CN218920049U - 一种配电终端电源装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种配电终端电源装置。该配电终端电源装置包括：AC/DC模块，用于将交流电网输入的交流电转换为直流电；超级电容储能模块，用于进行储能；BUCK变换模块，用于向所述超级电容储能模块充电；BOOST变换模块，用于将所述超级电容储能模块放电，以维持所述母线电压稳定；控制器，用于控制所述BUCK变换模块以及所述BOOST变换模块工作。本实用新型实施例在线路供电正常时使用电网为负载供电，同时为超级电容储能模块充电，供电线路在线路异常时迅速转换负载的供电来源实现对负载不间断供电，避免因输电线路故障导致负载断电的情况发生。

Description

一种配电终端电源装置

技术领域

本实用新型涉及电源技术领域，尤其涉及一种配电终端电源装置。

背景技术

为了提高配电网供电的可靠性、提高用户满意的程度、提高供电部门的劳动生产率。我国开始了较大范围的配电自动化建设，各大电网公司按照“云、管、边、端”的系统架构，一二次融合终端作为典型的“端”类设备，被广泛应用。

一二次融合开关设备是一种运用于10kV输电线路上的智能一次设备，它由一次开关及配套设备、配电终端设备和供电系统组成。

然而在输电线路发生故障时，一二次融合开关设备的供电系统无法为一次开关以及配电终端供电，因此需要一套可靠的后备电源系统来给一次开关以及配电终端供电。

实用新型内容

本实用新型提供了一种配电终端电源装置，以解决输电线路发生故障时一二次融合开关设备的供电系统无法为一次开关以及配电终端供电的问题。

根据本实用新型的一方面，提供了一种配电终端电源装置，包括：

AC/DC模块，所述AC/DC模块的输入端连接交流电网，所述AC/DC模块的输出端连接母线，用于将交流电网输入的交流电转换为直流电，并输出至所述母线，所述母线连接负载；

超级电容储能模块，用于进行储能；

BUCK变换模块，所述BUCK变换模块的输入端连接所述母线，所述BUCK变换模块的输出端连接所述超级电容储能模块；用于向所述超级电容储能模块充电；

BOOST变换模块，所述BOOST变换模块的输入端连接所述超级电容储能模块，所述BOOST变换模块的输出端连接所述母线，用于将所述超级电容储能模块放电，以维维持所述母线电压稳定；

控制器，所述控制器与所述BUCK变换模块以及所述BOOST变换模块连接，用于控制所述BUCK变换模块以及所述BOOST变换模块工作。

可选地，配电终端电源装置还包括超级电容串和第一二极管；

所述超级电容串并联连接于所述负载和所述BOOST变换模块之间的所述母线上；

所述第一二极管串接于所述母线上，并且所述第一二极管的负极靠近于所述负载设置。

可选地，所述超级电容串包括多个串联的超级电容。

可选地，配电终端电源装置还包括失电检测模块；所述失电检测模块的输入端连接所述AC/DC模块的输入端，所述失电检测模块的输出端连接所述控制器，所述失电检测模块用于检测所述AC/DC模块的输入端的电压是否异常，并将检测到的异常电压反馈到所述控制器；所述控制器用于根据所述异常电压控制所述BUCK变换模块关闭。

