CN104868475A - 一种低压配网电能质量综合治理装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低压配网电能质量综合治理装置，包括有控制模块、电压调节模块和无功补偿模块，所述控制模块分别控制电压调节模块和无功补偿模块，所述低压配网的输入线路通过电压调节模块、无功补偿模块连接至低压配网的输出线路；所述电压调节模块为电压双向调节模块。本发明装置利用电压补偿分级双向调节以及复合开关的智能延时功能，有效避免了电压波动造成电压不稳；并利用无功补偿模块中复合开关降低传统接触器投切的电流冲击，减少***的损耗，保证装置的安全性；同时，采用人机界面使之易于操作与维护，采用远程传输方式进一步提高对电网的监控能力。本发明作为一种低压配网电能质量综合治理装置可广泛应用于低压配电领域。

Description

一种低压配网电能质量综合治理装置

技术领域

本发明涉及低压配电领域，尤其是一种低压配网电能质量综合治理装置。

背景技术

我国农村和城乡郊区低压配电网规模大、线路长，400V/220V低压网线与广大用户零距离接触。随着农村经济的发展和家电下乡政策的深入，各种大功率的家用电器出现在农民家中，农村用电量迅速增长，电网的用电压力也不断增加，带来了末端电压偏低或偏高，无功功率增加，功率因数减小，电能质量下降等一系列问题。农网配电台区的运行现状如下：1）由于农业生产的季节性和农村务工人员的流动性，导致农村电网负荷波动较大；2）距变电站较远，重负荷时末端电压较低，若调高变电站出口电压，轻负荷时电压过高，会烧毁用电设备；3）三相负荷不平衡情况普遍存在，影响变压器出力，并增加了损耗，严重时会烧毁配电变压器。

目前，解决这一问题的方法，一般是扩大变压器容量，加大配电线路的线径，从而提高台区的供电能力。但是这一方法投资大、工期长，同时线路末端的无功功率都由高配室集中补偿提供，无功电流使输电线路的效率更低。所以有必要采用在线路末端进行调压和无功补偿。低压线路末端补偿装置，一方面，可以减少线路无功流量，增大线路的有功输送能力，提高效率。另一方面，可以减少线损，降低线路压降。在相同的供电能力下，低压末端补偿可提高供电质量，节约线路投资，提升经济效益。

目前，各企业对于低压线路末端的电能质量治理采取了多种不同的技术方式，如：电容无功补偿、传统有载调压器调节、电子调（稳）压器调节等。电容无功补偿的方式是通过降低无功电流减少电压降，来间接提升末端电压，适用于功率因数低，存在感性电流的线路；传统有载调压器是通过调节变压器变比的方式提升线路低压侧首端电压，适用于10KV线路长造成变压器低压侧输出电压较低的场合；电子调（稳）压器调压效果较好，但受温度和雷电影响较大，成本较高，只适用于家庭或实验室等功率需求不大的室内场合。从整体上来看，上述现有装置采用的技术方式均功能单一，应用范围窄，其安装维护都不方便，并且补偿电容器的投切采用接触器的方式，不仅时间较长，且投切过程中的冲击电流较大，产生较大损耗，且影响***的稳定性和使用寿命。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是：提供一种用于低压配网实现低损耗、高安全性和稳定性的电能质量综合治理装置。

本发明所采用的技术方案是：一种低压配网电能质量综合治理装置，包括有控制模块、电压调节模块和无功补偿模块，所述控制模块的第一控制端连接至电压调节模块的控制端，所述控制模块的第二控制端连接至无功补偿模块的控制端，所述低压配网的输入线路连接至电压调节模块的输入端，所述电压调节模块的输出端连接至无功补偿模块的输入端，所述无功补偿模块的输出端连接至低压配网的输出线路；所述电压调节模块为电压双向调节模块。

进一步，所述电压双向调节模块包括有1至3组双向调节电路，所述控制模块的第一控制端连接至双向调节电路的控制端。

进一步，所述双向调节电路包括有隔离变压器、第一复合开关、第二复合开关、第三复合开关、第四复合开关，所述隔离变压器的副边分别与低压配网的输入线路的火线和电压调节模块的输出端的火线连接，所述隔离变压器的原边分别通过第三复合开关连接至低压配网的输入线路的零线、通过第四复合开关连接至电压调节模块的输出端的零线，所述隔离变压器的原边分别通过第一复合开关和第二复合开关连接至电压调节模块的输出端的火线。

进一步，所述电压双向调节模块还包括有内置旁路，所述控制模块的第一控制端还连接至内置旁路的控制端。

进一步，所述无功补偿模块包括有1至3组无功补偿电路，所述无功补偿电路包括有熔断器、控制开关、电抗器和电容器，所述熔断器的一端与低压配网的输出线路的火线连接，所述熔断器的另一端依次通过控制开关、电抗器和电容器连接至低压配网的输出线路的零线。

