专利名称：低压负荷不平衡调整及智能无功动态补偿装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电カ低压配电网技术领域，尤其涉及一种低压负荷不平衡调整及智能无功动态补偿装置。
背景技术：
在电网的三相四线制系统中，三相电的不平衡电流是普遍存在的，城市民用电网及农用电网中由于大量单相负荷的存在，三相间的电流不平衡现象尤为严重。供电系统中三相间的电流不平衡时，负序分量和零序分量的数值都不为零，不平衡的电流会増 加线路及变压器的铜损，増加变压器的铁损，降低变压器的出力甚至影响变压器的安全运行，造成三相电压不平衡因而降低供电质量，甚至会影响电能表的精度而造成计量损失。要使电カ系统三相达到平衡，就要设法滤掉供电网中存在的负序分量和零序分量，使负序分量和零序分量的数值接近理想电カ系统中的数值。目前，市场上已有的无功补偿就能滤掉电网中存在的部分负序分量，而对于不对称的有功电流部分却无能为力，有时无功补偿后却使电流的不平衡度有可能更大，因此电业供电部门只能采用人工分线的方式进行负荷调整。虽然市场上也存在着零序电流的补偿措施和解决方案，如申请号为201010164941. O的中国专利公开了ー种新型零序电流补偿器,该专利将逆变桥接入曲折变压器中性点和中线之间，逆变桥输出的电流通过曲折变压器提供的低阻抗的零序电流通过注入系统，对进行中性线电流的补偿。将可控整流模块接在曲折变压器的二次侧，为逆变桥提供直流电源，实现了能量的双向流动，解决了补偿器吸收有功功率时造成的直流电压升高的问题；该实用新型专利具有补偿效果好、直流电压低、开关应力小，受系统參数影响小、控制灵活、对系统运行影响小等优点。但此技术方案只能对零序电流进行补偿，所需的电子元器件多、系统复杂庞大，需要花费大量的资金以及物力人力。由于系统复杂，导致可靠性不高，在维护方面非常繁琐，浪费了大量的人力和物力。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题是针对现有用于三相电负荷不平衡补偿中存在零序分量和负序分量补偿效果差、自动化程度低的问题，提供了一种零序分量和负序分量补偿效果好、自动化程度高的低压负荷不平衡调整及智能无功动态补偿装置。为解决上述问题，本实用新型的技术方案是一种低压负荷不平衡调整及智能无功动态补偿装置，包括零序补偿单元，所述零序补偿单元内设有一曲折变压器TR，曲折变压器TR—次侧的三个输入端分别与低压配电网中的三相线相连，曲折变压器TR 二次侧的输出端与负载端中性线N2相连，所述补偿装置包括中央控制单元及与其控制连接的用于采集负载电路电流、电压信号的电流电压采样单元和负序补偿单元，零序补偿单元与中央控制单元相连；所述零序补偿单元还包括阻抗动态调节单元，阻抗动态调节单元串联在供电端中性线NI和负载端中性线N2之间；所述负序补偿单元包括AN相分组投切补偿智能电容器C2、BN相分组投切补偿智能电容器C3、CN相分组投切补偿智能电容器C4和共补智能电容器Cl。优选地，所述电容器Cl、电容器C2、电容器C3和电容器C4分别由一组电容并联而成，电容器Cl、电容器C2、电容器C3和电容器C4通过星形接线方式与三相线相连。优选地，所述曲折变压器TR为原、副边绕组匝数相同的三相绕组变压器，Ia1^2A相进，Ia1^1 连接 IV1, Ia2^1 连接 Icw, Ia2_2 连接 Ic2_2, Ibw 连接 IC2^1, IV2B 相进，Ib2_2 连接Ic2_2,, Icv2C 相进，Ic2_2 为零线端。优选地，所述的阻抗动态调节单元包括交流接触器KM2和与交流接触器KM2并联的电抗器LI。优选地，所述补偿装置包括连接在电路上的总电源开关K1、零线开关K2，零线开关K2与中央控制单元控制连接。