可选地，配电终端电源装置还包括采样模块，所述采样模块用于实时采集所述超级电容储能模块的电压、放电电流和温度，所述采样模块还用于采集所述母线电压、电流、和温度，

所述控制器用于根据所述采样模块采集的数据提供过压、过流、过温保护。

可选地，所述控制器用于在所述超级电容储能模块的电压低于设定阈值时，控制BUCK变换模块给所述超级电容储能模块进行充电。

可选地，所述超级电容储能模块包括单芯超级储能电容和储能控制模块。

可选地，所述储能控制模块用于确定所述超级电容储能模块的实时容量及可工作时间。

可选地，所述BOOST变换模块包括：电感、开关管和第二二极管；

所述电感的第一端与所述超级电容储能模块的正极连接，所述电感的第二端连接所述第二二极管的正极，所述开关管连接于所述电感的第二端和所述超级电容储能模块的负极之间。

本实用新型实施例通过对接入AC/DC模块的线路的电压进行检测，当接入AC/DC模块的线路的电压正常时，AC/DC模块将输入电压进行降压并将交流电转化为直流电，转换后的电压通过母线输送至负载，同时BUCK变换模块从母线进行取电并进一步降压为超级电容储能模块充电；由于BOOST变换模块持续工作将超级电容储能模块的输出电压升高，且由于BOOST变换模块的输出电压相较于AC/DC模块的输出电压低，在AC/DC模块工作正常时BOOST变换模块不进行对外输出。本实施例这样的设置能够在接入AC/DC模块的线路发生失压时迅速转换负载的供电来源实现对负载不间断供电，避免因输电线路故障导致负载断电的情况发生。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本实用新型的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本实用新型的范围。本实用新型的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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实用新型的一些实施例，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是本实用新型实施例提供的一种配电终端电源装置的框架示意图；

图2是本实用新型实施例提供的另一种配电终端电源装置的框架示意图；

图3是本实用新型实施例提供的又一种配电终端电源装置的框架示意图；

图4是本实用新型实施例提供的又一种配电终端电源装置的框架示意图；

图5是本实用新型实施例提供的又一种配电终端电源装置的框架示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例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实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

图1是本实用新型实施例提供的一种配电终端电源装置的框架示意图。本实施例可适用于二次融合开关由于线路失压无法工作的情况。参照图1，该装置包括：

AC/DC模块110，AC/DC模块110的输入端连接交流电网，AC/DC模块110的输出端连接母线，用于将交流电网输入的交流电转换为直流电，并输出至母线，母线连接负载；

超级电容储能模块120，用于进行储能；

BUCK变换模块130，BUCK变换模块130的输入端连接母线，BUCK变换模块130的输出端连接超级电容储能模块120；用于向超级电容储能模块120充电；

BOOST变换模块140，BOOST变换模块140的输入端连接超级电容储能模块120，BOOST变换模块140的输出端连接母线，用于将超级电容储能模块120放电，以维持母线电压稳定；

控制器150，控制器150与BUCK变换模块130以及BOOST变换模块140连接，用于控制BUCK变换模块130以及BOOST变换模块140工作。

具体地，当接入AC/DC模块110的线路电压正常时，AC/DC模块110将输入电压进行降压并将交流电转化为直流电，转换后的电压通过母线输送至负载，同时BUCK变换模块130从母线进行取电，BUCK变换模块130进一步降低母线电压，并将进一步降低的电压输出至超级电容储能模块120。BOOST变换模块140持续工作将超级电容储能模块120的输出电压升高。需要说明的是，BOOST变换模块140的输出电压相较于AC/DC模块110的输出电压低，因此在AC/DC模块110工作正常时BOOST变换模块140不进行对外输出。当控制器150检测到接入AC/DC模块110的线路失压时，控制器150向BUCK变换模块130发出控制信号。BUCK变换模块130接收到控制器150的控制信号后关断。由于此时AC/DC模块110输出侧同样失压，BOOST变换模块140的输出电压高于AC/DC模块110输出侧母线电压，因此BOOST变换模块140介入工作为负载供电。

本实用新型实施例通过对接入AC/DC模块的线路的电压进行检测，当接入AC/DC模块的线路的电压正常时，AC/DC模块将输入电压进行降压并将交流电转化为直流电，转换后的电压通过母线输送至负载，同时BUCK变换模块从母线进行取电并进一步降压为超级电容储能模块充电；由于BOOST变换模块持续工作将超级电容储能模块的输出电压升高，且由于BOOST变换模块的输出电压相较于AC/DC模块的输出电压低，在AC/DC模块工作正常时BOOST变换模块不进行对外输出。本实施例这样的设置能够在接入AC/DC模块的线路发生失压时迅速转换负载的供电来源实现对负载不间断供电，避免因输电线路故障导致负载断电的情况发生。

