CN101656420B - 无功补偿型智能调压器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无功补偿型智能调压器，包括电压检测单元和三个自动调压及无功补偿单元；自动调压及无功补偿单元包括串接在A、B或C相线中的单相调压变压器、与单相调压变压器串接的无功补偿电容、对单相调压变压器多个档位电压输出线上的多个高压开关进行控制的开关控制电路和与电压检测单元相接且对开关控制电路进行控制的控制器；三个自动调压及无功补偿单元中的三个单相调压变压器组成三相调压变压器，三个单相调压变压器一次侧绕组间为星形连接且其一次侧绕组的Y1端分别经无功补偿电容后相接于一点。本发明电路设计合理，操作简便且接线方便，在调整供电线路电压的同时，还可提高线路的功率因数，从根本上提高了线路的供电质量。

Description

无功补偿型智能调压器
技术领域
本发明属于配电网自动调压技术领域，特别是涉及一种无功补偿型智能调压器。
背景技术
目前，低压农网中普遍存在配电变压器分布散、安装点多的问题，具体表现在以下几个方面：1、一条线路上往往装几十台，甚至上百台配电变压器；2、线路长，一般每条线路主干线加分支线，约在十几千米到几十千米之间；3、线路功率因数低，线损率大，并且负荷随昼夜、季节变化大；4、线路结构简单，部分分支线路电压质量差，配电自动化程度偏低；5、停电工作次数多，一条线路中，每年事故停电与计划停电的平均停电次数多达十几次。随着城乡经济发展和群众生活水平的提高，人们迫切希望提高电压质量和供电可靠性。因此，探讨提高配电线路电压质量的办法，已是提供优质服务和开发农电市场的重要课题之一。
为保证电压质量，中低压配电网中的调压手段及措施主要有以下四种，即：变电站主变压器的有载调压；改善线路的无功功率；改变线路参数；安装馈线自动调压器。上述四种调压方式是当前我国农网用来改善电压质量的办法，经多年的实际运行效果，对这四种调压方式的调压结果比较如下。
1)调节主变压器的输出电压，既可以改变电压水平，又可以改变系统的功率分配，目前大多数变电站的主变压器都采用这种调压方式。在这种方式下，根据系统负荷情况来调节主变的分接头，使变电站出线电压满足预定的要求。由于调节的依据只能是变电站母线为基准，即将母线电压水平限制在一个预定的范围之内，以期在以母线为基准的一定供电半径内满足电压偏差要求，但无法满足长距离供电线路末端的电压要求，而变电站母线又会有多条出线，各条出线的负荷曲线也各不相同，压降也不同，则不能保证所有线路的电压都满足要求，因此这种调压方式的灵活性、针对性差，当馈线复杂时往往会造成距离变电站近的地方电压偏高，距离变电站远的地方电压偏低。
2)采用无功补偿改善系统的无功功率，可以提高末端用户的电压质量。户外电容器补偿是目前唯一广泛应用在农网系统的电压调整措施，其体积小，安装方便，实现了分散补偿。但是，电容器补偿主要是提高线路的功率因数，调压效果很有限，仅仅依靠电容器补偿，并不能解决由于线路长所造成的线路末端供电质量差等情况。
3)改变线路参数，增大导线截面，合理减少系统的阻抗，也是电压调整的有效途径之一。例如尽量缩短供电半径，采用粗截面导线。而加大导线的截面意味着增加材料消耗和建设成本。另外，电压损失不仅与线路电阻有关，而且与线路的电抗有关，导线截面的加大对电抗的减小作用却不明显。因而此种方法只是在负荷功率因数较高、原有导线截面偏小的配电线路中才比较有效。
