CN209233473U

CN209233473U - 一种智能稳压装置

Info

Publication number: CN209233473U
Application number: CN201821912280.3U
Authority: CN
Inventors: 郭敏; 金庆忍; 陈卫东; 姚知洋
Original assignee: Electric Power Research Institute of Guangxi Power Grid Co Ltd
Current assignee: Electric Power Research Institute of Guangxi Power Grid Co Ltd
Priority date: 2018-11-20
Filing date: 2018-11-20
Publication date: 2019-08-09
Anticipated expiration: 2028-11-20

Abstract

本实用新型涉及电能质量变换与控制技术领域，具体涉及一种智能稳压装置，具体包括信号采集单元、主处理器、调压主回路、控制单元、保护单元、远程通信单元；采用控制单元与调压主回路的配合，实现调整线路电压。调压主回路采用耦合变压器实现2档调压，有效的保证出线侧电压始终在合格范围内。控制单元通过多个电子开关相互配合，使得调压主回路工作在多个模式下，避免了功率穿越极大地降低其损耗，同时使其体积和重量也极大的减少，本实用新型解决了传统调压器体积重量大、损耗大、难投切等问题，具有简单易用、高可靠性，适合家用的优点，可以满足低压智能稳定电压输出，可以壁挂安装在用户侧进线处，也可设置配变低压出线侧或线路分支侧。

Description

一种智能稳压装置

技术领域

本实用新型涉及电能质量变换与控制技术领域，具体涉及一种智能稳压装置。

背景技术

低压配电网中设备数量众多，受季节性、生产和生活周期的影响，末端电压会呈现白天电压偏低，夜间电压偏高；节假日负荷重时电压偏低，其它时候负荷轻时电压偏高；冬夏两季节电压偏低，春秋两季电压偏高。为应用上述变化，供电局人员经常需要对配电变压器进行调档操作，为实现线路台区的自动调节宜采用线路调压器。

线路调压器在国内外主要应用于电力系统中低压线路，可自动调节变比来保证输出电压稳定，特别适用于电压波动大的线路或压降大的线路，并且该线路调压器安装在馈电线路的中部，在一定范围内对线路电压进行调整，保证用户的供电电压，减少线路的线损。目前，国内外关于线路调压装置的技术在10kV以及380V系统已经得到广泛的应用。

传统线路调压装置拓扑结构简单，但因其存在功率穿越必然使其体积、重量和损耗较大。由于负荷群的功率完全由自耦变压器耦合输出，因此负载电流完全由自耦变压器输出，变压器设计时必须按最大负荷群容量设计，应用中常采用双段绕线方式，绕组匝数很多。由此造成变压器设计容量很大、体积及重量无法减小，自身铁损、铜损相应也很大。传统自耦变压器采用接触器或复合开关控制抽头的简单控制方式，受机械开关寿命限制，不能频繁切换，影响了其响应速度及寿命，造成末端电压仍存在短时波动较大的情况。调压器容量大，必然体积也大，导致其在实际推广应用时受到限制。

发明内容

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种智能稳压装置，具体技术方案如下：

一种智能稳压装置包括信号采集单元、主处理器、调压主回路、控制单元、保护单元；所述信号采集单元用于采集线路电压信号和线路电流信号；所述主处理器用于实时处理分析信号采集单元采集的输电线路电压信号和输电线路电流信号，并控制保护单元、控制单元动作；所述调压主回路用于调整输电线路电压；所述控制单元用于根据主处理器的控制信号控制调压主回路调整输电线路电压；所述保护单元用于将调压主回路置于旁路保护状态；所述信号采集单元、控制单元、保护单元分别与主处理器单元连接；所述信号采集单元与输电线路连接；所述控制单元与调压主回路连接；所述调压主回路与输电线路连接；所述保护单元与调压主回路连接。

