远距离供电电源发生器及远距离供电故障定位的方法

摘要

本发明公开了远距离供电电源发生器及远距离供电故障定位的方法，属于远距离供电技术领域，本发明解决远距离供电系统中故障难以确认以及故障定位困难的问题。采用的技术方案为：远距离供电电源发生器，包括输入端、输出端、防雷器、隔离变压器、T接变压器、可变电容器阵列、固定电容器、自耦升压变压器、EMI滤波防雷器、采样电路、控制器、电力载波调制解调电路、故障检测控制器。远距离供电故障定位的方法，将远距离供电电源发生器，应用于远距离供电上，将交流电源连接到远距离供电电源发生器的输入端，远距离供电电源发生器的输出端通过电源转换器连接至负载。

说明书

技术领域

本发明涉及一种远距离供电技术领域，具体地说是远距离供电电源发生器及远距离供电故障定位的方法。

背景技术

高速公路各种监控设备普遍采用集中或相对集中供电，所用电源从发电厂或附近地区的高压电网引出，送至高速公路自己的变电所，经过低压变压器产生220V 或380V 交流电，之后通过电力电缆向远距离监控设备供电。

高速公路机电工程中的供电方式呈带状式，供电距离长，负荷相对小而且分散。其变电站一般设置在管理中心、收费站、服务区或养护工区内，供电间隔为20-30 公里。对中长距离的输电而言，各不同的厂商设计不同的远距离供电系统，采用直流或者交流方式对公路沿线设备进行供电。如：直流远程供电系统和方法（专利号：201010128050X）、一种用于公路远距离供电的高可靠恒流转恒压装置（专利号：2013107529685）等。

高速公路远距离配电系统，具有工作环境恶劣、维护工作复杂、故障定位难、传送距离长、负荷电源需求各异等自身特征，因此其供配电系统不仅要解决上述难题，同时要具有极高的稳定性，以确保公路机电系统的正常工作。目前高速公路中已有的远距离供电系统主要采用直流电压配电网或交流电压配电网，而在使用电压配电方式，会产生诸多不足：

1）    远距离供电系统的远端，尤其是靠近末端，发生短路或断路故障时，系统电压变化较小，供电电源发生器很难感知，造成故障难以确认以及故障定位极其困难，甚至容易因此发生安全事故；

2）    采用直流电压配电网的远距离供电系统，为了适应不同负载的电源需求，多数时间需要增加DC/AC直流到交流的转换模块，降低了电源的使用效率，增加了故障点。

发明内容

本发明的技术任务是针对以上不足，提供远距离供电电源发生器及远距离供电故障定位的方法，来解决远距离供电系统中故障难以确认以及故障定位困难的问题。

本发明的技术任务是按以下方式实现的，

远距离供电电源发生器，包括输入端、输出端、防雷器、隔离变压器、T接变压器、可变电容器阵列、固定电容器、自耦升压变压器、EMI 滤波防雷器、采样电路、控制器、电力载波调制解调电路、故障检测控制器；采样电路包括电压采样电路Ⅰ、电压采样电路Ⅱ及电流采样电路；

输入端、防雷器、隔离变压器、T接变压器、固定电容器、自耦升压变压器、EMI 滤波防雷器、输出端依次串联；可变电容器阵列并联于T接变压器的二次侧；控制器通过控制信号控制可变电容器阵列与自耦升压变压器；电压采样电路Ⅰ连接在隔离变压器的二次侧和T接变压器的一次侧之间，且电压采样电路Ⅰ连接控制器；电压采样电路Ⅱ及电流采样电路的一端均连接控制器，另一端连接在输出端；故障检测控制器通过总线与电力载波调制解调电路通信和控制；电力载波调制解调电路一端连接故障检测控制器，另一端连接在输出端。

