一种配用电系统智能节电装置及其控制方法与流程

本发明属于交流配电网络的电路装置技术领域，具体涉及一种配用电系统智能节电装置及其控制方法。

背景技术：

近年来，随着各类电力电子装置的推广与使用，配用电系统的电能质量问题日益明显，由电能质量而产生的电能损耗也日益增长。考虑到电能消费是企业生产的重要组成成本，通过优化治理园区、企业配用电系统的电能质量问题，实现电能的节约，成为企业提高经济效益的一个重要思路。

针对现有技术的文献检索发现，中国实用新型专利（申请号：cn201820760624.7）提出一种由旁路、自耦降压变压器及开关电器等主要结构组成的配电节电装置，解决了高压配电节电装置调压过程中受电侧瞬间断电的问题。中国实用新型专利（申请号：cn201921113928.5）提出了一种由电机调速控制板、三相整流模块、逆变模块、驱动板和采样电路等主要结构组成的节电装置，解决了现有技术中的节电装置节电效果不理想，不能根据负载智能调节电机输出功率的问题。中国实用新型专利（申请号：cn201020543020.0）提出了一种由整流电路、逆变模块及驱动电路、主cpu控制单元、滤波电路、工频旁路电路、电机u形曲线检测单元、自学习修正单元等主要结构组成的节电装置，实现了电网谐波治理。

现有文献节电装置所提出的结构普遍存在以下其中一个或全部问题：（1）所提出的结构不能够支持多种电能质量问题的综合治理；（2）所提出的结构没有考虑节电装置或负载所在的主回路发生故障时的保护问题。

针对上述问题，本发明提出一种配用电系统智能节电装置及其控制方法，能够支持多种电能质量问题的治理功能，开关布置充分考虑潜在故障的保护逻辑，不会干扰负荷设备的正常运行，能够为园区、企业带来可观的节电收益，具有较高的实用性与经济性。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种配用电系统智能节电装置及其控制方法，能够支持多种电能质量问题的治理功能，能够为园区、企业带来可观的节电收益，具有较高的实用性与经济性；同时，节电装置的开关布置充分考虑潜在故障的保护逻辑，在节能装置故障时能及时切换工作电路，恢复电网对负荷的正常供电，不会干扰负荷设备的正常运行，保证负荷设备工作的可靠性。

为实现上述的目的，本发明的技术方案为：一种配用电系统智能节电装置，其包括整流逆变模块、并联侧开关s1、串联侧开关s2、串联侧耦合变压器t1、耦合变压器旁路开关s3以及主电路旁路开关s4，所述整流逆变模块通过并联侧开关s1并接在主电路变压器低压侧出口处，所述整流逆变模块通过串联侧开关s2与串联侧耦合变压器t1相连，所述串联侧耦合变压器t1二次侧绕组与主电路负载串联，所述耦合变压器旁路开关s3与串联侧耦合变压器t1并联，所述主电路旁路开关s4并接在配电变压器的低压侧出口与主电路负载之间，与主电路开关及串联侧耦合变压器t1二次侧绕组并联。

所述的配用电系统智能节电装置，其中，所述整流逆变模块由整流侧滤波电路、桥式整流电路、直流电容器、逆变电路和逆变侧滤波电路依次连接而成。

配用电系统智能节电装置的控制方法，其中，包括如下步骤：步骤（1）初始化检查,若检查状态良好，则节电装置正常启动，执行步骤（2）和步骤（3），若是发现故障，则保持停机状态进行检修；步骤（2）正常启动；步骤（3）在节能装置运行时，进行故障自检与排除；步骤（4）在接收到关机指令后，正常关机。

所述的配用电系统智能节电装置的控制方法，其中，所述步骤（1）初始化检查具体包括如下步骤：（1a）断开主电路与节电装置的所有开关；（1b）确认节电装置的整流逆变模块、串联侧耦合变压器t1及各个控制开关状态是否良好；（1c）若装置状态良好则继续执行正常启动步骤，若发现故障，则保持停机状态进行检修。

所述的配用电系统智能节电装置的控制方法，其中，所述步骤（2）正常启动具体包括如下步骤：（2a）闭合主电路旁路开关s4，实现主电路负载的供电；（2b）闭合并联侧开关s1、串联侧开关s2，启动整流逆变模块；（2c）依次闭合耦合变压器旁路开关s3，闭合主电路开关，断开主电路旁路开关s4；（2d）延迟0.5秒后断开耦合变压器旁路开关s3。