4)馈线自动调压器是一种可以自动调节变比来保证输出电压稳定的装置，其可以在20％的范围内对输入电压进行自动调节，特别适用于电压波动大或压降大的线路。将这种调压器安装在馈电线路的适当位置，在一定范围内对线路电压进行调整，保证用户的供电电压合格，减少线路的线损。但是由于馈线自动调压器本身要消耗一部分无功功率，这就造成了线路后端的功率因数进一步降低，虽然电压提高了，但是对线路末端供电能力不一定能起到提升的作用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种无功补偿型智能调压器，其电路设计新颖、合理，使用操作简便且接线方便，在调整供电线路电压的同时，还可以提高线路的功率因数，从根本上提高了线路的供电质量，有效避免了传统提高电压质量方法所存在的缺陷和不足。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种无功补偿型智能调压器，其特征在于：包括对三相供电线路的供电电压进行实时检测和分析处理的电压检测单元以及根据电压检测单元的检测分析结果相应对所述三相供电线路的供电电压进行控制调整并同时对所述三相供电线路进行无功功率补偿的三个自动调压及无功补偿单元，所述三个自动调压及无功补偿单元分别串接在所述三相供电线路的A、B和C三相线上；所述自动调压及无功补偿单元包括串接在A、B或C相线中的单相调压变压器、与单相调压变压器相串接的无功补偿电容、对分别串接在所述单相调压变压器多个档位电压输出线上的多个高压开关进行分合控制的开关控制电路和与电压检测单元相接且对开关控制电路进行相应控制的控制器，所述开关控制电路分别与所述多个高压开关相接，开关控制电路与控制器相接；所述三个自动调压及无功补偿单元中的三个单相调压变压器连接组成一个三相调压变压器，且所述三个单相调压变压器的一次侧绕组间为星形连接，所述三个单相调压变压器一次侧绕组的x1端对应接在A、B或C相线上且其另一端即y1端分别经无功补偿电容后相接于一点。
所述电压检测单元包括对三相供电线路的相电压进行实时检测的电压互感器、与电压互感器相接且对电压互感器所检测信号进行模数转换的A/D转换电路一、与A/D转换电路一相接的主控单元和与主控单元相接的无线通讯模块一；所述控制器上接有无线通讯模块二，无线通讯模块二与无线通讯模块一间以无线通讯方式进行连接。
所述单相调压变压器一次侧绕组和二次侧绕组的两个同名端即x1端和x2端相接，且二者间串接有与开关控制电路相接且由开关控制电路进行控制的一个高压开关；所述单相调压变压器二次侧绕组的两端即x2和y2端相接且二者间串接有一避雷器；所述单相调压变压器一次侧绕组的x1端和二次侧绕组的异名端y2相接，且二者间串接有与开关控制电路相接且由开关控制电路进行控制的一个高压开关；所述单相调压变压器一次侧绕组的两端即x1和y1端相接且二者间串接有一电容。
所述自动调压及无功补偿单元中还包括电流测量电路、与所述电流测量电路相接的I/V转换电路、与I/V转换电路相接的信号放大电路、与信号放大电路相接且相应对开关控制电路进行控制的电压比较电路、与信号放大电路相接多选一模拟开关和与多选一模拟开关相接的A/D转换电路二，所述A/D转换电路二接控制器；
所述电流测量电路包括实时对所述单相调压变压器多个档位电压输出线上的电流分别进行检测的多个电流互感器与三个实时对单相调压变压器一次侧绕组和二次侧绕组的两个同名端即x1端和x2端间的电流、单相调压变压器一次侧绕组的x1端和二次侧绕组的异名端y2间的电流以及单相调压变压器一次侧绕组的两端即x1和y1端间的电流进行检测的电流互感器，所述电流互感器均接I/V转换电路。
所述电压互感器包括两个分别对所述三相供电线路中A相和C相相电压进行实时检测的电压互感器。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、电路设计新颖、合理，使用操作简便且接线方便，制作及使用成本低。
2、使用效果好，在调整线路电压的同时，还可以提高线路的功率因数，因而能有效改善三相供电线路的整体供电质量。
3、调压变压器与无功补偿电容器相串联，不仅降低了调压变压器的工作电压，而且整个装置体积小、容量大且便于安装维护。
4、本发明能根据线路输入电压的变化情况自动调整线路的输出电压，无需人为干预，并且电压调整精度高。
