CN205355955U - 直流远供电源交流局端机及采用交流局端机的供电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种直流远供电源交流局端机及采用交流局端机的供电系统，包括：具有交流输入端和直流输出端的电压转换模块，交流输入端连接任意供电点的交流工频或中频电压源；直流输出端输出至少一种直流电压；电压转换模块至少包括依次连接的滤波单元、AC/DC整流单元和至少一个由PWM脉宽调制单元和DC/DC隔离变换单元组成的功率模块。本实用新型有益效果：可以在任何具有交流电的场所，安装在室内或电杆上抱杆安装即可使用工作，取电具有任意性和随意性，不受严格限制，实现一个局端机拖动多台远端机从而为多个负载供电。

Description

直流远供电源交流局端机及采用交流局端机的供电系统

技术领域

本实用新型涉及通信和电力传输技术领域，尤其涉及一种直流远供电源交流局端机及采用交流局端机的供电系统。

背景技术

传统的直流远供电源方案是：局端机将通讯专业机房的DC48V直流电源进行DC/DC升压变换输出DC220-380V的直流高压经线路传输到远端机，经远端机的开关电源电路进行DC/DC降压变换成通讯设备所需要的DC48V电源，实现点对点的远程供电。该方式的特点是：

第一，局端机是一个DC/DC的升压变换过程，即将通讯专业机房里电池的DC48V升压到DC220-380V输出；

第二，远端机是一个DC/DC降压变换过程，即将线路传输过来的DC220-380V的直流高压进行降压变换成DC48V，供给通讯设备供电；

第三，适用领域和条件局限性：只能在通讯行业将通信专业机房里电池或开关电源的DC48V低压变换成直流高压DC220-380V经过传输线路送往远端机。

上述特点使得现有的直流远供电源存在如下缺陷：

1、由于直流远供电源局端机只能将通信专业机房电池组或开关电源的DC48V变换成直流高压，只有在通信专业机房里、具有直流电池或开关电源DC48V的场所才可以使用；而这种专业机房的资源是有限的，DC48V电池电源也是有限的，不能随时随地任意取用方便的交流电，使使用条件和环境受到严格限制；

其他行业诸如高速公路视频监控系统和路灯照明系统、城市智能交通和路灯照明系统因没有专门提供DC48V的专业机房电池而无法使用这种稳定可靠、建设费用低廉、运维费用很低、传输损耗小的高效节能技术产品；

2、只能进行“一点对一点”的直流远供，即一个直流局端机只拖动一台远端机；无法实现一个局端机拖动多台远端机从而为多个负载供电的需求；

3、只能输出DC220-380V的直流高压，不能输出DC400V、特别是不能输出DC800V的直流高压。而DC800V的高压传输损耗要比DC380V的减少50％、线路建设造价也降低40-50％，不利于节约节能。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了解决上述难题，提供了一种直流远供电源交流局端机及采用交流局端机的供电系统，该结构能够将任意供电点的交流工频AC220V/AC380V/50Hz或交流中频AC230V/AC400V/400Hz，经过整流、升压后，变为DC400V/DC800V的直流高压，经过传输线路对沿线多个远端机进行供电。

为实现上述目的，本实用新型的具体方案如下：

一种直流远供电源交流局端机，包括：具有交流输入端和直流输出端的电压转换模块，所述交流输入端连接任意供电点的交流工频或中频电压源；所述直流输出端输出至少一种直流电压；

所述电压转换模块至少包括依次连接的滤波单元、AC/DC整流单元和至少一个由PWM脉宽调制单元和DC/DC隔离变换单元组成的功率模块。

进一步地，在所述交流输入端设置ATS自动转换开关，用于实现输入主用电和备用电的不间断自动切换。

进一步地，在所述交流输入端和AC/DC整流单元之间依次连接防雷滤波电路和PFC有源功率因数校正模块。

进一步地，所述功率模块包括：PWM脉冲宽度调制模块和DC/DC隔离变换单元，在所述PWM脉冲宽度调制模块和DC/DC隔离变换单元之间并联连接电压电流双闭环监测控制系统。

进一步地，若干个所述功率模块并联连接，经过均流处理后输出。

进一步地，在所述直流输出端设置滤波、防雷输出总开关；所述滤波、防雷输出总开关包括：用于滤除输出的直流电中的交流成分的滤波单元，将来自输出线路上的雷电进行对地放电的防雷单元以及人工控制输出的通和断的总开关。

