專利名稱：一種歐變無功功率補(bǔ)償裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及輸變電設(shè)備領(lǐng)域的一種歐變無功功率補(bǔ)償裝置。
背景技術(shù)：
隨著國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和人民生活水平的提高，城鄉(xiāng)用電負(fù)荷與日俱增，配電系統(tǒng)最高負(fù)荷逐年刷新，對生產(chǎn)和生活用電對電能質(zhì)量的要求也越來越嚴(yán)格，而隨著負(fù)荷的變化對電壓無功的調(diào)節(jié)需求往往很頻繁，如果進(jìn)行人為調(diào)節(jié)干預(yù)，一方面增加調(diào)度員的負(fù)擔(dān)且可能不及時，另一方面在判斷上很難做到周全合理，不能保證良好的供電質(zhì)量和充分利用電壓無功調(diào)節(jié)設(shè)備的潛力。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，逐漸出現(xiàn)了變壓器無功功率自動補(bǔ)償控制裝置。它的使用，可以減輕運(yùn)行人員的工作量，提高電壓及無功控制的實時響應(yīng)速度。但是，此類裝置存在著硬件設(shè)計重復(fù)、增加設(shè)備投資及易損壞、控制不靈活等缺點(diǎn)。采用了此類裝置，用戶側(cè)的電能質(zhì)量問題主要包括無功功率問題，即功率因數(shù)偏低的問題，原有配電臺區(qū)，即箱變?nèi)鄙倬偷刂卧O(shè)備，低壓線路功率因數(shù)普遍偏低，大量無功功率在配電系統(tǒng)中流動，造成電能浪費(fèi)。由于歐變，即歐式箱式變壓器數(shù)量較多、安裝地點(diǎn)千差萬別、歐變的容量也不相同，為此研究出適合歐變配電系統(tǒng)的低壓無功功率自補(bǔ)償裝置是非常有必要。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種歐變無功功率補(bǔ)償裝置。其能耗低，運(yùn)行穩(wěn)定。實現(xiàn)上述目的的一種技術(shù)方案是一種歐變無功功率補(bǔ)償裝置，包括控制器、互感器、刀熔開關(guān)和補(bǔ)償電路；所述補(bǔ)償電路包括若干組相互并聯(lián)的電容器組，所述補(bǔ)償電路上的每組電容器組都通過與所述電容器組依次串聯(lián)的復(fù)合開關(guān)和空氣開關(guān)，與所述刀熔開關(guān)的輸出端連接；所述復(fù)合開關(guān)是由相互并聯(lián)的可控硅開關(guān)和交流接觸器組成的，所述復(fù)合開關(guān)上設(shè)置控制信號輸入端；所述控制器的輸入端通過所述互感器連接配電系統(tǒng)，所述控制器的輸出端連接所述補(bǔ)償電路上的每個所述復(fù)合開關(guān)的控制信號輸入端；所述刀熔開關(guān)的輸入端連接配電系統(tǒng)。進(jìn)一步的，所述補(bǔ)償電路上的所述電容器組分為共補(bǔ)電容器組和分補(bǔ)電容器組，所述補(bǔ)償電路上的所述分補(bǔ)電容器組通過一根導(dǎo)線與所述配電系統(tǒng)上的N相零線連接。再進(jìn)一步的，所述補(bǔ)償電路上設(shè)有最多十二組共補(bǔ)電容器組和最多四組分補(bǔ)電容器組。進(jìn)一步的，所述控制器包括設(shè)置于所述控制器輸入端的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、設(shè)置于所述控制器內(nèi)的DSP芯片和設(shè)置于所述控制器輸出端的信號放大電路。進(jìn)一步的，所所述控制器的輸出端還連接所述配電系統(tǒng)的N相零線。
