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1、(10)申请公布号 CN 102624019 A (43)申请公布日 2012.08.01 C N 1 0 2 6 2 4 0 1 9 A *CN102624019A* (21)申请号 201210089596.8 (22)申请日 2012.03.29 H02J 3/36(2006.01) (71)申请人北京西迈特科技有限公司 地址 102208 北京市昌平区北七家镇西沙工 业园10-2 (72)发明人何友旗 马景良 (74)专利代理机构北京双收知识产权代理有限 公司 11241 代理人吴杰 解政文 (54) 发明名称 单相660V3.3KV长距离分布式直接供电系 统 (57) 摘要 本发明公。
2、开了一种单相660V3.3KV长距 离分布式直接供电系统，包括智能均衡负载稳压 电源、分布式智能开关电源和上位机，智能均衡负 载稳压电源将三相380V交流电依次进行整流、滤 波、逆变和变压处理，根据需要输出单相660V 3.3KV交流电，并可自动调输出以保持其输出稳 定，其包括控制主板和依次相连的整流器、滤波 器、逆变器、电抗器和变压器；分布式智能开关电 源将660V3.3KV交流电变成220V交流电，并可 自动调输出以保持其输出稳定，其包括可调变压 器和智能开关控制器；上位机向智能均衡负载稳 压电源和分布式智能开关电源下发控制指令，接 收并保存它们上传的各自本地状态参数。本系统 成本低且供电。
3、稳定可靠。 (51)Int.Cl. 权利要求书2页 说明书4页 附图4页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 4 页 附图 4 页 1/2页 2 1.一种单相660V3.3KV长距离分布式直接供电系统，其特征在于，包括智能均衡负 载稳压电源、分布式智能开关电源和上位机，其中， 智能均衡负载稳压电源，包括： 依次相连的整流器、滤波器、逆变器、电抗器和变压器，用于将市电三相380V交流电依 次进行整流、滤波、逆变和变压处理后，根据需要输出660V3.3KV交流电； 控制主板，用于当监测到所述变压器输出的电压与设定的输出电压有偏差时，自动调 整所述。
4、逆变器的PWM脉宽信号来保持其输出电压稳定；当监测到所述变压器输出的负载电 流异常时，自动切断所述变压器的输出，并向所述上位机发出报警信息； 分布式智能开关电源，包括： 可调变压器，其与660V3.3KV输出母线相连，用于将660V3.3KV交流电变换成 220V交流电； 智能开关控制器，用于当监测到所述可调变压器输出偏离设定电压时，自动调整所述 可调变压器的抽头来补充电压降以稳定输出；当监测到所述可调变压器的负载电流异常 时，自动切断所述可调变压器的输出，并向所述上位机发出报警信息； 上位机，用于向所述智能均衡负载稳压电源和所述分布式智能开关电源下发控制指 令，接收并保存它们上传的各自本地状。
5、态参数。 2.根据权利要求1所述的单相660V3.3KV长距离分布式直接供电系统，其特征在 于，还包括： 旁路开关，其在当所述控制主板检测到所述逆变器出现故障时启动，用以实现将三相 380V交流电直接通过所述变压器升压为单相660V3.3KV交流电。 3.根据权利要求2所述的单相660V3.3KV长距离分布式直接供电系统，其特征在 于，所述控制主板包括型号为DSP30F4013的单片机芯片及其外围电路、采样及保护电路和 通讯电路，其中， 所述单片机芯片第8、第9、第38和第41管脚分别对应与所述逆变器的四个IGBT功率 模块的IGBT驱动器相连； 采样及保护电路，包括： 由霍尔电流传感器和第一。
6、运算放大器及其外围电路构成的电流采样放大电路， 由电压互感器和第二运算放大器及其外围电路构成的电压采样放大电路， 以及由第一比较器和第二比较器构成的比较电路， 所述霍尔电流传感器和所述电压互感器接660V3.3KV交流电，所述霍尔电流传感器 的输出端与所述第一运算放大器的输入端相连，所述电压互感器的输出端与所述第二运算 放大器输入端相连，所述第一运算放大器的输出端以及所述第二运算放大器的输出端与所 述比较电路的输入端相连，如果采样电压值或电流值超过设定值，则所述比较电路通知所 述单片机芯片的第37脚； 通讯电路，包括： 型号为MAX13487的RS-485/RS-422接口转换芯片及其外围电路。
