CN105186518B - 一种配电网电能质量综合优化系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种配电网电能质量综合优化系统，包括：监控服务器、优化装置、无线数据传输模块；优化装置包括：三相检测模块、无功检测模块、谐波检测模块、电压检测模块；监控服务器包括：三相调节模块、无功补偿模块、谐波滤除模块、电压调节模块。可解决传统电容器补偿的缺陷，满足配电网电能质量及节能应用要求，大幅改善电能质量；模块化设计，各模块可单独或同时补偿无功、谐波、三相不平衡；无容量衰减，使用寿命长。

Description

一种配电网电能质量综合优化系统

技术领域

本发明属于节能和电能质量改善装备技术领域，尤其涉及一种配电网电能质量综合优化系统。

背景技术

目前输配电网的无功补偿方式多集中于10kV以上的线路，没有补偿10kV线路及0.4kV至10kV线路变压器的无功损耗，更没有补偿用户设备产生的无功。在10kV线路及0.4kV-10kV线路产生的无功损耗占用大量线路变电设备容量，无法有效节能和提高电网电压质量。据统计，由发电、输电、配电到企业电网的终端用电设备，产生巨大的线路及变电损耗约为发电厂总输出电量的15％，其中，城区及农配网的线损约占总损耗的50％，电能损失惊人。

城区及农配网由于供电距离远以及单项负载的不确定性，配电电压器极易出现三相不平衡的现象，导致负荷较高相导线、变压器发热严重，甚至出现烧毁现象，而且长距离传输导致电压降，造成用户侧电压过低。各类家用电器负载导致配网系统功率因数较低，大量非线性负载，如节能型家用电器的使用使配网系统中的谐波含量较高，目前基本没考虑谐波治理。

目前，城区及农配网补偿装置主要是分组投切电容器组，在实际过程中极易出现过补或欠补，补偿效果差；电容器组易放大系统中的谐波，导致谐波损耗增加并威胁系统安全；电容补偿装置不具备三相不平衡调节能力；不符合现代电网要求的无功柔性补偿、就地平衡的发展方向。由于配网系统用电负荷峰谷现象明显，导致补偿装置频繁投切，使电容器频繁充放电，影响电容寿命，从而影响补偿装置的寿命。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种配电网电能质量综合优化系统。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。

所述一种配电网电能质量综合优化系统包括：监控服务器，以及通过电抗器并联在电网上的优化装置，所述优化装置连接无线数据传输模块，并通过所述无线数据传输模块与监控服务器通信；

所述优化装置包括：三相检测模块，若检测出电网出现三相不平衡，则判断引起三相不平衡的原因；无功检测模块，判断电网处于感性或容性；谐波检测模块，检测电网中谐波电流的方向；电压检测模块，实时检测电压是否在额定范围内发生单项或三相骤升、骤降；

所述监控服务器包括：三相调节模块，根据所述三相检测模块判断出的引起三相不平衡的原因控制优化装置调节三相电流，或，发出感性/容性无功；无功补偿模块：根据所述无功检测模块的判断结果控制优化装置发出与电网同频率并相反的无功电流进行抵消；谐波滤除模块，根据所述谐波检测模块的检测结果控制优化装置发出与谐波电流大小一致方向相反的电流进行抵消；电压调节模块，根据所述电压检测模块的检测结果控制优化装置发出感性/容性无功以增大电网容量。

进一步的，所述优化装置内置有由电力半导体器件构成的桥式逆变器电路，所述监控服务器通过控制所述桥式逆变器电路交流侧输出电流的相位和幅值以优化电网。

进一步的，若所述三相检测模块检测到由于负载电流引起三相不平衡，则所述三相调节模块控制优化装置调节三相电流分配改善电网不平衡；若所述三相检测模块检测到由于电网侧电压引起三相不平衡，则所述三相调节模块控制优化装置发出感性/容性无功改善电网不平衡。

