一种三合一电力电子补偿变电站的制作方法

本发明属于供电或配电的电路装置或系统，具体涉及交流输电线或交流配电网络的一种三合一电力电子补偿变电站。

背景技术：

在智能电网建设过程中，输变电技术是一项关键技术，能够为智能电网的安全稳定运行提供必要保障，还能够有效提高智能电网的运行效率，增加社会效益。负荷分散地区的电网建设经济效益差、投入产出比低是全世界电网公司普遍面对的问题，如何以较经济的方式为负荷分散地区的人口提供适合的供电服务，成为世界性的热点议题。由于供电半径较大，容易出现线路末端供电电压偏低，电能质量不合格的问题，随着用户负荷的不断增大，单点大负荷的不断增多，昼夜电网波峰波谷的波动，位于线路尾部的用户的供电质量会受到更大的影响，而一味地提高发电量来确保用户的供电又会造成大量电能资源的浪费，违背了智能电网建设运行的理念，如何在不强制需求侧管理的情况下，提高资源重用率，实现电网峰谷负荷调节问题也逐渐引起社会的关注。

现有的技术中负荷分散，变配电站供电半径有限，往往需要较长的中压线路和分散的变配电站才能实现整个区域的供电，而分散的变电站主变压器的利用率低，一大部分的功率损失在了线路传输的过程中，且主要是因有功电流流经较长的输电线路造成的损耗，无法通过简单地并联无功补偿设备改善末端电压特性。若实现大容量的电能质量全面补偿，必须基于有源补偿的原理来实现。然而，现有的一些有源补偿设备通过从电网取电作为其能量来源的方式须电网提供额外的补偿所需电流，而这一电流流经输电线路会造成大量额外的线路损耗，且当负荷超出一定范围时，补偿所需消耗的电流也会增大，反而导致补偿失效。因此亟需一种新技术能够有效解决电压补偿、电能质量补偿以及峰谷平衡等问题，实现输配电网络的全面治理与调节。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明公开了一种三合一电力电子补偿变电站，将电网调节的三大关键设备集成配置并进行统一能量管理，不仅利用储能技术实现了昼夜峰谷负荷的调节，在用电低谷时段所存储的能量又可作为能量来源供给电压补偿模块以及电能质量补偿模块，有效地避免了因从电网取电须额外增加线路电流而导致补偿失效问题的出现。将本发明分布式地安置在长距离输电线路中需要电压补偿、电能质量补偿、电力调峰以及新能源上网的地方，能够有效地提升整条线路的电能传输质量，实现电网综合调节。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种三合一电力电子补偿变电站，包括三相相线和中性线；所述三相相线与中性线输入输出端之间串并接一个电压补偿模块，在三相相线与中性线之间并接一个电能质量补偿模块和一个储能电源模块，在三相相线输出端处经一个传感检测模块电连接一个电力电子补偿变电站能量管理模块，该电力电子补偿变电站能量管理模块电连接一个电压补偿模块、电能质量补偿模块和储能电源模块，电压补偿模块、电能质量补偿模块和储能电源模块之间通过公共直流母线相互电连接。

所述电压补偿模块的输入端连接三相相线输入端和中性线输入端，输出端连接三相相线输出端，所述电压补偿模块用于补偿输电线路跌落的电压，改善电压质量使得线路末端电压符合电网供电标准；

所述电能质量补偿模块并联于输电线路中，即并联于三相相线与中性线之间，所述电能质量补偿模块用于实现线路电流的综合补偿，包括：无功补偿、谐波补偿以及三相不平衡补偿，全面提升输电线路的电能传输质量；

所述储能电源模块并联于输电线路中，即并联于三相相线与中性线之间，所述储能电源模块用于实现电网的负荷峰谷调节以及为所述电压补偿模块、电能质量补偿模块提供其补偿所需能量来源；

所述电力电子补偿变电站能量管理模块与所述电压补偿模块、所述电能质量补偿模块、所述储能电源模块以及所述传感检测模块相连，用于接收所述传感检测模块获取的输电线路的三相电压电流信息并对其进行分析处理，综合决策生成各个子模块的控制参考指令(设定值)输出至相应的子模块控制器单元，进行协调控制，实现所述三合一电力电子补偿变电站内部能量流动的统一管理；

