一種配變諧平裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種配變諧平裝置，包括分別相連且接入低壓配電網(wǎng)的混合型有源濾波器，用于對各次諧波消除線路中的諧波污染進行補償；三相供補智能電容，用于對電路中的無功進行補償；逆變電流反饋器，用于配變輸出端對有功功率不平衡進行治理；ARM控制保護模塊，用于保護整個裝置；數(shù)據(jù)采集測試終端，用于采集電能質(zhì)量數(shù)據(jù)并進行傳輸。本發(fā)明的一種配變諧平裝置針對諧波、無功、三相不平衡采取針對性綜合性治理，將對低壓配電網(wǎng)的電能質(zhì)量達到有效的治理，提高供電質(zhì)量，保障供電設(shè)備的運行安全，避免生產(chǎn)事故的發(fā)生，提高供電效率，降低電網(wǎng)損耗，對于電網(wǎng)運行的經(jīng)濟性，實現(xiàn)節(jié)能減排、降本增效，提高電能質(zhì)量及電網(wǎng)安全運行。
【專利說明】
一種配變諧平裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及電學(xué)電路領(lǐng)域，具體涉及一種配變諧平裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 低壓電網(wǎng)大多是經(jīng)10/0.4kV變壓器降壓后，以三相四線制向用戶供電的，是三相 生產(chǎn)用電與單相負載混合用電的供電網(wǎng)絡(luò)。在裝接單相用戶時，供電部門原則上應(yīng)該將單 相負載均衡地分接在A、B、C三相上，但在實際工作及運行中，由于單相用戶不可控的增容、 大功率單相負載的接入以及單相負載用電的不同時性等因素，都造成了三相負載的不平 衡，不光是有用功率的不平衡、諧波、無功每相上的情況都不同。隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大， 用戶的不斷增加，造成電網(wǎng)電能質(zhì)量也越來越差，這樣將直接危害到系統(tǒng)的安全運行，產(chǎn)生 的諧波、無功、電流不平衡造成，對采集通信系統(tǒng)造成影響，占用配變變壓器的功率，漏磁增 加和局部過熱、電網(wǎng)線損增大及各種保護和自動裝置誤動等。因此，有效的提高低壓配電系 統(tǒng)電能質(zhì)量需要同時治理諧波、無功、三相電流不平衡。
[0003] 目前，國外對電能質(zhì)量的治理問題一直都在進行分析解決，但主要是在中高壓方 面，比如電氣化鐵路、地鐵等單相供電線路三相不平衡現(xiàn)象比較嚴重，主要采用SCOTT(斯科 特)變壓器，但該變壓器為三相變兩相接法，對單相牽引的平衡作用有限或采用牽引變壓器 輪流換相的辦法，但由于牽引負荷具有較大的隨機性，這種辦法也不能使三相負荷得到理 想的平衡。也有文獻提及采用快速可調(diào)的非對稱阻抗構(gòu)成負序電流和無功功率補償器與原 來的LC濾波器并接于牽引變壓器低壓側(cè)。當電氣牽引負荷增加時，它可以吸收負序電流和 發(fā)出無功電流，當電氣牽引負荷降低時，它可以吸收不對稱的無功電流，從而保證牽引變壓 器負荷側(cè)電流為純有功的對稱電流。主要是分別以TCR并聯(lián)電容器式可控電抗和變耦式可 控電抗來構(gòu)成實現(xiàn)補償裝置(《電氣化鐵道負序無功補償器型式和容量的確定》），其使用也 有局限性。
[0004] 國內(nèi)也有關(guān)于電能質(zhì)量治理的研究，主要以跨相間無功補償及諧波補償為主。但 對其產(chǎn)品整體效果、對電網(wǎng)的質(zhì)量影響等應(yīng)用方面的研究很少，因其依靠電網(wǎng)的功率因數(shù) 進行投切電容，受局限性很大而且效果不是很理想。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種配變諧平裝置，能有效解決常見的諧 波、無功及二相不平衡問題。
[0006] 本發(fā)明的一種配變諧平裝置，包括分別相連且接入低壓配電網(wǎng)的
[0007] 混合型有源濾波器，用于對各次諧波消除線路中的諧波污染進行補償；
[0008] 三相供補智能電容，用于對電路中的無功進行補償；
