CN209786797U - 一种供电线路末端电压补偿装置、接入系统以及安装系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种供电线路末端电压补偿装置、接入系统以及安装系统，包括用于生成供电电路中所需补偿电压的电压补偿模块、用于将补偿电压接入至供电电路的接入模块以及对装置进行控制的控制模块。控制模块可检测出供电电路中的电压波动，并驱动电压补偿模块产生相应的补偿电压，通过接入模块将生成的补偿电压接入至供电电路，使供电电路的末端在用电高峰期时，仍然维持220V的标准电压，保证良好的供电质量。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力技术领域，特别是涉及一种供电线路末端电压补偿装置、接入系统以及安装系统。
背景技术
目前，随着我国的综合国力不断提升以及电力改造，每一个家庭都能用上电，但是对于一部分边远山区以及农村地区来说，虽然有农村电网的覆盖，但农村电网基础薄弱、供电半径大、线路长，当处于用电高峰期时，农村电网的末端电压将会发生波动的情况，导致供电电路末端实时电压值未达到标准供电电压220V，并且当供电电压经常性低于220V时，会增加末端线路和设备的损耗，容易导致电压崩溃，居民用电存在安全隐患。面对这种情况，常用的解决方法有两种，第一是实行电网改造，增加配电变压器；第二是更换输电线，选用更大线径的输电线，但这两种做法投入的成本过高，导致资源浪费严重。
实用新型内容
本实用新型的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种供电线路末端电压补偿装置、接入系统以及安装系统，该装置不仅成本较低，而且能够有效地解决低压供电线路中末端电压不稳定的问题，保障居住在供电线路末端的居民能够正常用电。
第一方面，本实用新型提供了一种末端电压补偿装置，包括：
电压补偿模块，用于生成供电电路中所需的补偿电压；
控制模块，所述控制模块包括采样模块、控制器以及用于发送所述控制器生成的补偿电压指令至所述电压补偿模块的PWM发送模块，所述控制器分别与所述采样模块以及所述PWM发送模块连接，所述控制模块与所述电压补偿模块连接；
接入模块，用于将补偿电压接入至供电电路，所述接入模块与所述电压补偿模块连接。
进一步，所述电压补偿模块包括不少于一个的H桥模块，所述H桥模块用于生成正弦波电压。
进一步，所述H桥模块包括绝缘栅双极型晶体管，所述绝缘栅双极型晶体管作为所述H桥模块导通与关闭的开关。
进一步，所述控制模块还包括远程通信模块，所述远程通信模块可用于提供远程示警功能，所述远程通信模块与所述控制器连接。
进一步，所述控制模块还包括显示模块，所述显示模块可用于提供人机交互功能，所述显示模块与所述控制器连接。
进一步，所述控制器包括第一控制器以及第二控制器，所述第一控制器与所述第二控制器连接。
进一步，所述第一控制器包括DSP控制器和FPGA控制器，所述第二控制器包括CPLD控制器。
进一步，所述第一控制器中包括PWM信号发生模块。
第二方面，本实用新型提供了一种末端电压补偿接入系统，包括供电电路和上述的末端电压补偿装置，所述电压补偿模块分别与供电电路的火线端以及供电电路的零线端连接，所述接入模块与供电电路的火线端连接。
第三方面，本实用新型提供了一种末端电压补偿安装系统，包括配电变压器、用户表箱和上述的末端电压补偿接入系统，所述末端电压补偿装置串联置于所述配电变压器与所述用户表箱之间的所述供电电路之上。
本实用新型实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下有益效果：
本实用新型提供了一种供电线路末端电压补偿装置、接入系统以及安装系统，包括用于生成供电电路中所需的补偿电压的电压补偿模块、用于将补偿电压接入至供电电路的接入模块以及进行生成补偿电压控制的控制模块。控制模块可检测出供电电路中的电压波动，并驱动电压补偿模块产生相应的补偿电压，通过接入模块将生成的补偿电压接入至供电电路，使供电电路的末端在用电高峰期时，仍然维持220V的标准电压，保证良好的供电质量。
附图说明
下面结合附图和实例对本实用新型作进一步说明。
图1是本实用新型一个实施例所提供的一种末端电压补偿装置的简要结构示意图；
图2是本实用新型一个实施例所提供的一种末端电压补偿装置的具体结构示意图；
图3是本实用新型一个实施例所提供的一种末端电压补偿装置与供电电路连接示意图；
图4是本实用新型一个实施例所提供的一种末端电压补偿装置产生PWM信号的电路图；