7、构成UART通讯接口， 该UART通讯接口的接收和发送端分别对应与所述单片机芯片的第1和第44管脚相连，用 于实现所述控制主板与所述上位机之间的通讯； 以及，型号82C250的CAN总线收发芯片及其外围电路构成的CAN通讯接口，该CAN通 权 利 要 求 书CN 102624019 A 2/2页 3 讯接口的接收和发送端与所述单片机芯片的第4和第5管脚相连，用于实现所述控制主板 与所述智能开关控制器之间的通讯。 4.根据权利要求3所述的单相660V3.3KV长距离分布式直接供电系统，其特征在 于，所述智能开关控制器具有三级电压输出控制开关和一路总控制开关，每一级输出控制 开关对应一个等级的电压。
8、输出，该三级电压输出控制开关同时至多有其中一级闭合输出， 当总控制开关关闭时，所述三级电压输出控制开关均无输出。 5.根据权利要求4所述的单相660V3.3KV长距离分布式直接供电系统，其特征在 于，所述IGBT驱动器的型号为M57962。 6.根据权利要求5所述的单相660V3.3KV长距离分布式直接供电系统，其特征在 于，还包括辅助电源，所述辅助电源包括辅路三相380V交流电输入、蓄电池输入、太阳能输 入和/或风能输入。 权 利 要 求 书CN 102624019 A 1/4页 4 单相 660V 3.3KV 长距离分布式直接供电系统 技术领域 0001 本发明涉及一种供电系统，尤其涉及一。
9、种单相660V3.3KV长距离分布式直接供 电系统。 背景技术 0002 对于设备负荷分散、供电距离长(2-20公里)的供电系统，如高速公路沿线机电设 备的供电系统，为保证远端设备供电质量，目前常使用的供电方法有如下几种： 0003 (1)、380V/220V直接供电方式 0004 在距变电站较近(4km以内)的用电设备，目前常采用低压380V/220V直接供电， 随着距离增加和远端负载增大，为满足远端设备端电压不低于设计指标的要求，必须增大 传输线缆的线径，从而造成供电成本升高。 0005 (2)、10KV(或6KV)间接供电方式 0006 对于距离较远(超过4km)的用电设备，目前常采用1。
10、0KV(或6KV)电缆，将电源提 供到负载相对集中的位置，在此处安装10KV(或6KV)/0.4KV变压器，将10KV(或6KV)变压 为380V/220V，再使用380V/220V二次配电，此方案不但需要10KV电缆、变压器等设备，同时 还要进行二次配电，故综合造价较高。 0007 (3)、太阳能、风能供电方式 0008 利用太阳能或风能为远端设备直接供电，这种方案不足的地方是首先供电质量不 够稳定，无论是太阳能还是风能都受天气状况影响；其次太阳能和风能受到建设规模限制， 使其发电容量有限，无法和线缆提供的能量相比。 0009 因此，如何降低负荷分散、供电距离长(2-20公里)的供电系统的供。
11、电成本且保证 能供电系统可靠稳定供电是目前亟待解决的技术难题。 发明内容 0010 本发明的目的在于提供一种可靠稳定供电且成本较低的单相660V3.3KV长距 离分布式直接供电系统。 0011 为达到上述目的，本发明提供了一种单相660V3.3KV长距离分布式直接供电系 统，包括智能均衡负载稳压电源、分布式智能开关电源和上位机，其中， 0012 智能均衡负载稳压电源，包括： 0013 依次相连的整流器、滤波器、逆变器、电抗器和变压器，用于将市电三相380V交流 电依次进行整流、滤波、逆变和变压处理后，根据需要输出660V3.3KV交流电； 0014 控制主板，用于当监测到所述变压器输出的电压与。
12、设定的输出电压有偏差时，自 动调整所述逆变器的PWM脉宽信号来保持其输出电压稳定；当监测到所述变压器输出的负 载电流异常时，自动切断所述变压器的输出，并向所述上位机发出报警信息； 0015 分布式智能开关电源，包括： 0016 可调变压器，其与660V3.3KV输出母线相连，用于将660V3.3KV交流电变换 说 明 书CN 102624019 A 2/4页 5 成220V交流电； 0017 智能开关控制器，用于当监测到所述可调变压器输出偏离设定电压时，自动调整 所述可调变压器的抽头来补充电压降以稳定输出；当监测到所述可调变压器的负载电流异 常时，自动切断所述可调变压器的输出，并向所述上位机发。
