在于，所述交流工作模式，包括：
所述交流工作模式下，闭合所述第一交流接触器、所述第二交流接触器和多个所述双向反并联晶闸管，断开多个所述直流接触器和所述第三交流接触器，所述AC/DC变流器和所述DC/AC变流器被旁路。
8.根据权利要求7所述的基于LoRa通讯的低压双端交直流切换供电系统，其特征在于，包括：所述AC/DC变流器与所述DC/AC变流器中任意一个发生故障包括，所述AC/DC变流器故障时所述DC/AC变流器正常工作，所述DC/AC变流器故障时所述AC/DC变流器正常工作。
9.根据权利要求8所述的基于LoRa通讯的低压双端交直流切换供电系统，其特征在于，所述AC/DC变流器故障时所述DC/AC变流器正常工作，包括：
所述AC/DC变流器停机，断开所述第一直流接触器和所述第二直流接触器；
当所述DC/AC变流器检测线路电压低于预设电压值，断开所述第三直流接触器、所述第四直流接触器和所述第三交流接触器，所述AC/DC变流器接收到所述DC/AC变流器发送的停机信号，切换至所述交流工作模式，闭合所述第一双向反并联晶闸管和所述第一交流接触器；
当所述DC/AC变流器检测线路电压在预设正常电压范围内时，闭合所述第二双向反并联晶闸管和所述第二交流接触器，电源侧通过预设的交流线路给负载侧传输功率；
当所述AC/DC变流器故障恢复后，所述DC/AC变流器接收到所述AC/DC变流器通过LoRa通讯传输的故障恢复信号，根据所述上电模式将模式切换至所述直流工作模式。
10.根据权利要求1所述的基于LoRa通讯的低压双端交直流切换供电系统，其特征在于，所述DC/AC变流器故障时所述AC/DC变流器正常工作，包括：
所述DC/AC变流器停机，断开所述第三直流接触器、所述第四直流接触器和所述第三交流接触器，所述AC/DC变流器接收到所述DC/AC变流器处于停机状态的信号，切换至所述交流工作模式，断开所述第一直流接触器和所述第二直流接触器，闭合所述第一双向反并联晶闸管和所述第一交流接触器；
当所述DC/AC变流器检测线路电压在预设正常电压范围内时，闭合所述第二双向反并联晶闸管和所述第二交流接触器，电源侧通过预设的交流线路给负载侧传输功率；
当所述DC/AC变流器故障恢复后，所述AC/DC变流器接收到所述DC/AC变流器通过LoRa通讯传输的故障恢复信号，根据所述上电模式将模式切换至所述直流工作模式。
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