一种应用于高原地区的可扩容末端低电压治理装置的制作方法

1.本发明涉及低压配电网电压治理技术领域，尤其涉及一种应用于高原地区的可扩容末端低电压治理装置。


背景技术：

2.随着国家经济的迅速发展，乡村的经济建设得到了迅猛发展，随之而来的问题便是配电网的供电能力与乡村用电需求不匹配，这种矛盾日渐突出，导致低电压问题频繁发生，用户正常用电受到严重影响，给供电可靠性带来了巨大考验。加之高原地区农牧区用户分布分散，导致建设时部分台区存在输电线路过长，线路压降过大，末端低电压问题尤为严峻。对于普通居民而言，低电压导致无法正常使用大功率电器，用电效率降低，一些电机类设备甚至存在由于低电压而导致堵转损坏的风险。对于电网而言，当传输功率一定时，低电压会导致线路传输的电流增大，变压器损耗和线路损耗增加，输电效率降低，严重时可能会造成线路跳闸。
3.原有低电压治理措施有台区扩容改造、人工调压、安装自动有载调压变压器、lvr 串并联式电力电子补偿装置，安装无功补偿、auc等设备，但这几种措施有改造投入大，调节范围受限，扩容困难难以满足季节性或阶段性的容量变化需求等问题。因此发明一种应用于高原地区的可扩容末端低电压治理装置尤为重要。