進(jìn)一步的，所述刀熔開關(guān)的輸出端還連接避雷器。進(jìn)一步的，所述控制器上還連接有控制復(fù)合開關(guān)，所述控制復(fù)合開關(guān)的結(jié)構(gòu)是與所述補(bǔ)償電路上的所述復(fù)合開關(guān)的結(jié)構(gòu)是相同的。采用了本發(fā)明的一種歐變無功功率補(bǔ)償裝置的技術(shù)方案，即在所述歐變無功功率補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償電路上設(shè)置復(fù)合開關(guān)，所述復(fù)合開關(guān)由相互并聯(lián)的可控硅開關(guān)和交流接觸器組成的技術(shù)方案，其技術(shù)效果是所述可控硅開關(guān)作為無觸點(diǎn)開關(guān)，內(nèi)設(shè)過零觸發(fā)模塊，可實現(xiàn)所述電容器組的過零電壓投入、過零電流切除，具有投切無沖擊、無暫態(tài)過電壓，開關(guān)頻率高，使用壽命長和動態(tài)響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。所述電容器組正常運(yùn)行由交流接觸器執(zhí)行，減少了所述可控硅開關(guān)功率損耗，并消除了所述可控硅開關(guān)的發(fā)熱及產(chǎn)生的諧波，使所述無功功率補(bǔ)償裝置具有低能耗和運(yùn)行穩(wěn)定可靠的特點(diǎn)。
圖I為本發(fā)明的一種歐變無功功率補(bǔ)償裝置的電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的一種歐式無功功率補(bǔ)償裝置上的復(fù)合開關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式請參閱圖I和圖2，為了能更好地對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行理解，下面通過具體地實施例，并結(jié)合附圖進(jìn)行詳細(xì)地說明請參閱圖1，本實施例中的一種歐變無功功率補(bǔ)償裝置，是與配電系統(tǒng)連接的，所述配電系統(tǒng)包括A相線，B相線，C相線和N相零線，所述配電系統(tǒng)連接負(fù)載。所述無功功率補(bǔ)償裝置包括控制器200、互感器3、刀熔開關(guān)5和補(bǔ)償電路100。所述控制器200的輸入端通過互感器3連接配電系統(tǒng)，所述互感器3為電流互感器和電壓互感器，所述互感器3的作用是對配電系統(tǒng)上的三相電路的電流信號和電壓信號進(jìn)行采集，同時由于配電系統(tǒng)上的三相電路的電流信號和電壓信號是強(qiáng)電信號，因此所述互感器3的另外一個作用是將所述強(qiáng)電信號轉(zhuǎn)換成為弱電信號。 所述控制器200的輸入端設(shè)置數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，即A/D轉(zhuǎn)換電路，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊連接內(nèi)置于所述控制器200的DSP芯片，所述DSP芯片連接設(shè)置于所述控制器200的信號放大電路4。所述數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的作用是；將所述弱電信號由模擬信號轉(zhuǎn)變成為數(shù)字信號。所述DSP芯片在根據(jù)所述數(shù)字信號，做出響應(yīng)，發(fā)出控制信號。另外，所述控制器200上還設(shè)有數(shù)字顯示裝置，顯示所述無功功率補(bǔ)償裝置三相電流、電壓、有功功率、無功功率、電壓的3-11次諧波分量和總的諧波量以及接入地點(diǎn)功率因數(shù)，起到電能質(zhì)量分析儀的作用。所述控制器200的輸出端，還通過一根導(dǎo)線連接所述配電系統(tǒng)上的N相零線，以保護(hù)所述控制器200不因為短路電流或者過壓而損壞。此外，所述控制器200還帶有RS232、RS485串口、遠(yuǎn)紅外接收器，可很方便地實現(xiàn) 與PC或掌上電腦通信，通過PC機(jī)采集、查看和打印控制器200記錄數(shù)據(jù)。所述補(bǔ)償電路100連接在所述刀熔開關(guān)5的輸出端，所述刀熔開關(guān)5的輸入端連接所述配電系統(tǒng)，這樣所述補(bǔ)償電路100就可以與配電系統(tǒng)連接，對配電系統(tǒng)進(jìn)行無功功率補(bǔ)償。
