CN109687585A - 一种多功能低压负荷监测与控制一体化装置 - Google Patents

一种多功能低压负荷监测与控制一体化装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多功能低压负荷监测与控制一体化装置，是利用现代通信、自动控制和开关技术的先进智能低压负荷控制设备，包括主控制器、进线电压电流互感器、出线电压互感器、出线电流互感器、剩余电流保护操作模块、无功补偿模块、低压负荷换相操作模块、电源模块、超级电容模块、双模通信模块、RS‑485通信模块。通过相关接口与外部动作模块相互配合实现对配变台区的状态的全面监测和态势感知，实现了配变台区分布式无功补偿和负荷自动控制，可以有效支撑分布式电源和电动汽车大量接入下的配变台区智能化和就地化管理。

Description

一种多功能低压负荷监测与控制一体化装置
技术领域
本发明属于电力***检测与控制领域，具体涉及一种多功能低压负荷监测与控制一体化装置。
背景技术
配变台区是配电网的基本单元，承担做电力分配的核心任务。传统台区管理***主要包括：负荷管理***、低压集抄采集***、配电管理***、电能质量管理***。对应的台区下(台变侧)测控终端分别为：负荷管理终端、集中器(采集器)、配变监测终端、电能质量管理终端(无功补偿装置)等。目前，国家电网公司***内的配变台区也仅具备电能量和配变电压电流采集监测能力，存在以下几个方面的不足：一是由于缺少低压网络、用户电源负荷监测手段，台区态势感知能力不足；无法支支撑台区智能化管控。二是由于主动告警预警和就地化管理功能不足，无法对用户供电电压质量、供电可靠性等无法管控，无法支撑用户主动服务。三是由于台区存在大量时空、相序分布不平衡单相负荷，三相负荷不平衡问题普遍存在，部分台区问题突出，造成台区经济运行水平低。四是由于台区无功补偿主要采取随器补偿，运行环境恶劣，电容器故障高发，造成台区无功补偿有效性低，台区经济运行水平低。五是由于缺失电动汽车、分布式电源、蓄冷蓄热等主动电源负荷的控制手段，难以支撑源网荷协调控制和经济运行。六是缺失主动电源负荷的控制手段，设备重过安全风险高。七是三级保护有效性难以保障，电气火灾风险和人身安全风险高。八是分布式电源反孤岛有效性难以保障，运维检修安全风险高。
面对上述情况，迫切需要多功能低压负荷监测与控制装置，改变配变台区现状，实现配变台区的自动化、信息化、互动化和智能化，达到对配变台区源网荷的全面的监测和控制，解决上述八大问题，有效支撑配变台区运维管理等工作。
发明内容
为解决上述问题，本专利提出一种多功能低压负荷监测与控制一体化装置。它实现对配变台区的状态的全面监测和态势感知，实现了配变台区分布式无功补偿和负荷自动控制，可以有效支撑分布式电源和电动汽车大量接入下的配变台区智能化和就地化管理。
一种多功能低压负荷监测与控制一体化装置，所述多功能低压负荷监测与控制一体化装置包括主控制器、进线电压电流互感器、出线电压互感器、出线电流互感器、剩余电流保护操作模块、无功补偿模块、低压负荷换相操作模块、电源模块、超级电容模块、双模通信模块、RS-485通信模块，主控制器集成信息采集模块、换相控制模块、无功控制模块、分布式电源反孤岛模块、剩余电流监测预警模块，其中主控制器具有3个信息采集输入接口、2个电源供应输入接口、3个动作控制输出接口和2个双向通信交互接口，进线电压电流互感器、出线电压互感器、出线电流互感器分别通过3个信息采集输入接口与主控制器信息采集模块相连，电源模块、超级电容模块分别通过2个电源供应输入接口与主控制器连接，主控制器的剩余电流监测预警模块、无功控制模块和换相控制模块分别通过3个动作控制输出接口与剩余电流保护操作模块、无功补偿模块、低压负荷换相操作模块对应连接进行动作匹配控制，双模通信模块、RS-485通信模块分别通过2个双向通信交互接口与主控制器连接进行信息双向交互。