远距离供电电源发生器，交流电源连接到远距离供电电源发生器的输入端，远距离供电电源发生器的输出端通过电源转换器连接至负载；

防雷器：用于应对户外条件下的雷击干扰；

隔离变压器：用于使远距离供电电源发生器与外部电网电气隔离；

T接变压器：用于将输入的三相交流电压变为单相交流电压；

可变电容器阵列：用于改变电容大小，在输入的三相交流电发生移相或缺相时调整输出相位；

固定电容器：用于滤除高频杂波；

自耦升压变压器：用于根据负载情况对输入电压按不同变比进行升压调节；

EMI 滤波防雷器：用于对输出进行EMI 滤波和防雷功能；

采样电路：用于对输入输出电压或电流进行采样，完成反馈控制，包括电压采样电路Ⅰ、电压采样电路Ⅱ及电流采样电路；

控制器：根据采样电路的采样值对可变电容器阵列与自耦升压变压器进行控制；

电力载波调制解调电路：用于通过电力线载波与远距离供电电源发生器进行通信；

故障检测控制器：根据电力载波调制解调电路反馈的故障情况对远距离供电电源发生器进行控制，切断故障线路。

　　远距离供电电源发生器，自耦升压变压器为单相自耦升压变压器。

    远距离供电电源发生器，控制器为MCU 或DSP。

　　远距离供电电源发生器，可变电容器阵列包含并联在一起的多个不同的阵列电容，每个阵列配备一个可控硅，该可控硅由所述控制器的控制信号控制，可控硅用于并入或断开所在的电容阵列。

远距离供电电源发生器，自耦升压变压器包括具有多个抽头的输入端和输出端，每个抽头配备一个可控硅，该可控硅由所述控制器的控制信号控制，用于输入电压的接入调整，可控硅用于开通或断开所在抽头。

远距离供电故障定位的方法，将上述的任意一种的远距离供电电源发生器，应用于远距离供电上，其故障定位的方法包括如下 步骤：

（1）、将交流电源连接到远距离供电电源发生器的输入端，远距离供电电源发生器的输出端通过电源转换器连接至负载；

（2）、交流电源通过输入端、防雷器、隔离变压器、T接变压器、固定电容器、自耦升压变压器、EMI滤波防雷器、输出端，再通过电源转换器输出给负载供电；

（3）、电力载波调制解调电路和电源转换器之间通过电力载波通信，电力载波调制解调电路实时收集电源转换器的工作状态，将信号通过总线与故障检测控制器通信，由故障检测控制器对负载的线路故障进行判断；

在故障检测控制器确认发生负载的线路故障时，定位故障负载，故障检测控制器通过总线将控制策略发给电力载波调制解调电路，电力载波调制解调电路通过电力载波控制故障负载对应的电源转换器切断该负载的线路；

（4）、电压采样电路Ⅱ及电流采样电路采集并获知输出端的负载功率发生变化，电压采样电路Ⅱ及电流采样电路将采集信息传给控制器，控制器发出控制策略将控制信号交由自耦升压变压器，自耦升压变压器调整输出功率和无功含量，确保输出电压的精确稳压及电源质量；

（5）、电压采样电路Ⅰ检测交流电源的三相输入电压，若出现交流电源移相或缺相，则电压采样电路Ⅰ采集并将采集的信息发给控制器，控制器发出控制策略将控制信号交由可变电容器阵列，可变电容器阵列改变电容值，确保T接变压器的二次侧输出为稳定的电压信号。

远距离供电故障定位的方法，负载为多个并联的负载，每个负载都通过各自的电源转换器连接到远距离供电电源发生器的输出端。

远距离供电故障定位的方法，步骤（3）中，负载的线路故障包括短路故障或断路故障。

远距离供电故障定位的方法，交流电源为380VAC三相电压由输入端输入；通过防雷器采用二级防护等级应对户外条件下的雷击干扰；通过隔离变压器与外部电网电气隔离；T接变压器将380V三相交流电压变为220V单相交流电压；固定电容器具有补偿功能，滤除高频杂波；自耦升压变压器根据负载情况对输入电压按不同变比进行升压调节；EMI 滤波防雷器对输出进行EMI 滤波和防雷功能；输出端输出800～1600VAC的单相交流电压；电源转换器将800～1600VAC的单相交流电压转换为220V 的交流恒压源来给负载进行供电。