[0009] 逆變電流反饋器，用于配變輸出端對有功功率不平衡進行治理；
[001 0] ARM控制保護模塊，用于保護整個裝置；
[0011]數(shù)據(jù)采集測試終端，用于采集電能質(zhì)量數(shù)據(jù)并進行傳輸。
[0012] 本申請中，混合型有源濾波器采用無源濾波器與并聯(lián)型有源濾波器相結(jié)合的方式 補償各次諧波消除線路中的諧波污染。三相供補智能電容采用智能電容跨接各相中，使用 三相供補的方式對電路中無功進行補償，消除無功占用功率的問題。逆變電流反饋器采用 逆變電路的原理，將負載較小的相，經(jīng)過電流反饋器的逆變移向，直接將電能補充到負荷較 大的相上。做到配變輸出端對于有功功率的不平衡的一個治理。ARM控制保護模塊通過與混 合型并聯(lián)有源濾波器、三相供補智能電容、逆變電流反饋器的控制及數(shù)據(jù)采集判斷對整個 裝置進行保護。數(shù)據(jù)采集測試終端采集電能質(zhì)量的各項數(shù)據(jù)，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)?主站，由低壓電能質(zhì)量治理軟件通過上傳的數(shù)據(jù)進行分析處理，顯示電能質(zhì)量各項指標。
[0013] 進一步的，所述混合型有源濾波器包括無源型濾波器和并聯(lián)型有源濾波器;所述 無源型濾波器用于吸收消除諧波，所述并聯(lián)型有源濾波器為并聯(lián)接入低壓配電網(wǎng)中，該并 聯(lián)型有源濾波器通過橋臂電路對零線的諧波電流進行補償。見圖1。
[0014] 本技術(shù)方案中，無源濾波主要就近吸收諧波源所產(chǎn)生的諧波電流，是抑制諧波污 染的有效措施。通常采用由電力電容器、電抗器和電阻器適當組合而成的無源濾波裝置進 行濾波，其工作原理見圖2。
[0015] 無源型濾波器由電容電抗和電阻組成，根據(jù)電容電阻固有的阻抗特性，對某一特 定頻率的諧波呈低阻抗，為負載諧波電流提供較低的阻抗通道，與電網(wǎng)阻抗形成分流的關(guān) 系，使大部分該頻率的諧波流入濾波器，而不流入電網(wǎng)。
[0016] 與無源型濾波器相比，有源濾波器的濾波具有高度可控性和快速響應(yīng)性，不僅能 補償各次諧波，還可抑制閃變、補償無功，有一機多能的特點，其特點有:濾波特性不受系統(tǒng) 阻抗的影響，可消除與系統(tǒng)阻抗發(fā)生諧振的危險;具有自適應(yīng)功能，可自動跟蹤補償變化著 的諧波。
[0017] 盡管有源濾波器有著無源型濾波器所不具備的巨大技術(shù)優(yōu)勢，但是對于大電流的 諧波還是使用無源型濾波器比較容易實現(xiàn)，所以對于諧波治實現(xiàn)有效濾除，采用無源和有 源相結(jié)合的方式，混合型有源濾波器，利用無源型濾波器降低3、5、7、9次大電流諧波，再用 并聯(lián)型有源濾波器降低諧波所產(chǎn)生的零序電流，將其他次諧波降低到完全符合電力要求的 范圍，降低電流波形畸變，包括高頻電流在電路和電氣設(shè)備中的損耗，實現(xiàn)節(jié)能目的。
[0018]進一步的，所述三相供補智能電容包括均接入低壓配電網(wǎng)的控制單元、三相同步 投切開關(guān)、保護裝置和低壓自愈式電力電容器，所述三相同步投切開關(guān)、保護裝置和低壓自 愈式電力電容器依次相連并由三相同步投切開關(guān)接入低壓配電網(wǎng)，所述控制單元與三相同 步投切開關(guān)、低壓自愈式電力電容器均相連并接入低壓配電網(wǎng)，見圖3。
[0019] 本技術(shù)方案中，采用三相供補智能電容就是采用跨接電容方式，利用智能電容器 進行投切，將感性負載調(diào)整到竟似阻性負載實現(xiàn)無功補償。
[0020] 進一步的，所述逆變電流反饋器包括均接入低壓配電網(wǎng)并相互相連的反饋控制單 元和若干電流反饋裝置，所述電流反饋裝置包括Zigzag變壓器和逆變器，所述逆變器的電 路調(diào)整電流是50A。
[0021] 本技術(shù)方案中，采用逆變電流反饋，利用負載電流較輕的相通過逆變電流反饋器 將功率轉(zhuǎn)換給負載較重相，到達平衡三相電流的平衡，轉(zhuǎn)換通過相位轉(zhuǎn)換不會有失電現(xiàn)象 的產(chǎn)生，見圖4。