所述的进线电压电流互感器测量进线的电压、电流信息。
所述的出线电压互感器、出线电流互感器测量出线的电压、电流信息。
所述的剩余电流保护操作模块与主控制器的剩余电流监测预警模块配合使用进行剩余电流保护、故障保护、重合闸、负荷控制。
所述的无功补偿模块与主控制器的无功控制模块配合使用进行无功补偿。
所述的低压负荷换相操作模块与主控制器的换相控制模块配合进行换相开关型三相负荷不平衡的自动调节，按照智能配变终端(TTU)发出的规定换相流程执行换相操作，实现用电负荷相序调整、台区A、B、C三相负荷的平衡分配。
所述的双模通信模块包括宽带载波和无线通信模块是多功能低压负荷监测与控制一体化装置的上行通信模块，负责多功能低压负荷监测与控制一体化装置和智能配变终端(TTU)之间的通信
所述的RS-485通信模块是多功能低压负荷监测与控制一体化装置的下行通信模块，负责多功能低压负荷监测与控制一体化装置和智能电表、电动汽车、分布式电源等用电装置之间的通信。
所述的电源模块为多功能低压负荷监测与控制一体化装置正常工作提供电源供应；超级电容模块是为多功能低压负荷监测与控制一体化装置在非正常工作状态下提供电源供应，保证其一直处于供电状态。
其电气接线图为三相进线端分别接入剩余电流保护操作模块的剩余电流保护开关ZKA、ZKB和ZKC，在剩余电流保护开关的后端设置有进线电压电流互感器，且在电压电流互感器后端配置无功补偿模块，无功补偿装置包括三个并联的电容器，每个电容器通过投切开关并联连接，并通过总投切开关与主回路相连；在无功补偿模块后端设置有低压负荷换相操作模块，低压负荷换相操作模块包括两组换相开关(T1、T2)和三相相序选择开关(FL1、FL2)，换相开关通过三相相序选择开关与主回路连接，低压负荷换相操作模块后端为出线电压电流采集模块。
该多功能低压负荷监测与控制一体化装置，它实现对配变台区的状态的全面监测和态势感知，实现了配变台区分布式无功补偿和负荷自动控制，可以有效支撑分布式电源和电动汽车大量接入下的配变台区智能化和就地化管理。
附图说明
图1为多功能低压负荷监测与控制一体化装置结构图；
图2为多功能低压负荷监测与控制一体化装置一次电气接线图。
具体实施方式
以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。
本发明的多功能低压负荷监测与控制一体化装置的结构图和一次电气接线图如附图1和附图2所示。
如图1所示，本发明的多功能低压负荷监测与控制一体化装置是利用现代通信、自动控制和开关技术的先进智能低压负荷控制设备，包括主控制器、进线电压电流互感器、出线电压互感器、出线电流互感器、剩余电流保护操作模块、无功补偿模块、低压负荷换相操作模块、电源模块、超级电容模块、双模通信模块、RS-485通信模块。其中：主控制器是集成了信息采集模块、换相控制模块、无功控制模块、分布式电源反孤岛模块、剩余电流监测预警模块的综合控制功能的控制器，其中主控制器具有3个信息采集输入接口、2个电源供应输入接口、3个动作控制输出接口和2个双向通信交互接口，其中进线电压电流互感器、出线电压互感器、出线电流互感器分别通过3个信息采集输入接口与主控制器信息采集模块相连，电源模块、超级电容模块分别通过2个电源供应输入接口与主控制器连接，主控制器的剩余电流监测预警模块、无功控制模块和换相控制模块分别通过3个动作控制输出接口与剩余电流保护操作模块、无功补偿模块、低压负荷换相操作模块对应连接进行动作匹配控制，双模通信模块、RS-485通信模块分别通过2个双向通信交互接口与主控制器连接进行信息双向交互。