进一步地，直流远供电源交流局端机安装在室内或者在室外的电杆上抱杆安装。

进一步地，所述交流工频电压包括50Hz的交流220V或交流380V电压；所述交流中频电压包括400Hz的交流230V或交流400V电压。

进一步地，所述直流输出端输出电压为DC400V/DC800V的直流高压。

一种采用直流远供电源交流局端机的供电系统，包括：直流远供电源交流局端机和若干个远端机；所述直流远供电源交流局端机通过传输线路分别与若干个远端机连接。

本实用新型的有益效果：

(1)本实用新型的交流局端机的输入为：交流工频AC220V/380V/50Hz或交流中频AC230V/400V/400Hz的交流电；具备取电的任意性和随意性，能够满足不同供电电源的要求。

(2)本实用新型的交流局端机的输出可以为DC400V或者DC800V；特别是输出为DC800V的电压，更能体现节能，能使传线路输线损耗比原来输出DC220-380V电压的直流局端机降低50％左右，节省初始建设造价约40-50％，节能效果更为明显。

(3)本实用新型的交流局端机除了使用PWM脉宽调制技术和隔离变换技术外，在输入端采用了ATS自动转换开关，使交流局端机的输入不间断，使整个交流局端机供电系统不断电，使系统更加可靠。

(4)本实用新型的交流局端机应用了n+1冗余热备份设计技术，交流局端机6个功率模块其中有一块发生故障时，冗余的一块热备份模块不间断的接替工作，使得输出总功率不变，不影响整个交流局端机的工作，对有故障的功率模块进行维修即可。

(5)本实用新型的电路采用了电压电流闭环检测控制技术和均流技术，使输出的电压电流即时进行采样、比较、分析、判断、处理，从而调节PWM脉宽调制和功率变换模块输出的电压电流稳定可靠。同时，也保证每一块功率模块的输出电流不平衡度能严格控制在3-5％之内，使每一块功率模块的输出电流基本相等、出力一样，使故障率成倍的降低。

(6)本实用新型的交流局端机可以在任何具有交流电的场所，安装在室内或电杆上抱杆安装使用即可工作，取电具有任意性和随意性，不受严格限制。

(7)本实用新型的交流局端机主要应用在高速公路视频监控、路灯照明系统、城市智能交通视频监控和路灯照明等系统，组成一套交流局端机拖动多台远端机的“一点带多点”的直流远程供电系统，实现一个局端机拖动多台远端机从而为多个负载供电。

附图说明

图1为本实用新型装置结构示意图。

具体实施方式：

下面结合附图对本实用新型进行详细说明：

本实用新型的主要目的是将任意供电点的交流工频AC220V/AC380V/50Hz或交流中频230V/400V/400Hz的电能经交流局端机AC/DC整流、DC/DC升压变换转换成DC400V/DC800V的直流高压，经传输线路，送往沿线的多个远端机；再由远端机进行DC/DC或DC/AC变换成负载所需要的电能。实现将任意场所的交流电经交流局端机直流远供供电方式和供电新方法后，传输损耗要比交流电传输降低40％、线路建设造价降低50％、运维费用可降低70～80％、性能稳定可靠等经济目的，让交流局端机技术更好地为国民经济各行各业服务。使原来的直流远端机只能使用专业通信机房的电池DC48V的电源作为输入、使用环境和条件受到严格限制、只能用于通讯基站提供直流高压远程供电的“高贵夫人”，变成交流局端机输入交流电源随处可取、任何场景都可以使用、不受环境和条件限制、各行各业都可以利用的“普通群众”，更好地为国民经济服务。

本实用新型提供了一种直流远供电源交流局端机，包括：具有交流输入端和直流输出端的电压转换模块，交流输入端连接任意供电点的交流工频或中频电压源；直流输出端输出至少一种直流电压；电压转换模块至少包括依次连接的滤波单元、AC/DC整流单元、以及由PWM脉宽调制单元和DC/DC隔离变换单元组成的功率模块。

图1给出了一种直流远供电源交流局端机的具体结构形式，包括：ATS自动转换开关、防雷滤波电路、PFC有源功率因数校正模块、AC/DC整流电路、PWM脉冲宽度调制模块、DC/DC隔离变换电路、电压电流闭环监测控制系统以及滤波、防雷输出总开关。