优选地，所述信号采集单元包括2个电压互感器、2个电流互感器、AD采样电路；所述2个电压互感器分别设置在输电线路进线侧、输电线路出线侧，分别用于采集输电线路进线侧电压和输电线路出线侧电压；所述2个电流互感器分别设置在输电线路进线侧和输电线路出线侧，分别用于采集输电线路进线侧电流和输电线路出线侧电流；所述AD采样电路用于将电压互感器采集的输电线路电压信号和电流互感器采集的输电线路电流信号进行AD转换，并将转换后的信号传输至主处理器进行处理分析；所述2个电压互感器、2个电流互感器分别与AD采样电路连接；所述AD采样电路与主处理器连接。

优选地，所述调压主回路包括耦合变压器T1，所述耦合变压器T1设置2档升压，第一档升压10%，第二档升压20%；所述耦合变压器T1与相线串联。

优选地，所述控制单元包括电子开关、启动电阻R1、电子开关驱动电路；所述电子开关设置6个，分别为电子开关K1、电子开关K2、电子开关K3、电子开关K4、电子开关K5、电子开关K6；所述电子开关采用双向可控硅器件；所述电子开关K1的一端与耦合变压器T1的初级绕组的首端连接，所述电子开关K1的另一端与电子开关K2的一端、电子开关K4的一端连接；所述电子开关K2的另一端与耦合变压器T1的次级绕组的首端连接；所述电子开关K4的另一端与耦合变压器T1的末端连接；所述电子开关K3的一端与耦合变压器T1的抽头连接，所述电子开关K3的另一端与电子开关K5的一端、电子开关K6的一端连接；所述电子开关K5的另一端与耦合变压器T1的末端连接；所述电子开关K6的另一端与耦合变压器T1的首端连接；所述启动电阻R1与电子开关K1并联；所述电子开关驱动电路用于驱动电子开关发生动作；所述电子开关驱动电路设置6个；所述6个电子开关驱动电路分别与主处理器连接。

优选地，所述电子开关驱动电路采用光电耦合器驱动电子开关。

优选地，所述保护单元包括电子开关K7、继电器S1、电子开关驱动电路、继电器驱动电路；所述电子开关K7、继电器S1分别与耦合变压器T1的初级绕组并联；所述电子开关驱动电路分别与主处理器、电子开关K7连接；所述继电器驱动电路分别与主处理器、继电器S1连接。

优选地，还包括人机交互单元；所述人机交互单元与主处理器连接，用于数据输入和显示调压结果。

优选地，还包括远程通信单元，所述远程通信单元用于接收远程系统的控制、查询指令；所述远程通信单元与主处理器连接。

优选地，还包括柜体，所述柜体为长方体结构，在柜体背面的四个顶角处分别设置1个固定耳；所述柜体的一个侧面设置有进线孔、出线孔、零线孔。

优选地，所述柜体的长为300-400mm，柜体的宽为150-250mm，柜体的高为450-550mm，固定耳的高度为50-100mm。

本实用新型的有益效果为：本实用新型提供了一种智能稳压装置，采用控制单元与调压主回路的配合，实现调整线路电压。调压主回路采用耦合变压器实现2档调压，有效的保证出线侧电压始终在合格范围内。控制单元采用多个电子开关，多个电子开关相互配合，使得调压主回路工作在多个模式下，避免了功率穿越极大地降低其损耗，同时使其体积和重量也极大的减少，本实用新型解决了传统调压器体积重量大、损耗大、难投切等问题，具有简单易用、高可靠性，适合家用的优点，可以满足低压智能稳定电压输出，可以壁挂安装在用户侧进线处，也可设置配变低压出线侧或线路分支侧。