优选地，所述补偿装置包括连接在电路上的防雷装置M0V，防雷装置MOV与中央控·制单兀控制连接。优选地，所述补偿装置包括连接在电路上的缺相保护器QX、主接触器KM1，缺相保护器QX、主接触器KMl与中央控制单元控制连接。优选地，所述补偿装置包括柜体，中央控制单元、负序补偿单元和零序补偿单元安装在柜体内，柜体顶部设置温度传感器和散热风扇，温度传感器和散热风扇与中央控制单元控制连接。优选地，所述电流电压采样单元为分别设置在A相、B相、C相、中性线NI及中性线N2上用于电流信号采集的电流互感器CIV5,设置在A相、B相和C相上用于电压信号采集的电压互感器PT6-8。本实用新型的低压负荷不平衡调整及智能无功动态补偿装置能有效的改善三相负荷不平衡所引起的电能损耗和设备磨损，有效抑制电网中存在的零序电流分量和负序电流分量，在负序电流分量补偿过程中利用智能电容器进行动态系统的无功补偿，具有补偿效果更好、功耗更低、维护更加方便、使用寿命更长和可靠性更高的特点；本实用新型能在额定的不平衡负荷内将零序电流滤除在IA以内，将三相电流不平衡度提高到10%以内，降低了损耗，提高了经济效益，減少了成本，运行安全可靠。整个装置并联接入低压电网，安装方便，使用简单。该产品适用于エ矿、企业、交通运输部门、居民区等低压配电网。
图I是本实用新型低压负荷不平衡调整及智能无功动态补偿装置的局部电气原理图。图2是本实用新型低压负荷不平衡调整及智能无功动态补偿装置的曲折变压器的电气原理图。图3是本实用新型低压负荷不平衡调整及智能无功动态补偿装置中央控制单元的电路框图。图4是本实用新型低压负荷不平衡调整及智能无功动态补偿装置的柜体结构示意图。图中1-中央控制单元、101-DSP控制芯片、102-通讯电路、103-电源电路、104-三相电压采样电路、105-三相电流采样电路、106-开关量输入电路、107-零序控制输出电路、108-负序控制输出电路；3-零序补偿单元、301-阻抗动态调节单元、4-负序补偿单元(无功补偿单元)、5_配变监控終端、6-温度传感器、7-散热风扇、8-柜体。
具体实施方式
以下结合附图和实施例进ー步详细说明本实用新型，但本实用新型的保护范围并不限于此。如图1-4所示，本实用新型的低压负荷不平衡调整及智能无功动态补偿装置包括中央控制单元I、电流电压采样单元、零序补偿单元3、负 序补偿单元4，电流电压采样单元、零序补偿单元3、负序补偿单元4分别与中央控制单元I控制连接。所述电流电压采样单元为用于电流信号采集的电流互感器CIV5和用于电压信号采集的电压互感器PT6_8，电流互感器CIV5分别为设置在A相上的电流互感器CTpB相上的电流互感器CT2、C相上的电流互感器CT3、中性线NI上的电流互感器CT4和中性线Ν2上的电流互感器CT5 ；电压互感器ΡΤ6_8分别为设置在A相上的电压互感器ΡΤ6、B相上的电压互感器PT7、C相上的电压互感器PT8,电流电压采样単元与中央控制单元I控制连接。所述负序补偿单元4包括AN相分组投切补偿智能电容器C2、BN相分组投切补偿智能电容器C3、CN相分组投切补偿智能电容器C4和共补智能电容器Cl。电容器C2、电容器C3和电容器C4分别由ー组交流电容并联而成，电容器C2、电容器C3和电容器C4通过星形接线与三相线相连。电容器Cl也由ー组交流电容并联而成，采用星形接线。可以根据负载的大小，确定各相补偿电容器中并联交流电容的个数及參数，本实用新型中各电容器的数量为3个。所述零序补偿单元3由曲折变压器TR和阻抗动态调节单元301组成，阻抗动态调节单元301与中央控制单元I控制连接。曲折变压器TR—次侧的三个输入端分别与低压配电网中的三相线相连，曲折变压器TR 二次侧的输出端与负载端中性线Ν2相连。