CN214176919U - 一种电流型压降补偿控制装置及电流型压降补偿供电*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电流型压降补偿控制装置及电流型压降补偿供电***，控制装置包括电压采样处理单元、三角波发生器、脉宽调制比较器以及依次电连接的电流采样处理单元、反相比例运放电路单元、PI控制器、数模转换器和Sin波生成单元，电流采样处理单元的输入端接入外部供电线路；电压采样处理单元的输入端接入外部供电线路输出端，其输出端与PI控制器的输入端相连；脉宽调制比较器的正负输入端分别与Sin波生成单元的输出端和三角波发生器的输出端相连，其输出端与外部供电线路中的功率输出设备相连。本实用新型提供的电流型压降补偿控制装置及供电***无需在远端负载端进行电压信号采样，根据输出负载电流大小，即可提高输出电压，以实现远距离压降补偿。

Description

一种电流型压降补偿控制装置及电流型压降补偿供电***

技术领域

本实用新型涉及远程供电设备领域，尤其涉及一种电流型压降补偿控制装置及电流型压降补偿供电***。

背景技术

电源设备长距离供电时，远端负载端通常都会存在线路压降的问题，造成线路压降的原因有多种，比如，线缆长度、线缆粗细、线缆中通过的电压频率等，在实际使用中，一般可以通过增加电缆线径、或并联多根电缆线的方式来提高远端负载端的电压，以达到减小线路压降的目的，但是，这种利用改变电缆线的使用方式来解决线路压降的方法，费用一般比较昂贵，这显然不是一种理想的解决方式，因此，在实际应用中，也可以使用控制线在远端负载端进行电压取样，然后将电压信号反馈给控制***，以此来解决线路压降补偿的问题，但是这种方式又会非常依赖控制线的可靠性和可用性，而且对于若已经铺设完成的线路，就可能需要另外铺设控制线来增加采样线路，且控制线在随电力线搬运、铺设的过程中会存在断裂的可能，或者是随着使用时间的推移也会存在老化的风险，这些因素都可能会导致远端负载端电压信号采样的失效。

实用新型内容

为了解决现有技术中存在的问题，本实用新型提供了一种电流型压降补偿控制装置及电流型压降补偿供电***，所述技术方案如下：

一方面，本实用新型提供一种电流型压降补偿控制装置，用于给外部供电线路上的负载进行压降补偿，包括电压采样处理单元、电流采样处理单元、反相比例运放电路单元、PI控制器、数模转换器、Sin波生成单元、三角波发生器和脉宽调制比较器，所述电流采样处理单元、所述反相比例运放电路单元、所述PI控制器、所述数模转换器和所述Sin波生成单元依次电连接；

所述电流采样处理单元用于采样外部供电线路的电流信号并输出电流反馈信号，所述电流采样处理单元的输入端接入外部供电线路，所述电压采样处理单元用于采样外部供电线路输出端的电压信号并输出电压反馈信号，所述电压采样处理单元的输入端接入外部供电线路输出端，所述电压采样处理单元的输出端与所述PI控制器的输入端相连，所述脉宽调制比较器的正输入端和负输入端分别与所述Sin波生成单元的输出端和所述三角波发生器的输出端对应相连，所述脉宽调制比较器的输出端与外部供电线路中的功率输出设备相连。

进一步地，所述压降补偿控制装置还包括第一比较器和单片机，所述第一比较器的负输入端与所述电流采样处理单元的输出端相连，所述第一比较器的正输入端与外部输出电流保护阈值的设备相连，所述第一比较器用于比较电流保护阈值和电流反馈信号中的采样电流值并输出过流保护信号，若所述采样电流值超出所述电流保护阈值，则所述第一比较器输出所述过流保护信号至所述单片机，若所述单片机接收到所述过流保护信号，则所述单片机直接控制外部供电线路中的功率输出设备以低于或等于预设的最大输出电流运行。

进一步地，所述压降补偿控制装置还包括第二比较器和单片机，所述第二比较器的负输入端与所述电压采样处理单元的输出端相连，所述第二比较器的正输入端与外部输出电压保护阈值的设备相连，所述第二比较器用于比较电压保护阈值和电压反馈信号中的采样电压值并输出过压保护信号，若所述采样电压值超出所述电压保护阈值，则所述第二比较器输出所述过压保护信号至所述单片机，若所述单片机接收到所述过压保护信号，则所述单片机直接控制外部供电线路中的功率输出设备以低于或等于预设的最大输出电压运行。