进一步的，所述无功检测模块，通过检测电网电流超前或滞后电压的状态来判断电网处于感性或容性。

进一步的，所述电压检测模块，实时检测电压是否在额定范围内发生单项或三相骤升、骤降中的额定范围是指：骤升在额定110％以内，骤降在额定50％以内，宽度在2秒以内。

进一步的，所述无线数据传输模块为GPRS模块或蓝牙模块。

进一步的，若所述无线数据传输模块为GPRS模块，则通过基站和服务器与监控服务器通信；若所述无线数据传输模块为蓝牙模块，则通过数据接收器和交换机与监控服务器通信。

进一步的，所述优化装置还包括保护模块，完成输出过流保护、直流电压过压保护、过补偿保护，以及过温保护。

进一步的，所述优化装置还包括进行人机交互的触摸屏。

有益效果：

1、可解决传统电容器补偿的缺陷，满足配电网电能质量及节能应用要求，大幅改善电能质量，体现在：大幅度降低低压配电网的线路损耗，可快速补偿无功功率，使无功就地平衡，提高实际输电容量；滤除谐波，消除谐波电流在线路上产生的损耗以及对其他设备的干扰；有效抑制由于高压线路累计、瞬间短路、过负荷导致的电压波动和闪变；可有效补偿电压跌落，有效抑制三相不平衡，提高0.4kV-10kV变压器安全性；

2、模块化设计，各模块可单独或同时补偿无功、谐波、三相不平衡；

3、无容量衰减，使用寿命长。

为了上述以及相关的目的，一个或多个实施例包括后面将详细说明并在权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明某些示例性方面，并且其指示的仅仅是各个实施例的原则可以利用的各种方式中的一些方式。其它的益处和新颖性特征将随着下面的详细说明结合附图考虑而变得明显，所公开的实施例是要包括所有这些方面以及它们的等同。

附图说明

图1是本发明一种配电网电能质量综合优化系统的无线数据传输模块采用GPRS模块时的示意图；

图2是本发明一种配电网电能质量综合优化系统的无线数据传输模块采用蓝牙模块时的示意图；

图3是本发明优化装置的电气结构图；

图4是本发明一种配电网电能质量综合优化系统的应用图。

具体实施方式

以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。

如图1至2所示，提供一种配电网电能质量综合优化系统，包括优化装置1、无线数据传输模块2、监控服务器3。优化装置1与无线数据传输模块2连接，优化装置1将检测的数据、结果通过所述无线数据传输模块2传输至监控服务器3，可事先为监控服务器3编程，监控服务器3接收数据后进行判断处理，控制优化装置1改善电网质量。

其中，所述无线数据传输模块2为GPRS模块或蓝牙模块。

如图1所示，若所述无线数据传输模块2为GPRS模块，适于远距离，则通过基站4和服务器5与监控服务器3通信，此时还可以利用移动终端8对电网进行监查；如图2所示，若所述无线数据传输模块2为蓝牙模块，适用于3000米以内的短距离，则通过数据接收器6和交换机7与监控服务器3通信。

如图3至4所示，Isa、Isb、Isc、Isn为网侧相电流，Ia、Ib、Ic、In为补偿电流，ILa、ILb、ILc、ILn为负载侧电流。优化装置1通过电抗器并联在电网上，优化装置1内置有由电力半导体器件构成的桥式逆变器电路，所述监控服务器3通过控制所述桥式逆变器电路交流侧输出电流的相位和幅值，使该电路输出与电网电能质量问题相反的电流，以达到优化电网的目的。

其中，所述优化装置1包括：三相检测模块11、无功检测模块12、谐波检测模块13和电压检测模块14。

其中，所述监控服务器3包括：三相调节模块31、无功补偿模块32、谐波滤除模块33和电压调节模块34。

三相电网电流不平衡时，系统中带有较大负序分量，此时需要系统针对负序分量做出响应。

三相检测模块11，用于若检测出电网出现三相不平衡，则判断引起三相不平衡的原因。三相调节模块31，用于根据所述三相检测模块判断出的引起三相不平衡的原因控制优化装置调节三相电流，或，发出感性/容性无功。

具体的，若所述三相检测模块11检测到由于负载电流引起三相不平衡，则所述三相调节模块31控制优化装置1调节三相电流分配改善电网不平衡；若所述三相检测模块11检测到由于电网侧电压引起三相不平衡，则所述三相调节模块31控制优化装置1发出感性/容性无功，增大电网容量，改善电网不平衡，达到稳定电网的目的。

无功检测模块12，用于判断电网处于感性或容性，其中，通过检测电网电流超前或滞后电压的状态来判断电网处于感性或容性。无功补偿模块32，用于根据所述无功检测模块12的判断结果控制优化装置1发出与电网同频率并相反的无功电流进行抵消。