阻抗动态调节単元包括交流接触器ΚΜ2和与交流接触器ΚΜ2并联的电抗器LI，阻抗动态调节单元串联在供电端中性线NI和负载端中性线Ν2之间。所述曲折变压器TR为原、副边绕组匝数相同的三相绕组变压器，Ia1^A相进，Ia1^1连接Ib2_1; Ia2^1连接Ic1^ Ia2_2连接Ic2_2，Ibw连接Ic2_1; Ilv2B相进，Ib2_2连接Ic2_2，，ICl_2C相进，Ic2_2为零线端。所述的曲折变压器TR(ZigZag变压器)的变比设置为I : 1，即原、副边绕组匝数相同，这样可以使得在原边输入的电流与副边感应的输出电流相同。由曲折变压器的接线方式得Ia1(t) = Ia2(t)Ib1Ct) = Ib2(t)Ic1(t) = Ic2⑴由原副边变比关系Ia2(t) = Ib1(t)Ib2(t) = Ic1(t)Ic2(t) = Ia1(t)所以得出Ja1 (t) = Ib1 (t) = Ic1 (t),即流入曲折变压器TR原边的电流幅值相等、相位相同，所以变压器对零序电流是阻抗值很低的通路。故利用此原理，将曲折变压器并联接入系统中，可使零序电流经过曲折变压器而不再通过中性线。曲折变压器各相绕组相互交叉连接，通过互相补偿铁芯的磁通量，使各相绕组对正序、负序电压形成高阻抗，而对零序电压形成低阻杭。而负序电流的补偿采用分相、分组投切补偿电容器，该补偿电容器组采用星形接线。该装置不仅可以补偿负序电流，对三相负荷的无功功率自动进行补偿，而且还具有针对三相负荷无功功率的不对称状况进行自动调整。在三相线与零序补偿单元3之间依次连接有总电源开关K1、防雷装置MOV、缺相保护器QX和主接触器KMl，中性线NI和N2上设有零线开关K2，总电源开关Kl、防雷装置MOV、缺相保护器QX、主接触器KMl和零线开关K2分别与中央控制单元I控制连接。缺相保护器QX主要对三相电压过压、欠压、缺相、相序错进行检测，防雷装置MOV对该装置及负载侧进行防雷保护功能，该装置采用立式组合结构，分为室内、室外两种类型柜体。中央控制单元I、负序补偿单元4、零序补偿单元3安装在其柜体8内，柜体8顶部设置温度传感器6和散热风扇7，温度传感器6、散热风扇7与中央控制单元I控制连接，当整个机柜里的温度高 于预设的值时，散热风扇7自动开始工作给装置散热。柜体8内还设置有与中央控制单元I控制连接的配变监控終端5，配变监控終端5能够现场实时监控变压器、设备及电网运行数据等信息，通过公网如GPRS/CDMA/GSM将得到数据的分析结果远程传输到电カ局主站，也可以通过电カ局主站远程遥控或现场的报警信息通过遥控端ロ对ー些用电设备进行控制。其中，中央控制单元I主要由DSP控制芯片101、通讯电路102、电源电路103、三相电压采样电路104、三相电流采样电路105、开关量输入电路106、零序控制输出电路107、负序控制输出电路108组成。通讯电路102连接DSP控制芯片101串行接ロ，用于现场及远程通讯；电源电路102提供整个装置的工作电源；三相电压采样电路104、三相电流采样电路105连接DSP控制芯片101的高精度模数转换ロ，输入的三相电压、电流通过电流互感器CIV5和电压互感器PT6_8，再经过低通滤波电路后，作为DSP内ADC通道的输入部分；DSP控制芯片内部含有用于采样电压电流的ADC通道，完成对电压电流的采样。开关量输入电路106、零序控制输出电路107、负序控制输出电路108与DSP控制芯片101连接，实现对负序、零序电流的控制输出，以及各种开关状态、故障量的输入。