13、出报警信息； 0018 上位机，用于向所述智能均衡负载稳压电源和所述分布式智能开关电源下发控制 指令，接收并保存它们上传的各自本地状态参数。 0019 本发明的单相660V3.3KV长距离分布式直接供电系统，还包括： 0020 旁路开关，其在当所述控制主板检测到所述逆变器出现故障时启动，用以实现将 三相380V交流电直接通过所述变压器升压为单相660V3.3KV交流电。 0021 本发明的单相660V3.3KV长距离分布式直接供电系统，所述控制主板包括型号 为DSP30F4013的单片机芯片及其外围电路、采样及保护电路和通讯电路，其中， 0022 所述单片机芯片第8、第9、第38和第41管脚分。
14、别对应与所述逆变器的四个IGBT 功率模块的IGBT驱动器相连； 0023 采样及保护电路，包括： 0024 由霍尔电流传感器和第一运算放大器及其外围电路构成的电流采样放大电路， 0025 由电压互感器和第二运算放大器及其外围电路构成的电压采样放大电路， 0026 以及由第一比较器和第二比较器构成的比较电路， 0027 所述霍尔电流传感器和所述电压互感器接660V3.3KV交流电，所述霍尔电流传 感器的输出端与所述第一运算放大器的输入端相连，所述电压互感器的输出端与所述第二 运算放大器输入端相连，所述第一运算放大器的输出端以及所述第二运算放大器的输出端 与所述比较电路的输入端相连，如果采样电压。
15、值或电流值超过设定值，则所述比较电路通 知所述单片机芯片的第37脚； 0028 通讯电路，包括： 0029 型号为MAX13487的RS-485/RS-422接口转换芯片及其外围电路构成UART通讯接 口，该UART通讯接口的接收和发送端分别对应与所述单片机芯片的第1和第44管脚相连， 用于实现所述控制主板与所述上位机之间的通讯； 0030 以及，型号82C250的CAN总线收发芯片及其外围电路构成的CAN通讯接口，该CAN 通讯接口的接收和发送端与所述单片机芯片的第4和第5管脚相连，用于实现所述控制主 板与所述智能开关控制器之间的通讯。 0031 本发明的单相660V3.3KV长距离分布式直。
16、接供电系统，所述智能开关控制器具 有三级电压输出控制开关和一路总控制开关，每一级输出控制开关对应一个等级的电压输 出，该三级电压输出控制开关同时至多有其中一级闭合输出，当总控制开关关闭时，所述三 级电压输出控制开关均无输出。 0032 本发明的单相660V3.3KV长距离分布式直接供电系统，所述IGBT驱动器的型 号为M57962等。 0033 本发明的单相660V3.3KV长距离分布式直接供电系统，还包括辅助电源，所述 辅助电源包括辅路三相380V交流电输入、蓄电池输入、太阳能输入和/或风能输入。 0034 本发明的单相660V3.3KV长距离分布式直接供电系统中，智能均衡负载稳压电 源用于。
17、将三相380V交流电依次进行整流、滤波、逆变和变压处理后输出3.3KV交流电，并 说 明 书CN 102624019 A 3/4页 6 可自动调输出以保持其输出电压稳定，其包括控制主板和依次相连的整流器、滤波器、逆变 器、电抗器和变压器；分布式智能开关电源用于将660V3.3KV交流电变成220V交流电， 并可自动调输出以保持其输出电压稳定，其包括可调变压器和智能开关控制器。从而实现 了可靠稳定供电，并且本系统的660V3.3kV输电电压为低压，无需输电线路和变压设备 具有耐高压特性，且系统为一次配电，不需要电压转换而进行二次配电，因而大大降低了系 统的综合造价。 附图说明 0035 图1为本。
18、发明的单相660V3.3KV长距离分布式直接供电系统的结构框图； 0036 图2为图1中智能均衡负载稳压电源的结构框图； 0037 图3为图2中智能均衡负载稳压电源的电路原理图； 0038 图4为图2中主控CPU部分的电路原理图； 0039 图5为图2中采样及保护电路部分的电路原理图； 0040 图6为图2中通讯电路部分的电路原理图； 0041 图7为图1中分布式智能开关电源的电路原理图。 具体实施方式 0042 下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述： 0043 参考图1和图2所示，本实施例的单相660V3.3KV长距离分布式直接供电系统 包括智能均衡负载稳压电源、上位机和若干个分布。