本发明的远距离供电电源发生器及远距离供电故障定位的方法具有以下优点：

（1）、远距离供电电源发生器无高频开关器件，设备可靠性极高；

（2）、远距离供电电源发生器具有电压相位内环控制，通过可变电容器阵列精确控制相位；控制器控制策略生成控制信号，达到对可变电容器阵列的线性控制，结合T接变压器，可在交流电源发生移相或缺相的情况下精确控制T接变压器的单相的电压相位和电源输出质量，为后续电路提供良好的输入信号基础；

（3）、远距离供电电源发生器具有功率外环控制，根据负载变化调整设备输出功率，提升电能利用率；控制器通过控制信号控制自耦升压变压器来调整输出功率和无功含量，确保输出电压的精确稳压及电源质量；

（4）、负载稳定时，系统工作在线性状态，稳定性极高；

（5）、负载突变时，设备输出功率缓慢提升，有效减少负载对远距离供电电源发生器的冲击，进一步提高系统的稳定性；

（6）远距离供电电源发生器具有电压内环控制，通过可自耦升压变压器精确控制输出电压。

附图说明

    下面结合附图对本发明进一步说明。

附图1为远距离供电电源发生器的电路结构框图；

　　附图2为远距离供电电源发生器使用状态连接框图。

具体实施方式

　　参照说明书附图和具体实施例对本发明的远距离供电电源发生器及远距离供电故障定位的方法作以下详细地说明。

实施例1：

本发明的远距离供电电源发生器, 其结构包括输入端、输出端、防雷器、隔离变压器、T接变压器、可变电容器阵列、固定电容器、自耦升压变压器、EMI 滤波防雷器、采样电路、控制器、电力载波调制解调电路、故障检测控制器；采样电路包括电压采样电路Ⅰ、电压采样电路Ⅱ及电流采样电路；

输入端、防雷器、隔离变压器、T接变压器、固定电容器、自耦升压变压器、EMI 滤波防雷器、输出端依次串联；可变电容器阵列并联于T接变压器的二次侧；控制器通过控制信号控制可变电容器阵列与自耦升压变压器；电压采样电路Ⅰ连接在隔离变压器的二次侧和T接变压器的一次侧之间，且电压采样电路Ⅰ连接控制器；电压采样电路Ⅱ及电流采样电路的一端均连接控制器，另一端连接在输出端；故障检测控制器通过总线与电力载波调制解调电路通信和控制；电力载波调制解调电路一端连接故障检测控制器，另一端连接在输出端。

交流电源连接到远距离供电电源发生器的输入端，远距离供电电源发生器的输出端通过电源转换器连接至负载；

防雷器：用于应对户外条件下的雷击干扰；

隔离变压器：用于使远距离供电电源发生器与外部电网电气隔离；

T接变压器：用于将输入的三相交流电压变为单相交流电压；

可变电容器阵列：用于改变电容大小，在输入的三相交流电发生移相或缺相时调整输出相位；

固定电容器：用于滤除高频杂波；

自耦升压变压器：用于根据负载情况对输入电压按不同变比进行升压调节；

EMI 滤波防雷器：用于对输出进行EMI 滤波和防雷功能；

采样电路：用于对输入输出电压或电流进行采样，完成反馈控制，包括电压采样电路Ⅰ、电压采样电路Ⅱ及电流采样电路；

控制器：根据采样电路的采样值对可变电容器阵列与自耦升压变压器进行控制；

电力载波调制解调电路：用于通过电力线载波与远距离供电电源发生器进行通信；

故障检测控制器：根据电力载波调制解调电路反馈的故障情况对远距离供电电源发生器进行控制，切断故障线路。

控制器为MCU。

控制器实现如下功能：A、实现模拟量到数字量的转换功能；B、实时跟踪三相输入电压值，计算跟踪误差值，输出控制信号，用于调整可变电容器阵列的容值，实现电压相位的精确控制；C、实时跟踪输出电压与电流值，从而计算输出功率，并对比当前系统无功含量，输出控制信号，用于控制自耦升压变压器，实现输出电压和视在功率的调节，提高电能利用率。