DSP控制芯片101采用TI公司的DSP (TMS320F2808)，该DSP内部含有多个通道的12位ADC转换器，其中6个通道用来采样ABC三相电压电流信号，2个通道用来采样负载零序电流和补偿零序电流；三相电压采样电路104连接到3个电压互感器PT6_8、三相电流采样电路105连接到5个电流互感器CIV5，输入的三相电压UA、UB、UC经过电阻分压及3个电压互感器ΡΤ6_8 ;输入的负荷电流IA、IB、IC分别经过5个电流互感器CIV5，再通过由单电源运算放大器(MV358I)和精密电阻组成的交流信号放大电路进行放大，以及由单电源运算放大器(MV358I)组成的抗混叠滤波电路进行低通滤波，送入DSP控制芯片101。DSP控制芯片101具有16个模拟输入通道，16个通道可以同时进行同步采样和转换，通过数字信号处理流程得到各种所需的參数，各相电流及电压有效值、功率因数、零序补偿量和负序补偿量等。开关量输入电路106、零序控制输出电路107、负序控制输出电路108由集成块(74HC14、ULN2004A)、光耦(PS2501T)、继电器(APA3311)组成，实现对复合开关与接触器的控制及整个系统的运行状态的监測。所述的通讯电路102、电源电路103、三相电压采样电路104、三相电流采样电路105、开关量输入电路106、零序控制输出电路107、负序控制输出电路108的具体电路结构为现有公知技术，在此不再赘述。所述的DSP控制芯片101用来完成整个系统的控制工作，具体的控制方法也属于现有公知技术，在此不再赘述。工作吋，合上总电源开关Kl给装置上电，缺相保护器QX检测三相电压是否正常，三相电压正常，中央控制单元I得电，主程序开始自检，正常主接触器KMl吸合，启动指示灯亮，装置开始正常工作。经CIV5采样的电流信号、经PT6-8采样的电压信号送入DSP (TMS320F2808)，经过程序处理后求出负序、零序补偿量，控制各智能电容器与阻抗动态调节单元301,实现对负序、零序的自动补偿。上述补偿装置具有以下功能通过采样三相电压、三相电流及曲折变压器TR和阻抗动态调节单元301来消除零线上的电流,实现零序补偿；通过AN相分组投切补偿智能电容器C2、BN相分组投切补偿智能电容器C3、CN相分组投切补偿智能电容器C4来补偿相间的无功电流；由此来平衡负荷均等运行，可有效滤除零序电流，同时也可实现负序、零序分别进行补偿，达到三相平衡的效果，可完全替代无功补偿单元。消除零线上的电流，装置可以采样获得零线上的实时电流，零序补偿过载保护功能，当零序补偿平衡后，零序分量大于出厂预设保护值时，装置将在I秒钟内停止工作；故障短信告警功能，装置出现任何故障时，可通过配变监控终端5检测出，然后以短信方式将故障类型告知用户；程序自检保护 功能，装置通电后，程序能自动检测装置内的控制电路板上采样电路的静态工作点是否正常；过压、欠压、缺相时软硬件双重保护功能，当电网电压过压、欠压、缺相时，装置快速停止工作，确保装置安全；可以对变压器及低配二次侧电网运行数据进行监控并及时上传数据；能滤除3次、9次等谐波电流；平衡三相电压，平衡三相电流，降低零线电流带来的变压器附加铁损；降低三相不平衡时带来的绕组铜损耗；降低三相不平衡时带来的电压偏移；减少无功电流损耗，提高功率因数；防止中性线过热造成变压器中线烧毁，保证变压器安全运行，进而提高变压器的使用寿命。以下通过相关试验数据进ー步说明本实用新型的有益效果。I.测试数据补偿前后对比试验，见表I。表I采用不同原理的产品补偿前后数据对比记录(某地某日实验数据)