ATS自动转换开关、防雷滤波电路、PFC有源功率因数校正模块和AC/DC整流电路依次串联连接；

PWM脉冲宽度调制模块、DC/DC隔离变换电路和电压电流闭环监测控制系统共同构成功率模块；其中，PWM脉冲宽度调制模块和DC/DC隔离变换电路依次串联连接，在PWM脉冲宽度调制模块和DC/DC隔离变换电路之间并联连接电压电流闭环监测控制系统。若干个上述功率模块并联连接，实现了n+1冗余热备份设计。电压电流闭环监测控制系统不断采集每一个功率模块输出的电压和电流，并与内部预设值进行比较、判断，然后向PWM脉冲宽度调制模块做出反馈，从而使电源输出效率最高、电压最稳定、电流基本上均等；电压电流闭环监测控制系统采用现有技术可以实现。

作为一种实施方式，本实施例中采用了6个功率模块并联连接，1个功率模块1KW,一个交流局端机总功率6KW；其中有一块发生故障时，冗余的一块热备份模块不间断的接替工作，使得输出总功率不变，不影响整个交流局端机的工作，对有故障的功率模块进行维修即可。

PFC有源功率因数校正模块串联连接后边的AC/DC整流电源模块；AC/DC整流模块与各个并联的功率模块相串联，与滤波、防雷输出总开关串联连接。滤波、防雷输出总开关包括：用于滤除输出的直流电中的交流成分的滤波单元，将来自输出线路上的雷电进行对地放电的防雷单元以及控制输出通和断的总开关。

作为优选的实施方式，本实用新型交流局端机的输出电压为DC400V或者DC800V，能够达到更高的节能效果。

交流局端机能够设置在任何具有交流电的场所，其输入电压可以满足交流工频AC220V/380V/50Hz或交流中频AC230V/400V/400Hz的交流电；安装在室内或电杆上抱杆安装即可工作，取电具有任意性和随意性。

一种采用上述交流局端机的供电系统，包括：直流远供电源交流局端机和若干个远端机；直流远供电源交流局端机通过传输线路分别与若干个远端机连接，实现一个局端机拖动多台远端机从而为多个负载供电。

本实用新型交流局端机具有对各功率模块的监控功能和通过上位机软件系统对多台远端机适时远程监控的功能，各个局端机和远端机均具有RS232/485接口、电力线搭接绝缘自测等新技术都在本电源上得到应用。

本实用新型交流局端机的具体工作原理如下：

将任意供电点的交流工频AC220V/AC380V/50Hz或中频交流AC230V/AC400V/400Hz，送入ATS自动转换开关经过主用电和备用电不间断自动转换后，保证输入的主用电和备用电的自动切换，从而使输入不因为主用电和备用电的倒换而中断；进入防雷滤波电路，经防雷电路防雷对地泄放处理后以保护后边的功率模块安全和经过滤波后滤除交流电带来的各种谐波成分，防止对开关电源电路的干扰→再经PFC有源功率因数校正，提高电源的有效功率达到99％以上→经AC/DC整流电路整流后将交流变成直流电压→再到功率模块1经过PWM脉冲宽度调制进行功率变换提高电源效率和经过DC/DC隔离变换后，使输出直流的正负极对地处于零悬浮状态，对人体安全保护，并进行隔离、降噪、功率变换、稳压等，其中要经过电压电流闭环监测控制系统的CPU处理器对输出的电压电流进行输出取样、比较、判断、分析和反馈，从而使电源输出效率最高、电压最稳定、电流基本上均流输出，其他2-6个功率模块工作原理与功率模块1完全相同，6个功率模块经过均流电路处理后，并联输出→到滤波、防雷输出总开关，对输出的直流电再进行滤波滤除其中的交流成分，防雷是将来自输出线路上的雷电进行对地放电，避免从输出线路上来的雷电损坏交流局端机的输出电路，再通过输出总开关控制输出是DC400V或者DC800V，之后输出稳定的直流DC400V/DC800V的高压，送往传输线路。

经传输线路输送至各个远端机后的直流DC400V/DC800V的电压，再经过远端机的DC/DC或DC/AC电路变换成沿线各负载所需要的电压，拖动沿线各个负载的正常工作。