可选地，继续参照图1，该配电终端电源装置还包括超级电容串160和第一二极管D1；

超级电容串160并联连接于负载和BOOST变换模块140之间的母线上；

第一二极管D1串接于母线上，并且第一二极管D1的负极靠近于负载设置。

具体地，超级电容串160用于应对过电流冲击以及提供瞬时电流支撑。需要说明的是，当接入AC/DC模块的线路的电压异常时，控制器150发出控制信号停止BUCK转换模块130的工作，在AC/DC模块110供电与BOOST转换模块140供电转换过程中由超级电容串160提供瞬时电流支撑，以维持电路的稳定输出，并且超级电容串160的重量和体积相较于普通的电容串都有所减小，从而减小了配电终端电源装置的重量和体积。除此之外，在线路电压正常时，由于接入负载的直流电是由交流电转换而来，在交流电转换直流电时难以完全滤除交流成分，因此超级电容串160还用于滤波，将输入负载的直流电中剩余的交流成分滤除，使输出到负载的直流电的波形更加平滑。

第一二极管D1用于防止反向电流，避免超级电容串160放电时对超级电容储能模块120造成冲击。

可选地，超级电容串160包括多个串联的超级电容。

需要说明的是，超级电容串160中串联的超级电容数量可以依据实际使用需求进行设置，本实施例对此不作限制。

图2是本实用新型实施例提供的另一种配电终端电源装置的框架示意图。参照图2，该配电终端电源装置还包括失电检测模块170；失电检测模块170的输入端连接AC/DC模块110的输入端，失电检测模块170的输出端连接控制器150，失电检测模块170用于检测AC/DC模块110的输入端的电压是否异常，并将检测到的异常电压反馈到控制器150；控制器150用于根据异常电压控制BUCK变换模块130关闭。

具体地，失电检测模块170用于检测接入AC/DC模块110的输入端的电压。在电力系统正常运行时，接入AC/DC模块110的输入端的电压相对稳定。因此根据电力系统正常运行时的电力数据为失电检测模块170设定电压阈值，当失电检测模块170检测到的电压低于该设定电压阈值时，失电检测模块170将检测到的异常电压数据发送至控制器150，当控制器150接收到失电检测模块170发送的电压异常时，控制器150向BUCK变换模块130发出控制信号。BUCK变换模块130接收到控制器150的控制信号后关闭，从而避免将BOOST变换模块140的输出电压再次输入至超级电容储能模块中。

图3是本实用新型实施例提供的又一种配电终端电源装置的框架示意图。参照图3，该配电终端电源装置还包括采样模块180，采样模块180用于实时采集超级电容储能模块120的电压、放电电流和温度，采样模块180还用于采集母线电压、电流、和温度。

控制器150用于根据采样模块180采集的数据提供过压、过流、过温保护。

具体地，采样模块180对超级电容储能模块120的电压、放电电流、温度信息进行实时采集与监测，并将该信息发送至控制器150，控制器150根据采样模块180发送的信息对超级电容储能模块120进行保护。示例性的，当控制器150接收到采样模块180发送的超级电容储能模块120的电压异常信息时，控制器150向超级电容储能模块120发出控制信号，降低超级电容储能模块120的输出电压。采样模块180对母线的电压、放电电流、温度信息进行实时采集与监测，并将该信息发送至控制器150，控制器150依据采集到的母线信息对超级电容储能模块120的输出电压进行控制，确保输出至负载的电压稳定。例如，当控制器150检测到母线电压异常时，控制器150向超级电容储能模块120发出控制信号，超级电容储能模块120依据接收到控制信号控制输出电压的大小。

可选地，继续参照图3，控制器150用于在超级电容储能模块120的电压低于设定阈值时，控制BUCK变换模块130给超级电容储能模块120进行充电。

具体地，在电压检测模块170未检测到线路电压异常且控制器150采集的超级电容储能模块120的电压值低于设定阈值时，控制器150向BUCK变换模块130发出控制信号，BUCK变换模块130接收到控制器150的控制信号后启动，BUCK变换模块130对输入的母线电压进行降压处理，并将降压处理后的电压输送至超级电容储能模块120，对超级电容储能模块120进行充电，确保超级电容储能模块120的输出电压稳定、可靠。

