CN206023590U - 新型低电压升压装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了新型低电压升压装置，包含外壳，外壳内安装有低电压升压模块；低电压升压模块的CPU控制单元输出与IGBT驱动电路的输入相连，并输出控制IGBT逆变电路逆变状态的控制信号；IGBT驱动电路的输出与IGBT逆变电路中各IGBT的控制端对应相连；IGBT逆变电路的输出与逆变整形滤波电路的输入相连；逆变整形滤波电路的输出与补偿变压器的原边相连；补偿变压器副边的输入端与输入相位监测单元所连相线的同相输入接线端相连，补偿变压器的副边的输出端与对应同相的相线输出接线端相连；整流滤波电路的输入分别与零线输出接线端及对应同相的相线输出接线端相连；本实用新型优点是：提高电压合格率、减少线路损耗。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力设备领域，具体涉及电力电子领域的低电压升压装置。
背景技术
现阶段国内外对配电网低电压问题的研究主要从变电站出口、配电中压线路、配电变压器出口以及低压线路末端等四个方面进行，对于低压线路末端的传统低电压治理主要通过在线路末端增加无功补偿装置与动态电压电流调节器等方法进行治理。而对于我国的农村电网来说，由于农村电网结构复杂，线型多样、用户分散、供电线路过长，由于线路上产生的压降过大，导致末端电压偏低；特别在用电高峰期时，后端用户电压可能低至110～150V或更低，此时不能保证用户的基本用电需求；随着研究的不断深入，多种新的低电压治理技术不断得到应用，但是目前一些治理技术或使用的装置成本较高，比如采用新增配电变压器的方法，其采用的配电变压器及配套的设备及线材价格昂贵，安装复杂，人力成本高，且需要将高压10KV线路停电，不适于在我国农村大面积推广；如何在低电压治理的过程中结合不同方法的优点以达到良好的效果，需要我们对电网治理有更深入的研究与分析。
实用新型内容
针对现有技术中所存在的不足，本实用新型提供了一种新型低电压升压装置，其目的在于解决低压线路末端供电半径较长、负荷较重引起的末端电压偏低的问题。
为实现上述目的，本实用新型采用了如下的技术方案：
新型低电压升压装置，包含外壳，外壳内安装有低电压升压模块；低电压升压模块包含有输入接线端与输出接线端，用于外接相线及零线；所述的低电压升压模块包含输入相位监测单元、CPU控制单元、IGBT驱动电路、IGBT逆变电路、逆变整形滤波电路、补偿变压器及整流滤波电路；输入相位监测单元的输入分别与零线、相线对应的输入接线端相连，用以检测相位信息并将其传递至CPU控制单元；CPU控制单元的输出与IGBT驱动电路的输入相连，并输出控制IGBT逆变电路逆变状态的控制信号；IGBT驱动电路的输出与IGBT逆变电路中各IGBT的控制端对应相连，以驱动并实现CPU控制单元对IGBT逆变电路的控制；IGBT逆变电路的输出与逆变整形滤波电路的输入相连；IGBT逆变电路的供电输入端与整流滤波电路的输出对应相连；逆变整形滤波电路的输出与补偿变压器的原边相连；补偿变压器副边的输入端与输入相位监测单元所连相线的同相输入接线端相连，补偿变压器的副边的输出端与对应同相的相线输出接线端相连；所述整流滤波电路的输入分别与零线输出接线端及对应同相的相线输出接线端相连。
进一步的，低电压升压模块还包含输出电流监测单元与取样反馈单元；取样反馈单元的输入与整流滤波电路的输入端并联，以获取经过补偿变压器之后的电压；取样反馈单元的另一输入与输出电流监测单元的输出相连；取样反馈单元的输出与CPU控制单元的输入相连，用以将获取的电压、电流信息传递至CPU控制单元；所述输出电流监测单元接于整流滤波电路与对应连接的输出接线端之间，用于检测输出电流。
进一步的，所述IGBT逆变电路中还包含有针对IGBT开关元件的过温保护电路、过流保护电路及短路保护电路。
进一步的，所述取样反馈单元包含有用于调节反馈基准电压的电位器，从而实现输出电压的调节。
进一步的，还包含与CPU控制单元相连的显示单元。
本实用新型以CPU控制电路为控制核心，通过接收并处理取样反馈单元及输入相位监测单元传递的信号后，输出用于控制IGBT逆变电路逆变状态的信号；整流滤波电路所得到的电压输出经过IGBT逆变电路的逆变、逆变整形滤波电路的处理后，变成与输入相位监测单元所连接相线同相序、同频率的交流电，并通过补偿变压器叠加到原电网，从而起到升压及稳压的作用；在IGBT逆变电路中包含有过温保护电路、过流保护电路及短路保护电路，并结合取样反馈单元，以硬件及软件相结合的方式实现IGBT开关元件的保护。
本实用新型提出的基于新型低电压升压装置的配置方法优化了新型低压升压装置的使用效果，传统的升压装置距离变压器过远或过近均会由于输入侧或输出侧的输电线路较长而产生加大损耗，特别是没有综合考虑安装点前后的用电负载情况，在输入电压过低的位置安装升压装置则会达不到预期效果。