图5是本实用新型一个实施例所提供的一种末端电压补偿装置中电压补偿模块H桥逆变生成电压接入供电电路的部分电路图；
图6是本实用新型一个实施例所提供的一种末端电压补偿装置的同相电压补偿法的补偿向量图；
图7是本实用新型一个实施例所提供的一种末端电压补偿装置的控制器简要结构示意图。
具体实施方式
目前，随着我国的综合国力不断提升和大力实施电力改造工程，每一户家庭都能用上电，但是对于一部分边远山区以及农村地区来说，虽然有电网的覆盖，但电网基础薄弱、供电半径大、线路长，当处于用电高峰期时，电网的末端电压将会发生波动的情况，导致供电电路末端实时电压值未达到标准供电电压220V，并且当供电电压经常性低与220V时，会增加末端线路和设备的损耗，容易导致电压崩溃，居民用电存在安全隐患。面对这种情况，常用的解决方法有两种，其一是实行电网改造，增加配电变压器；其二是更换输电线，选用更大线径的输电线，但这两种做法投入的成本均过高，导致资源浪费严重。
本实用新型提供了一种供电线路末端电压补偿装置、接入系统以及安装系统，包括用于生成供电电路中所需补偿电压的电压补偿模块、用于将补偿电压接入至供电电路的接入模块以及对装置进行控制的控制模块。控制模块可检测出供电电路中的电压波动，并驱动电压补偿模块产生相应的补偿电压，通过接入模块将生成的补偿电压接入至供电电路，使供电电路的末端在用电高峰期时，仍然维持220V的标准电压，保证良好的供电质量。
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
需要说明的是，如果不冲突，本实用新型实施例中的各个特征可以相互结合，均在本实用新型的保护范围之内。另外，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于装置中的模块划分，或流程图中的顺序执行所示出或描述的步骤。
需要说明的是，本实用新型提供的末端电压补偿装置，一方面当电压过低时可以进行电压补偿，另一方面，当电压高时可以进行电压抵消；本技术领域的技术人员知道，在供电电路中，特别是低压供电电路的末端，由于线损或者其它原因，导致在用电高峰期时，末端电压通常情况下将低于220V标准电压，因此本实用新型实施例中将重点说明实用新型提供的末端电压补偿装置进行电压补偿的过程，应当理解的是，抵消电压的过程与补偿电压的过程相似。
参照图1，本实用新型的第一实施例，提供了一种末端电压补偿装置，包括：
电压补偿模块1，用于生成供电电路中所需补偿电压；
控制模块2，所述控制模块2包括用于采集供电电路中实时电压以及实时电流的采样模块21、控制器22以及用于发送所述控制器22生成的补偿电压指令至所述电压补偿模块1的PWM发送模块23，所述控制器22分别与所述采样模块21以及所述PWM发送模块23连接，所述控制模块2与所述电压补偿模块1连接；
接入模块3，用于将补偿电压接入至供电电路，所述接入模块3与所述电压补偿模块1连接。
其中，本实施例中的末端电压补偿装置主要包括电压补偿模块1、控制模块2以及接入模块3。电压补偿模块1在装置中主要用来生成所需要的补偿电压。控制模块2又包括采样模块21、控制器22、PWM发送模块23。采样模块21可检测出供电电路的电压的突然变化，并将实时电压值传至控制器22，控制器22将通过实时电压值作为基础计算出装置所需要补偿的电压，并且通过PWM发送模块23发送PWM信号至电压补偿模块，该PWM信号当中包含着相应补偿电压指令；采样模块21是通过互感器连接控制器22芯片中的内置AD模块进行采集，在本实施例中不仅可以采集电压信号，还可以采集电流信号，可更好的判断电压的变化；接入模块3用于将电压补偿模块1生成的补偿电压接入至供电电路中，使供电电路维持220V的标准。
参照图2，本实用新型的另一个实施例，提供了一种末端电压补偿装置，包括：
电压补偿模块1，用于生成供电电路中所需补偿电压；
控制模块2，所述控制模块2包括用于采集供电电路中实时电压以及实时电流的采样模块21、控制器22以及用于发送所述控制器22生成的补偿电压指令至所述电压补偿模块1的PWM发送模块23，所述控制器22分别与所述采样模块21以及所述PWM发送模块23连接，所述控制模块2与所述电压补偿模块1连接；
接入模块3，用于将补偿电压接入至供电电路，所述接入模块3与所述电压补偿模块1连接。
所述控制模块2还包括远程通信模块24以及显示模块25，所述远程通信模块24用于提供远程报警功能，所述显示模块25用于提供人机交互功能。
