CN103986164B - 一种输变电节能装置以及输变电系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种输变电节能装置，该输变电节能装置设置在用电设备侧，所述输变电节能装置包括：采样模块，用于对所述用电设备的电压、电流信号进行采样；数据处理模块，与所述采样模块相连，用于对采样到的电压、电流信号进行分析处理，获得反映所述用电设备对平衡功率需求量的分析处理的结果；中央控制模块，用于根据所述分析处理的结果，输出用于控制执行的信号；执行模块，用于根据所述控制执行的信号执行投入或者切除的操作。从而通过上述各模块之间的配合，能够快速执行投入或切除的操作，从而达到在低压电网中有效降低电能损耗的技术效果。

Description

一种输变电节能装置以及输变电系统

技术领域

本发明涉及电力系统领域，尤其涉及输变电节能装置以及输变电系统。

背景技术

在电力系统中，由发电站输出高压电经过变压器降压之后通过低压电网输送至负载设备。

其中，在低压电网传输的过程中，由于电力网络中所使用的用电设备消耗无功功率需要从电力网络中的一些地方获得，而发电机提供并经过长距离传送这些无功功率是不合理的，由于电流将在导线的电阻上消耗大量的有功功率，从而消耗电能，因此，采用就地补偿无功功率的方式，在配电系统里使用电容器来补偿负载所需的无功功率，使得改善功率因数。

但是，在实践的过程中，却存在如下技术问题：

低压电网降耗设备的投入切除周期远滞后于控制周期，因而造成在平衡模块两端残留有电压，当再次投入切除会在内部形成电压叠加，使得功率平衡模块运行电压超出额定运行电压范围，从而使得功率平衡模块运行电流加大，存在低压电网损耗电能较高的技术问题。

发明内容

本发明提供了一种输变电节能装置以及输变电系统，解决了现有技术中存在低压电网损耗电能较高的技术问题，进而实现了在通过上述模块之间的配合，能够快速执行投入或切除的操作，从而达到在低压电网中有效降低电能损耗的技术效果。

本发明是这样实现的：

一方面，本发明实施例提供了一种输变电节能装置，所述输变电节能装置包括：

采样模块，用于对所述用电设备的电压、电流信号进行采样；

数据处理模块，与所述采样模块相连，用于对采样到的电压、电流信号进行分析处理，获得反映所述用电设备对平衡功率需求量的分析处理的结果；

中央控制模块，用于根据所述分析处理的结果，输出用于控制执行的信号；

执行模块，用于根据所述控制执行的信号执行投入或者切除的操作。

进一步地，所述输变电节能装置还包括：模数转换模块，用于采用限幅递推平均滤波算法将经过变压器降压之后的模拟信号转换为数字信号传输至采样模块。通过将模拟信号转化为数字信号方便采样模块进行采样处理。

进一步地，所述执行模块具体为过零触发晶闸管驱动电路，当所述控制执行的信号表明电压过零时，执行投入或者切除的操作。

进一步地，所述过零触发晶闸管驱动电路根据控制执行的信号，采用自校正并行处理控制算法执行投入或者切除的操作。

进一步地，所述过零触发晶闸管驱动电路具体包括微控制器，连接所述微控制器的光电耦合器，以及连接所述光电耦合器的控制器；

所述微控制器根据所述中央控制模块输出用于控制执行的信号通过所述光电耦合器进行转化，从而将转化后控制执行的信号传送至控制器，实现投入或者切除的操作。采用将微控制器的电信号通过光电耦合器转化为光信号之后又转化为控制器能够识别的电信号，达到快速控制的目的。

进一步地，所述输变电节能装置还包括：功率平衡模块，连接所述执行模块，用于根据投入或者切除的操作对用电设备的有用功率和无用功率进行平衡处理。

进一步地，所述输变电节能装置还包括：

监控模块，与所述采样模块能够通信，用于接收由所述采样模块发送的所述电压、电流信号，并对所述电压、电流信号实时监控；

远程传输模块，连接于所述监控模块与所述采样模块之间，用于将所述采样模块采集到的电压、电流信号传输至所述监控模块；

云分析模块，与所述监控模块相连，用于对所述监控模块接收到的电压、电流信号进行实时分析处理。通过采用监控模块对采样到的电参数进行分析，能够实时监测到用电设备的能耗情况。