所述传感检测模块用于获取输电线路的信息并将其分别输出至所述电压补偿模块、所述电能质量补偿模块、所述储能电源模块以及所述电力电子补偿变电站能量管理模块，为其提供输电线路运行的三相电压电流反馈信息；

所述电压补偿模块、所述电能质量补偿模块以及所述储能电源模块相连，共同并联至所述公共直流母线上，所述公共直流母线用于实现所述三合一电力电子补偿变电站内部的能量流动。

在本发明的一些具体实例中，所述电压补偿模块，包括：取电单元、补偿变压器、交流调压变换器、逆变器、调压控制单元，其中，所述取电单元采用隔离变压器，所述隔离变压器一次侧绕组并联于三相相线与中性线之间，二次侧绕组经开关器件与所述交流调压变换器相连，用于从电网获取电压补偿过程所需的能量来源；

所述逆变器的直流侧输入端与所述公共直流母线相连，用于从所述公共直流母线上获取电压补偿过程所需的能量来源；

所述交流调压变换器交流侧输入端与所述取电单元的输出端及所述逆变器的交流侧输出端相连，所述交流调压变换器的交流侧输出端与所述补偿变压器的一次侧绕组相连，用于根据所述调压控制单元输出的控制信号进行功率变换，在线路需要电压补偿时产生所需的补偿电压输出至补偿变压器一次侧绕组，实现线路相应的电压补偿；

所述补偿变压器的二次侧绕组串联在三相相线线路中，用于将所述交流调压变换器输出的补偿电压补偿至输电线路中；

所述调压控制单元的输出端与所述取电单元、所述交流调压变换器以及所述逆变器连接，所述调压控制单元的输入端接收所述电力电子补偿变电站能量管理模块输出的控制给定指令以及所述传感检测模块输出的三相电压信息，用于根据上述信息，确定所述电压补偿模块的工作状态、能量来源以及控制策略，当线路需要电压补偿时，生成第一控制指令控制所述取电单元中开关器件的通断以及所述逆变器中开关器件的通断从而确定能量供给来源，生成第二控制指令输出给所述交流调压变换器，控制其内部相应开关器件的通断，从而产生相应的补偿电压，在线路无需电压补偿时，控制相应器件关断，不产生补偿电压。

在本发明的一些具体实例中，所述电能质量补偿模块，包括：三相四线制逆变器电路、驱动电路、电能质量补偿控制单元，其中，所述三相四线制逆变器电路基于有源补偿原理，其直流侧与所述公共直流母线相连，交流侧经电抗器并联至三相相线与中性线之间，用于产生与被补偿量(谐波电流、无功电流、三相不平衡电流)量值相等、相位相反的补偿电流，通过电抗器注入至电网中，实现相应的无功、谐波、三相不平衡等补偿；

所述电能质量补偿控制单元的输入端接收所述电力电子补偿变电站能量管理模块输出的控制给定指令以及所述传感检测模块输出的输电线路电压电流信息，用于根据上述信息，确定电能质量补偿模块的工作状态，当线路需要电能质量补偿时，生成第三控制指令输出至所述驱动电路；在线路无需电能质量补偿时，控制相应器件关断，不产生补偿电流。

所述驱动电路用于将所述电能质量补偿控制单元生成的第三控制指令放大并输出至所述三相四线制逆变器电路，驱动其内部的的各个开关器件完成导通与关断，从而产生所需要的补偿电流注入电网；

在本发明的一些具体实例中，所述储能电源模块包括：储能变换器、双向dc/dc变换器、储能电池、整流器、斩波器以及储能电源模块控制单元，其中，所述储能变换器采用可逆pwm整流器拓扑，其直流侧与公共直流母线相连，其交流侧经电抗器并联至输电线路的三相相线与中性线之间，用于实现所述储能电源模块与输电线路(电网)之间能量的双向流动，

所述双向dc/dc变换器的直流侧一侧与所述储能电池相连，另一侧接至所述公共直流母线上，用于将所述储能电池输出的直流电或所述直流母线(6)上输入的直流电进行电能变换；