5、智能控制器采用工业级控制芯片，可靠性高，抗干扰能力强，可适应户外恶劣环境。
6、现场可以通过无线通讯模块修改控制器的参数，掌握装置的运行数据，简单易行。
综上所述，本发明电路设计新颖、合理，使用操作简便且接线方便，在调整供电线路电压的同时，还可以提高线路的功率因数，从根本上提高了线路的供电质量，有效避免了传统提高电压质量方法所存在的缺陷和不足。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的电路框图。
图2为本发明电压检测单元的电路框图。
图3为本发明自动调压及无功补偿单元的电路框图。
图4为本发明三个自动调压及无功补偿单元的电路原理图。
附图标记说明：
1-电压检测单元；1-1-电压互感器；    1-2-A/D转换电路一；
1-3-主控单元；  1-4-无线通讯模块一；2-自动调压及无功补偿
单元；
2-1-开关控制电路；2-2-控制器；        2-3-无线通讯模块二；
2-4-电流互感器；  2-5-I/V转换电路；   2-6-信号放大电路；
2-7-电压比较电路；2-8-多选一模拟开关；2-9-A/D转换电路二。
具体实施方式
如图1、图3所示，本发明包括对三相供电线路的供电电压进行实时检测和分析处理的电压检测单元1以及根据电压检测单元1的检测分析结果相应对所述三相供电线路的供电电压进行控制调整并同时对所述三相供电线路进行无功功率补偿的三个自动调压及无功补偿单元2，所述三个自动调压及无功补偿单元2分别串接在所述三相供电线路的A、B和C三相线上。
所述自动调压及无功补偿单元2包括串接在A、B或C相线中的单相调压变压器、与单相调压变压器相串接的无功补偿电容、对分别串接在所述单相调压变压器多个档位电压输出线上的多个高压开关进行分合控制的开关控制电路2-1和与电压检测单元1相接且对开关控制电路2-1进行相应控制的控制器2-2，所述开关控制电路2-1分别与所述多个高压开关相接，开关控制电路2-1与控制器2-2相接。所述三个自动调压及无功补偿单元2中的三个单相调压变压器连接组成一个三相调压变压器，且所述三个单相调压变压器的一次侧绕组间为星形连接，所述三个单相调压变压器一次侧绕组的x1端对应接在A、B或C相线上且其另一端即y1端分别经无功补偿电容后相接于一点。
如图2所示，所述电压检测单元1包括对三相供电线路的相电压进行实时检测的电压互感器1-1、与电压互感器1-1相接且对电压互感器1-1所检测信号进行模数转换的A/D转换电路一1-2、与A/D转换电路一1-2相接的主控单元1-3和与主控单元1-3相接的无线通讯模块一1-4。所述控制器2-2上接有无线通讯模块二2-3，无线通讯模块二2-3与无线通讯模块一1-4间以无线通讯方式进行连接。本实施例中，所述电压互感器1-1包括两个分别对所述三相供电线路中A相和C相相电压进行实时检测的电压互感器。另外，为了保证本发明的正常工作，电压检测单元1上设有欠压和过流保护装置。
实际使用过程中，电压检测单元1主要对馈线电压进行检测，并控制自动调压及无功补偿单元2对线路电压进行相应调整，最终使馈线电压达到预定值。综上，本发明由一个电压检测单元1和三个自动调压及无功补偿单元2组成，其中电压检测单元1固定在一外部壳体上且其与大地等电位，自动调压及无功补偿单元2在三相供电线路上且与所述三相供电线路等电位。所述电压检测单元1根据线路电压的变化相应对自动调压及无功补偿单元2发出控制指令，自动调压及无功补偿单元2根据接收到的控制指令对线路电压进行相应调整。
结合图4，所述单相调压变压器一次侧绕组和二次侧绕组的两个同名端即x1端和x2端相接，且二者间串接有与开关控制电路2-1相接且由开关控制电路2-1进行控制的一个高压开关。所述单相调压变压器二次侧绕组的两端即x2和y2端相接且二者间串接有一避雷器。所述单相调压变压器一次侧绕组的x1端和二次侧绕组的异名端y2相接，且二者间串接有与开关控制电路2-1相接且由开关控制电路2-1进行控制的一个高压开关。所述单相调压变压器一次侧绕组的两端即x1和y1端相接且二者间串接有一电容。
