CN106816882B - 一种实时提高电网末端功率因数的节电装置 - Google Patents

一种实时提高电网末端功率因数的节电装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种实时提高电网末端功率因数的节电装置，包括柜体；柜体内部中间安装有安装隔板；安装隔板的正面上侧设有撑板；撑板正面的一侧设有接线装置；接线装置的接线端连接有排线a；排线a的另一端连接有采集单元；采集单元的下侧设有旁路控制单元；旁路控制单元的下部连接有排线c；排线c的另一端连接有节电装置；采集单元的一侧设有集成控制单元；集成控制单元包括控制芯片；该装置可以及时精确补偿用电设备末端所需的无功，响应时间快，并且能够随着末端所需无功变化的需求量来提供补偿，不会发生过补或者欠补现象。本发明响应时间快，自带旁路状态，不影响用电设备的运行状态，并且安全系数高。

Description

一种实时提高电网末端功率因数的节电装置
技术领域
本发明涉及节电设备技术领域，具体为一种实时提高电网末端功率因数的节电装置。
背景技术
目前，现阶段的电容补偿柜通常安装在配电房变压器的压低测运行，一般它受功率因数控制而自动运行的。因所带负载的种类不同而确定电容的容量及电容组的数量。但是目前电容柜只能在变压器压低测运行，补偿的也仅仅是首段的无功，并不能有效的对末端所需要的无功量进行补偿，且补偿存在着滞后性，响应时间过慢，不能及时的对末端所需的无功进行补偿，同时电容柜补偿具有阶跃性，由于电容柜补偿是一个阶梯型的状态，不能实现精确的补偿，经常发生投则过补，不投则欠补的现象。特别是在谐波比较严重的场合利用电容柜进行补偿会产生串联或并联的谐振现象，放大谐波的危害，使得电容柜中的电容发生爆炸。使用电容柜进行补偿，首端电容补偿具有一定的滞后现象，因为末端的设备其负荷不断发生变化，所需的无功也是不同的，由于电容的滞后性，无法精确的补偿所需的无功量，从而造成末端功率因数偏低现象、会使得线路中的线损增加、设备的出力减少、增加用电设备的容；所以市场上需要一种新型的节电装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种实时提高电网末端功率因数的节电装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种实时提高电网末端功率因数的节电装置，包括柜体；所述的柜体内部中间安装有安装隔板；所述的安装隔板的正面上侧设有撑板；所述的撑板正面的一侧设有接线装置；所述的接线装置的接线端连接有排线a；所述的排线a的另一端连接有采集单元；所述的采集单元的下侧设有旁路控制单元；所述的旁路控制单元与采集单元之间设有排线b；所述的旁路控制单元的下部连接有排线c；所述的排线c的另一端连接有节电装置本体；所述的采集单元的一侧设有集成控制单元；所述的集成控制单元包括控制芯片；所述的集成控制单元的下侧安装有安全保护装置；所述的安装隔板的背面下部一侧设有浪涌治理装置；所述的浪涌治理装置的一侧安装有稳压装置；所述的稳压装置的上侧设有水冷降温装置；所述的水冷降温装置的一侧设有温度控制单元；所述的温度控制单元与水冷降温装置电连接。
优选的，所述的采集单元内部设有数据采集回路，所述数据采集回路包括视在功率数据采集回路与功率因数数据采集回路；所述的控制芯片为DSP芯片，且内部输入有瞬时叠加计算程序，所述的控制芯片与采集单元数据连接；所述的浪涌治理装置内部安装有浪涌抑制元件。
优选的，所述的柜体内侧在撑板的下侧安装有支架；所述的支架的一侧面与安装隔板相接触；所述的支架的表面分布有长方形凸起，所述凸起为静电消除装置；所述的柜体顶面中央位置设有一排LED灯。
优选的，所述的安全保护装置包括内置电源；所述的内置电源的一侧设有低压控制回路模块；所述的低压控制回路模块的另一侧安装有热继电器；所述的低压控制回路模块的下侧设有避雷器；所述的内置电源的下侧设有热继电器。
优选的，所述的温度控制单元内设有温控芯片、温度传感器与接触继电器组；所述的温度控制单元与水冷降温装置电连接；所述的节电装置本体内部安装有自愈式低电压并联电容器。
优选的，所述的柜体正面一侧下部设有四个指示灯；所述的指示灯成排均匀排列；所述的柜体正面靠近另一侧边缘的中间位置安装有旁路切换控制键；所述的旁路切换控制键的一侧安装有指纹锁；所述的旁路切换控制键的上侧设有把手；所述的柜体背面与指纹锁相对的位置安装有普通锁。