所述储能电池用于储存能量，包括：从电网吸收的电能以及通过新能源发电产生的电能，当处于放电模式时将其释放，为所述电压补偿模块以及电能质量补偿模块提供能量来源；

所述整流器采用ac/dc拓扑，其交流输入侧与风电机组接入端子相连，直流输出侧接至所述公共直流母线上，用于接入风力发电机组发电所产生的交流电能；

所述斩波器采用dc/dc拓扑，其直流输入侧与光伏控件接入端子相连，直流输出侧接至所述公共直流母线上，用于接入光伏发电所产生的直流电能；

所述储能电源模块控制单元的输出端与所述储能变换器、所述双向dc/c变换器、所述储能电池、所述整流器以及所述斩波器相连，其输入端接收所述电力电子补偿变电站能量管理模块输出的控制给定指令、所述传感检测模块输出的三相电压电流信息以及储能电池状态信息，用于根据上述信息，确定储能电源模块的工作状态，生成相应的器件通断信号分别输出给相应的功率变换器控制其进行不同状态的功率变换，从而完成储能模块内部能量的流动。

在本发明的一些具体实例中，所述电力电子补偿变电站能量管理模块包括：电压电流信息接收单元、电能质量全面计算分析单元、储能电源模块状态接收单元、子模块控制给定量综合计算决策单元、电压补偿模块控制给定量输出单元、储能电源模块控制给定量输出单元、电能质量补偿模块控制给定量输出单元，其中，所述电压电流信息接收单元用于接收所述传感检测单元检测的电网三相电压电流信息并将其输出至所述电能质量全面计算分析单元；

所述电能质量全面计算分析单元用于对输电线路(电网)中的电压、电流数据信息进行分析，获取其幅值、相位并求解出当前线路所需的补偿电压幅值、电流幅值、三相不平衡度、谐波、线路功率因数等信息并将其输出至子模块控制给定量综合计算决策单元；

所述储能电源模块状态接收单元用于接收所述储能电源模块输出的储能电源模块运行状态信息，包括储能电池剩余容量，新能源发电设备预估发电量等并将其输出至所述子模块控制给定量综合计算决策单元；

所述子模块控制给定量综合计算决策单元用于根据电网分析信息以及模块内部储能电源模块的状态信息确定需补偿量以及各个子模块的工作模式，计算生成相应的控制给定量通过所述的电压补偿模块控制给定量输出单元、储能电源模块控制给定量输出单元、电能质量补偿模块控制给定量输出单元分别输出给相应子模块的控制单元进行控制，实现电力电子补偿变电站内部能量的统一协调、控制与管理。

在本发明的一些具体实例中，所述电压补偿模块、所述电能质量补偿模块以及所述储能电源模块共同并联至所述公共直流母线上，而三个子模块的相对位置连接关系可以依据线路的实际补偿情况确定。

在本发明的一些具体实例中，设备靠近线路末端，负荷需要大量的无功补偿时，所述电压补偿模块、所述电能质量补偿模块以及所述储能电源模块采用第一连接方式，其相对位置连接关系为：所述储能电源模块靠近三相相线输入端与中性线输入端，所述电能质量补偿模块靠近三相相线输出端与中性线输出端，所述电压补偿模块位于两个并联模块连接位置中间。

在本发明的一些具体实例中，设备安装于长须线路中，负荷调峰需求较大时，所述电压补偿模块、所述电能质量补偿模块以及所述储能电源模块采用第二连接方式，其相对位置连接关系为：所述电能质量补偿模块靠近三相相线输入端与中性线输入端，所述储能电源模块靠近三相相线输出端与中性线输出端，所述电压补偿模块位于两个并联模块连接位置中间，所述变电站内部通过所述共同。

在本发明的一些具体实例中，所述传感检测单元可采用现有技术中的采样模块，例如深圳健思研jsy-mk-141系列采样模块等。

在本发明的一些具体实例中，所述三合一电力电子补偿变电站可依据供配电线路实际情况分布式地安置在长距离输电线路中出现电压跌落、需要电能质量补偿、需要电力调峰控制的地方。

与现有技术相比，本发明的一种三合一电力电子补偿变电站具有以下显而易见的突出实质性特点和显著的技术进步：

1.本发明的一种三合一电力电子补偿变电站将电压补偿模块、电能质量补偿模块以及储能模块三大电网调节的关键设备集中配置，根据线路实际情况灵活调整各个设备的位置，分布式地配置在输、配电线路中出现电压跌落的地方，可分段抬升电压，改善电能质量，确保末端用户的用电质量，大幅减少线路传输损耗，调节电网峰谷平衡，实现电网的综合全面调节。