[0022] 逆變分補的方式是通過采集三相的電流電壓，反饋控制單元通過電流反饋器將負 載較小的電流相通過電流反饋器內(nèi)部一個逆變電路將交流相位移相調(diào)整為負載較大的電 流相功率輸出。通過各相電流的一個判斷，實時的將各相電流反饋器的反饋電流進行調(diào)整， 達到在配變輸出端的三相電流動態(tài)平衡的狀態(tài)。達到實時控制、實時反饋。但是逆變的調(diào) 整功率是有限制的，現(xiàn)設(shè)計的各相逆變電流為50A，如果功率不夠可以通過并接逆變電流反 饋器加大調(diào)整功率的能力。
[0023] 電流反饋裝置設(shè)計采用單相逆變動態(tài)調(diào)節(jié)零序阻抗思路進行設(shè)計，主要由Zigzag 變壓器和逆變器構(gòu)成，如圖5,利用電力電子技術(shù)對ZigZag變壓器進行改進，通過算法等效 增加了電源側(cè)的零序阻抗，增強了其零序電流的旁路能力，減少相鄰不平衡負荷對本裝置 的影響，從而也就有效增強該裝置的可控性，在本質(zhì)上提高了該裝置的運行安全、穩(wěn)定性以 及延長了裝置的使用壽命。
[0024] 圖6為逆變電流反饋器拓撲結(jié)構(gòu)連接的仿真圖，初步驗證了裝置設(shè)計的有效性，A、 B、C三相負載為均為單相整流負載，由于負載電流三次諧波較大，造成仿真系統(tǒng)中性線上為 各單相負載三次諧波的疊加，中性線電流相當大，加裝裝置后，中性線電流由120A降低為 3.4A，系統(tǒng)三相電流也得到了顯著的平衡，效果相當明顯。通過仿真效果圖（圖7-圖10)可以 看出，逆變電流反饋器對零序電流的抑制是非常明顯的，這樣可以通過負序補償及逆變電 流反饋器結(jié)合使用達到更好的零序電流抑制效果，并且補償?shù)紸、B、C相中去，更好的達到三 相平衡的效果。
[0025]進一步的，所述ARM控制保護模塊包括ARM處理器，所述ARM處理器與數(shù)據(jù)采集測試 終端遠程相連。
[0026]本技術(shù)方案中，ARM控制保護模塊的保護電路采用高速的32位ARM處理器可以對采 集的各種電能質(zhì)量數(shù)據(jù)實時的進行快速處理，并控制各個相應(yīng)的單元模塊進行動態(tài)控制， 控制響應(yīng)速度ms級，對裝置實現(xiàn)電流速斷保護、缺相保護、過流保護等各種保護。實現(xiàn)整個 裝置的智能化控制，通過ARM處理器與終端的實時通訊，將遠程的控制平臺與現(xiàn)場數(shù)據(jù)有機 的鏈接到一起。
[0027]本發(fā)明一種配變諧平裝置及方法的有益效果為:針對諧波、無功、三相不平衡采取 針對性綜合性治理，將對低壓配電網(wǎng)的電能質(zhì)量達到有效的治理，提高供電質(zhì)量，保障供電 設(shè)備的運行安全，避免生產(chǎn)事故的發(fā)生，提高供電效率，降低電網(wǎng)損耗，對于電網(wǎng)運行的經(jīng) 濟性，實現(xiàn)節(jié)能減排、降本增效，提高電能質(zhì)量及電網(wǎng)安全運行。
【附圖說明】
[0028]圖1為本發(fā)明中諧波治理原理框圖；
[0029]圖2為本發(fā)明中無源濾波工作原理圖；
[0030]圖3為本發(fā)明中無功治理原理框圖；
[0031]圖4為本發(fā)明中三相不平衡電流治理原理框圖；
[0032]圖5為本發(fā)明中電流反饋裝置構(gòu)成圖；
[0033] 圖6為本發(fā)明中逆變電流反饋器拓撲結(jié)構(gòu)連接的仿真圖；
[0034] 圖7為本發(fā)明中中性線電流(逆變電流反饋器未投入)仿真結(jié)果圖；
[0035] 圖8為本發(fā)明中中性線電流(逆變電流反饋器投入)仿真結(jié)果圖；
[0036] 圖9為本發(fā)明中三相電流(逆變電流反饋器未投入)仿真結(jié)果圖；
[0037] 圖10為本發(fā)明中三相電流(逆變電流反饋器投入)仿真結(jié)果圖；
[0038] 圖11為本發(fā)明中低壓配電網(wǎng)電能質(zhì)量治理原理框圖；
[0039] 圖12為本發(fā)明中逆變電流反饋器接入供電系統(tǒng)補償效果圖；