优选的，所述的柜体底面四个角分别安装有一个支腿；所述的柜体底面一侧中间设有接地端头；所述的柜体底面靠近正面的中间位置开有出线孔；所述的柜体两侧下部开有多个换气孔。
优选的，所述的旁路控制单元内设有旁路接线回路，且所述旁路接线回路中安装有控制接触器组；所述的旁路切换控制键与旁路控制单元电连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明该装置可以及时精确补偿用电设备末端所需的无功，响应时间快，并且能够随着末端所需无功变化的需求量来提供补偿，不会发生过补或者欠补现象。采用避免了补偿的滞后性，本设备可以在检测到末端所需要补偿无功时瞬间进行无功的补偿；该设备对无功的补偿为线性补偿，针对末端所需要补偿的无功精确补偿，有效的避免了传统电容器的补偿不精确，不会发生投则过补不投则欠补的状态，同时结合程序进行动态扫描，完成快速补偿、快速滤波，实现提高功率因数、防止谐振，采集单元对电路进行扫描检测，实时测量视在功率并及时分析数据，提高电机系统带负荷能力，降低线路中电能损耗，提高功率因数，使设备容量得到充分发挥；本设备具有旁路控制单元，自带旁路状态，可以在检测到所补偿无功满足末端所需的无功时自动切换到旁路状态，不会使得无功过补的现象发生，在本设备自身发生故障时，通过旁路控制单元的控制接触器组，会自动切换到旁路状态，恢复用电设备原始的运行状态，不会影响设备的运行及生产；本设备具有抑制浪涌的功能，利用专业的浪涌抑制元件能够有效抑制设备启停时或雷击所产生大电流对电网的冲击，保护用电设备的安全性；本设备从感性到容性的整个范围进行连续的无功调节，达到快速补偿系统对无功功率的需求，具有响应速度快、补偿更精确、吸收无功连续，抑制谐波、自身损耗低，及时发现及时补偿，不会出现电容补偿相对滞后的问题。
附图说明
图1为本发明内部正面结构示意图；
图2为本发明内部背面结构示意图；
图3为本发明正面轴测图；
图4为本发明背面轴测图。
图中：1、柜体；2、撑板；3、接线装置；4、排线a；5、采集单元；6、排线b；7、旁路控制单元；8、排线c；9、节电装置本体；10、集成控制单元；11、控制芯片；12、安全保护装置；13、内置电源；14、船形刀熔开关；15、低压控制回路模块；16、热继电器；17、避雷器；18、安装隔板；19、支架；20、浪涌治理装置；21、稳压装置；22、水冷降温装置；23、温度控制单元；24、LED灯；25、指示灯；26、指纹锁；27、把手；28、换气孔；29、支腿；30、出线孔；31、接地端头；32、旁路切换控制键；33、普通锁。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：
实施例1
一种实时提高电网末端功率因数的节电装置，包括机箱以及设置在机箱内的节电装置本体，节电装置本体包括：
集成控制单元，通过采集单元实时自动检测电网中电流信号，然后送入到控制芯片中进行精密计算，使得输出的补偿电流随着检测的电流的变化而变化；
安全保护装置，通过使用低压控制回路提高手工操作的安全性；
旁路控制单元，装置处于旁路状态时可以在检测到所补偿无功满足末端所需的无功时自动切换到旁路状态，不会使得无功过补的现象发生，通过控制接触器组的吸合来控制对旁路/节电的切换，当节电装置本体自身发生故障时，会自动切换到旁路状态，恢复用电设备原始的运行状态，不会影响设备的运行及生产；
稳压装置，当输入电压或负载变化时，控制电路进行取样、比较、放大，然后驱动伺服电机转动，使调压器碳刷的位置改变，通过自动调整线圈匝数比保持输出电压的稳定；稳压装置使调压器碳刷的位置改变，通过自动调整线圈匝数比，从而保持输出电压的稳定；
采样单元，自动检测电网中的电流信号；
浪涌治理装置，用于抑制瞬变电流电压；浪涌治理装置用于抑制节电装置本体启停时或受雷击所产生大电流对电网的冲击，从而抑制瞬变电流电压，保护用电设备的安全性；
旁路切换控制键，设置在机箱外且用于手动切换旁路/节电状态；
节电装置本体还具有自动反馈功能，通过对检测到的谐波电流和主控电路输出的补偿电流进行闭环比较后，输出反馈信号至主控电路，使控主电路的输出跟随检测到的谐波电流的变化而变化，实现谐波的动态补偿；节电装置本体还具有自动检测功能，通过电流传感器，实时监控检测到电网中的谐波电流。