其中进线电压电流互感器是多功能低压负荷监测与控制一体化装置的进线测量部分，负责测量进线的电压、电流信息；出线电压互感器、出线电流互感器是多功能低压负荷监测与控制一体化装置的出线测量部分，负责测量出线的电压、电流信息；剩余电流保护操作模块是多功能低压负荷监测与控制一体化装置的剩余电流保护功能的具体操作执行机构，与主控制器的剩余电流监测预警模块配合使用相当于智能剩余电流保护器，具备剩余电流保护、故障保护、重合闸、负荷控制等智能剩余电流保护器的功能；无功补偿模块是多功能低压负荷监测与控制一体化装置的分布式无功补偿功能的具体操作执行机构，与主控制器的无功控制模块配合使用进行智能无功补偿，具备自动无功补偿的功能；低压负荷换相操作模块是多功能低压负荷监测与控制一体化装置的低压负荷换相的具体操作执行机构，与主控制器的换相控制模块配合进行换相开关型三相负荷不平衡的自动调节，具备换相开关型三相负荷不平衡自动调节装置的功能，负责按照智能配变终端(TTU)发出的规定换相流程执行换相操作，实现用电负荷相序调整，台区A、B、C三相负荷的平衡分配，达到提高配电台区经济运行水平和供电质量的目的。双模通信模块即宽带载波和无线通信模块，是多功能低压负荷监测与控制一体化装置的上行通信模块，负责多功能低压负荷监测与控制一体化装置和智能配变终端(TTU)之间的通信。RS-485通信模块是多功能低压负荷监测与控制一体化装置的下行通信模块，负责多功能低压负荷监测与控制一体化装置和智能电表、电动汽车、分布式电源等用电装置之间的通信。
电源模块为多功能低压负荷监测与控制一体化装置正常工作提供电源供应；超级电容模块是为多功能低压负荷监测与控制一体化装置在停电或者故障等非正常工作状态下提供电源供应，保证其一直处于供电状态。
如图2所示的多功能低压负荷监测与控制一体化装置一次电气接线图，其中，三相进线端分别接入剩余电流保护操作模块的剩余电流保护开关ZKA、ZKB和ZKC，在剩余电流保护开关的后端设置有进线电压电流互感器，且在电压电流互感器后端配置无功补偿模块，无功补偿装置包括三个并联的电容器，每个电容器通过投切开关并联连接，并通过总投切开关与线路相连；在无功补偿模块后端设置有低压负荷换相操作模块，低压负荷换相操作模块包括两组换相开关(T1、T2)和三相相序选择开关(FL1、FL2)，换相开关通过三相相序选择开关与主回路连接，低压负荷换相操作模块后端为出线电压电流采集模块，由出线电压互感器和出线电流互感器构成，依据上述电气接线图的顺序来组织排列多功能低压负荷监测与控制一体化装置的电气设备。
多功能低压负荷监测与控制一体化装置主要具备以下功能：一是可带载情况下根据低压用户负荷的变化自动调整用户负荷在低压网络A、B、C三相中的接入相序，实现配变台区用户负荷三相平衡分配，从源头上治理配变台区三相负荷不平衡问题；二是配置了并联电容器，使整个台区构成分布式无功补偿模式，改变了传统低压无功集中补偿模式，真正实施配变台区分层分区、就地无功补偿；分布式模式使无功装置使用效率也得到大幅提升；三是通过RS485与智能电表进行通信，实现了对用户数据的实时采集，可以本地存储和实时上传；四是具备接入点的电压电流监测、过流保护等功能；可以本地实时分析，对用户停电进行上报；同时可根据用户需求，可以选择性具备电动汽车控制、分布式电源控制等功能，是综合解决配变台区三相负荷不平衡、负荷控制、信息监测的关键设备。
这里只说明了本发明的优选实施例，但其意并非限制本发明的范围、适用性和配置。相反，对实施例的详细说明可使本领域技术人员得以实施。应能理解，在不偏离所附权利要求书确定的本发明精神和范围情况下，可对一些细节做适当变更和修改。

Claims (10)