[0040] 圖13為加入本發(fā)明的一種配變諧平裝置的設(shè)備開、關(guān)前后電流曲線圖；
[0041] 圖14為加入本發(fā)明的一種配變諧平裝置的設(shè)備開、關(guān)前后電壓曲線圖。 圖15為矢量圖理論推導(dǎo)相量圖。
【具體實施方式】
[0042] 為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結(jié) 合具體圖示，進一步闡述本發(fā)明。
[0043] 由圖11所示，本實施例的一種配變諧平裝置，包括分別相連且接入低壓配電網(wǎng)的
[0044] 混合型有源濾波器1，用于對各次諧波消除線路中的諧波污染進行補償;包括無源 型濾波器1-1和并聯(lián)型有源濾波器1-2;其中無源型濾波器1-1用于吸收消除諧波，并聯(lián)型有 源濾波器1-2為并聯(lián)接入低壓配電網(wǎng)中，該并聯(lián)型有源濾波器1-2通過橋臂電路對零線的諧 波電流進行補償；
[0045] 三相供補智能電容2,用于對電路中的無功進行補償;包括均接入低壓配電網(wǎng)的控 制單元2-1、三相同步投切開關(guān)2-2、保護裝置2-3和低壓自愈式電力電容器2-4,三相同步投 切開關(guān)2-2、保護裝置2-3和低壓自愈式電力電容器2-4依次相連并由三相同步投切開關(guān)2-2 接入低壓配電網(wǎng)，控制單元2-1與三相同步投切開關(guān)2-2、低壓自愈式電力電容器2-4均相連 并接入低壓配電網(wǎng)；
[0046] 逆變電流反饋器3,用于配變輸出端對有功功率不平衡進行治理;包括均接入低壓 配電網(wǎng)并相互相連的反饋控制單元3-1和若干電流反饋裝置3-2,電流反饋裝置3-2包括 Zigzag變壓器3-3和逆變器3-4,逆變器3-4的電路調(diào)整電流是50A;
[0047] ARM控制保護模塊4,用于保護整個裝置，包括ARM處理器，ARM處理器與數(shù)據(jù)采集測 試終端遠程相連；
[0048]數(shù)據(jù)采集測試終端5,用于采集電能質(zhì)量數(shù)據(jù)并進行傳輸。
[0049] 低壓配電網(wǎng)變壓器接入逆變電流反饋器前后次級銅損理論推導(dǎo)，見圖12的逆變電 流反饋器接入供電系統(tǒng)補償效果圖：
[0050] (1)通過公式推導(dǎo)：
[0051 ] 設(shè):三相次級電流相位互差120°，每相繞組的電阻為R線，三相次級電流為Ia= Ib =
NIc，N為倍數(shù)。
[0052] 三相變壓器的次級銅損
[0053] 中線電流 In= Ia-Ic= (N-I) Ic
[0054] 在接入零序補償器后每相回流的中線電流 [0055]根據(jù)余弦定理可得，
[0056]
[0057]
[0058]
[0059]
[0060]
[0061]
[0062]
[0063]
[0064] 化簡得N2-2N+1>0解得N辛1，除三相電流大小相等，無中線電流外全部成立。即P' <P。且三相電流相差越大，N越大，減小次級銅損的效果越明顯。
[0065] (2)通過矢量圖推導(dǎo)：
[0066]設(shè):三相次級電流相位互差120°，變壓器每相次級繞組的電阻為R線，三相次級電 流分別為1&=24(^，18 = 20(^，1。= 12(^相位互差120°。
[0067] 應(yīng)用電腦軟件作相量圖（圖15)，可得
[0068]
[0069] ?(損耗）=1/^線+1821?線+1。21?線=(2402+2002+1202)\1?線
[0070] =112000R 線
[0071] PH 損耗）=Ia、2R 線+IB\2R 線+I^2R 線
[0072] =(219.5032+196.5512+146.9772) XR線
[0073] &108416R 線
[0074] P(節(jié)）=p(損耗)-p\(損耗）= 3584R 線
[0075] 將本實施例的一種配變諧平裝置接入電路中，通過主站軟件采集的數(shù)據(jù)，設(shè)備開、 關(guān)前后電流、電壓曲線圖見圖13和圖14,圖中為電壓、電流曲線圖，運行時三相電壓、電流比 較一致差距不大，但是裝置停止運行后，三相電壓、電流就比較發(fā)散，各相電壓、電流差距就 比較大。說明補償器在運行后對平衡三相電壓及電流起到很大的作用。