附图说明

图1为本实用新型的原理示意图；

图2为本实用新型的电子开关驱动电路的原理示意图；

图3为本实用新型的继电器驱动电路的原理示意图；

图4为本实用新型的调压主回路的原理示意图；

图5为本实用新型的调压主回路的工作模式切换示意图；

图6为本实用新型的结构示意图；

图7为图6的左视图；

其中，1：柜体、2：固定耳、3：进线孔、4：出线孔、5：零线孔、6：封闭门、7：把手。

具体实施方式

为了更好的理解本实用新型，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明：

如图1所示，一种智能稳压装置包括信号采集单元、主处理器、调压主回路、控制单元、保护单元、远程通信单元、人机交互单元；信号采集单元用于采集线路电压信号和线路电流信号；主处理器用于实时处理分析信号采集单元采集的输电线路电压信号和输电线路电流信号，并接收远程通信单元发送来的控制信号和控制旁路保护单元、控制单元动作；调压主回路用于调整输电线路电压；控制单元用于根据主处理器的控制信号控制调压主回路调整输电线路电压；保护单元用于将调压主回路置于旁路保护状态；远程通信单元用于接收远程系统的控制、查询指令；信号采集单元、远程通信单元、控制单元、保护单元分别与主处理器单元；信号采集单元与输电线路连接；控制单元与调压主回路连接；调压主回路与输电线路连接；保护单元与调压主回路连接；人机交互单元与主处理器连接，用于数据输入和显示调压结果。

主处理器采用基于CORTEX-M4内核的STM32F373VCT6微处理器，该处理器有2个I2C,2个SPI,3个USART,1路CAN,3个16位Sigma DeltaADC转换器，1个12位ADC转换器，3个12位DAC转换器，内部有32KB SRAM,256KB FLASH,支持JTAG调试。

信号采集单元包括2个电压互感器、2个电流互感器、AD采样电路；2个电压互感器分别设置在输电线路进线侧、输电线路出线侧，即智能稳压装置的进线侧、智能稳压装置的出线侧，分别用于采集输电线路进线侧电压和输电线路出线侧电压；2个电流互感器分别设置在输电线路进线侧和输电线路出线侧，即智能稳压装置的进线侧、智能稳压装置的出线侧，分别用于采集输电线路进线侧电流和输电线路出线侧电流；AD采样电路用于将电压互感器采集的输电线路电压信号和电流互感器采集的输电线路电流信号进行AD转换，并将转换后的信号传输至主处理器进行处理分析；2个电压互感器、2个电流互感器分别与AD采样电路连接；AD采样电路与主处理器连接。AD采样电路包括包括AD采样芯片，AD采样芯片主要采用Analog公司的AD7934-6芯片，是一款12位、高速、低功耗、逐次逼近型模数转换器，采用2.7V至5.25V单电源供电，最高吞吐量达到625kSPS，内置一个低噪声、宽带宽、差分采样保持放大器，可处理最高达50MHz的输入频率。

调压主回路包括耦合变压器T1，耦合变压器T1设置2档升压，第一档升压10%，第二档升压20%；耦合变压器T1与相线串联。耦合变压器T1的变比为1：10，可实现170V~280V内的电压调整，比如：以170V为例，使用第1档，提升20%，电压提升为204V,满足低压电压标准范围（-10%,+7V）即为198V~235.4V。

控制单元根据主处理器的命令生成相应的触发脉冲以驱动电子开关，具体包括电子开关、启动电阻R1、电子开关驱动电路；电子开关设置6个，分别为电子开关K1、电子开关K2、电子开关K3、电子开关K4、电子开关K5、电子开关K6；电子开关采用双向可控硅器件；电子开关K1的一端与耦合变压器T1的初级绕组的首端连接，电子开关K1的另一端与电子开关K2的一端、电子开关K4的一端连接；电子开关K2的另一端与耦合变压器T1的次级绕组的首端连接；电子开关K4的另一端与耦合变压器T1的末端连接；电子开关K3的一端与耦合变压器T1的抽头连接，抽头处于次级绕组的中心位置，使得耦合变压器T1的变比为1：5：5，电子开关K3的另一端与电子开关K5的一端、电子开关K6的一端连接；电子开关K5的另一端与耦合变压器T1的末端连接；电子开关K6的另一端与耦合变压器T1的首端连接；启动电阻R1与电子开关K1并联；电子开关驱动电路用于驱动电子开关发生动作；电子开关驱动电路设置6个；6个电子开关驱动电路分别与主处理器连接。电子开关K1-K6采用ST公司的双向可控硅BTA16-400，正常导通时可通过16A电流；启动电阻R1采用大功率黄金铝壳散热电阻RXG24，额定电阻和功率分别为10Ω和75W。