另一方面，本发明实施例还提供了一种输变电系统，所述输变电系统包括：高压电网，设置在高压电网一端的变压器，连接所述变压器的低压电网，以及连接所述低压电网一端的用电设备，其中，在所述低压电网与所述用电设备之间且位于所述用电设备侧设置有上述的输变电节能装置。

本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

由于在输变电节能装置中采用采样模块，对用电设备的电压、电流信号进行采样，接着，与该采样模块相连的数据处理模块对采样到的电压、电流信号进行分析处理，中央控制模块根据该数据处理模块获得的能够反映负载端对平衡功率的需求量的分析处理的结果，从而输出用于控制执行的信号，执行模块用于根据控制执行的信号执行投入或者切除的操作，解决了现有技术中存在低压电网损耗电能较高的技术问题，进而实现了在通过上述模块之间的配合，能够快速执行投入或切除的操作，从而达到在低压电网中有效降低电能损耗的技术效果。

附图说明

图1为本发明实施例提供的输变电节能装置的模块示意图；

图2为本发明实施例提供的模数转换模块的电路结构图；

图3为本发明实施例提供的执行模块的具体模块示意图；

图4为本发明实施例提供的第二实施例中输变电节能装置的模块示意图；

图5为本发明实施例提供的第三实施例中输变电节能装置的模块示意图；

图6为本发明实施例提供的输变电系统的模块示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种输变电节能装置以及输变电系统，解决了现有技术中存在低压电网损耗电能较高的技术问题，进而实现 了通过各模块之间的配合，能够快速执行投入或者切除的操作，从而达到在低压电网中有效降低电能损耗的技术效果。

为了解决上述现有技术中存在低压电网损耗电能较高的技术问题，总体思路如下：

设置在用电设备侧的输变电节能装置中包括有采样模块，数据处理模块，中央控制模块以及执行模块，其中，采样模块对用电设备的电压、电流信号进行采样，数据处理模块与该采样模块连接，用于对采样到的电压、电流信号进行分析处理，获得反映用电设备对平衡功率需求量的分析处理的结果，中央控制模块根据该分析处理的结果，输出用于控制执行的信号，该执行模块根据控制执行的信号执行投入或者切除的操作，进而实现了在这几个模块的相互配合下，能够快速执行投入或者切除的操作，从而达到在低压电网中有效降低电能损耗的技术效果。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

如图1所示，该输变电节能装置设置在用电设备侧，也就是说该输变电节能装置连接用电设备。该输变电节能装置包括采样模块101，数据处理模块102，中央控制模块103，以及执行模块104。

在实施例一中，该输变电节能装置主要采用的是瞬时跟踪处理技术，该瞬时跟踪处理技术包括两个阶段，第一阶段，电参数检测采样比较阶段，第二阶段，数据处理控制执行阶段。首先介绍第一阶段，电参数检测采样比较阶段。

在该电参数检测采样比较阶段，所述采样模块101用于对用电设备的电压、电流信号进行采样，与该采样模块101连接的数据处理模块102用于对采样到的电压、电流信号进行分析处理，从而获 得反映该用电设备对平衡功率需求量的分析处理的结果。具体的用电设备对平衡功率的需求量是根据采样到的电压，电流信号的分析处理的结果所获得的。接着，中央控制模块103会对上述获得分析处理的结果，输出用于控制执行的信号，执行模块104根据控制执行的信号执行投入或者切除的操作。