进一步地，所述反相比例运放电路单元包括第一放大器、第一电阻、第二电阻和第三电阻，所述第一电阻的两端分别与所述第一放大器的负输入端和输出端相连，所述第二电阻的一端与所述第一放大器的负输入端相连，其另一端与所述电流采样处理单元的输出端相连，所述第三电阻的一端与所述第一放大器的正输入端相连，其另一端接地。

进一步地，所述PI控制器包括第二放大器、电容、第四电阻和第五电阻，所述电容的两端分别与所述第二放大器的负输入端和输出端相连，所述第四电阻的两端分别与所述第二放大器的负输入端和输出端相连，所述第五电阻的一端与所述第二放大器的正输入端相连，其另一端接地。

进一步地，所述电流采样处理单元包括依次电连接的电流采样模块、第一整流模块和第一滤波模块，所述电压采样处理单元包括依次电连接的电压采样模块、第二整流模块和第二滤波模块。

进一步地，所述PI控制器的输入端还与外部输出电压设定信号的设备相连。

进一步地，所述PI控制器采用比例积分方式处理其接收到的信号。

另一方面，本实用新型提供一种电流型压降补偿供电***，包括所述的压降补偿控制装置，以及依次电连接的输入单元、整流单元、滤波单元、逆变单元、隔离变压器和输出单元，在所述隔离变压器和所述输出单元之间接入电流采样CT，所述脉宽调制比较器的输出端与所述逆变单元相连，所述电流采样处理单元的输入端与所述电流采样CT的输出端相连，所述电压采样处理单元的输入端与所述输出单元相连。

进一步地，所述输出单元通过电缆线与外部负载相连。

本实用新型提供的技术方案带来的有益效果如下：

a. 可以根据输出负载电流大小，线性提高输出电压，以实现远距离压降补偿功能；

b. 可有效提升输出电压，延长输出距离；

c. 无需测量输出单元至远端负载端的线缆物理距离，也无需对线缆的阻抗进行匹配；

d. 补偿电压具有保护阀值，确保输出电压不会超出可控范围；

e. 补偿的电压量可以基于远端负载端的测量点提供，简单方便；

f. 无需使用和铺设对远端负载端进行电压反馈采样的控制线，也无需担心控制线断裂、老化而出现可靠性或可用性的问题。

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电流型压降补偿控制装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的电流型压降补偿控制装置中反相比例运放电路单元的结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的电流型压降补偿控制装置中PI控制器的结构示意图。

其中，附图标记包括：1-压降补偿控制装置，10-三角波发生器，11-电流采样处理单元，111-第一滤波模块，112-第一整流模块，113-电流采样模块，12-电压采样处理单元，121-第二滤波模块，122-第二整流模块，123-电压采样模块，13-第一比较器，14-第二比较器，15-脉宽调制比较器，16-反相比例运放电路单元，161-第一放大器，162-第一电阻，163-第二电阻，164-第三电阻，17-PI控制器，171-第二放大器，172-第四电阻，173-电容，174-第五电阻，18-数模转换器，19-Sin波生成单元，2-输入单元，3-整流单元，4-DC滤波单元，5-逆变单元，6-隔离变压器，7-输出单元，8-外部负载。

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、装置、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他步骤或单元。

在本实用新型的一个实施例中，提供了一种电流型压降补偿控制装置，用于给外部供电线路上的负载进行压降补偿，具体结构参见图1，包括电压采样处理单元12、电流采样处理单元11、反相比例运放电路单元16、PI控制器17、数模转换器18、Sin波生成单元19、三角波发生器10和脉宽调制比较器15，所述电流采样处理单元11、所述反相比例运放电路单元16、所述PI控制器17、所述数模转换器18和所述Sin波生成单元19依次电连接；