电子开关驱动电路采用光电耦合器MOC3081驱动电子开关K1-K7，以光为媒介来传输电信号，当光电耦合器MOC3081的输入端加电信号时发光器发出光线，受光器接受光线之后就产生光电流，从光电耦合器MOC3081的输出端流出，从而实现了“电—光—电”转换。以光为媒介把输入端信号耦合到输出端的光电耦合器MOC3081具有体积小、寿命长、无触点，抗干扰能力强，输出和输入之间绝缘，单向传输信号等优点。以驱动电子开关K1的电子开关驱动电路为例，电子开关驱动电路的原理图如图2所示，其中PD1端与主处理器连接，R10=470Ω，R11=360Ω，额定功率为1W，R12=330Ω，额定功率为1W，R13=39Ω，额定功率为1W，C10=0.01μF，额定电压为630V。

保护单元根据主处理器的命令生成相应的脉冲，用于驱动电子开关和继电器，具体包括电子开关K7、继电器S1、电子开关驱动电路、继电器驱动电路；电子开关K7、继电器S1分别与耦合变压器T1的初级绕组并联；电子开关驱动电路分别与主处理器、电子开关K7连接；继电器驱动电路分别与主处理器、继电器S1连接。驱动电子开关K7的电子开关驱动电路如图2所示，在此不再赘述。驱动继电器S1的继电器驱动电路如图3所示，其中PD8端与主处理器连接，R80=470Ω，三极管Q的型号为8050。继电器采用JZC-22F，正常导通时可通过20A电流。电子开关K7采用ST公司的双向可控硅BTA16-400。

远程通信单元采用NB-IOT物联网模块4G中国移动M5310-A模组实现无线数据传输，是一款工业级的多频段NB-IOT无线模块,其工作频段是Band 3、Band 5、Band 8，主要应用于低功耗的数据传输业务,满足3gpp Release14 标准，其通过串口与主处理器进行连接，供电电压范围为3.1V~4.2V，Band 3，Band 5，Band 8模块可自动搜寻频率频段选择可以通过AT命令来设置。

人机交互单元包括键盘和LCD显示屏，键盘设计了4个按键，用于实现数值增加、数值减少、功能确定、方位取消。为了能够直观的显示定位检测结果，LCD显示屏采用320X240分辨率的LCD，方便显示各种参数以及当前的运行状态，该LCD显示屏的工作电源为2.4~3.3V，背光可控且低电平有效，数据宽度为16位，复位操作采用低电平，尺寸为3.2英寸，使用ILI9320芯片进行驱动。

信号采集单元的电压互感器TV1和电流传感器TA1安装在智能稳压装置的进线侧，信号采集单元的电压互感器TV2和电流传感器TA2安装在智能稳压装置的出线侧，信号采集单元实时跟踪用户进线侧的电压变化，由主处理器对用户进线侧的电压变化进行分析处理，根据需要驱动控制单元驱动电子开关使得调压主回路切换不同的运行模式，使得输出侧电压始终保持在国标合格电压（198.0V~235.4V）范围内。具体工作原理为：若进线侧电压合格，调压主回路工作在模式1，使得耦合变压器T1处于旁路状态，不发挥升压、降压作用；若进线侧电压低于合格值，则调压主回路工作在模式2或模式3下，耦合变压器T1生成一个与进线侧电压同相位的补偿电压，通过相量迭加使出线侧电压处于合格范围内；若进线侧电压高于合格值，则调压主回路工作在模式4或模式5下，耦合变压器T1生成一个与进线侧电压反相位的补偿电压，通过相量迭加使出线侧电压处于合格范围内，原理图如图4所示，具体运行模式如下表1所示：