所述補(bǔ)償電路100上設(shè)置了若干相互并聯(lián)的電容器組。所述電容器組可以分為分補(bǔ)電容器組和共補(bǔ)電容器組。所述補(bǔ)償電路100上，所述共補(bǔ)電容器組最多為十二組，所述分補(bǔ)電容器組最多為四組。本實施例中，所述補(bǔ)償電路100上分別設(shè)置了第一共補(bǔ)電容器組101、第二共補(bǔ)電容器組102、第一分補(bǔ)電容器組103、第二分補(bǔ)電容器組104。所述第一分補(bǔ)電容器組103和所述第二分補(bǔ)電容器組104通過一路導(dǎo)線連接所述配電系統(tǒng)上的N相零線。所述第一共補(bǔ)電容器組101、所述第二共補(bǔ)電容器組102、所述第一分補(bǔ)電容器組103、所述第二分補(bǔ)電容器組104各自連接一個復(fù)合開關(guān)。每個所述復(fù)合開關(guān)都是由相互并聯(lián)的可控硅開關(guān)23和交流接觸器24組成的，所請參閱圖2。同時所述補(bǔ)償電路100上的每個所述復(fù)合開關(guān)上都設(shè)有控制信號輸入端，這是目前該類復(fù)合開關(guān)上的常規(guī)配置。所述控制器200的輸出端連接所述補(bǔ)償電路100上的每個所述復(fù)合開關(guān)的控制信號輸入端；這樣所述補(bǔ)償電路100就能接收由所述控制器200的DSP芯片發(fā)出，并經(jīng)所述放大電路5放大的控制信號。所述可控硅開關(guān)23作為無觸點(diǎn)開關(guān)，內(nèi)設(shè)過零觸發(fā)模塊，可實現(xiàn)對所述電容器組的過零電壓投入、過零電流切除，具有投切無沖擊、無暫態(tài)過電壓，開關(guān)頻率高，使用壽命長和動態(tài)響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。所述電容器組正常運(yùn)行由所述交流接觸器24執(zhí)行，減少了所述可控硅開關(guān)23功率損耗，并消除了所述可控硅開關(guān)23的發(fā)熱及產(chǎn)生的諧波，使所述無功功率補(bǔ)償裝置具有低能耗和運(yùn)行穩(wěn)定可靠的特點(diǎn)。所述第一共補(bǔ)電容器組101、所述第二共補(bǔ)電容器組102、所述第一分補(bǔ)電容器組103、所述第二分補(bǔ)電容器組104分別連接的所述復(fù)合開關(guān)分別為第一復(fù)合開關(guān)211、第二復(fù)合開關(guān)212、第三復(fù)合開關(guān)213和第四復(fù)合開關(guān)214。所述第一復(fù)合開關(guān)211、所述第二復(fù)合開關(guān)212、所述第三復(fù)合開關(guān)213和所述第四復(fù)合開關(guān)214分別連接第一空氣開關(guān)221、第二空氣開關(guān)222、第三空氣開關(guān)223和第四空氣開關(guān)224，所述第一空氣開關(guān)221、所述第二空氣開關(guān)222、所述第三空氣開關(guān)223和所述第四空氣開關(guān)224分別連接所述刀熔開關(guān)5的輸出端，這樣所述補(bǔ)償電路100就與所述刀熔開關(guān)5的輸出端連接。本實施例中，所述補(bǔ)償電路100上的所有所述復(fù)合開關(guān)中的所述可控硅開關(guān)上還設(shè)置了散熱器。