具体的，当电网处于感性时，优化装置1发出容性无功，当电网处于容性时，优化装置1发出感性无功。

谐波检测模块13，检测电网中谐波电流的方向。谐波滤除模块33，根据所述谐波检测模块13的检测结果控制优化装置1发出与谐波电流大小一致方向相反的电流进行抵消，从而达到滤除谐波的目的。

电压检测模块14，用于实时检测电压是否在额定范围内发生单项或三相骤升、骤降。电压调节模块34，根据所述电压检测模块14的检测结果控制优化装置1发出感性/容性无功以增大电网容量。

具体的，电压检测模块14对电压即时跟踪，对系统中电压波动和闪变进行抑制。当电压发生单项或三相骤升、骤降。骤升在额定110％以内，骤降在额定50％以内，宽度在2秒以内时，电压调节模块34控制优化装置1发出感性/容性无功以增大电网容量，从而达到稳定电压的目的。当电网发生骤降时，发出容性无功，发生骤升时，发出感性无功。

当电网发生频率闪变时，优化装置可在频率±5％波动范围内正常工作。

所述优化装置1还包括保护模块15，完成输出过流保护、直流电压过压保护、过补偿保护，以及过温保护。

所述优化装置1还包括进行人机交互的触摸屏，用于实时显示电压电流数据、参数设定、故障记录。

所述优化装置1的工作环境温度为-30℃至45℃，当温度低于-30℃，可选配加热器。工作海拔为≤2000米，超过2000米后，海拔每增加100米，容量降低5％。冷却方式可采用强迫风冷，无电容类易损件，使用寿命长。响应时间小于2ms，自身功耗低，相互扩展能力强，占地面积小，维护方便、箱式结构设计、易于安装和调试。

本领域技术人员还应当理解，结合本文的实施例描述的各种说明性的逻辑框、模块、电路和算法步骤均可以实现成电子硬件、计算机软件或其组合。为了清楚地说明硬件和软件之间的可交换性，上面对各种说明性的部件、框、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了一般地描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定的应用和对整个系统所施加的设计约束条件。熟练的技术人员可以针对每个特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本公开的保护范围。

Claims (1)

1.一种配电网电能质量综合优化系统，其特征在于，包括：监控服务器，以及通过电抗器并联在电网上的优化装置，所述优化装置连接无线数据传输模块，并通过所述无线数据传输模块与监控服务器通信；

所述优化装置包括：三相检测模块，若检测出电网出现三相不平衡，则判断引起三相不平衡的原因；无功检测模块，判断电网处于感性或容性；谐波检测模块，检测电网中谐波电流的方向；电压检测模块，实时检测电压是否在额定范围内发生单相或三相骤升、骤降；

所述监控服务器包括：三相调节模块，根据所述三相检测模块判断出的引起三相不平衡的原因控制优化装置调节三相电流，或，发出感性/容性无功；无功补偿模块：根据所述无功检测模块的判断结果控制优化装置发出与电网同频率并相反的无功电流进行抵消；谐波滤除模块，根据所述谐波检测模块的检测结果控制优化装置发出与谐波电流大小一致方向相反的电流进行抵消；电压调节模块，根据所述电压检测模块的检测结果控制优化装置发出感性/容性无功以增大电网容量：

所述电压检测模块，实时检测电压是否在额定范围内发生单相或三相骤升、骤降中的额定范围是指：骤升在额定110％以内，骤降在额定50％以内，宽度在2秒以内；

所述优化装置内置有由电力半导体器件构成的桥式逆变器电路，所述监控服务器通过控制所述桥式逆变器电路交流侧输出电流的相位和幅值以优化电网；

若所述三相检测模块检测到由于负载电流引起三相不平衡，则所述三相调节模块控制优化装置调节三相电流分配改善电网不平衡；若所述三相检测模块检测到由于电网侧电压引起三相不平衡，则所述三相调节模块控制优化装置发出感性/容性无功改善电网不平衡；

所述无功检测模块，通过检测电网电流超前或滞后电压的状态来判断电网处于感性或容性；

所述无线数据传输模块为GPRS模块或蓝牙模块；

若所述无线数据传输模块为GPRS模块，则通过基站和服务器与监控服务器通信；若所述无线数据传输模块为蓝牙模块，则通过数据接收器和交换机与监控服务器通信；

所述优化装置还包括保护模块，完成输出过流保护、直流电压过压保护、过补偿保护，以及过温保护；

所述优化装置还包括进行人机交互的触摸屏。