[0076] 使用本實施例的一種配變諧平裝置開關(guān)各一天對比降低變壓器損耗的效果，及使 用高壓表與低壓表的對比變壓器的效率及降損值，具體數(shù)值見表1。
[0077] 表1為變壓器損耗、效率及降損值對比表
[0079] 本實施例的一種配變諧平裝置的有益效果為:針對諧波、無功、三相不平衡采取針 對性綜合性治理，將對低壓配電網(wǎng)的電能質(zhì)量達到有效的治理，提高供電質(zhì)量，保障供電設(shè) 備的運行安全，避免生產(chǎn)事故的發(fā)生，提高供電效率，降低電網(wǎng)損耗，對于電網(wǎng)運行的經(jīng)濟 性，實現(xiàn)節(jié)能減排、降本增效，提高電能質(zhì)量及電網(wǎng)安全運行。
[0080] 以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù) 人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本 發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變 化和改進都落入要求保護的本發(fā)明圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等 同物界定。
【主權(quán)項】
1. 一種配變諧平裝置，其特征在于：包括分別相連且接入低壓配電網(wǎng)的混合型有源濾 波器，用于對各次諧波消除線路中的諧波污染進行補償； 三相供補智能電容，用于對電路中的無功進行補償； 逆變電流反饋器，用于配變輸出端對有功功率不平衡進行治理； ARM控制保護模塊，用于保護整個裝置； 數(shù)據(jù)采集測試終端，用于采集電能質(zhì)量數(shù)據(jù)并進行傳輸。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種配變諧平裝置，其特征在于:所述混合型有源濾波器包括 無源型濾波器和并聯(lián)型有源濾波器;所述無源型濾波器用于吸收消除諧波，所述并聯(lián)型有 源濾波器為并聯(lián)接入低壓配電網(wǎng)中，該并聯(lián)型有源濾波器通過橋臂電路對零線的諧波電流 進行補償。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種配變諧平裝置，其特征在于:所述三相供補智能電容包括 均接入低壓配電網(wǎng)的控制單元、三相同步投切開關(guān)、保護裝置和低壓自愈式電力電容器，所 述三相同步投切開關(guān)、保護裝置和低壓自愈式電力電容器依次相連并由三相同步投切開關(guān) 接入低壓配電網(wǎng)，所述控制單元與三相同步投切開關(guān)、低壓自愈式電力電容器均相連并接 入低壓配電網(wǎng)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種配變諧平裝置，其特征在于:所述逆變電流反饋器包括均 接入低壓配電網(wǎng)并相互相連的反饋控制單元和若干電流反饋裝置，所述電流反饋裝置包括 Zigzag變壓器和逆變器，所述逆變器的電路調(diào)整電流是50A。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種配變諧平裝置，其特征在于:所述ARM控制保護模塊包括 ARM處理器，所述ARM處理器與數(shù)據(jù)采集測試終端遠程相連。
【文檔編號】H02J3/26GK106058868SQ201610120861
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年2月29日 公開號201610120861.2, CN 106058868 A, CN 106058868A, CN 201610120861, CN-A-106058868, CN106058868 A, CN106058868A, CN201610120861, CN201610120861.2
【發(fā)明人】盧顯人, 陳屹, 金赟
【申請人】浙江日業(yè)電力科技有限公司