实施例2：

本发明的远距离供电电源发生器，包括输入端、输出端、防雷器、隔离变压器、T接变压器、可变电容器阵列、固定电容器、自耦升压变压器、EMI 滤波防雷器、采样电路、控制器、电力载波调制解调电路、故障检测控制器；采样电路包括电压采样电路Ⅰ、电压采样电路Ⅱ及电流采样电路；

输入端、防雷器、隔离变压器、T接变压器、固定电容器、自耦升压变压器、EMI 滤波防雷器、输出端依次串联；可变电容器阵列并联于T接变压器的二次侧；控制器通过控制信号控制可变电容器阵列与自耦升压变压器；电压采样电路Ⅰ连接在隔离变压器的二次侧和T接变压器的一次侧之间，且电压采样电路Ⅰ连接控制器；电压采样电路Ⅱ及电流采样电路的一端均连接控制器，另一端连接在输出端；故障检测控制器通过总线与电力载波调制解调电路通信和控制；电力载波调制解调电路一端连接故障检测控制器，另一端连接在输出端。

交流电源连接到远距离供电电源发生器的输入端，远距离供电电源发生器的输出端通过电源转换器连接至负载；

防雷器：用于应对户外条件下的雷击干扰；

隔离变压器：用于使远距离供电电源发生器与外部电网电气隔离；

T接变压器：用于将输入的三相交流电压变为单相交流电压；

可变电容器阵列：用于改变电容大小，在输入的三相交流电发生移相或缺相时调整输出相位；

固定电容器：用于滤除高频杂波；

自耦升压变压器：用于根据负载情况对输入电压按不同变比进行升压调节；

EMI 滤波防雷器：用于对输出进行EMI 滤波和防雷功能；

采样电路：用于对输入输出电压或电流进行采样，完成反馈控制，包括电压采样电路Ⅰ、电压采样电路Ⅱ及电流采样电路；

控制器：根据采样电路的采样值对可变电容器阵列与自耦升压变压器进行控制；

电力载波调制解调电路：用于通过电力线载波与远距离供电电源发生器进行通信；

故障检测控制器：根据电力载波调制解调电路反馈的故障情况对远距离供电电源发生器进行控制，切断故障线路。

　　自耦升压变压器为单相自耦升压变压器。

    控制器为DSP。

　　可变电容器阵列包含并联在一起的多个不同的阵列电容，每个阵列配备一个可控硅，该可控硅由所述控制器的控制信号控制，可控硅用于并入或断开所在的电容阵列。

自耦升压变压器包括具有多个抽头的输入端和输出端，每个抽头配备一个可控硅，该可控硅由所述控制器的控制信号控制，用于输入电压的接入调整，可控硅用于开通或断开所在抽头。

实施例3：

本发明的远距离供电故障定位的方法，将远距离供电电源发生器，应用于远距离供电上，其故障定位的方法包括如下步骤：

（1）、将交流电源连接到远距离供电电源发生器的输入端，远距离供电电源发生器的输出端通过电源转换器连接至负载；

（2）、交流电源通过输入端、防雷器、隔离变压器、T接变压器、固定电容器、自耦升压变压器、EMI滤波防雷器、输出端，再通过电源转换器输出给负载供电；

（3）、电力载波调制解调电路和电源转换器之间通过电力载波通信，电力载波调制解调电路实时收集电源转换器的工作状态，将信号通过总线与故障检测控制器通信，由故障检测控制器对负载的线路故障进行判断；