此外，所述刀熔開關(guān)5的輸出端還連接有避雷器6。此外所述控制器200的控制端，還連接有四個控制復(fù)合開關(guān)，所述控制復(fù)合開關(guān)的結(jié)構(gòu)所述補(bǔ)償電路上的所述復(fù)合開關(guān)的結(jié)構(gòu)是相同的。這四個所述控制復(fù)合開關(guān)分別是第一控制復(fù)合開關(guān)211 ;第二控制復(fù)合開關(guān)212 ;第三控制復(fù)合開關(guān)213和第四控制復(fù)合開關(guān)214，分別對所述述第一共補(bǔ)電容器組101、所述第二共補(bǔ)電容器組102、所述第一分補(bǔ)電容器組103、所述第二分補(bǔ)電容器組104進(jìn)行人工投切。所述無功功率補(bǔ)償裝置是裝在箱體內(nèi)的，所述無功功率補(bǔ)償裝置的箱體結(jié)構(gòu)充分考慮了高溫、潮濕和雷擊等惡劣環(huán)境的適用性，并且采用表面經(jīng)涂敷處理的不銹鋼制成，結(jié)構(gòu)牢固、通風(fēng)散熱性好并且防水。所述箱體上的安裝支架均采用熱鍍鋅等防腐措施處理，并對所述箱體上的所有外露電子元件進(jìn)行絕緣措施處理。所述箱體分為六個分室控制器室安裝所述控制器200、斷路器室安裝所述補(bǔ)償電路100上的所有所述空氣開關(guān)、熔斷器室安裝所述刀熔開關(guān)5、 可控硅模塊室安裝所述補(bǔ)償電路100上的所有所述復(fù)合開關(guān)中的可控硅開關(guān)23、交流接觸器室安裝所述補(bǔ)償電路100上的所有所述復(fù)合開關(guān)中的交流接觸器24、電容器室安裝所述補(bǔ)償電路100上的所有所述電容器組。箱體采用模數(shù)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，可以20mm模數(shù)進(jìn)行擴(kuò)展。所述控制器200和所述補(bǔ)償電路100上的所有所述電容器組組成控制和電容單元，所述刀熔開關(guān)5以及所述補(bǔ)償電路100上的所有所述復(fù)合開關(guān)和所述空氣開關(guān)和組成進(jìn)線和投切單元，這兩個單元可以靈活地進(jìn)行修改、功能擴(kuò)展和填充，有利于將來產(chǎn)品的升級換代。對于DSP芯片的做了如下的改進(jìn)。所述DSP芯片中內(nèi)置電壓電流相位判斷程序，可以自動檢測輸入電流和電壓的相位是否反相，如果反相，程序可以自動調(diào)整，使得電流和電壓波形同相。電流和電壓反相問題的解決大大方便了裝置的安裝、維修和調(diào)試。此外所述DSP芯片內(nèi)還裝有進(jìn)行諧波計算的程序，該程序是通過快速傅立葉變換算法，即FFT的算法實現(xiàn)的。為了避免所述補(bǔ)償電路100上的所述電容器組在電壓過低和過高的情況下閉鎖，不能再投入運(yùn)行。也為了避免在負(fù)荷小于單級無功功率補(bǔ)償容量、配電系統(tǒng)功率因數(shù)很低的情況下，配電系統(tǒng)可能處于過補(bǔ)狀態(tài)，導(dǎo)致配電系統(tǒng)終端電壓會被抬高。本實施例采用了無功電壓聯(lián)合井形控制方式來投切所述補(bǔ)償電路100上的所述電容器組。即只有在配電系統(tǒng)的系統(tǒng)電壓處于欠壓電壓值和過壓電壓值之間時，本發(fā)明的一種歐變無功功率補(bǔ)償裝置才會按照系統(tǒng)設(shè)定的無功值和所述控制器200所設(shè)定的投限和切限投切所述補(bǔ)償電路上的電容器組。所述DSP芯片，采用積分算法來計算電壓U (" = ^ )、電流I ( / = M idt)和