进一步，所述控制模块中包括有电参数测量模块、用户负荷控制模块、过流保护模块、功率因数补偿控制模块、电压稳定控制模块、用电计量模块、电压质量监控模块。

进一步，所述控制模块中还包括有远程通讯模块，所述远程通讯模块连接有通讯接口。

进一步，所述通讯接口为隐藏式天线；使用隐藏式天线设计，确定天线安全，同时保证了通讯质量。

进一步，所述控制模块中还包括有人机界面接口模块，所述人机界面接口模块连接有显示模块。

进一步，该装置安装于低压配网的低压线路中间或末端。

本发明的有益效果是：本发明装置利用电压补偿分级双向调节，配合晶闸管和继电器组成的复合开关的智能延时功能，有效避免了电压波动造成电网电压不稳定；并利用无功补偿模块中复合开关的晶闸管控制电容过零投切，降低传统接触器投切的电流冲击，电容器投入后再由继电器旁路晶闸管，维持电容继续运行，可减少***的损耗，并保证装置的安全性；同时，在装置中采用人机界面使之易于操作与维护，采用通讯模块保证装置采集到的数据信息能够远程传输，进一步提高对电网的监控能力。

附图说明

图1为本发明装置的结构框图；

图2为本发明中电压调节模块的具体结构图；

图3为本发明中无功补偿模块的具体结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

参照图1，一种低压配网电能质量综合治理装置，包括有控制模块、电压调节模块和无功补偿模块，所述控制模块的第一控制端连接至电压调节模块的控制端，所述控制模块的第二控制端连接至无功补偿模块的控制端，所述低压配网的输入线路连接至电压调节模块的输入端，所述电压调节模块的输出端连接至无功补偿模块的输入端，所述无功补偿模块的输出端连接至低压配网的输出线路；所述电压调节模块为电压双向调节模块。

进一步作为优选的实施方式，所述电压双向调节模块包括有1至3组双向调节电路，所述控制模块的第一控制端连接至双向调节电路的控制端。

进一步作为优选的实施方式，所述双向调节电路包括有隔离变压器、第一复合开关、第二复合开关、第三复合开关、第四复合开关，所述隔离变压器的副边分别与低压配网的输入线路的火线和电压调节模块的输出端的火线连接，所述隔离变压器的原边分别通过第三复合开关连接至低压配网的输入线路的零线、通过第四复合开关连接至电压调节模块的输出端的零线，所述隔离变压器的原边分别通过第一复合开关和第二复合开关连接至电压调节模块的输出端的火线。

参照图2，即隔离变压器T1的副边分别与低压配网的输入线路的火线和电压调节模块的输出端的火线连接，如图2所示，T1的副边的同名端与电压调节模块的输出端的火线连接；所述隔离变压器T1的原边分别通过第三复合开关K3连接至低压配网的输入线路的零线、通过第四复合开关K4连接至电压调节模块的输出端的零线，如图所示，其中隔离变压器T1的原边的同名端通过第四复合开关K4连接至电压调节模块的输出端的零线；所述隔离变压器T1的原边分别通过第一复合开关K1和第二复合开关K2连接至电压调节模块的输出端的火线，如图所示，其中隔离变压器T1的原边的同名端通过第一复合开关K1连接至电压调节模块的输出端的火线。

本发明中双向调节电路运用电压缺额的补偿原理，采用一个隔离变压器和两组复合开关分别投切的方法来实现电压的正向叠加和负向叠加；如图2所示，当复合开关K1和K3同时投入，且复合开关K2和K4切除时，电流从隔离变压器T1原边的同名端流入，此时，输出端的电压等于输入端电压与隔离变压器T1副边电压的正向叠加，输出端电压升高，装置为正向调压。复合开关K2和K4同时投入，且复合开关K1和K3切除时，电流从隔离变压器T1原边的同名端流出，此时，输出端的电压等于输入端电压与隔离变压器T1副边电压的负向叠加，输出端电压下降，装置为负向调压。

复合开关由晶闸管和继电器组成，复合开关导通瞬间是由晶闸管（可控硅）过零触发，需要经过一定的延时之后，再由继电器吸合、导通，这样的导通方式可以避免谐波的产生，在控制模块中采用滞环比较器的方法来实现。

进一步作为优选的实施方式，所述电压双向调节模块还包括有内置旁路，所述控制模块的第一控制端还连接至内置旁路的控制端。

内置旁路的作用在于当电网电压在合格范围内时，控制上述四个复合开关K1、K2、K3和K4均断开时，电压调节模块的输入端之间与输出端通过内置旁路相连接，因此此时并不利用电压调节模块对电压进行调整。

参照图3，进一步作为优选的实施方式，所述无功补偿模块包括有1至3组无功补偿电路，所述无功补偿电路包括有熔断器、控制开关、电抗器和电容器，所述熔断器的一端与低压配网的输出线路的火线连接，所述熔断器的另一端依次通过控制开关、电抗器和电容器连接至低压配网的输出线路的零线。

其中控制开关采用复合开关，无功补偿通过复合开关投切电容器的方式来实现，其投切开关是晶闸管和继电器并联的复合开关，主要工作过程为：晶闸管控制电容过零投切，以降低传统接触器投切的电流冲击，电容器投入后再由继电器旁路晶闸管，维持电容继续运行，以减少***的损耗。