在故障检测控制器确认发生负载的线路故障时，定位故障负载，故障检测控制器通过总线将控制策略发给电力载波调制解调电路，电力载波调制解调电路通过电力载波控制故障负载对应的电源转换器切断该负载的线路；

（4）、电压采样电路Ⅱ及电流采样电路采集并获知输出端的负载功率发生变化，电压采样电路Ⅱ及电流采样电路将采集信息传给控制器，控制器发出控制策略将控制信号交由自耦升压变压器，自耦升压变压器调整输出功率和无功含量，确保输出电压的精确稳压及电源质量；

（5）、电压采样电路Ⅰ检测交流电源的三相输入电压，若出现交流电源移相或缺相，则电压采样电路Ⅰ采集并将采集的信息发给控制器，控制器发出控制策略将控制信号交由可变电容器阵列，可变电容器阵列改变电容值，确保T接变压器的二次侧输出为稳定的电压信号。

远距离供电故障定位的方法，负载为4个并联的负载，每个负载都通过各自的电源转换器连接到远距离供电电源发生器的输出端。

实施例4：

本发明的远距离供电故障定位的方法，将远距离供电电源发生器，应用于远距离供电上，其故障定位的方法包括如下步骤：

（1）、将交流电源连接到远距离供电电源发生器的输入端，远距离供电电源发生器的输出端通过电源转换器连接至负载；

（2）、交流电源通过输入端、防雷器、隔离变压器、T接变压器、固定电容器、自耦升压变压器、EMI滤波防雷器、输出端，再通过电源转换器输出给负载供电；

（3）、电力载波调制解调电路和电源转换器之间通过电力载波通信，电力载波调制解调电路实时收集电源转换器的工作状态，将信号通过总线与故障检测控制器通信，由故障检测控制器对负载的线路故障进行判断；

在故障检测控制器确认发生负载的线路故障时，定位故障负载，故障检测控制器通过总线将控制策略发给电力载波调制解调电路，电力载波调制解调电路通过电力载波控制故障负载对应的电源转换器切断该负载的线路；

（4）、电压采样电路Ⅱ及电流采样电路采集并获知输出端的负载功率发生变化，电压采样电路Ⅱ及电流采样电路将采集信息传给控制器，控制器发出控制策略将控制信号交由自耦升压变压器，自耦升压变压器调整输出功率和无功含量，确保输出电压的精确稳压及电源质量；

（5）、电压采样电路Ⅰ检测交流电源的三相输入电压，若出现交流电源移相或缺相，则电压采样电路Ⅰ采集并将采集的信息发给控制器，控制器发出控制策略将控制信号交由可变电容器阵列，可变电容器阵列改变电容值，确保T接变压器的二次侧输出为稳定的电压信号。

远距离供电故障定位的方法，负载为10个并联的负载，每个负载都通过各自的电源转换器连接到远距离供电电源发生器的输出端。

远距离供电故障定位的方法，步骤（3）中，负载的线路故障包括短路故障或断路故障。

远距离供电故障定位的方法，交流电源为380VAC三相电压由输入端输入；通过防雷器采用二级防护等级应对户外条件下的雷击干扰；通过隔离变压器与外部电网电气隔离；T接变压器将380V三相交流电压变为220V单相交流电压；固定电容器具有补偿功能，滤除高频杂波；自耦升压变压器根据负载情况对输入电压按不同变比进行升压调节；EMI 滤波防雷器对输出进行EMI 滤波和防雷功能；输出端输出800～1600VAC的单相交流电压；电源转换器将800～1600VAC的单相交流电压转换为220V 的交流恒压源来给负载进行供电。

通过上面具体实施方式，所述技术领域的技术人员可容易的实现本发明。但是应当理解，本发明并不限于上述的具体实施方式。在公开的实施方式的基础上，所述技术领域的技术人员可任意组合不同的技术特征，从而实现不同的技术方案。

除说明书所述的技术特征外，均为本专业技术人员的已知技术。