其中，本实施例中的末端电压补偿装置主要包括电压补偿模块1、控制模块2以及接入模块3。控制模块2包括采样模块21、控制器22、PWM发送模块23、远程通信模块24以及显示模块25。当工作人员在控制台时，工作人员可以通过控制台与远程通信模块24建立通信连接，来检测该装置的整体运行情况以及了解供电电路是否发生电压波动或者电流波动；当工作人员在现场时，工作人员可以通过显示模块25来检测该装置的整体运行情况以及了解供电电路是否发生电压波动或者电流波动，显示模块25提供了人机交互的功能。
参照图3，在本实用新型的另一个实施例中，本实施例的末端电压补偿装置可置于配电变压器与用户表箱之间的供电电路之上，并采用串联的方式连接。其中，电压补偿模块1分别与供电电路的火线端以及零线端连接；当火线接入电压补偿模块1之后，控制模块2即可采样火线中的实时电压，确定电压是否发生波动；所述接入模块3与供电电路的火线端连接，接入模块3用于将生成的补偿电压接入到火线当中，使原实时电压叠加补偿电压之后能近似的等于标准电压。
进一步，在本实用新型的另一个实施例中，所述电压补偿模块1包括不少于一个的H桥模块，所述H桥模块用于生成正弦波电压。所述H桥模块包括绝缘栅双极型晶体管IGBT，所述绝缘栅双极型晶体管IGBT作为控制所述H桥模块导通与关闭的开关。
其中，H桥结构，可以独立的进行相应的控制单独的一相的电压，并且可以输出一定幅值范围内的正序、负序和零序电压，拥有较强的电压调节能力。绝缘栅双极型晶体管IGBT综合了电力晶体管GTR和电力场效应晶体管PowerMOSFET的优点，具有良好的特性。在本实施例中，H桥模块将产生电平，当多个H桥模块同时产生的电平相互叠加就会得到多电平阶梯波，使得生成的补偿电压无限接近正弦波。控制模块2中的PWM发送模块23将发送PWM信号，该PWM信号当中包含着相应补偿电压指令，该补偿电压指令通过控制H桥模块11中的绝缘栅双极型晶体管IGBT的导通与关闭，来控制补偿电压的产生。
参照图7，在本实用新型的另一个实施例中，所述控制器22包括第一控制器221以及第二控制器222，所述第一控制器221与所述第二控制器222连接。所述第一控制器221包括DSP控制器和FPGA控制器，所述第二控制器222包括CPLD控制器。所述第一控制器中221包含PWM信号发生模块2211。
其中，在本实施例中，将控制器22分为两层是为了降低装置的耦合度，提高装置的运行效率。第一控制器221选用DSP控制器和FPGA控制器作为核心，主要作用有三点，其一可采样供电电路中的电压信号以及电流信号，完成实时电压的检测；其二可将实时电压为基础进行补偿电压算法的运算，计算出供电电路中所需的补偿电压值，并通过PWM信号发生模块2211产生包含有补偿电压指令的PWM信号；其三可通过远程通信模块24给控制台的工作人员进行报警以及通过显示模块25执行现场的工作人员的操作指令。第二控制器222选用CPLD控制器作为核心，主要作用有两点，第一可控制PWM发送模块23发送PWM信号至电压补偿模块1；第二可检测电压补偿模块1的运行情况以及检测装置的温度，并将可能发生的故障信息传至第一控制器221。
参照图4所示的产生PWM信号的电路图，不同于现有的使用的运算放大器和比较器产生PWM信号的方法，本实施例中使用一块集成PWM芯片来产生PWM信号，集成PWM芯片的方法更加简单方便而且性能更好，同时增大了驱动能力，而且有过流保护功能，频率可调，同时能限制最大占空比，装置选用型号SG3525AN的PWM芯片作为产生PWM信号的芯片，可以理解的是，还可以选用其他型号的芯片，本实施例优选型号SG3525AN的PWM芯片作为产生PWM信号的芯片；SG3525AN芯片的输出A引脚OUTPUTA与输出B引脚OUTPUTB分别通过一个二极管与光隔离器连接，本实施例选用型号为TLP2362的光隔离器，目的是为了避免高压与低压之间的干扰。在输出PWM信号之前，光耦隔离器的输出端还需与两个串联的稳压二极管D3、D4并联，目的是为了进一步稳定电压。
参照图5所示H桥逆变的电路图，H桥结构，可以独立的进行相应的控制单独的一相的电压，并且可以输出一定幅值范围内的正序、负序和零序电压，拥有较强的电压调节能力。其中L10与C10组成的LC振荡电路在本实施例中可作为一小型输出滤波器，用于滤除H桥结构产生的补偿电压当中的谐波，LC振荡电路与接入电路相连接，接入电路在本实施例中可作为小型变压器，将生成的补偿电压接入至供电电路当中。
参照图6，在本实用新型的另一个实施例中，所述补偿电压的产生方法包括同相电压补偿法。