例如无功补偿模块采用三组无功补偿电路，所述无功补偿电路为6%左右的电抗率配置无功补偿的LC支路，单支路的补偿容量为3.33KVar，装置总的补偿容量为3.33KVar×3，即10KVar。可根据需要补偿的容量，配合智能控制模块以及复合开关，分相调节电容器组，进行自动分组投切；采用多支路单调谐滤波的方式，兼顾5、7、11、13等高次调谐滤波，电抗器采用低损耗的铁心滤波电抗器，电抗器正常运行温升不超过35K。

在补偿电容退出运行时，自动放电，确保安全。能确保电容器完全结束放电。即切除电容器后，再投入同一组电容器，并通过控制电路控制延时180s后再执行，先投先切，后投后切，循环控制，保证了电容器的充分放电和电容器组运行的均匀性。

复合开关在接通和断开的瞬间由晶闸管实现过零投切，不发热、无谐波、无功耗；而在长时间接通期间磁保持继电器既具有接触器触点通流大、不发热的优点，又不需要吸合维持电流；整机功耗很小。

复合开关设计有晶闸管、磁保持继电器的运行状态自动检测功能，若出现故障，则拒绝闭合或自动退投断开，并且故障灯闪烁，提示故障状态，便于检修更换。

进一步作为优选的实施方式，所述控制模块中包括有电参数测量模块、用户负荷控制模块、过流保护模块、功率因数补偿控制模块、电压稳定控制模块、用电计量模块、电压质量监控模块。

所述控制模块中包括有多个功能模块，例如其中的电压质量监控模块可用于分析和记录相电压、相电流、有功功率、无功功率和视在功率、功率因数、电网频率、分时复费率电能，并分析相电压、相电流的各次谐波含量。

进一步作为优选的实施方式，所述控制模块中还包括有远程通讯模块，所述远程通讯模块连接有通讯接口。

进一步作为优选的实施方式，所述通讯接口为隐藏式天线。

进一步作为优选的实施方式，所述控制模块中还包括有人机界面接口模块，所述人机界面接口模块连接有显示模块。

进一步作为优选的实施方式，该装置安装于低压配网的低压线路中间或末端。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可以作出种种的等同变换或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种低压配网电能质量综合治理装置，其特征在于：包括有控制模块、电压调节模块和无功补偿模块，所述控制模块的第一控制端连接至电压调节模块的控制端，所述控制模块的第二控制端连接至无功补偿模块的控制端，所述低压配网的输入线路连接至电压调节模块的输入端，所述电压调节模块的输出端连接至无功补偿模块的输入端，所述无功补偿模块的输出端连接至低压配网的输出线路；所述电压调节模块为电压双向调节模块。

2.根据权利要求1所述的一种低压配网电能质量综合治理装置，其特征在于：所述电压双向调节模块包括有1至3组双向调节电路，所述控制模块的第一控制端连接至双向调节电路的控制端。

3.根据权利要求2所述的一种低压配网电能质量综合治理装置，其特征在于：所述双向调节电路包括有隔离变压器、第一复合开关、第二复合开关、第三复合开关、第四复合开关，所述隔离变压器的副边分别与低压配网的输入线路的火线和电压调节模块的输出端的火线连接，所述隔离变压器的原边分别通过第三复合开关连接至低压配网的输入线路的零线、通过第四复合开关连接至电压调节模块的输出端的零线，所述隔离变压器的原边分别通过第一复合开关和第二复合开关连接至电压调节模块的输出端的火线。

4.根据权利要求1所述的一种低压配网电能质量综合治理装置，其特征在于：所述电压双向调节模块还包括有内置旁路，所述控制模块的第一控制端还连接至内置旁路的控制端。

5.根据权利要求2所述的一种低压配网电能质量综合治理装置，其特征在于：所述无功补偿模块包括有1至3组无功补偿电路，所述无功补偿电路包括有熔断器、控制开关、电抗器和电容器，所述熔断器的一端与低压配网的输出线路的火线连接，所述熔断器的另一端依次通过控制开关、电抗器和电容器连接至低压配网的输出线路的零线。

6.根据权利要求1所述的一种低压配网电能质量综合治理装置，其特征在于：所述控制模块中包括有电参数测量模块、用户负荷控制模块、过流保护模块、功率因数补偿控制模块、电压稳定控制模块、用电计量模块、电压质量监控模块。

7.根据权利要求6所述的一种低压配网电能质量综合治理装置，其特征在于：所述控制模块中还包括有远程通讯模块，所述远程通讯模块连接有通讯接口。

8.根据权利要求7所述的一种低压配网电能质量综合治理装置，其特征在于：所述通讯接口为隐藏式天线。

9.根据权利要求6所述的一种低压配网电能质量综合治理装置，其特征在于：所述控制模块中还包括有人机界面接口模块，所述人机界面接口模块连接有显示模块。

10.根据权利要求1所述的一种低压配网电能质量综合治理装置，其特征在于：该装置安装于低压配网的低压线路中间或末端。