所述自动调压及无功补偿单元2中还包括电流测量电路、与所述电流测量电路相接的I/V转换电路2-5、与I/V转换电路2-5相接的信号放大电路2-6、与信号放大电路2-6相接且相应对开关控制电路2-1进行控制的电压比较电路2-7、与信号放大电路2-6相接多选一模拟开关2-8和与多选一模拟开关2-8相接的A/D转换电路二2-9，所述A/D转换电路二2-9接控制器2-2。
所述电流测量电路包括实时对所述单相调压变压器多个档位电压输出线上的电流分别进行检测的多个电流互感器2-4与三个实时对单相调压变压器一次侧绕组和二次侧绕组的两个同名端即x1端和x2端间的电流、单相调压变压器一次侧绕组的x1端和二次侧绕组的异名端y2间的电流以及单相调压变压器一次侧绕组的两端即x1和y1端间的电流进行检测的电流互感器2-4，所述电流互感器2-4均接I/V转换电路2-5。
本实施例中，所述单相调压变压器包括5个电压输出档位，具体而言：对于串接在所述三相供电线路中A相线上的单相调压变压器TA1来说，串接在所述单相调压变压器TA1中5个档位电压输出线上的5个高压开关分别为SA1、SA2、SA3、SA4和SA5，串接在单相调压变压器TA1一次侧绕组和二次侧绕组的两个同名端即x1端和x2端间的高压开关分别为SA6，串接在单相调压变压器TA1一次侧绕组的x1端和二次侧绕组的异名端y2间的高压开关分别为SA7，所述高压开关SA1、SA2、SA3、SA4、SA5、SA6和SA7均与控制器2-2相接且均由控制器2-2进行控制，单相调压变压器TA1一次侧绕组的两端即x1和y1端间所串接的电容为电容CA2。另外，所述单相调压变压器TA1的y1端与无功补偿电容CA1的一端相接。实时对单相调压变压器TA15个档位电压输出线上的电流分别进行检测的5个电流互感器2-4分别为CTA1、CTA2、CTA3、CTA4和CTA5，三个实时对单相调压变压器TA1一次侧绕组的x1端和二次侧绕组的异名端y2间的电流、一次侧绕组和二次侧绕组的两个同名端即x1端和x2端间的电流以及一次侧绕组的两端即x1和y1端间的电流进行检测的电流互感器2-4分别为CTA6、CTA7和CTA8。上述8个电流互感器2-4即CTA1、CTA2、CTA3、CTA4、CTA5、CTA6、CTA7和CTA8均与I/V转换电路2-5相接。所述单相调压变压器TA1二次侧绕组的两端即x2和y2端间串接的避雷器为避雷器BLA1。
对于串接在所述三相供电线路中B相线上的单相调压变压器TB1来说，串接在所述单相调压变压器TB1中5个档位电压输出线上的5个高压开关分别为SB1、SB2、S3、SB4和SB5，串接在单相调压变压器TB1一次侧绕组和二次侧绕组的两个同名端即x1端和x2端间的高压开关分别为SB6，串接在单相调压变压器TA1一次侧绕组的x1端和二次侧绕组的异名端y2间的高压开关分别为SB7，所述高压开关SB1、SB2、S3、SB4、SB5、SB6和SB7均与控制器2-2相接且均由控制器2-2进行控制，单相调压变压器TB1一次侧绕组的两端即x1和y1端间所串接的电容为电容CB2。另外，所述单相调压变压器TB1的y1端与无功补偿电容CB1的一端相接。实时对单相调压变压器TB15个档位电压输出线上的电流分别进行检测的5个电流互感器2-4分别为CTB1、CTB2、CTB3、CTB4和CTB5，三个实时对单相调压变压器TB1一次侧绕组的x1端和二次侧绕组的异名端y2间的电流、一次侧绕组和二次侧绕组的两个同名端即x1端和x2端间的电流以及一次侧绕组的两端即x1和y1端间的电流进行检测的电流互感器2-4分别为CTB6、CTB7和CTB8。上述8个电流互感器2-4即CTB1、CTB2、CTB3、CTB4、CTB5、CTB6、CTB7和CTB8均与I/V转换电路2-5相接。所述单相调压变压器TB1二次侧绕组的两端即x2和y2端间串接的避雷器为避雷器BLB1。