表1 运行模式详情表

（1）模式1：当信号采集单元检测到低压用户的进线电压在合格电压范围198.0V到235.4V之间时，主处理器控制电子开关K7闭合、电子开关K2、K3、K4、K5和K6断开、继电器S1闭合，电子开关K1闭合，使得耦合变压器T1处于旁路状态，不发挥升压、降压作用。

（2）模式2：当信号采集单元检测到低压用户的进线电压在范围180.0V到198.0V之间时，主处理器控制继电器S1断开、电子开关K7和K2闭合、电子开关K4、K5和K6断开，接着控制电子开关K3闭合、电子开关K1和K7断开，且K3闭合的时机选择在进线电压相位过零点时，为避免模式切换引起电压冲击，待半周波后电子开关K1闭合，使得耦合变压器T1的一档升压模块接入电路，耦合变压器T1发挥升压10%作用，如此可保证调压主回路的输出电压在合格电压范围内。

（3）模式3：当信号采集单元检测到低压用户的进线电压在范围165.0V到180.0V之间时，主处理器控制继电器S1断开、电子开关K7和K2闭合、电子开关K3、K4和K6断开，接着控制电子开关K5闭合、电子开关K1和K7断开，且K5闭合的时机选择在进线电压相位过零点时，为避免模式切换引起电压冲击，待半周波后电子开关K1断开，使得耦合变压器T1的二档升压模块接入电路，耦合变压器T1发挥升压20%作用，如此可保证调压主回路的输出电压在合格电压范围内。

（4）模式4：当信号采集单元检测到低压用户的进线电压在范围235.4V到258.9V之间时，主处理器控制继电器S1断开、电子开关K7和K4闭合、电子开关K2、K5和K6断开，接着控制电子开关K3闭合、电子开关K1和K7断开，且K3闭合的时机选择在进线电压相位过零点时，为避免模式切换引起电压冲击，待半周波后电子开关K1闭合，使得耦合变压器T1的一档降压模块接入电路，耦合变压器T1发挥降压10%作用，如此可保证调压主回路的输出电压在合格电压范围内。

（5）模式5：当信号采集单元检测到低压用户的进线电压在范围258.9V到282.5V之间时，主处理器控制继电器S1断开、电子开关K7和K4闭合、电子开关K2、K3和K5断开，接着控制电子开关K6闭合、电子开关K1和K7断开，且K6闭合的时机选择在进线电压相位过零点时，为避免模式切换引起电压冲击，待半周波后电子开关K1闭合，使得耦合变压器T1的一档降压模块接入电路，耦合变压器T1发挥降压20%作用，如此可保证调压主回路的输出电压在合格电压范围内。

各运行模式的切换，如图5所示，模式1作为正常运行模式或用户设备发生短路故障时旁路状态，可有效地保护装置本身的安全运行。各运行模式的切换不建议直接切换，需经模式1而后投入充电电阻进行切换，这样有效地避免各模式切换时引起电压中断等问题。

如图6及图7所示，本实用新型还包括柜体1，柜体1为长方体结构，在柜体1背面的四个顶角处分别设置1个固定耳2，在同一长方形的边上的两个固定耳2对称设置，且相对的两个固定耳2也对称设置，柜体1的一个侧面设置有进线孔3、出线孔4、零线孔5。柜体1下部设置有观察口，观察口处设置与观察口大小匹配的封闭门6，封闭门6的一侧与柜体1铰接连接，封闭门6上设置有把手7，用于打开或关闭封闭门6，封闭门6与封闭口可磁性连接。

柜体1的长为350mm，柜体1的宽为200mm，柜体1的高为500mm，固定耳2的高度为50mm，本实用新型的体积小，重量轻，是一种适合低压用户、可壁挂安装在用户进线处的智能稳压装置。