本实用新型交流局端机除了主要应用在高速公路的视频监控或者LED照明、LED情报板、补光灯、光端机等领域，实现长距离高速公路的全程视频监控与照明外，还能够应用在城市道路、立交桥、隧道、涵洞、匝道、陡坡、弯道、桥梁等领域的视频监控或路灯照明等，节能效果十分显著。

本实用新型的交流局端机优点如下：

1、经济性：与现有的直流局端机输出DC220V-380V相比，本交流局端机输出DC400V/DC800V。特别是输出DC800V时，其线路传输损耗降低50％、线路造价降低40-50％。经济效益十分明显。

初始建设费用要比交流供电方式造价节省50％以上；与现有直流远供电源相比：线路造价费用将节约40-50％。

以高速公路LED路灯照明为例，据资料记载，2012年，采用交流供电方式的深圳高速公路120公里的LED路灯照明项目，总投资3亿元，建设费用为250万元/公里。而采用直流远供交流局端机供电系统的高速公路LED照明建设费用大约为120万元/公里，可节省52％。假设，依中国10万公里高速公路里程来计算:采用原来的直流局端机供电方式，是无法实现的；而采用交流供电方式的LED照明造价：10万公里*250万元/公里＝2500亿元；而采用交流局端机供电方式的LED照明造价：10万公里*120万元/公里＝1200亿元。可见，直流远供交流局端机要比交流供电方式节约1300亿元，节约经费达52％，经济效益十分明显。

2、适应性：本实用新型的交流局端机，可以在有交流电的任何地方取电，取电具有任意性，无需要任何专用机房和专用电池组；可在室外或电线杆上抱杆安装；

3、稳定性、可靠性：远远高于交流供电方案、风光互补供电方案，与已有直流远供局端机相当；

4、运维费用：要比交流远供电或风光互补方案节省70～80％；要比UPS供电节省70～80％；

5、安全性：比交流供电方式安全，与使用直流局端机远供相当；

6、节能减排，绿色低碳。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种直流远供电源交流局端机，其特征是，包括：具有交流输入端和直流输出端的电压转换模块，所述交流输入端连接任意供电点的交流工频电压源或交流中频电压源；所述直流输出端输出至少一种直流电压；

所述电压转换模块至少包括依次连接的滤波单元、AC/DC整流单元和至少一个由PWM脉宽调制单元和DC/DC隔离变换单元组成的功率模块。

2.如权利要求1所述的一种直流远供电源交流局端机，其特征是，在所述交流输入端设置ATS自动转换开关，用于实现输入主用电和备用电的不间断自动切换。

3.如权利要求1所述的一种直流远供电源交流局端机，其特征是，在所述交流输入端和AC/DC整流单元之间依次连接防雷滤波电路和PFC有源功率因数校正模块。

4.如权利要求1所述的一种直流远供电源交流局端机，其特征是，所述功率模块包括：PWM脉冲宽度调制模块和DC/DC隔离变换单元，在所述PWM脉冲宽度调制模块和DC/DC隔离变换单元之间并联连接电压电流双闭环监测控制系统。

5.如权利要求1所述的一种直流远供电源交流局端机，其特征是，若干个所述功率模块并联连接，经过均流处理后输出。

6.如权利要求1所述的一种直流远供电源交流局端机，其特征是，在所述直流输出端设置滤波、防雷输出总开关；所述滤波、防雷输出总开关包括：用于滤除输出的直流电中的交流成分的滤波单元，将来自输出线路上的雷电进行对地放电的防雷单元以及人工控制输出的通和断的总开关。

7.如权利要求1所述的一种直流远供电源交流局端机，其特征是，直流远供电源交流局端机安装在室内或者在室外的电杆上抱杆安装。

8.如权利要求1所述的一种直流远供电源交流局端机，其特征是，所述交流工频电压源包括50Hz的交流220V或交流380V电压；所述交流中频电压源包括400Hz的交流230V或交流400V电压。

9.如权利要求1所述的一种直流远供电源交流局端机，其特征是，所述直流输出端输出电压为DC400V/DC800V的直流高压。

10.一种采用权利要求1-9所述的任一种直流远供电源交流局端机的供电系统，其特征是，包括：直流远供电源交流局端机和若干个远端机；所述直流远供电源交流局端机通过传输线路分别与若干个远端机连接。