在具体的实施过程中，在采样模块101采样到用电设备的电压、电流信号之前，是由模数转换模块采用限幅递推平均滤波算法将经过变压器降压之后的模拟信号转换为数据信号传输至采样模块101，供所述采样模块101进行采样的。该模数转换模块具体为高速并行逐次逼近式A/D转换电路，具体如图2所示，在该高速并行逐次逼近式A/D转换电路中将输入信号，启动信号与时钟信号通过控制电路，逐次逼近寄存器，比较器以及8位D/A转换器，最后通过缓冲寄存器输出转换信号。具体地，该高速并行逐次逼近式A/D转换电路配合限幅递推平均滤波算法实现电参数“双高”，也就是高速，高精度地检测采样比较。采用该限幅递推平均滤波算法的有益效果是能够有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰，对周期性干扰有良好的抑制作用，平滑度高。而采用该高速并行逐次逼近式A/D转换电路的有益效果是能够使转换速度快，且精度高。

在该输变电节能装置中，通过采样模块101对电参数检测采样比较之后，进入数据处理控制执行阶段，在这个阶段中，由采样模块101获得的电参数经过数据处理模块102的处理，获得反映用电设备对平衡功率需求量的分析处理的结果，在中央控制模块103根据该分析处理的结果输出用于控制执行的信号之后传送至执行模块104。

如图3所示，该执行模块104具体为过零触发晶闸管驱动电路，该电路具体包括：微控制器301，连接该微控制器301的光电耦合器302，以及连接该光电耦合器302的控制器303，其中，该微控制器301根据中央控制模块103输出用于控制执行的信号通过该光电耦合器302进行转化，具体是由电信号转光信号再转电信号的转化，最终将转化后的控制执行的电信号传送至控制器303，从而实现快速投入或者切除的操作。该过零触发晶闸管驱动电路，没有反向耐压问题，控制电路也简单，通过光电耦合器302将微控制器301控制系统中的触发信号加载到可控硅的控制器303，在电压为零或零附近的瞬间接通，因此，该电路相应速度迅速，抗干扰能力强，可以有效防止误驱动。

而且，在该过零触发晶闸管驱动电路中，该驱动电路采用自校正并行处理控制算法，不断在线监测被控的实时电参数，利用递推参数估计方法高速辨识出模型参数并行传递给控制器303，使得被控对象瞬时完成工况转变，也就是说能够在瞬间完成各种负荷状态下的运行状态，从而响应迅速。

如图4所示，在该输变电节能装置还包括功率平衡模块401，该功率平衡模块401连接执行模块104，该功率平衡模块401根据执行投入或者切除的操作对用电设备的有用功率和无用功率进行平衡处理。

上述在该输变电节能装置中采用的瞬时跟踪处理技术，能够在较短时间内完成电压、电流信号采样检测、对比、运算、功率平衡模块401投入、切除等一系列动作，具体的时间可以是0.4秒，并且功率平衡模块401在切除后，两端电压为0V，其中，对电压、电流信号检测采样到数据处理，再到中央控制模块103处理的周期在 10ms之内，而接着在执行模块的执行投入操作到功率平衡模块401的投入运行周期在200ms之内，总体周期在210ms之内，如果执行模块在执行切除操作到平衡模块的切除周期在390ms之内，总体周期在400ms之内，因此，采用该瞬时跟踪处理技术能够在0.4内迅速完成电压、电流信号采样检测、对比、运算、功率平衡模块401投入、切除等一系列动作。

因此，在该输变电节能装置中由于采用瞬时跟踪技术，使得能够在较短时间内功率平衡模块401两端电压降为0V，使得该输变电节能装置寿命大大增加，使该功率平衡模块401不再是易损件。而且，该功率平衡模块401对执行模块104的执行投入或者切除操作的控制平衡效果好，使得功率因数较高，在降低网损的同时抑制电网中存在的高次谐波损耗，净化了电网，改善供电环境，从而有效降低低压电网的电能损耗。

如图5所示，该输变电节能装置还包括监控模块501，连接于该监控模块501与该采样模块101之间的远程传输模块502，以及与该监控模块501相连的云分析模块503，其中，该监控模块501用于接收由该采样模块101发送的电压、电流信号，并对该电压、电流信号实时监控；而远程传输模块502用于将采样模块采集到的电压、电流信号传输至该监控模块501；云分析模块503用于对该监控模块501接收到的电压、电流信号进行实时分析处理。