技术实现要素：

4.本发明针对现有技术存在的不足和缺陷，提供了一种应用于高原地区的可扩容末端低电压治理装置，基于现有配电网，通过电力电子技术，将传统的交流配电变换为直流配电，在无需线路改造的情况下，实现线路配电容量的提升，解决了高原地区交流低压长距离传输的末端低电压问题，提升末端电压质量。采用升压直流配电，线路阻抗和流经电流均减小，降低线路损耗；充分利用现有配电线路，设备安装和施工方便，降低综合改造成本。
5.为实现上述目的，本发明提出了一种应用于高原地区的可扩容末端低电压治理装置，包括一套或多套主机和从机组成，其中：
6.主机，安装在10kv/380v变压器500米范围内，根据治理装置状态、容量需求等，自动在直流配电模式、旁路模式和待机模式之间切换，用于将三相交流电升压整流成为直流电，进行长距离配电；
7.从机，安装在用户附近，根据治理装置状态、容量需求，自动在直流配电模式、旁路模式和待机模式之间切换，用于将直流电逆变成为单相交流电，供用户使用；
8.主机的输入侧与配电网变压器输出侧三相交流电连接，输出侧接长距离线缆后与从机的输入侧连接；从机输出侧与用户连接，主机与从机通过载波通信和无线通信方式交互指令与状态信息，两种通信方式相互冗余备份。
9.进一步地，所述主机包括三相断路器、输入载波模块、acdc变流模块、直流继电器、旁路继电器、输出载波模块、无线通讯模块以及主控模块，其中：
10.三相断路器，用于控制主机输入电能的通断；
11.输入、输出载波模块，与上行设备/从机通信，交互信息；
12.acdc变流模块，承担交流
‑
直流电能变换功能，其采用三相两电平拓扑结构，每个桥臂由两个igbt模块并联组成，可实现模块冗余，另一方面可实现装置容量的变化；
13.直流继电器，用于控制acdc变流模块输出直流电的通断；
14.旁路继电器，用于控制旁路单相交流电的通断；
15.无线通讯模块，与从机和其他远程设备通信，通过载波通信和无线通信方式交互指令与状态信息，两种通信方式相互冗余备份；
16.主控模块，作为主机的控制核心，实现各种模式切换控制；
17.其连接关系为，三相断路器的输入侧与装置三相交流电输入接口连接，输出侧与 acdc变流模块的输入侧连接，acdc变流模块的输出侧经过直流继电器后与装置输出接口连接，三相交流电中的一相火线和零线通过旁路继电器直接与装置输出接口连接，主控模块与输入载波模块、输出载波模块以及无线通讯模块连接。
18.进一步地，所述从机包括输入断路器、输入载波模块、直流继电器、dcdc变流模块，dcac变流模块、交流继电器、输出载波模块、输出断路器、无线通讯模块、主控模块以及旁路继电器，其中：
19.输入、输出断路器，用于控制从机输入/输出电能的通断；
20.输入、输出载波模块，与从机/下行设备通信，交互信息；
21.直流继电器，用于控制dcdc变流模块输入直流电的通断；
22.dcdc变流模块，承担直流
‑
直流电能变换功能，采用移相全桥拓扑结构；
23.dcac变流模块，承担直流
‑
交流电能变换功能，采用三相两电平拓扑结构，每个桥臂由两个igbt模块并联组成，可实现模块冗余，另一方面可实现装置容量的变化；
24.交流继电器，控制dcac变流模块输出交流电的通断；
25.无线通讯模块，与主机和其他远程设备通信，通过载波通信和无线通信方式交互指令与状态信息，两种通信方式相互冗余备份；
26.主控模块，作为从机的控制核心，实现各种模式切换控制；
27.旁路继电器，控制旁路单相交流电的通断；
28.其连接关系为，输入断路器的输入侧与装置输入接口连接，输出侧经过直流继电器后与dcdc变流模块的输入侧连接，dcdc变流模块的输出侧与dcac变流模块的输入侧连接，dcac变流模块的输出侧经过交流继电器后与输出断路器的输入侧连接，输出断路器的输出侧与装置输出接口连接，输入断路器的输出侧通过旁路继电器与输出断路器的输入侧连接，主控模块与输入载波模块、输出载波模块以及无线通讯模块连接。进一步地，所述主机和从机之间可以通过载波通信和无线通信方式交互指令与状态信息，两种通信方式相互冗余备份。
29.进一步地，所述主机与从机的额定功率可不同，可根据用户容量需求选择主机与从机的数量，多套主机采用并联方式连接在一起，从机输入端并联，输出端不连接，不工作的主机、从机则处于待机模式。
30.进一步地，主机与从机工作在直流配电模式时，主机通过电力电子变流技术将交流电升压整流为直流电，并传输至从机，从机通过电子电力逆变技术将直流电逆变成交流
电。
31.进一步地，主机和从机工作在旁路模式时，通过主机与从机的旁路继电器，直接将主机的输入侧与从机的输出侧连接，将主机与从机旁路，用户直接使用三相交流电。
32.进一步地，主机和从机工作在待机模式时，主机与从机正常连接，但各变流模块不工作或工作于自然整流状态。
33.本发明的有益技术效果：通过可扩容末端低电压治理装置，充分利用现有配电线路，无需重新铺设线缆，利用交流
‑
直流
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交流变换技术，显著缩短单相交流配电线路长度，减小线路压降，提升末端电压质量；将低压交流配电升压为直流配电后，降低线路阻抗，减小线路流经电流，显著降低线路损耗；装置安装方便，可充分利用现有配电线路，无需重新铺设线缆，节省综合改造成本；装置可扩容，便于适应季节性或阶段性的容量变化。
附图说明
34.图1是本发明应用于高原地区的可扩容末端低电压治理装置的整体连接示意图。
35.图2是本发明应用于高原地区的可扩容末端低电压治理装置的主机内部结构示意图。
36.图3是本发明应用于高原地区的可扩容末端低电压治理装置的从机内部结构示意图。
37.图4是本发明应用于高原地区的可扩容末端低电压治理装置的正常启动流程图。
38.图5是本发明应用于高原地区的可扩容末端低电压治理装置的主机acdc装置拓扑图。
具体实施方式
39.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明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发明，并不限定本发明。
40.实施例，西藏自治区当雄县末端低电压治理装置。
41.整体连接示意图如图1所示，一种应用于高原地区的可扩容末端低电压治理装置，包括主机和从机两部分，主机安装在变压器侧附近，从机安装在用户侧附近，当工作于直流配电模式时，主机将变压器输出的三相交流电升压整流成为直流电，通过既有配电线路，传送至从机，从机将直流电逆变成为单相交流电，通过既有配电线路，传送至用户。根据用户用量，选择一主三从拓扑结构。
42.主机内部结构与内部连接方式如图2所示，包括三相断路器、输入载波模块、acdc 变流模块、直流继电器、旁路继电器、输出载波模块、无线通讯模块以及主控模块。
43.三相断路器控制主机输入电能的通断。
44.主控模块作为主机的控制核心，通过输入载波模块与上行其他设备通讯，通过输出载波模块和无线通讯模块与从机通讯，交互控制指令以及状态信息。
45.主控模块根据系统工作状态控制直流继电器和旁路继电器的开通和关断。
46.acdc变流模块承担交流
‑
直流电能变换功能，将输入三相交流电升压整流成直流电，拓扑结构如图5所示，采用三相两电平拓扑，每个桥臂由两个igbt模块并联组成。
47.从机内部结构及连接方式如图3所示，包括输入断路器、输入载波模块、直流继电器、dcdc变流模块，dcac变流模块、交流继电器、输出载波模块、输出断路器、无线通讯模块、主控模块以及旁路继电器。
48.输入断路器控制从机输入电能的通断，输出断路器控制从机输出电能的通断。
49.主控模块作为从机的控制核心，可以通过输入载波模块和无线通讯模块与主机通讯，交互控制指令以及状态信息，通过输出载波模块与用户电表通讯，完成抄表功能。
50.dcdc变流模块承担直流
‑
直流电能变换功能，将dcdc变流模块的输入直流电变换成 dcac变流模块需要的输入直流电。
51.dcac变流模块承担直流
‑
交流电能变换功能，将输入直流电逆变成用户需要的单相交流电。
52.分布式低压配电网末端低电压治理装置的正常启动流程如图4所示：
53.当闭合从机的输入断路器和输出断路器以及主机的三相断路器后，主机上电自检，判断acdc变流模块状态正常以及所有继电器均处于断开状态后，闭合旁路继电器。
54.从机上电自检，并与主机交互状态。
55.主机确认可以切换至直流供电模式后，断开旁路继电器，从机断电，然后主机闭合直流继电器，并控制acdc变流模块输出直流电。
56.从机重新上电自检，并与主机交互状态，确认进入直流配电模式后，闭合直流继电器。
57.从机控制dcdc变流模块输出直流电，待输出电压稳定后，控制dcac变流模块输出单相交流电，待启动完成且稳定输出后，闭合交流继电器，系统进入直流配电模式。
58.当分布式低压配电网末端低电压治理装置处于直流配电运行模式时，如果主机检测到自身故障，分布式低压配电网末端低电压治理装置可以由直流配电模式进入旁路模式：
59.主机断开直流继电器，从机断电，然后主机闭合旁路继电器。
60.从机上电自检，并与主机交互状态。当从机确认进入旁路模式后，闭合旁路继电器，系统完成模式切换，进入旁路模式。
61.一种应用于高原地区的可扩容末端低电压治理装置安装前家中使用电饭煲后电压由 220v降至198v，继续打开抽水泵后，电压降至185v左右，线路压降明显。
62.安装装置后用户同时启动电饭煲和水泵后，电压为229v，低电压治理效果显著。
63.上述实施例是对本发明的具体实施方式的说明，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可做出各种变换和变化以得到相对应的等同的技术方案，因此所有等同的技术方案均应归入本发明的专利保护范围。