2.本发明的电压补偿模块以及电能质量补偿模块均基于有源补偿的原理进行补偿，但与现有技术不同的是，在负荷较大的电网高峰时期本发明的三合一电力电子补偿变电站利用储能电源模块来为补偿设备提供能量来源，而储能模块中能量主要来自于电网低谷时段所吸收的能量以及通过新能源发电设备所产生的电能，这一设计不仅满足了大容量补偿的需求，同时有效地避免了出现因为大容量需求从电网取电须额外增加输电线路电流，这一额外增加的电流流经长距离导线会造成大量的额外功率损耗，使得经补偿后线路电压幅值反而跌落更严重，导致补偿装置失效问题，且能量来源广泛，也避免了因气候波动昼夜影响导致新能源不稳定无法实现稳定补偿的问题。

3.本发明的三合一电力电子补偿变电站通过储能电源模块可有效实现电力网的调峰控制，在电网的不同运行状态下可以通过能量管理模块对能量进行统一管理，控制本发明的三合一电力电子补偿变电站模块内部的能量流动过程以及其与外部的能量的交互过程，以实现能量的最优配置，提高能源的利用效率。

附图说明

图1为本发明的三合一电力电子补偿变电站的一种结构示意图。

图2为本发明的电压补偿模块的结构示意图。

图3为本发明的电能质量补偿模块的结构示意图。

图4为本发明的储能电源模块的结构示意图。

图5为本发明的电力电子补偿变电站能量管理模块的结构示意图。

具体实施方式

为了更好地说明本发明，以便于理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步详细说明。应理解，下述的实施实例仅用于说明本发明，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。

实施例一：

参见图1～图5，一种三合一电力电子补偿变电站，包括三相相线和中性线；所述三相相线中串并接一个电压补偿模块1，在三相相线与中性线之间并联一个电能质量补偿模块2和一个储能电源模块3，在三相相线输出端处经一个传感检测模块5电连接一个电力电子补偿变电站能量管理模块4，该电力电子补偿变电站能量管理模块4电连接一个电压补偿模块1、电能质量补偿模块2和储能电源模块3，电压补偿模块1、电能质量补偿模块2和储能电源模块3之间通过公共直流母线6相互电连接。

实施例二：

如图1所示，一种三合一电力电子补偿变电站，包括三相相线、中性线、电压补偿模块1、电能质量补偿模块2、储能电源模块3、电力电子补偿变电站能量管理模块4、传感检测单元5及公共直流母线6，其中，

电压补偿模块1的输入端连接三相相线输入端和中性线输入端，输出端连接三相相线输出端，用于补偿输电线路跌落的电压，改善电压质量使得线路末端电压符合电网供电标准；

电能质量补偿模块2并联于输电线路中，即并联于三相相线与中性线之间，用于实现线路电流的综合补偿，包括：无功补偿、谐波补偿以及三相不平衡补偿等，全面提升输电线路的电能传输质量；

储能电源模块3并联于输电线路中，即并联于三相相线与中性线之间，用于实现电网的负荷峰谷调节以及为电压补偿模块1、电能质量补偿模块2提供能量来源；

电力电子补偿变电站能量管理模块4与电压补偿模块1、电能质量补偿模块2、储能电源模块3以及传感检测模块5相连，用于接收传感检测模块获取的输电线路的三相电压电流信息并对其进行分析处理，通过信息交互的方式获取上述子模块的运行状态，进行综合决策，产生各个子模块的控制参考指令(设定值)输出至相应的子模块控制器单元，进行协调控制，实现所述三合一电力电子补偿变电站内部能量流动的统一管理；

传感检测单元5用于获取输电线路的信息并将其输出至所述电压补偿模块1、电能质量补偿模块2、储能电源模块3以及电力电子补偿变电站能量管理模块4，为其提供输电线路运行的三相电压电流实时反馈信息；

所述电压补偿模块1、所述电能质量补偿模块2以及所述储能电源模块3共同并联至公共直流母线6上，公共直流母线6用于实现实现所述三合一电力电子补偿变电站内部的能量流动。