所述电流采样处理单元11采样外部供电线路的电流信号并处理输出电流反馈信号，所述电流采样处理单元11包括依次电连接的电流采样模块113、第一整流模块112和第一滤波模块111，所述电流采样处理单元11的输入端，即电流采样模块113的输入端，接入外部供电线路中电流采样CT输出端；所述电压采样处理单元12采样外部供电线路输出端的电压信号并处理输出电压反馈信号，所述电压采样处理单元12包括依次电连接的电压采样模块123、第二整流模块122和第二滤波模块121，所述电压采样处理单元12的输入端，即电压采样模块123的输入端，接入外部供电线路输出端，所述电压采样处理单元12的输出端，即第二滤波模块121的输出端，与所述PI控制器17的输入端相连，所述脉宽调制比较器15的正输入端和负输入端分别与所述Sin波生成单元19的输出端和所述三角波发生器10的输出端对应相连，所述脉宽调制比较器15的输出端与外部供电线路中的功率输出设备相连。

其中，参见图2，所述反相比例运放电路单元16包括第一放大器161、第一电阻162、第二电阻163和第三电阻164，所述第一电阻162的两端分别与所述第一放大器161的负输入端和输出端相连，所述第二电阻163的一端与所述第一放大器161的负输入端相连，其另一端与所述电流采样处理单元11的输出端相连，所述第三电阻164的一端与所述第一放大器161的正输入端相连，其另一端接地；

参见图3，所述PI控制器17包括第二放大器171、电容173、第四电阻172和第五电阻174，所述电容173的两端分别与所述第二放大器171的负输入端和输出端相连，所述第四电阻172的两端分别与所述第二放大器171的负输入端和输出端相连，所述第五电阻174的一端与所述第二放大器171的正输入端相连，其另一端接地。所述PI控制器17的输入端，即所述第二放大器171的负输入端，还与外部输出电压设定信号的设备相连。

在本实用新型的一个实施例中，所述压降补偿控制装置还包括第一比较器13、第二比较器14和单片机，所述第一比较器13的负输入端与所述电流采样处理单元11的输出端相连，所述第一比较器13的正输入端与外部输出电流保护阈值的设备相连，所述第一比较器13能够比较电流保护阈值和电流反馈信号中的采样电流值并输出过流保护信号，若所述采样电流值超出所述电流保护阈值，则所述第一比较器13输出所述过流保护信号至所述单片机，若所述单片机接收到所述过流保护信号，则所述单片机直接控制外部供电线路中的功率输出设备以低于或等于预设的最大输出电流运行；

所述第二比较器14的负输入端与所述电压采样处理单元12的输出端相连，所述第二比较器14的正输入端与外部输出电压保护阈值的设备相连，所述第二比较器14能够比较电压保护阈值和电压反馈信号中的采样电压值并输出过压保护信号，若所述采样电压值超出所述电压保护阈值，则所述第二比较器14输出所述过压保护信号至所述单片机，若所述单片机接收到所述过压保护信号，则所述单片机直接控制外部供电线路中的功率输出设备以低于或等于预设的最大输出电压运行。需要说明的是该压降补偿控制装置的部件可集成在一张电路板上进行应用。

在本实用新型的一个实施例中，提供了一种电流型压降补偿供电***，包括上述的压降补偿控制装置1，以及依次电连接的输入单元2、整流单元3、滤波单元4、逆变单元5、隔离变压器6和输出单元7，在所述隔离变压器6和所述输出单元7之间接入电流采样CT，所述脉宽调制比较器15的输出端与所述逆变单元5相连，所述电流采样处理单元11的输入端与所述电流采样CT的输出端相连，所述电压采样处理单元12的输入端与所述输出单元7相连，所述输出单元7通过电缆线与远端的外部负载8相连。需要说明的是电流采样CT为电流互感器，其原边接在所述隔离变压器6和所述输出单元7之间。

在本实用新型的一个实施例中，所述压降补偿控制装置运行时，电流采样点在隔离变压器6至输出单元7之间，使用电流采样CT配合电流采样模块113完成三相输出电流的采样，电流采样信号经过第一整流模块112精密整流，将交流信号变为直流信号，然后经过第一滤波模块111对直流信号进行滤波，将滤波后的直流信号送至第一比较器13负输入端，与第一比较器13的正输入端接收到的电流保护阀值进行比较，若发生过流，则所述第一比较器13的输出过流保护信号送至单片机；同时，滤波后的直流信号送至反相比例运放电路单元16中第一放大器161负输入端，经第一放大器161处理后的输出产生的信号，作为电流正反馈信号，送至PI控制器17中第二放大器171的负输入端；