所述的配用电系统智能节电装置的控制方法，其中，所述步骤（3）故障自检与排除具体包括如下步骤：（3a）通过检查节电装置回路及负荷工作主电路的电能参数，确认节电装置与负荷工作主电路工作状态是否良好，若状态良好，则保持节电装置正常工作，若节电装置发生故障，则继续执行步骤（3b），若负荷工作主电路发生故障，则跳至步骤（3f）；（3b）闭合耦合变压器旁路开关s3，终止节电装置串联侧输出；（3c）闭合主电路旁路开关s4，防止负载失压；（3d）断开主电路开关；（3e）对节电装置进行检修，检修完成后，重新启动并运行节电装置，故障自检与排除结束；（3f）马上断开主电路开关；（3g）马上闭合耦合变压器旁路开关s3，并断开并联侧开关s1、串联侧开关s2；（3h）对负荷工作主电路进行检修，检修结束后，重新启动并运行节电装置，故障自检与排除结束。

所述的配用电系统智能节电装置的控制方法，其中，所述步骤（4）正常关机具体包括如下步骤：（4a）闭合变压器旁路开关s3；（4b）闭合主电路旁路开关s4；（4c）断开主电路开关；（4d）关断节能装置所有开关。

有益效果：本发明由于采用泛用性高的整流逆变模块，分别在负载所在主电路引入并联支路和串联绕组，能够根据控制策略需要调节主电路的电流、电压，进而实现多种电能质量问题的综合治理；通过合理配置开关，实现节电装置、主回路故障保护方案的全覆盖，保证了主回路与节电装置运行的安全性。

附图说明

图1是本发明公开的一种配用电系统智能节电装置的基本组成结构图。

图2是本发明公开的一种配用电系统智能节电装置的一种具体工作电路拓扑。

图3是本发明公开的一种配用电系统智能节电装置的控制方法流程。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1所示，本发明公开了一种配用电系统智能节电装置，其包括工作电路与控制开关两个部分，其中，工作电路包括整流逆变模块10和串联侧耦合变压器t1，负责完成电能质量的优化治理工作；所述控制开关包括并联侧开关s1、串联侧开关s2、耦合变压器旁路开关s3以及主电路旁路开关s4，控制开关负责完成节电装置的工作状态控制以及故障保护工作。所述整流逆变模块10通过并联侧开关s1并接在主电路配电变压器20低压侧出口处，所述整流逆变模块10通过串联侧开关s2与串联侧耦合变压器t1相连，所述串联侧耦合变压器t1二次侧绕组与主电路负载30串联，所述耦合变压器旁路开关s3与串联侧耦合变压器t1并联，所述主电路旁路开关s4并接在配电变压器的低压侧出口与主电路负载30之间，与主电路开关40及串联侧耦合变压器t1二次侧绕组并联。

如图2所示，本发明公开了一种具体实现拓扑：所述整流逆变模块10包括桥式整流电路1、直流电容器2、逆变电路3、整流侧滤波电路4和逆变侧滤波电路5；所述耦合变压器旁路开关s3选用可控硅scr，以降低装置的成本。

所述的配用电系统智能节电装置，其中，所述主电路开关40连接在主电路变压器20和主电路负载30之间。

如图3所示，本发明公开了一种配用电系统智能节电装置的控制方法，包括如下步骤：步骤（1）初始化检查,若检查状态良好，则节电装置正常启动，执行步骤（2）和步骤（3），若是发现故障，则保持停机状态进行检修；步骤（2）正常启动；步骤（3）在节能装置运行时，进行故障自检与排除；步骤（4）在接收到关机指令后，正常关机。

所述的配用电系统智能节电装置的控制方法，其中，所述步骤（1）初始化检查具体包括如下步骤：（1a）断开主电路与节电装置的所有开关；（1b）确认节电装置的整流逆变模块、串联侧耦合变压器t1及各个控制开关状态是否良好；（1c）若装置状态良好则继续执行正常启动步骤，若发现故障，则保持停机状态进行检修。