有功功率P (P = 力)，然后根據(jù)U、I、P來推算出線路的實在功率S = (S = U I)，進(jìn)而得到功率因數(shù)(cos<p = P/S )和無功功率(Q = Ssin(p)o當(dāng)配電系統(tǒng)出現(xiàn)故障，導(dǎo)致所述配電系統(tǒng)斷電的時候，控制器200能夠迅速檢測到錯誤，發(fā)出指令主動切除已投入運(yùn)行的電容器組組。切除方式是零電流切除，這樣不會對所述補(bǔ)償電路100上的電容器組形成沖擊，起到保護(hù)所述補(bǔ)償電路100上的所述電容器組合所述可控硅開關(guān)，所述歐變無功功率補(bǔ)償裝置內(nèi)部其它開關(guān)的作用，同時延長所述歐變無功功率補(bǔ)償裝置內(nèi)部元件使用壽命。此外，此外本實施例中的歐變無功功率補(bǔ)償裝置，能夠通過內(nèi)置于所述控制器200內(nèi)的DSP芯片，及時記錄故障前的重要電量參數(shù)，并將其保存在控制器200的存儲芯片內(nèi)，并且能在斷電的情況下長時間保存數(shù)據(jù)60天，為配電系統(tǒng)故障分析提供了便利。因此，所述控制器200可以進(jìn)行以下操作線路保護(hù)跳閘時防止所述補(bǔ)償電路100上的電容器組誤投的閉鎖回路；所述補(bǔ)償電路100上的電容器組保護(hù)動作時，發(fā)出閉鎖的控制指令；所述補(bǔ)償電路100上的電容器組開關(guān)故障或檢修時，發(fā)出閉鎖的控制指令；當(dāng)設(shè)定時間內(nèi)，所述補(bǔ)償電路100上的同一電容器組得到相反指令時，發(fā)出閉鎖的控制指令；投A電容器組后引起諧波越界時，發(fā)出切除指令。本發(fā)明的歐變無功功率補(bǔ)償裝置的投入使用可實現(xiàn)無功功率就地補(bǔ)償，明顯減少配電系統(tǒng)功率損耗，并提高相關(guān)變壓器的利用率，提高配電系統(tǒng)的功率因數(shù)。本實施例中的歐變無功功率補(bǔ)償裝置是按相補(bǔ)償，有利于改善三相電壓的不平衡度，使得每相的補(bǔ)償?shù)玫阶罴研ЧＭ瑫r，本實施例中的歐變無功功率補(bǔ)償裝置，還具有保護(hù)功能，可針對缺相、短路、過載、過壓、欠壓、諧波越界燈異常狀況對所述歐變無功補(bǔ)償裝置進(jìn)行保護(hù)。過壓保護(hù)在DSP芯片內(nèi)設(shè)定過壓報警值和過壓閉鎖值，當(dāng)配電系統(tǒng)電壓高于過壓報警值時，過壓報警燈亮；當(dāng)配電系統(tǒng)電壓高于過壓閉鎖值時，所述控制器200閉鎖輸出信號。欠壓在DSP芯片內(nèi)設(shè)定欠壓報警值和欠壓閉鎖值當(dāng)配電系統(tǒng)電壓低于欠壓報警值時，欠壓報警燈亮；當(dāng)配電系統(tǒng)電壓低于欠壓閉鎖值時，所述控制器200閉鎖輸出信號。諧波保護(hù)在DSP芯片內(nèi)設(shè)定諧波越界報警值和諧波越界閉鎖值，當(dāng)配電系統(tǒng)諧 波高于諧波越界報警值時，諧波報警燈亮；當(dāng)配電系統(tǒng)諧波高于諧波越界閉鎖值時，所述控制器200閉鎖輸出信號。本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，以上的實施例僅是用來說明本發(fā)明，而并非用作為對本發(fā)明的限定，只要在本發(fā)明的實質(zhì)精神范圍內(nèi)，對以上所述實施例的變化、變型都將落在本發(fā)明的權(quán)利要求書范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種歐變無功功率補(bǔ)償裝置，包括控制器(200)、互感器(3)、刀熔開關(guān)(5)和補(bǔ)償電路(100);其特征在于 所述補(bǔ)償電路(100)包括若干組相互并聯(lián)的電容器組，所述補(bǔ)償電路(100)上的每組電容器組都通過與所述電容器組依次串聯(lián)的復(fù)合開關(guān)和空氣開關(guān)，與所述刀熔開關(guān)(5)的輸出端連接；所述復(fù)合開關(guān)是由相互并聯(lián)的可控硅開關(guān)(23)和交流接觸器(24)組成的，所述復(fù)合開關(guān)上設(shè)置控制信號輸入端； 