输出单元7为电源设备输出电压的反馈采样点，各相输出火线、零线的电压差作为电压采样的负反馈电压，同样的，使用电压采样模块123完成输出电压的采样，电压采样信号经过第二整流模块122后，将交流信号变为直流信号，然后经过第二滤波模块121对直流信号进行滤波，将滤波后的直流信号送至第二比较器14的负输入端，与第二比较器14的正输入端接收到的电压保护阀值进行比较，若发生过压，则第二比较器14输出过压保护信号送至单片机；同时，将滤波后的直流信号，即电压负反馈信号，送至PI控制器17中第二放大器171的负输入端。用户设置的电压设定信号也送至PI控制器17中第二放大器171的负输入端。

PI控制器17由电压设定信号、电压负反馈信号、电流正反馈信号共同作用，在PI控制器17中，第二放大器171与第四电阻172构成比例控制电路，第二放大器171与电容173构成积分控制电路，所述PI控制器17采用比例积分方式处理其接收到的三种信号；当加载时，电流采样信号经过处理后，会进一步动态调整PI控制器，经过数模转换器18和Sin波生成单元19，输出产生幅值和频率可变的Sin波，Sin波进入脉宽调制比较器15的正输入端，三角波发生器10产生的三角波进入脉宽调制比较器15的负输入端，对这两模拟信号进行比较，使脉宽调制比较器15的输出端产生脉冲信号，此脉冲信号即是PWM脉冲宽度调制信号，该信号可以根据电压设定信号、电压负反馈信号、电流正反馈信号动态调整并产生具有电压占空比的PWM脉冲，该脉冲信号输出至逆变单元5的功率模块，该功率模块输出功率给带漏感的隔离变压器6，PWM脉冲可以控制逆变单元5的输出电压，提高输出单元7处的输出电压，来补偿线缆的压降，从而确保电源设备在长距离供电带载使用时，可以实时调节输出电压，确保远端负载端的电压符合使用要求。需要注意的是上述脉冲信号对逆变单元5的控制是建立在当前不过流且不过压的情况下，若发生过流和过压情况，即单片机接收到过流保护信号或过压保护信号，单片机发出信号直接封锁PWM脉冲信号，此时无PWM脉冲信号输出，逆变单元5停止逆变输出，以防止输出过流或过压的情况下损坏设备。

在现有技术中，带载时，仅依靠电压设定和取至输出单元7的电压负反馈已经不能保证输出单元7的电压满足远端负载端电压的使用要求，而本实施例针对这种情况，将电流反馈信号引入PI控制器，根据电流大小，线性提高输出电压，输出单元7的输出电压在引入电流型压降补偿后，不需要在远端外部负载8处进行电压信号采样，不需要测量电缆线的物理距离，不需要对电缆线的阻抗进行匹配，通过采样输出单元7处的电压，然后根据输出电流的大小实时动态补偿输出电压，将输出单元7处的电压升高，以实现远距离压降补偿功能,可确保长距离给负载供电时，克服由于线缆过长或线缆参数差异导致线缆上产生的线路压降，确保提供给负载端的电压满足使用要求，同时利用保护阀值，使输出电压不会超出可控范围。

本实用新型提供的电流型压降补偿控制装置及供电***通过在PI控制器中引入电流反馈，使之参与PI控制，以产生具有电压占空比的PWM脉冲，提高逆变器的输出电压，进而提高机器输出端的电压，补偿线路压降，从而确保电源设备在长距离供电时，可以实时调节输出电压，确保远端负载端的电压符合使用要求。所述压降补偿控制装置可以根据输出负载电流大小，线性提高输出电压，以实现远距离压降补偿功能；可有效提升输出电压，延长输出距离；无需测量输出单元至远端负载端的线缆物理距离，也无需对线缆的阻抗进行匹配；补偿电压具有保护阀值，确保输出电压不会超出可控范围；补偿的电压量可以基于远端负载端的测量点提供，简单方便；无需使用和铺设对远端负载端进行电压反馈采样的控制线，也无需担心控制线断裂、老化而出现可靠性或可用性的问题。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电流型压降补偿控制装置，用于给外部供电线路上的负载进行压降补偿，其特征在于，包括电压采样处理单元（12）、电流采样处理单元（11）、反相比例运放电路单元（16）、PI控制器（17）、数模转换器（18）、Sin波生成单元（19）、三角波发生器（10）和脉宽调制比较器（15），所述电流采样处理单元（11）、所述反相比例运放电路单元（16）、所述PI控制器（17）、所述数模转换器（18）和所述Sin波生成单元（19）依次电连接；