1.一种多功能低压负荷监测与控制一体化装置，其特征在于：所述多功能低压负荷监测与控制一体化装置包括主控制器、进线电压电流互感器、出线电压互感器、出线电流互感器、剩余电流保护操作模块、无功补偿模块、低压负荷换相操作模块、电源模块、超级电容模块、双模通信模块、RS-485通信模块，主控制器集成信息采集模块、换相控制模块、无功控制模块、分布式电源反孤岛模块、剩余电流监测预警模块，其中主控制器具有3个信息采集输入接口、2个电源供应输入接口、3个动作控制输出接口和2个双向通信交互接口，进线电压电流互感器、出线电压互感器、出线电流互感器分别通过3个信息采集输入接口与主控制器信息采集模块相连，电源模块、超级电容模块分别通过2个电源供应输入接口与主控制器连接，主控制器的剩余电流监测预警模块、无功控制模块和换相控制模块分别通过3个动作控制输出接口与剩余电流保护操作模块、无功补偿模块、低压负荷换相操作模块对应连接进行动作匹配控制，双模通信模块、RS-485通信模块分别通过2个双向通信交互接口与主控制器连接进行信息双向交互。
2.如权利要求1所述的一种多功能低压负荷监测与控制一体化装置，其特征在于：所述的进线电压电流互感器测量进线的电压、电流信息。
3.如权利要求1所述的一种多功能低压负荷监测与控制一体化装置，其特征在于：所述的出线电压互感器、出线电流互感器测量出线的电压、电流信息。
4.如权利要求1所述的一种多功能低压负荷监测与控制一体化装置，其特征在于：所述的剩余电流保护操作模块与主控制器的剩余电流监测预警模块配合使用进行剩余电流保护、故障保护、重合闸、负荷控制。
5.如权利要求1所述的一种多功能低压负荷监测与控制一体化装置，其特征在于：所述的无功补偿模块与主控制器的无功控制模块配合使用进行无功补偿。
6.如权利要求1所述的一种多功能低压负荷监测与控制一体化装置，其特征在于：所述的低压负荷换相操作模块与主控制器的换相控制模块配合进行换相开关型三相负荷不平衡的自动调节，按照智能配变终端(TTU)发出的规定换相流程执行换相操作，实现用电负荷相序调整、台区A、B、C三相负荷的平衡分配。
7.如权利要求1所述的一种多功能低压负荷监测与控制一体化装置，其特征在于：所述的双模通信模块包括宽带载波和无线通信模块是多功能低压负荷监测与控制一体化装置的上行通信模块，负责多功能低压负荷监测与控制一体化装置和智能配变终端(TTU)之间的通信。
8.如权利要求1所述的一种多功能低压负荷监测与控制一体化装置，其特征在于：所述的RS-485通信模块是多功能低压负荷监测与控制一体化装置的下行通信模块，负责多功能低压负荷监测与控制一体化装置和智能电表、电动汽车、分布式电源等用电装置之间的通信。
9.如权利要求1所述的一种多功能低压负荷监测与控制一体化装置，其特征在于：所述的电源模块为多功能低压负荷监测与控制一体化装置正常工作提供电源供应；超级电容模块是为多功能低压负荷监测与控制一体化装置在非正常工作状态下提供电源供应，保证其一直处于供电状态。
10.如权利要求1所述的一种多功能低压负荷监测与控制一体化装置，其特征在于：其电气接线方式为三相进线端分别接入剩余电流保护操作模块的剩余电流保护开关ZKA、ZKB和ZKC，在剩余电流保护开关的后端设置有进线电压电流互感器，且在电压电流互感器后端配置无功补偿模块，无功补偿装置包括三个并联的电容器，每个电容器通过投切开关并联连接，并通过总投切开关与主回路相连；在无功补偿模块后端设置有低压负荷换相操作模块，低压负荷换相操作模块包括两组换相开关(T1、T2)和三相相序选择开关(FL1、FL2)，换相开关通过三相相序选择开关与主回路连接，低压负荷换相操作模块后端为出线电压电流采集模块。
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