应注意如图1所示的系统结构图为本发明的第一连接关系示意图，在本发明的一些其他的实施例中，可采用第二连接关系，即将上述电能质量补偿模块2与储能电源模块3的位置互换，三个子模块的具体连接关系可根据电路的实际需求进行配置。

上述的电压补偿1模块，如图2所示，包括：取电单元11、补偿变压器12、交流调压变换器13、逆变器14、调压控制单元15，其中，在本实施例中取电单元11采用隔离变压器，其一次侧绕组并联于三相相线与中性线之间，二次侧绕组经开关器件与所述交流调压变换器13相连，用于从电网获取电压补偿过程所需的能量来源；逆变器14的直流侧输入端与所述公共直流母线6相连，用于从所述公共直流母线6上获取电压补偿过程所需的能量来源；补偿变压器12的二次侧绕组串联在三相相线线路中，一次侧绕组与所述交流调压变换器13交流侧输出端相连，用于将所述交流调压变换器13输出的补偿电压耦合至输电线路中；在本实施例中，上述交流调压变换器13采用双向可控硅交流调压电路，交流调压变换器13的交流侧输出端与补偿变压器12的一次侧绕组相连，交流侧的输入端口则包括两组端钮，一组与取电单元11的输出端相连，另外一组则与逆变器14的交流侧输出端相连，与取电单元11相连的端钮用于从电网获取补偿所需要的能量，而与逆变器14相连的端钮则是用于从电力电子补偿变电站内部的公共直流母线6上获取补偿所需要的能量，通过控制取电单元11中的开关器件s的通断以及逆变器中的开关器件的通断，可以选择交流调压变换器的交流侧能量来源，电网或电力电子补偿变电站内部。调压控制单元15的输出端与取电单元11、交流调压变换器13以及所述逆变器14相连，其输入端接收电力电子补偿变电站能量管理模块4输出的控制给定信息(包括电压幅值、相位)以及传感检测模块5输出的线路电压信息(包括电压幅值、相位)进行电压闭环控制。当线路需要电压补偿时，调压控制单元15会生成第一控制指令控制所述取电单元(11)中开关器件的通断以及所述逆变器(14)中开关器件s的通断从而确定能量供给来源，当电网处于高峰时段第一控制指令的控制原则为关断开关器件s，选择通过逆变器14接入储能电源模块3提供的能量来源，若电网处于低谷时段，则第一控制指令的控制原则为闭合开关器件s，选择通过取电单元11接入电网提供的能量来源。同时调压控制单元15会生成第二控制指令输出给所述交流调压变换器(13)，控制其内部相应开关器件的通断，从而产生相应的补偿电压，在线路无需电压补偿时，控制相应器件关断，不产生补偿电压。在本发明的一些其他实施例中，上述交流调压变换器可采用现有技术中任何能够实现ac/ac交流调压目的的电路拓扑即可，包括：交-交变频电路(不用于改变频率仅用于改变电压)、交-直-交变频电路、交流斩波电路等。

上述的电能质量补偿模块2，如图3所示，包括：三相四线制逆变器电路21、驱动电路22、电能质量补偿控制单元23，其中，三相四线制逆变器电路21采用二极管钳位型三电平逆变电路，直流侧与所述公共直流母线6相连，交流侧经电抗器并联至三相相线与中性线之间，基于有源补偿的原理，根据控制信号产生与被补偿量(谐波电流、无功电流、三相不平衡电流)量值相等、相位相反的补偿电流，通过电抗器注入至电网中，实现相应的无功、谐波、三相不平衡等补偿；电能质量补偿控制单元23输入端接收所述电力电子补偿变电站能量管理模块4输出的控制给定信息以及所述传感检测模块5输出的三相电压电流信息，并根据上述控制信息，确定电能质量补偿模块2的工作状态，当线路需要电能质量补偿时，根据电力电子能量管理模块4输入的补偿给定量以及传感检测模块5实时检测的三相电流信息进行闭环控制，采用电流型pwm控制器，生成相应的第三控制指令输出给所述驱动电路22，驱动电路22将所述电能质量补偿控制单元23生成的第三控制指令放大并输出至所述三相四线制逆变器电路(21)，驱动其内部的的各个开关器件完成导通与关断，从而产生所需要的补偿电流注入电网；在线路无需电能质量补偿时，控制相应器件关断，不产生补偿电流。