本实用新型不局限于以上所述的具体实施方式，以上所述仅为本实用新型的较佳实施案例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种智能稳压装置，其特征在于：包括信号采集单元、主处理器、调压主回路、控制单元、保护单元；所述信号采集单元用于采集线路电压信号和线路电流信号；所述主处理器用于实时处理分析信号采集单元采集的输电线路电压信号和输电线路电流信号，并控制保护单元、控制单元动作；所述调压主回路用于调整输电线路电压；所述控制单元用于根据主处理器的控制信号控制调压主回路调整输电线路电压；所述保护单元用于将调压主回路置于旁路保护状态；所述信号采集单元、控制单元、保护单元分别与主处理器单元连接；所述信号采集单元与输电线路连接；所述控制单元与调压主回路连接；所述调压主回路与输电线路连接；所述保护单元与调压主回路连接。

2.根据权利要求1所述的一种智能稳压装置，其特征在于：所述信号采集单元包括2个电压互感器、2个电流互感器、AD采样电路；所述2个电压互感器分别设置在输电线路进线侧、输电线路出线侧，分别用于采集输电线路进线侧电压和输电线路出线侧电压；所述2个电流互感器分别设置在输电线路进线侧和输电线路出线侧，分别用于采集输电线路进线侧电流和输电线路出线侧电流；所述AD采样电路用于将电压互感器采集的输电线路电压信号和电流互感器采集的输电线路电流信号进行AD转换，并将转换后的信号传输至主处理器进行处理分析；所述2个电压互感器、2个电流互感器分别与AD采样电路连接；所述AD采样电路与主处理器连接。

3.根据权利要求1所述的一种智能稳压装置，其特征在于：所述调压主回路包括耦合变压器T1，所述耦合变压器T1设置2档升压，第一档升压10%，第二档升压20%；所述耦合变压器T1与相线串联。

4.根据权利要求3所述的一种智能稳压装置，其特征在于：所述控制单元包括电子开关、启动电阻R1、电子开关驱动电路；所述电子开关设置6个，分别为电子开关K1、电子开关K2、电子开关K3、电子开关K4、电子开关K5、电子开关K6；所述电子开关采用双向可控硅器件；所述电子开关K1的一端与耦合变压器T1的初级绕组的首端连接，所述电子开关K1的另一端与电子开关K2的一端、电子开关K4的一端连接；所述电子开关K2的另一端与耦合变压器T1的次级绕组的首端连接；所述电子开关K4的另一端与耦合变压器T1的末端连接；所述电子开关K3的一端与耦合变压器T1的抽头连接，所述电子开关K3的另一端与电子开关K5的一端、电子开关K6的一端连接；所述电子开关K5的另一端与耦合变压器T1的末端连接；所述电子开关K6的另一端与耦合变压器T1的首端连接；所述启动电阻R1与电子开关K1并联；所述电子开关驱动电路用于驱动电子开关发生动作；所述电子开关驱动电路设置6个；所述6个电子开关驱动电路分别与主处理器连接。

5.根据权利要求4所述的一种智能稳压装置，其特征在于：所述电子开关驱动电路采用光电耦合器驱动电子开关。

6.根据权利要求3所述的一种智能稳压装置，其特征在于：所述保护单元包括电子开关K7、继电器S1、电子开关驱动电路、继电器驱动电路；所述电子开关K7、继电器S1分别与耦合变压器T1的初级绕组并联；所述电子开关驱动电路分别与主处理器、电子开关K7连接；所述继电器驱动电路分别与主处理器、继电器S1连接。

7.根据权利要求1所述的一种智能稳压装置，其特征在于：还包括人机交互单元；所述人机交互单元与主处理器连接，用于数据输入和显示调压结果。

8.根据权利要求1所述的一种智能稳压装置，其特征在于：还包括远程通信单元，所述远程通信单元用于接收远程系统的控制、查询指令；所述远程通信单元与主处理器连接。

9.根据权利要求1所述的一种智能稳压装置，其特征在于：还包括柜体，所述柜体为长方体结构，在柜体背面的四个顶角处分别设置1个固定耳；所述柜体的一个侧面设置有进线孔、出线孔、零线孔。

10.根据权利要求9所述的一种智能稳压装置，其特征在于：所述柜体的长为300-400mm，柜体的宽为150-250mm，柜体的高为450-550mm，固定耳的高度为50-100mm。