其中，在本技术领域的技术人员可知，根据电压的补偿策略可分为完全电压补偿法、同相电压补偿法和最小能量补偿法。在本实施例中，选用同相电压补偿法，因为装置进行补偿电压的策略是以电压检测结果为依据，装置输出的补偿电压是用以维持供电电路中负载电压的稳定，只需要针对负载电压赋值大小变化的策略，而不对相位的偏移进行补偿。
在图6中，IL和I,L分别表示电压变动前后的负载电流；US和U,S分别表示电压变动前后的装置系统电压；UL和U，L分别表示电压变动前后的负载电压；Udvr表示的是装置补偿电压；表示的是负载功率因数角；θ表示的装置系统电压相位偏移量。
以上所述，只是本实用新型的较佳实施例而已，本实用新型并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本实用新型的技术效果，都应属于本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种末端电压补偿装置，其特征在于，包括：
电压补偿模块，用于生成供电电路中所需的补偿电压；
控制模块，所述控制模块包括采样模块、控制器以及用于发送所述控制器生成的补偿电压指令至所述电压补偿模块的PWM发送模块，所述控制器分别与所述采样模块以及所述PWM发送模块连接，所述控制模块与所述电压补偿模块连接；
接入模块，用于将补偿电压接入至供电电路，所述接入模块与所述电压补偿模块连接。
2.根据权利要求1所述的一种末端电压补偿装置，其特征在于：所述电压补偿模块包括不少于一个的H桥模块，所述H桥模块用于生成正弦波电压。
3.根据权利要求2所述的一种末端电压补偿装置，其特征在于：所述H桥模块包括绝缘栅双极型晶体管，所述绝缘栅双极型晶体管作为所述H桥模块导通与关闭的开关。
4.根据权利要求1所述的一种末端电压补偿装置，其特征在于：所述控制模块还包括远程通信模块，所述远程通信模块与所述控制器连接。
5.根据权利要求1所述的一种末端电压补偿装置，其特征在于：所述控制模块还包括显示模块，所述显示模块与所述控制器连接。
6.根据权利要求1所述的一种末端电压补偿装置，其特征在于：所述控制器包括第一控制器以及第二控制器，所述第一控制器与所述第二控制器连接。
7.根据权利要求6所述的一种末端电压补偿装置，其特征在于：所述第一控制器包括DSP控制器和FPGA控制器，所述第二控制器包括CPLD控制器。
8.根据权利要求7所述一种末端电压补偿装置，其特征在于：所述第一控制器中包括PWM信号发生模块。
9.一种末端电压补偿接入系统，其特征在于：包括供电电路和权利要求1-8任一所述的末端电压补偿装置，所述电压补偿模块分别与供电电路的火线端以及供电电路的零线端连接，所述接入模块与供电电路的火线端连接。
10.一种末端电压补偿安装系统，其特征在于：包括配电变压器、用户表箱以及权利要求9所述的末端电压补偿接入系统，所述末端电压补偿装置串联置于所述配电变压器与所述用户表箱之间的所述供电电路之上。
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| CN201920404149.4U CN209786797U (zh) | 2019-03-27 | 2019-03-27 | 一种供电线路末端电压补偿装置、接入系统以及安装系统 |
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|---|---|---|---|---|
| CN111835013A (zh) * | 2020-08-01 | 2020-10-27 | 青岛鼎信通讯股份有限公司 | 一种基于闭环控制的低电压治理装置补偿电压给定方法 |
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- 2019-03-27 CN CN201920404149.4U patent/CN209786797U/zh active Active
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| CN111835013A (zh) * | 2020-08-01 | 2020-10-27 | 青岛鼎信通讯股份有限公司 | 一种基于闭环控制的低电压治理装置补偿电压给定方法 |
| CN111835013B (zh) * | 2020-08-01 | 2023-09-26 | 青岛鼎信通讯股份有限公司 | 一种基于闭环控制的低电压治理装置补偿电压给定方法 |
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