上述的储能电源模块3，如图4所示，包括：储能变换器31、双向dc/dc变换器32、储能电池33、整流器34、斩波器35以及储能电源模块控制单元36。其中，储能变换器采用可逆pwm整流器拓扑，其直流侧与公共直流母线(6)相连，其交流侧经电抗器并联至输电线路的三相相线与中性线之间，用于实现所述储能电源模块与输电线路(电网)之间能量的双向流动。当工作于正向电能变换状态时，该储能变换器31工作在整流器状态，吸收电网回馈的能量，当逆向电能变换状态时，该储能变换器31工作于逆变器状态，用于向电网注入能量；双向dc/dc变换器采用双向buck-boost电路拓扑，其低压一侧与所述储能电池相连，高压侧接至所述公共直流母线上，用于将储能电池输出的直流电或直流母线6上输入的直流电进行双向电能变换；储能电池33用于储存能量，包括：从电网吸收的电能以及通过新能源发电产生的电能，当处于放电模式时将其释放，为电压补偿模块1、电能质量补偿模块2提供能量来源；整流器34采用ac/dc拓扑，交流输入侧与风电机组接入端子相连，直流输出侧接至所述公共直流母线上，用于接入风力发电机组发电所产生的电能；斩波器35采用dc/dc拓扑，其直流输入侧与光伏控件接入端子相连，直流输出侧接至所述公共直流母线上，用于接入光伏发电所产生的电能；储能电源模块控制单元36的输出端与上述储能电源模块的其他单元(31-35)相连，其输入端接收电力电子补偿变电站能量管理模块4输出的控制给定指令、所述传感检测模块5输出的三相电压电流信息以及储能电池33的状态信息，并根据上述信息，确定储能电源模块3的工作状态，生成相应的器件通断信号分别输出给相应的功率变换器控制其进行不同状态的功率变换实现储能模块内部能量的流动。

上述的电力电子补偿变电站能量管理模块4，如图5所示，包括：电压电流信息接收单元41、电能质量全面计算分析单元42、储能电源模块状态接收单元43、子模块控制给定量综合计算决策单元44、电压补偿模块控制给定量输出单元45、储能电源模块控制给定量输出单元46、电能质量补偿模块控制给定量输出单元47，其中，所述电压电流信息接收单元41接收所述传感检测模块5检测的电网三相电压电流信息uabc、iabc并将其输出至所述电能质量全面计算分析单元42进行分析；电能质量全面计算分析单元42用于对输电线路(电网)中的电压、电流数据信息进行分析，获取其幅值、相位并求解出当前线路所需的补偿电压幅值、电流幅值、三相不平衡度、谐波、线路功率因数等信息并将其输出至子模块控制给定量综合计算决策单元44；储能电源模块状态接收单元43接收所述储能电源模块3输出的储能电源模块运行状态信息，包括储能电池剩余容量，新能源发电设备预估发电量等并将其输出至所述子模块控制给定量综合计算决策单元44；子模块控制给定量综合计算决策单元44根据电网分析信息以及模块内部储能电源模块的状态信息确定需补偿量以及各个子模块的工作模式，计算生成相应的控制给定量通过所述的电压补偿模块控制给定量输出单元45、储能电源模块控制给定量输出单元46、电能质量补偿模块控制给定量输出单元47分别输出给相应子模块的控制单元进行控制，实现电力电子补偿变电站内部能量的统一协调、控制与管理。

上述的一种三合一电力电子补偿变电站可依据供配电线路实际情况分布式地安置在长距离输电线路中出现电压跌落、需要电能质量补偿、需要电力调峰控制的地方。本发明的三合一电力电子补偿变电站将电网调节的三大关键设备集成配置并进行统一能量管理，不仅利用储能技术实现了昼夜峰谷负荷的调节，在用电低谷时段所存储的能量又可作为能量来源供给电压补偿模块以及电能质量补偿模块，有效地避免了因从电网取电须额外增加线路电流导致补偿失效问题的出现，有效实现了输电的综合调节与全面提升。

由此可见，本发明的目的已经完整并有效的予以实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中予以展示和说明，在不背离所述原理下，实施方式可作任意修改。本发明包括了基于权利要求精神及权利要求范围的所有变形实施方式。