所述控制器(200)的輸入端通過所述互感器連接配電系統(tǒng)，所述控制器(200)的輸出端連接所述補(bǔ)償電路(100)上的每個所述復(fù)合開關(guān)的控制信號輸入端； 所述刀熔開關(guān)(5)的輸入端連接配電系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種歐變無功功率補(bǔ)償裝置，其特征在于所述補(bǔ)償電路(100)上的所述電容器組分為共補(bǔ)電容器組和分補(bǔ)電容器組，所述補(bǔ)償電路(100)上的所述分補(bǔ)電容器組通過一根導(dǎo)線與所述配電系統(tǒng)上的N相零線連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種歐變無功功率補(bǔ)償裝置，其特征在于所述補(bǔ)償電路(100)上設(shè)有最多十二組共補(bǔ)電容器組和最多四組分補(bǔ)電容器組。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任意一項所述的一種歐變無功功率補(bǔ)償裝置，其特征在于所述控制器(200)包括設(shè)置于所述控制器(200)輸入端的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、設(shè)置于所述控制器(200)內(nèi)的DSP芯片和設(shè)置于所述控制器(200)輸出端的信號放大電路(4)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任意一項所述的一種歐變無功功率補(bǔ)償裝置，其特征在于所述控制器(200)的輸出端還連接所述配電系統(tǒng)的N相零線。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3所述的一種歐變無功功率補(bǔ)償裝置，其特征在于所述刀熔開關(guān)(5)的輸出端還連接避雷器(6)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3所述的一種歐變無功功率補(bǔ)償裝置，其特征在于；所述控制器(200)上還連接有控制復(fù)合開關(guān)，所述控制復(fù)合開關(guān)的結(jié)構(gòu)是與所述補(bǔ)償電路上的所述復(fù)合開關(guān)的結(jié)構(gòu)是相同的。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于輸配電領(lǐng)域的歐變無功功率補(bǔ)償裝置，包括控制器、互感器、刀熔開關(guān)和補(bǔ)償電路；所述補(bǔ)償電路包括若干組相互并聯(lián)的電容器組，所述補(bǔ)償電路上的每組電容器組都通過與所述電容器組依次串聯(lián)的復(fù)合開關(guān)和空氣開關(guān)，與所述刀熔開關(guān)的輸出端連接；所述復(fù)合開關(guān)是由相互并聯(lián)的可控硅開關(guān)和交流接觸器組成的，所述復(fù)合開關(guān)上設(shè)置控制信號輸入端；所述控制器的輸入端通過互感器連接配電系統(tǒng)，所述控制器的輸出端連接所述補(bǔ)償電路上的每個所述復(fù)合開關(guān)的控制信號輸入端；所述刀熔開關(guān)的輸入端連接配電系統(tǒng)。其技術(shù)效果是其具有低能耗和運(yùn)行穩(wěn)定可靠的特點(diǎn)。
文檔編號H02J3/18GK102624008SQ20121010126
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月31日
發(fā)明者張建興, 殷振達(dá), 王鵬, 陳建友, 黃聽華, 黃維華 申請人:上海市電力公司, 江蘇方程電力科技有限公司