该装置工作时在短时间自动投切克服浪涌冲击电流，同时结合程序进行动态扫描，完成快速补偿、快速滤波，实现提高功率因数、防止谐振。
该装置对电路进行扫描检测，实时测量视在功率并及时分析数据，提高电机系统带负荷能力，降低线路中电能损耗，提高功率因数，使装置容量得到充分发挥。
避免了补偿的滞后性，末端设备符合不断发生变化时所需的无功也是不同的，该装置可以在检测到末端所需要补偿无功时瞬间进行无功的补偿；该装置对无功的补偿为线性补偿，针对末端所需要补偿的无功精确补偿，有效的避免了传统电容器的补偿不精确，不会发生投则过补不投则欠补的状态。
实施例2
所述装置进一步包括柜体1；所述的柜体1内部中间安装有安装隔板18；所述的安装隔板18的正面上侧设有撑板2；所述的撑板2正面的一侧设有接线装置3；所述的接线装置3的接线端连接有排线a4；所述的排线a4的另一端连接有采集单元5；所述的采集单元5的下侧设有旁路控制单元7；所述的旁路控制单元7与采集单元5之间设有排线b6；所述的旁路控制单元7的下部连接有排线c8；所述的排线c8的另一端连接有节电装置本体9；所述的采集单元5的一侧设有集成控制单元10；所述的集成控制单元10包括控制芯片11；所述的集成控制单元10的下侧安装有安全保护装置12；所述的安装隔板18的背面下部一侧设有浪涌治理装置20；所述的浪涌治理装置20的一侧安装有稳压装置21；所述的稳压装置21的上侧设有水冷降温装置22；所述的水冷降温装置22的一侧设有温度控制单元23；所述的温度控制单元23与水冷降温装置22电连接；所述的采集单元5内部设有数据采集回路，所述数据采集回路包括视在功率数据采集回路与功率因数数据采集回路；所述的控制芯片11为DSP芯片，且内部输入有瞬时叠加计算程序，所述的控制芯片11与采集单元5数据连接；所述的浪涌治理装置20内部安装有浪涌抑制元件；所述的柜体1内侧在撑板2的下侧安装有支架19；所述的支架19的一侧面与安装隔板18相接触；所述的支架19的表面分布有长方形凸起，所述凸起为静电消除装置；所述的柜体1顶面中央位置设有一排LED灯24；所述的安全保护装置12包括内置电源13；所述的内置电源13的一侧设有低压控制回路模块15；所述的低压控制回路模块15的另一侧安装有热继电器16；所述的低压控制回路模块15的下侧设有避雷器17；所述的内置电源13的下侧设有热继电器16；所述的温度控制单元23内设有温控芯片、温度传感器与接触继电器组；所述的温度控制单元23与水冷降温装置22电连接；所述的节电装置本体9内部安装有自愈式低电压并联电容器；所述的柜体1正面一侧下部设有四个指示灯25；所述的指示灯25成排均匀排列；所述的柜体1正面靠近另一侧边缘的中间位置安装有旁路切换控制键32；所述的旁路切换控制键32的一侧安装有指纹锁26；所述的旁路切换控制键32的上侧设有把手27；所述的柜体1背面与指纹锁26相对的位置安装有普通锁33；所述的柜体1底面四个角分别安装有一个支腿29；所述的柜体1底面一侧中间设有接地端头31；所述的柜体1底面靠近正面的中间位置开有出线孔30；所述的柜体1两侧下部开有多个换气孔28；所述的旁路控制单元7内设有旁路接线回路，且所述旁路接线回路中安装有控制接触器组；所述的旁路切换控制键32与旁路控制单元7电连接。
本发明在具体实施时，通过指纹锁26或者普通锁33打开柜体1，并且对其内部接线装置3进行接线，最终将引出线从出线孔30引出，完成接线工作；将空气断路器的操作手柄打到ON位置，再将船形刀熔开关14打到ON位置；指示灯25与集成控制单元10相关联，四个指示灯25分别表示电源、运行、旁路、故障，当“运行”指示灯25灯亮时表示本设备被投入，系统处于节电运行状态，当“旁路”指示灯25灭时表示本设备被旁路，系统退出节电状态；集成控制单元10对柜体1内部各个元件进行控制，并且通过采集单元5实时自动检测电网中电流信号，送入到集成控制单元10的控制芯片11中进行精密计算，使得输出的补偿电流随着检测的电流的变化而变化，从而达到及时补偿和精确补偿的目的；水冷降温装置22与温度控制单元23相配合，能够精确高效的维持柜体1内的温度稳定；安全保护装置12通过使用低压控制回路提高手工操作的安全性；旁路控制单元7通过控制接触器组的吸合来控制对旁路/节电的切换；浪涌治理装置20起到抑制瞬变电流电压的作用，从而本发明可以及时精确补偿用电设备末端所需的无功，响应时间快，并且能够随着末端所需无功变化的需求量来提供补偿，不会发生过补或者欠补现象，设备自带旁路系统，在发生故障时可以切换到旁路状态，不会影响用电设备的使用，可以对浪涌进行治理，降低大型设备启停或者雷击对电网冲击造成的大电流，通过设备内自带的自动检测系统来检测设备电流情况。