所述电流采样处理单元（11）用于采样外部供电线路的电流信号并输出电流反馈信号，所述电流采样处理单元（11）的输入端接入外部供电线路，所述电压采样处理单元（12）用于采样外部供电线路输出端的电压信号并输出电压反馈信号，所述电压采样处理单元（12）的输入端接入外部供电线路输出端，所述电压采样处理单元（12）的输出端与所述PI控制器（17）的输入端相连，所述脉宽调制比较器（15）的正输入端和负输入端分别与所述Sin波生成单元（19）的输出端和所述三角波发生器（10）的输出端对应相连，所述脉宽调制比较器（15）的输出端与外部供电线路中的功率输出设备相连。

2.根据权利要求1所述的电流型压降补偿控制装置，其特征在于，还包括第一比较器（13）和单片机，所述第一比较器（13）的负输入端与所述电流采样处理单元（11）的输出端相连，所述第一比较器（13）的正输入端与外部输出电流保护阈值的设备相连，所述第一比较器（13）用于比较电流保护阈值和电流反馈信号中的采样电流值并输出过流保护信号。

3.根据权利要求2所述的电流型压降补偿控制装置，其特征在于，还包括第二比较器（14）和单片机，所述第二比较器（14）的负输入端与所述电压采样处理单元（12）的输出端相连，所述第二比较器（14）的正输入端与外部输出电压保护阈值的设备相连，所述第二比较器（14）用于比较电压保护阈值和电压反馈信号中的采样电压值并输出过压保护信号。

4.根据权利要求1所述的电流型压降补偿控制装置，其特征在于，所述反相比例运放电路单元（16）包括第一放大器（161）、第一电阻（162）、第二电阻（163）和第三电阻（164），所述第一电阻（162）的两端分别与所述第一放大器（161）的负输入端和输出端相连，所述第二电阻（163）的一端与所述第一放大器（161）的负输入端相连，其另一端与所述电流采样处理单元（11）的输出端相连，所述第三电阻（164）的一端与所述第一放大器（161）的正输入端相连，其另一端接地。

5.根据权利要求4所述的电流型压降补偿控制装置，其特征在于，所述PI控制器（17）包括第二放大器（171）、电容（173）、第四电阻（172）和第五电阻（174），所述电容（173）的两端分别与所述第二放大器（171）的负输入端和输出端相连，所述第四电阻（172）的两端分别与所述第二放大器（171）的负输入端和输出端相连，所述第五电阻（174）的一端与所述第二放大器（171）的正输入端相连，其另一端接地。

6.根据权利要求1所述的电流型压降补偿控制装置，其特征在于，所述电流采样处理单元（11）包括依次电连接的电流采样模块（113）、第一整流模块（112）和第一滤波模块（111），所述电压采样处理单元（12）包括依次电连接的电压采样模块（123）、第二整流模块（122）和第二滤波模块（121）。

7.根据权利要求1所述的电流型压降补偿控制装置，其特征在于，所述PI控制器（17）的输入端还与外部输出电压设定信号的设备相连。

8.根据权利要求7所述的电流型压降补偿控制装置，其特征在于，所述PI控制器（17）采用比例积分方式处理其接收到的信号。

9.一种电流型压降补偿供电***，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的电流型压降补偿控制装置（1），以及依次电连接的输入单元（2）、整流单元（3）、滤波单元（4）、逆变单元（5）、隔离变压器（6）和输出单元（7），在所述隔离变压器（6）和所述输出单元（7）之间接入电流采样CT，所述脉宽调制比较器（15）的输出端与所述逆变单元（5）相连，所述电流采样处理单元（11）的输入端接入所述电流采样CT的输出端，所述电压采样处理单元（12）的输入端与所述输出单元（7）相连。

10.根据权利要求9所述的电流型压降补偿供电***，其特征在于，所述输出单元（7）通过电缆线与外部负载（8）相连。

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