同样，对于串接在所述三相供电线路中C相线上的单相调压变压器TC1来说，串接在所述单相调压变压器TC1中5个档位电压输出线上的5个高压开关分别为SC1、SC2、SC3、SC4和SC5，串接在单相调压变压器TC1一次侧绕组和二次侧绕组的两个同名端即x1端和x2端间的高压开关分别为SC6，串接在单相调压变压器TC1一次侧绕组的x1端和二次侧绕组的异名端y2间的高压开关分别为SC7，所述高压开关SC1、SC2、SC3、SC4、SC5、SC6和SC7均与控制器2-2相接且均由控制器2-2进行控制，单相调压变压器TC1一次侧绕组的两端即x1和y1端间所串接的电容为电容CC2。另外，所述单相调压变压器TC1的y1端与无功补偿电容CC1的一端相接。实时对单相调压变压器TC15个档位电压输出线上的电流分别进行检测的5个电流互感器2-4分别为CTC1、CTC2、CTC3、CTC4和CTC5，三个实时对单相调压变压器TC1一次侧绕组的x1端和二次侧绕组的异名端y2间的电流、一次侧绕组和二次侧绕组的两个同名端即x1端和x2端间的电流以及一次侧绕组的两端即x1和y1端间的电流进行检测的电流互感器2-4分别为CTC6、CTC7和CTC8。上述8个电流互感器2-4即CTC1、CTC2、CTC3、CTC4、CTC5、CTC6、CTC7和CTC8均与I/V转换电路2-5相接。所述单相调压变压器TC1二次侧绕组的两端即x2和y2端间串接的避雷器为避雷器BLB1。
同时，所述无功补偿电容CA1、无功补偿电容CB1和无功补偿电容CC1的另一端相接于一点0。所述三个自动调压及无功补偿单元2中的控制器2-2均与主控单元1-3间以无线通讯方式进行双向通讯。
本发明的工作过程是：所述电压检测单元1实时对所述三相供电线路中的A相和C相相电压进行实时检测，并通过主控单元1-3同步对所检测的电压信号进行进行分析处理，即将所检测的电压值与设定的基准电压进行比较，当主控单元1-3分析得出所检测的电压值大于或小于基准电压，并且所检测的电压值和基准电压(例如10kV)之间的差值达到预先设定的一定数值(可进行修改)时，通过无线通讯模块一1-4分别对所述三个自动调压及无功补偿单元2中的控制器2-2发出控制命令；所述三个自动调压及无功补偿单元2中的控制器2-2通过无线通讯模块二2-3接收主控单元1-3发送来的控制指令并进行分析后对所述三相供电线路的线路电压进行相应调整，同时对三相供电线路补偿一定的无功功率，具体而言：控制器2-2先向开关控制电路2-1发出相应控制指令，并通过开关控制电路2-1对多路高压开关进行相应分合控制，实现调整三相供电线路线路输出电压的目的，同时通过与三个自动调压及无功补偿单元2中的单相调压变压器相串接的三个无功补偿电容即无功补偿电容CA1、无功补偿电容CB1和无功补偿电容CC1对所述三相供电线路进行无功功率补偿。同时，三个自动调压及无功补偿单元2中均设置有与控制器2-2相接的电流测量电路，通过电流测量电路进行电流检测且同步将所检测电流信号通过多选一模拟开关2-8选取电流最大值后上传至控制器2-2；并且电流测量电路将所检测的多路电流信号同时送至电压比较电路2-7，通过电压比较电路2-7将所检测的多路电流值与预先设定的额定电流值进行比较，当电流测量电路测出被检测的多路电流值中任一路电流值超出预设的额定电流值时，电压比较电路2-7向开关控制电路2-1发送一控制信号，使得开关控制电路2-1停止工作，以对自动调压及无功补偿单元2进行保护。
综上所述，当所述三相供电线路的线路电压大于或小于基准电压且所检测的电压值和基准电压(例如10kV)之间的差值达到预先设定的一定数值(可进行修改)时或电流测量电路所检测电流值超过额定电流值时，电压检测单元1均不发出控制命令。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (5)