权利要求1.一种低压负荷不平衡调整及智能无功动态补偿装置，包括零序补偿单元(3)，所述零序补偿单元(3)内设有一曲折变压器TR，曲折变压器TR—次侧的三个输入端分别与低压配电网中的三相线相连，曲折变压器TR 二次侧的输出端与负载端中性线N2相连，其特征在于， 所述补偿装置包括中央控制单元(I)及与其控制连接的用于采集负载电路电流、电压信号的电流电压采样单元和负序补偿单元(4)，零序补偿单元(3)与中央控制单元(I)相连； 所述零序补偿单元(3)还包括阻抗动态调节单元(301)，阻抗动态调节单元(301)串联在供电端中性线NI和负载端中性线N2之间； 所述负序补偿单元⑷包括AN相分组投切补偿智能电容器C2、BN相分组投切补偿智能电容器C3、CN相分组投切补偿智能电容器C4和共补智能电容器Cl。
2.根据权利要求I所述的低压负荷不平衡调整及智能无功动态补偿装置，其特征在于，所述电容器Cl、电容器C2、电容器C3和电容器C4分别由一组电容并联而成，电容器Cl、电容器C2、电容器C3和电容器C4通过星形接线方式与三相线相连。
3.根据权利要求I所述的低压负荷不平衡调整及智能无功动态补偿装置，其特征在于，所述曲折变压器TR为原、副边绕组匝数相同的三相绕组变压器，Ι&1_2Α相迸，lag连接IV1, Ia2^1 连接 Ich，Ia2_2 连接 Ic2_2, Ibw 连接 Ic2+ Ib1^2B 相进，Ib2_2 连接 Ic2_2,, Ic1^2C 相进，Ic2_2为零线端。
4.根据权利要求I所述的低压负荷不平衡调整及智能无功动态补偿装置，其特征在于，所述的阻抗动态调节单元(301)包括交流接触器KM2和与交流接触器KM2并联的电抗器LI。
5.根据权利要求I所述的低压负荷不平衡调整及智能无功动态补偿装置，其特征在于，所述补偿装置包括连接在电路上的总电源开关K1、零线开关K2，零线开关K2与中央控制単元(I)控制连接。
6.根据权利要求I或5所述的低压负荷不平衡调整及智能无功动态补偿装置，其特征在于，所述补偿装置包括连接在电路上的防雷装置MOV，防雷装置MOV与中央控制单元(I)控制连接。
7.根据权利要求I所述的低压负荷不平衡调整及智能无功动态补偿装置，其特征在于，所述补偿装置包括连接在电路上的缺相保护器QX、主接触器KMl，缺相保护器QX、主接触器KMl与中央控制单元(I)控制连接。
8.根据权利要求I所述的低压负荷不平衡调整及智能无功动态补偿装置，其特征在于，所述补偿装置包括柜体(8)，中央控制单元(I)、负序补偿单元(4)和零序补偿单元(3)安装在柜体(8)内，柜体(8)顶部设置温度传感器(6)和散热风扇(7)，温度传感器(6)和散热风扇(7)与中央控制单元(I)控制连接。
9.根据权利要求I所述的低压负荷不平衡调整及智能无功动态补偿装置，其特征在于，所述电流电压采样单元为分别设置在A相、B相、C相、中性线NI及中性线N2上用于电流信号采集的电流互感器CIV5,设置在A相、B相和C相上用于电压信号采集的电压互感器ΡΤ6_8。
专利摘要本实用新型涉及一种低压负荷不平衡调整及智能无功动态补偿装置，包括内设有一曲折变压器TR的零序补偿单元，补偿装置包括中央控制单元及与其控制连接的用于采集负载电路电流、电压信号的电流电压采样单元和负序补偿单元，零序补偿单元与中央控制单元相连；所述零序补偿单元还包括阻抗动态调节单元，阻抗动态调节单元串联在供电端中性线N1和负载端中性线N2之间；所述负序补偿单元包括AN相分组投切补偿智能电容器C2、BN相分组投切补偿智能电容器C3、CN相分组投切补偿智能电容器C4和共补智能电容器C1。本实用新型能有效的改善三相负荷不平衡所引起的电能损耗和设备磨损，有效抑制电网中存在的零序电流分量和负序电流分量。
文档编号H02J3/26GK202455083SQ20122003294
公开日2012年9月26日 申请日期2012年2月2日 优先权日2012年2月2日
发明者丁勇, 张秋雁, 欧家祥, 黄海宇 申请人:杭州得诚电力科技有限公司, 贵州电力试验研究院