19、式智能开关电源，其中： 0044 智能均衡负载稳压电源包括控制主板和依次相连的整流器、滤波器、逆变器、电抗 器和变压器，整流器、滤波器、逆变器、电抗器和变压器，用于将市电三相380V交流电依次 进行整流、滤波、逆变和变压处理后输出单相660V3.3KV交流电；控制主板用于当监测到 变压器输出的电压与设定的输出电压有偏差时，自动调整逆变器的PWM脉宽信号来保持其 输出电压稳定；当监测到变压器输出的负载电流异常时，自动切断变压器的输出，并向上位 机发出报警信息。 0045 而分布式智能开关电源包括智能开关控制器和可调变压器，其中可调变压器与 660V3.3KV输出母线相连，其用于将660V3.3K。
20、V交流电变换成220V交流电(在20 范围内遥控可调)；智能开关控制器，用于当监测到可调变压器输出偏离设定电压时，自动 调整可调变压器的抽头来补充电压降以稳定输出；当监测到可调变压器的负载电流异常 时，自动切断可调变压器的输出，并向上位机发出报警信息； 0046 而上位机则用于向智能均衡负载稳压电源和分布式智能开关电源下发控制指令， 接收并保存它们上传的各自本地状态参数(例如电流、电压、开关状态等)，其中，分布式智 能开关电源则由上位机通过智能均衡负载稳压电源控制。 0047 为了实现当逆变器出现故障情况下的冗余保护，为设备检修赢得时间，还设置了 旁路开关，其在当控制主板检测到逆变器出现故障时。
21、启动，用以实现将三相380V交流电直 接通过变压器升压为660V3.3KV交流电。 0048 此外，由于本智能均衡负载稳压电源采用直流母线作为中间母线，从而可以使用 辅助的第二路三相380V交流作为备用电源，以及蓄电池、太阳能、风能等其他直流电源并 说 明 书CN 102624019 A 4/4页 7 联使用，这些电源均可作为备用电源实现不间断供电，可大大提高负载设备的可靠性括辅 助电源。 0049 结合图3至图6所示，在一个优选实施例中，智能均衡负载稳压电源的控制主板可 选择型号为Microchip系列的例如：DSP30F4013的单片机芯片及其外围电路、采样及保护 电路和通讯电路，其中： 。
22、0050 单片机芯片第8、第9、第38和第41管脚分别对应与逆变器的四个IGBT功率模块 的型号为M57962的IGBT驱动器相连，输出PWM信号至GBT驱动器。 0051 采样及保护电路，包括由霍尔电流传感器和第一运算放大器(即AR51)及其外围 电路构成的电流采样放大电路、由电压互感器和第二运算放大器(即AR52)及其外围电路 构成的电压采样放大电路、以及由第一比较器(即AR61)和第二比较器(即AR62)构成的比 较电路；霍尔电流传感器和电压互感器接660V3.3KV交流电，霍尔电流传感器的输出端 与第一运算放大器的输入端相连，电压互感器的输出端与第二运算放大器输入端相连，第 一运算放大。
23、器的输出端以及第二运算放大器的输出端与比较电路的输入端相连，如果采样 电压值或电流值超过设定值，则比较电路通知单片机芯片的第37脚，进行高速关断保护， 终止PWM输出，从而实现IGBT功率模块的驱动及过电流和欠电压的关断保护。 0052 通讯电路包括型号为MAX13487的RS-485/RS-422接口转换芯片及其外围电路构 成UART通讯接口，以及型号82C250的CAN总线收发芯片及其外围电路构成的CAN通讯接 口，该UART通讯接口的接收和发送端分别对应与单片机芯片的第1和第44管脚相连，用于 实现控制主板与上位机之间的通讯；该CAN通讯接口的接收和发送端与单片机芯片的第4 和第5管脚相。
24、连，用于实现控制主板与智能开关控制器之间的通讯。 0053 结合图7所示，智能开关控制器具有三级电压输出控制开关(即S1、S2、S3)和一 路总控制开关(即S0)，每一级输出控制开关对应一个等级的电压输出，该三级电压输出控 制开关同时至多有其中一级闭合输出，当总控制开关关闭时，三级电压输出控制开关均无 输出，从而实现根据设备需求可以改变输电工作电压，甚至完全关闭输出。 0054 以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进 行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方 案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。 说 明 书CN 102624019 A 1/4页 8 图1 图2 说 明 书 附 图CN 102624019 A 2/4页 9 图3 图4 说 明 书 附 图CN 102624019 A 3/4页 10 图5 图6 说 明 书 附 图CN 102624019 A 10 4/4页 11 图7 说 明 书 附 图CN 102624019 A 11 。