相比于现有技术，本实用新型具有如下有益效果：
⑴、用于供电质量差、不稳定的电网中后端，起着升压稳压的作用，提高电压合格率、减少线路损耗，保证了电网有稳定可靠的供电质量；由此不用延伸10KV线路，不需新增配电变压器，且装置结构简单，安装方便，为电力部门节省大量人力物力和大大减少农网改造投资；
⑵、采用高频开关IGBT电源，输入电压适应范围宽；
⑶、设有对IGBT元件进行短路、过载和超温保护功能，以避免IGBT的损坏；同时可判断装置及外部环境异常情况，如线路短路，可即时保护本装置及后端用户的电器；
⑷、合理的配置方法使装置更为有效的发挥作用。
附图说明
图1为实施例中低电压升压模块的结构连接逻辑框图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本实用新型中的技术方案进一步说明。
一种新型低电压升压装置，包含外壳，外壳内安装有低电压升压模块；低电压升压模块包含有输入接线端与输出接线端，用于外接相线及零线；如图1所示，所述的低电压升压模块包含输入相位监测单元、CPU控制单元、IGBT驱动电路、IGBT逆变电路、逆变整形滤波电路、补偿变压器、整流滤波电路、输出电流监测单元、取样反馈单元及显示单元；输入相位监测单元的输入分别与零线、相线对应的输入接线端相连，用以检测相位信息并将其传递至CPU控制单元；CPU控制单元的输出与IGBT驱动电路的输入相连，并输出控制IGBT逆变电路逆变状态的控制信号；IGBT驱动电路的输出与IGBT逆变电路中各IGBT的控制端对应相连，以驱动并实现CPU控制单元对IGBT逆变电路的控制；IGBT逆变电路的输出与逆变整形滤波电路的输入相连；IGBT逆变电路的供电输入端与整流滤波电路的输出对应相连；逆变整形滤波电路的输出与补偿变压器的原边相连；补偿变压器副边的输入端与输入相位监测单元所连相线的同相输入接线端相连，补偿变压器的副边的输出端与对应同相的相线输出接线端相连；所述整流滤波电路的输入分别与零线输出接线端及对应同相的相线输出接线端相连；取样反馈单元的输入与整流滤波电路的输入端并联，以获取经过补偿变压器之后的电压；取样反馈单元的另一输入与输出电流监测单元的输出相连；取样反馈单元的输出与CPU控制单元的输入相连，用以将获取的电压、电流信息传递至CPU控制单元；所述输出电流监测单元接于整流滤波电路与对应连接的输出接线端之间，用于检测输出电流；显示单元与CPU控制单元相连，可将线路输入、输出电压通过显示单元直观地显示出来，方便用户查看。
所述IGBT逆变电路中还包含有针对IGBT开关元件的过温保护电路、过流保护电路及短路保护电路，以避免IGBT的损坏。
所述取样反馈单元包含有用于调节反馈基准电压的电位器，从而实现输出电压的调节。
本装置以CPU控制电路为控制核心，通过接收并处理取样反馈单元及输入相位监测单元传递的信号后，输出用于控制IGBT逆变电路逆变状态的信号；整流滤波电路所得到的电压输出经过IGBT逆变电路的逆变、逆变整形滤波电路的处理后，变成与输入相位监测单元所连接相线同相序、同频率的交流电，并通过补偿变压器叠加到原电网，从而起到升压及稳压的作用；在IGBT逆变电路中包含有过温保护电路、过流保护电路及短路保护电路，并结合取样反馈单元，以硬件及软件相结合的方式实现IGBT开关元件的保护。
采用IGBT构成逆变电路，整流滤波电路及输出电流监测单元均是现有技术，其具体结构在此不再赘述。
本实施例在配置使用时，需要按照以下步骤及方法进行：
A、选择用电高峰期电压范围在140V～198V之间的位置作为新型低压升压装置的预选安装点；
B、根据预选安装点到变压器之间的输电线路长度、线制、线径大小和电压情况获取输电线路所能提供的最大功率，结合预选安装点前端及后端的用户数量及用电负荷，调整预选安装点到变压器之间的距离；
C、根据安装点后端高峰期用电状况、安装点的输入电压，并结合步骤B所得到的线路所能提供的最大功率，选择输出电压在180V～220V之间对应功率的新型低压升压装置，且预选安装点后端的最大用电负荷不超过所选新型低压升压装置的最大功率；
D、在安装点完成所选新型低压升压装置的安装，且将该装置的零线、地线接线端通过避雷器连接到地。
步骤A在具体操作时，一些台区因供电半径较长造成后端用户不能正常用电,在用电高峰期时，后端用户电压可能低至110～150V或更低，此时不能保证用户的基本用电需求，如照明、看电视、启动抽水机和打米机等；针对这种情况，可将调压装置的安装点选择在电压为140～170V(高峰期电压)处，经调压装置的升压后，可以将输出电压提高到180～230V，线路后端电压也能提高到165～210V，进而保证了用户的基本家用电器在用电高峰期能够正常使用；一些台区供电半径不是很长，但负荷较重，导致线路后端用户的电压合格率偏低；此情况下调压装置安装点，可选择在电压为170V～198V的范围之间，以提高调压装置后端用户的电压合格率。