因此，在该输变电节能装置中集成的监控模块501，远程传输模块502以及云分析模块503，在保证能远程监控采样到的电压、电流信号之外，还可以解决能源监控计量，用能控制以及设备运行情况等问题，实现对能源的全方位监控和管理，达到供需平衡和节能的目的。

在本发明实施例中，还提供了一种输变电系统，如图6所示，该输变电系统包括：

高压电网601，设置在高压电网601一端的变压器602，连接所述变压器602的低压电网603，以及连接该低压电网603一端的用电设备604，其中，在该低压电网603与用电设备604之间且位于该用电设备604侧设置有上述提到的输变电节能装置605。由于采用该输变电系统，将输变电节能装置605设置在用电设备604侧，也就是靠近用电设备的位置，从而有效降低了低压电网上的电能损耗，达到节电的目的。

本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

由于在输变电节能装置中采用采样模块，对用电设备的电压、电流信号进行采样，接着，与该采样模块相连的数据处理模块对采样到的电压、电流信号进行分析处理，中央控制模块根据该数据处理模块获得的能够反映负载端对平衡功率的需求量的分析处理的结果，从而输出用于控制执行的信号，执行模块用于根据控制执行的信号执行投入或者切除的操作，解决了现有技术中存在低压电网损耗电能较高的技术问题，进而实现了在通过上述模块之间的配合，能够快速执行投入或切除的操作，从而达到在低压电压中有效降低电能损耗的技术效果。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种输变电节能装置，其特征在于，所述输变电节能装置设置在用电设备侧，所述输变电节能装置包括：采样模块，用于对所述用电设备的电压、电流信号进行采样；

数据处理模块，与所述采样模块相连，用于对采样到的电压、电流信号进行分析处理，获得反映所述用电设备对平衡功率需求量的分析处理的结果；

中央控制模块，用于根据所述分析处理的结果，输出用于控制执行的信号；

执行模块，用于根据所述控制执行的信号执行投入或者切除的操作；

所述输变电节能装置还包括：

模数转换模块，用于采用限幅递推平均滤波算法将经过变压器降压之后的模拟信号转换为数字信号传输至采样模块，其中，所述模数转换模块为高速并行逐次逼近式模数转换电路；

所述执行模块具体为过零触发晶闸管驱动电路，当所述控制执行的信号表明电压过零时，执行投入或者切除的操作；

所述过零触发晶闸管驱动电路具体包括微控制器，连接所述微控制器的光电耦合器，以及连接所述光电耦合器的控制器；

所述微控制器根据所述中央控制模块输出用于控制执行的信号通过所述光电耦合器进行转化，从而将转化后控制执行的信号传送至控制器，实现投入或者切除的操作；

所述输变电节能装置还包括：

监控模块，与所述采样模块能够通信，用于接收由所述采样模块发送的所述电压、电流信号，并对所述电压、电流信号实时监控；

远程传输模块，连接于所述监控模块与所述采样模块之间，用于将所述采样模块采集到的电压、电流信号传输至所述监控模块；

云分析模块，与所述监控模块相连，用于对所述监控模块接收到的电压、电流信号进行实时分析处理。

2.根据权利要求1所述的输变电节能装置，其特征在于，所述过零触发晶闸管驱动电路根据控制执行的信号，采用自校正并行处理控制算法执行投入或者切除的操作。

3.根据权利要求1所述的输变电节能装置，其特征在于，所述输变电节能装置还包括：

功率平衡模块，连接所述执行模块，用于根据投入或者切除的操作对用电设备的有用功率和无用功率进行平衡处理。

4.一种输变电系统，其特征在于，所述输变电系统包括：

高压电网，设置在高压电网一端的变压器，连接所述变压器的低压电网，以及连接所述低压电网一端的用电设备，其中，在所述低压电网与所述用电设备之间且位于所述用电设备侧设置有如权利要求1-3中任一权项所述的输变电节能装置。