图4是本实用新型实施例提供的又一种配电终端电源装置的框架示意图。可选地，参照图4，超级电容储能模块120包括单芯超级储能电容121和储能控制模块122。

具体地，超级电容储能模块120由单芯超级储能电容121组成。需要说明的是，超级电容储能模块120中的单芯超级储能电容121的个数可以根据实际使用情况进行添加和减少，本实施例对此不做限制。在超级电容储能模块120中具有多个单芯超级储能电容121时，由于每个单芯超级储能电容121都具有储能控制模块122，在多个单芯超级储能电容121进行连接时，储能控制模块122也需进行连接，并以首个单芯超级储能电容121的储能控制模块122作为主机储能控制模块。主机储能控制模块对各个单芯超级储能电容121进行控制，在超级电容储能模块120对外放电时，主机储能控制模块对每个单芯超级储能电容121的放电电压进行控制，确保每个单芯超级储能电容121均会工作，避免超级电容储能模块120对外放电时只有一个单芯超级储能电容121工作。

可选地，继续参照图4，储能控制模块122用于确定超级电容储能模块120的实时容量及可工作时间。

具体地，在超级电容储能模块120对外放电时，储能控制模块122对单芯超级储能电容121的容量、输出电压以及放电电流等信息进行检测，储能控制模块122通过以上信息及算出超级电容储能模块120的可工作时间。

图5是本实用新型实施例提供的又一种配电终端电源装置的框架示意图。可选地，参照图5，BOOST变换模块140包括：电感L、开关管Q和第二二极管D2；

电感L的第一端与超级电容储能模块120的正极连接，电感L的第二端连接第二二极管D2的正极，开关管Q连接于电感L的第二端和超级电容储能模块120的负极之间。

具体地，当开关管D处于导通状态时，超级电容储能模块120对电感L进行充电；由于电感L为储能元件，当开关管D处于断开状态时，超级电容储能模块120的输出电压与电感L释放的电压相互叠加，实现升压；第二二极管D2用于防止母线未失压时母线电压对BOOST变换模块140造成冲击。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本实用新型中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本实用新型的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

上述具体实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本实用新型的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型保护范围之内。

Claims (9)

1.一种配电终端电源装置，其特征在于，包括：

AC/DC模块，所述AC/DC模块的输入端连接交流电网，所述AC/DC模块的输出端连接母线，用于将交流电网输入的交流电转换为直流电，并输出至所述母线，所述母线连接负载；

超级电容储能模块，用于进行储能；

BUCK变换模块，所述BUCK变换模块的输入端连接所述母线，所述BUCK变换模块的输出端连接所述超级电容储能模块；用于向所述超级电容储能模块充电；

BOOST变换模块，所述BOOST变换模块的输入端连接所述超级电容储能模块，所述BOOST变换模块的输出端连接所述母线，用于将所述超级电容储能模块放电，以维维持所述母线电压稳定；

控制器，所述控制器与所述BUCK变换模块以及所述BOOST变换模块连接，用于控制所述BUCK变换模块以及所述BOOST变换模块工作。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括超级电容串和第一二极管；

所述超级电容串并联连接于所述负载和所述BOOST变换模块之间的所述母线上；

所述第一二极管串接于所述母线上，并且所述第一二极管的负极靠近于所述负载设置。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述超级电容串包括多个串联的超级电容。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括失电检测模块；所述失电检测模块的输入端连接所述AC/DC模块的输入端，所述失电检测模块的输出端连接所述控制器，所述失电检测模块用于检测所述AC/DC模块的输入端的电压是否异常，并将检测到的异常电压反馈到所述控制器；所述控制器用于根据所述异常电压控制所述BUCK变换模块关闭。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，还包括采样模块，所述采样模块用于实时采集所述超级电容储能模块的电压、放电电流和温度，所述采样模块还用于采集所述母线电压、电流、和温度，

所述控制器用于根据所述采样模块采集的数据提供过压、过流、过温保护。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述控制器用于在所述超级电容储能模块的电压低于设定阈值时，控制BUCK变换模块给所述超级电容储能模块进行充电。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述超级电容储能模块包括单芯超级储能电容和储能控制模块。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述储能控制模块用于确定所述超级电容储能模块的实时容量及可工作时间。

9.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述BOOST变换模块包括：电感、开关管和第二二极管；

所述电感的第一端与所述超级电容储能模块的正极连接，所述电感的第二端连接所述第二二极管的正极，所述开关管连接于所述电感的第二端和所述超级电容储能模块的负极之间。

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