对于步骤B在不同线型、线长及用电负荷条件下调压装置的工作情况，可参考下列a～d系列表格，表格中的参数基于额定输出电压为220V的配电变压器所得，所涉及名词解释如下：
线长：指调压装置安装点到配变的线距；
功率：是在相应的线长、线径和输入电压条件下，线路所能提供的最大功率；
输入电压/输出电压：指新型低电压升压装置的输入电压/输出电压；
a、50线
b、35线
c、25线
d、16线
上述表中，四线制所计算的结果是基于三相平衡的情况下得到的，如三相不平衡，在同等线长和功率的情况下，输入电压将比计算结果低，介于二线制和四线制之间。
表中的数据是在新型低电压升压装置前无负荷情况时计算得出的；而在实际情况中，升压装置前也许会有一定的负荷，输入电压将比表中输入电压低，选点时先测试预选点高峰时段的输入电压，再参考表中相应输入电压，可得到预期输出电压。
另外，对于不同线制的转换折算方法如下：
四线制转换成二线制时，将四线制长度除以2即得到转换后的二线制长度；二线制转换成四线制时，将二线制长度乘以2就得到转换后的四线制长度；当调压装置安装点到配变有多种线型时，可参照下表的折算方法将多种线型折算成同一种线型长度，其中左端各行对应折算前线型，表中各列对应项为折算后线型。
例：某一线路从调压装置安装点到配变是二线制，有50线100m，35线100m，25线200m，16线200m。将该线路从调压装置安装点到配变全部折算成25线。根据上表，方法如下：
50线100m折算成25线：100m×0.53＝53m
35线100m折算成25线：100m×0.72＝72m
25线200m折算成25线：200m×1＝200m
16线200m折算成25线：200m×1.59＝318m
把该线路从调压装置安装点到配变全部折算成25线后的长度为：53m+72m+200m+318m＝643m
在表c的25二线制中，找到与643m接近的650m线长后，可以看出在此条件下调压装置的工作情况。
在步骤C中，由于农村用电的季节性和时段性特点，为了满足后端客户的基本用电需求，通常将配变的分接头调到偏高电压输出，从而导致轻负载时段首、末端电压都偏高超上限；而在用电高峰期时段，首端电压超上限，末端电压超下限，致使电压合格率过低。安装调压装置后，可适当调低配变输出电压，在用电负荷较轻时电压不会超高，当用电负荷集中导致电压过低时，调压装置将自动对电压进行补偿，保证用户的正常用电需求，从而提高用户端的电压合格率。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
Claims (5)
1.新型低电压升压装置，包含外壳，外壳内安装有低电压升压模块；低电压升压模块包含有输入接线端与输出接线端，用于外接相线及零线；其特征在于：所述的低电压升压模块包含输入相位监测单元、CPU控制单元、IGBT驱动电路、IGBT逆变电路、逆变整形滤波电路、补偿变压器及整流滤波电路；输入相位监测单元的输入分别与零线、相线对应的输入接线端相连，用以检测相位信息并将其传递至CPU控制单元；CPU控制单元的输出与IGBT驱动电路的输入相连，并输出控制IGBT逆变电路逆变状态的控制信号；IGBT驱动电路的输出与IGBT逆变电路中各IGBT的控制端对应相连，以驱动并实现CPU控制单元对IGBT逆变电路的控制；IGBT逆变电路的输出与逆变整形滤波电路的输入相连；IGBT逆变电路的供电输入端与整流滤波电路的输出对应相连；逆变整形滤波电路的输出与补偿变压器的原边相连；补偿变压器副边的输入端与输入相位监测单元所连相线的同相输入接线端相连，补偿变压器的副边的输出端与对应同相的相线输出接线端相连；所述整流滤波电路的输入分别与零线输出接线端及对应同相的相线输出接线端相连。
2.如权利要求1所述的新型低电压升压装置，其特征在于：低电压升压模块还包含输出电流监测单元与取样反馈单元；取样反馈单元的输入与整流滤波电路的输入端并联，以获取经过补偿变压器之后的电压；取样反馈单元的另一输入与输出电流监测单元的输出相连；取样反馈单元的输出与CPU控制单元的输入相连，用以将获取的电压、电流信息传递至CPU控制单元；所述输出电流监测单元接于整流滤波电路与对应连接的输出接线端之间，用于检测输出电流。
3.如权利要求1或2所述的新型低电压升压装置，其特征在于：所述IGBT逆变电路中还包含有针对IGBT开关元件的过温保护电路、过流保护电路及短路保护电路。
4.如权利要求2所述的新型低电压升压装置，其特征在于：所述取样反馈单元包含有用于调节反馈基准电压的电位器，从而实现输出电压的调节。
5.如权利要求4所述的新型低电压升压装置，其特征在于：还包含与CPU控制单元相连的显示单元。
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