1.一种无功补偿型智能调压器，其特征在于：包括对三相供电线路的供电电压进行实时检测和分析处理的电压检测单元(1)以及根据电压检测单元(1)的检测分析结果相应对所述三相供电线路的供电电压进行控制调整并同时对所述三相供电线路进行无功功率补偿的三个自动调压及无功补偿单元(2)，所述三个自动调压及无功补偿单元(2)分别串接在所述三相供电线路的A、B和C三相线上；所述自动调压及无功补偿单元(2)包括串接在A、B或C相线中的单相调压变压器、与单相调压变压器相串接的无功补偿电容、对分别串接在所述单相调压变压器多个档位电压输出线上的多个高压开关进行分合控制的开关控制电路(2-1)和与电压检测单元(1)相接且对开关控制电路(2-1)进行相应控制的控制器(2-2)，所述开关控制电路(2-1)分别与所述多个高压开关相接，开关控制电路(2-1)与控制器(2-2)相接；所述三个自动调压及无功补偿单元(2)中的三个单相调压变压器连接组成一个三相调压变压器，且所述三个单相调压变压器的一次侧绕组间为星形连接，所述三个单相调压变压器一次侧绕组的x1端对应接在A、B或C相线上且其另一端即y1端分别经无功补偿电容后相接于一点。
2.按照权利要求1所述的无功补偿型智能调压器，其特征在于：所述电压检测单元(1)包括对三相供电线路的相电压进行实时检测的电压互感器(1-1)、与电压互感器(1-1)相接且对电压互感器(1-1)所检测信号进行模数转换的A/D转换电路一(1-2)、与A/D转换电路一(1-2)相接的主控单元(1-3)和与主控单元(1-3)相接的无线通讯模块一(1-4)；所述控制器(2-2)上接有无线通讯模块二(2-3)，无线通讯模块二(2-3)与无线通讯模块一(1-4)间以无线通讯方式进行连接。
3.按照权利要求1或2所述的无功补偿型智能调压器，其特征在于：所述单相调压变压器一次侧绕组和二次侧绕组的两个同名端即x1端和x2端相接，且二者间串接有与开关控制电路(2-1)相接且由开关控制电路(2-1)进行控制的一个高压开关；所述单相调压变压器二次侧绕组的两端即x2和y2端相接且二者间串接有一避雷器；所述单相调压变压器一次侧绕组的x1端和二次侧绕组的异名端y2相接，且二者间串接有与开关控制电路(2-1)相接且由开关控制电路(2-1)进行控制的一个高压开关；所述单相调压变压器一次侧绕组的两端即x1和y1端相接且二者间串接有一电容。
4.按照权利要求3所述的无功补偿型智能调压器，其特征在于：所述自动调压及无功补偿单元(2)中还包括电流测量电路、与所述电流测量电路相接的I/V转换电路(2-5)、与I/V转换电路(2-5)相接的信号放大电路(2-6)、与信号放大电路(2-6)相接且相应对开关控制电路(2-1)进行控制的电压比较电路(2-7)、与信号放大电路(2-6)相接的多选一模拟开关(2-8)和与多选一模拟开关(2-8)相接的A/D转换电路二(2-9)，所述A/D转换电路二(2-9)接控制器(2-2)；
所述电流测量电路包括实时对所述单相调压变压器多个档位电压输出线上的电流分别进行检测的多个电流互感器(2-4)与三个实时对单相调压变压器一次侧绕组和二次侧绕组的两个同名端即x1端和x2端间的电流、单相调压变压器一次侧绕组的x1端和二次侧绕组的异名端y2间的电流以及单相调压变压器一次侧绕组的两端即x1和y1端间的电流进行检测的电流互感器(2-4)，所述电流互感器(2-4)均接I/V转换电路(2-5)。
5.按照权利要求2所述的无功补偿型智能调压器，其特征在于：所述电压互感器(1-1)包括两个分别对所述三相供电线路中A相和C相相电压进行实时检测的电压互感器。
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