所述的配用电系统智能节电装置的控制方法，其中，所述步骤（2）正常启动具体包括如下步骤：（2a）闭合主电路旁路开关s4，实现主电路负载的供电；（2b）闭合并联侧开关s1、串联侧开关s2，启动整流逆变模块；（2c）依次闭合耦合变压器旁路开关s3，闭合主电路开关，断开主电路旁路开关s4；（2d）延迟0.5秒后断开耦合变压器旁路开关s3。

所述的配用电系统智能节电装置的控制方法，其中，所述步骤（3）故障自检与排除具体包括如下步骤：（3a）通过检查节电装置回路及负荷工作主电路的电能参数，确认节电装置与负荷工作主电路工作状态是否良好，若状态良好，则保持节电装置正常工作，若节电装置发生故障，则继续执行步骤（3b），若负荷工作主电路发生故障，则跳至步骤（3f）；（3b）闭合耦合变压器旁路开关s3，终止节电装置串联侧输出；（3c）闭合主电路旁路开关s4，防止负载失压；（3d）断开主电路开关；（3e）对节电装置进行检修，检修完成后，重新启动并运行节电装置，故障自检与排除结束；（3f）马上断开主电路开关；（3g）马上闭合耦合变压器旁路开关s3，并断开并联侧开关s1、串联侧开关s2；（3h）对负荷工作主电路进行检修，检修结束后，重新启动并运行节电装置，故障自检与排除结束。

所述的配用电系统智能节电装置的控制方法，其中，所述步骤（4）正常关机具体包括如下步骤：（4a）闭合变压器旁路开关s3；（4b）闭合主电路旁路开关s4；（4c）断开主电路开关；（4d）关断节能装置所有开关。

基于图1所示的基本结构，节电装置正常启动时，应依次执行如下步骤：（a1）断开主电路与节电装置的所有开关，确认节电装置功能良好；（a2）闭合主电路旁路开关s4，实现主电路负载的供电；（a3）闭合并联侧开关s1、串联侧开关s2，启动整流逆变模块；（a4）依次闭合耦合变压器旁路开关s3，闭合主电路开关，断开主电路旁路开关s4；（a5）延迟0.5秒后断开耦合变压器旁路开关s3。如图2所示的一种具体拓扑，在步骤（a2）启动整流逆变模块后，在逆变侧应设定10v左右的输出电压，以满足可控硅scr的导通条件，然后再进入步骤（a4）。

基于图1所示的基本结构，节电装置正常关机时，应依次执行如下步骤：（b1）闭合变压器旁路开关s3；（b2）闭合主电路旁路开关s4；（b3）断开主电路开关；（b4）关断节能装置所有开关。针对图2所示的一种具体拓扑，在逆变电源收到停机指令时，逆变电源应输出小电压确保scr满足导通条件，并给scr驱动信号保证其导通，判定scr开关导通后，再闭合主电路旁路开关，断开主电路开关，此时由于scr两端没有压差，会变压器旁路会自动断开。

基于图1所示的基本结构，当节电装置出现故障时，应依次执行如下步骤：（c1）闭合耦合变压器旁路开关s3，终止节电装置串联侧输出；（c2）闭合主电路旁路开关s4，防止负载失压；（c3）断开主电路开关。针对图2所示的一种具体拓扑，当逆变电源出现异常保护时，逆变电源应给scr驱动信号保证scr开关导通，然后再进入步骤（c2）。

基于图1所示的基本结构，在节电装置正常运行，而主电路发生故障时，应依次执行如下步骤：（d1）马上断开主电路开关；（d2）马上闭合耦合变压器旁路开关s3，并断开并联侧开关s1、串联侧开关s2，防止由于主电路开关故障或速动性不足而导致故障电流、电压损害整流逆变模块。

本发明由于采用泛用性高的整流逆变模块，分别在负载所在主电路引入并联支路和串联绕组，能够根据控制策略需要调节主电路的电流、电压，进而实现多种电能质量问题的综合治理；通过合理配置开关，实现节电装置、主回路故障保护方案的全覆盖，保证了主回路与节电装置运行的安全性。

此外，本发明适合用于单相配用电系统的电能质量治理与节电优化改造，并且该设备及方法适用于三相电路和单相电路。

总之，本发明虽然列举了上述优选实施方式，但是应该说明，虽然本领域的技术人员可以进行各种变化和改型，除非这样的变化和改型偏离了本发明的范围，否则都应该包括在本发明的保护范围内。