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种实时提高电网末端功率因数的节电装置，包括机箱以及设置在机箱内的节电装置本体，节电装置本体包括：
集成控制单元，通过采集单元实时自动检测电网中电流信号，然后送入到控制芯片中进行精密计算，使得输出的补偿电流随着检测的电流的变化而 变化；
安全保护装置，通过使用低压控制回路提高手工操作的安全性；
旁路控制单元，检测到所补偿无功满足末端 所需的无功时自动切换到旁路状态，不会使得无功过补的现象发生，通过控制接触器组的吸合来控制对旁路/节电的切换，当节电装置本体自身发生故障时会自动切换到旁路状态，恢复用电设备原始的运行状态，不会影响设备的运行及生产；
稳压装置，当输入电压或负载变化时，控制电路进行取样、比较、放大 ，然后驱动伺服电机转动，使调压器碳刷的位置改变，通过自动调整线圈匝数 比保持输出电压的稳定；稳压装置使调压器碳刷的位置改变，通过自动调整线圈匝数比，从而保持输出电压的稳定；
采集单元，自动检测电网中的电流信号；
浪涌治理装置，用于抑制瞬变电流电压；浪涌治理装置用于抑制节电装置本体启停时或受雷击所产生大电流对电网的冲击，从而抑制瞬变电流电压，保护用电设备的安全性；
旁路切换控制键，设置在机箱外且用于手动切换旁路/节电状态；
节电装置本体还具有自动反馈功能，通过对检测到的谐波电流和主控电 路输出的补偿电流进行闭环比较后，输出反馈信号至主控电路，使主控电路的 输出跟随检测到的谐波电流的变化而变化，实现谐波的动态补偿；节电装置本体还具有自动检测功能，通过电流传感器，实时监控检测到电网中的谐波电流。
2.一种使用如权利要求1所述装置的方法，其特征在于：该装置工作时在短时间自动投切克服浪涌冲击电流，同时结合程序进行动态扫描，完成快速补偿、快速滤波，实现提高功率因数、防止谐振。
3.一种使用如权利要求1所述的装置的方法，其特征在于：该装置对电路进行扫描检测，实时测量视在功率并及时分析数据，提高电机系统带负荷能力，降低线路中电能损耗，提高功率因数，使装置容量得到充分发挥。
4.一种使用如权利要求1所述的装置的方法，其特征在于：避免了补偿的滞后性，末端设备所需的无功也是不断发生变化的，该装置可以在检测到末端所需要补偿无功时瞬间进行无功的补偿；该装置对无功的补偿为线性补偿，针对末端所需要补偿的无功精确补偿，有效的避免了传统电容器的补偿不精确，不会发生投则过补不投则欠补的状态。
5.一种实时提高电网末端功率因数的节电装置，其特征在于：包括柜体(1)；所述的柜体(1)内部中间安装有安装隔板(18)；所述的安装隔板(18)的正面上侧设有撑板(2)；所述的撑板(2)正面的一侧设有接线装置(3)；所述的接线装置(3)的接线端连接有排线a(4)；所述的排线a(4)一端连接所述接线装置(3)另一端连接有采集单元(5)；所述的采集单元(5)的下侧设有旁路控制单元(7)；所述的旁路控制单元(7)与采集单元(5)之间设有排线b(6)；所述的旁路控制单元(7)的下部连接有排线c(8)；所述的排线c(8)一端连接控制单元(7)另一端连接有节电装置本体(9)；所述的采集单元(5)的侧部设有集成控制单元(10)；所述的集成控制单元(10)包括控制芯片(11)；所述的集成控制单元(10)的下侧安装有安全保护装置(12)；所述的安装隔板(18)的背面下部一侧设有浪涌治理装置(20)；所述的浪涌治理装置(20)的一侧安装有稳压装置(21)；所述的稳压装置(21)的上侧设有水冷降温装置(22)；所述的水冷降温装置(22)的一侧设有温度控制单元(23)；所述的温度控制单元(23)与水冷降温装置(22)电连接，所述的采集单元(5)内部设有数据采集回路，所述数据采集回路包括视在功率数据采集回路与功率因数数据采集回路；所述的控制芯片(11)为DSP芯片，且内部输入有瞬时叠加计算程序，所述的控制芯片(11)与采集单元(5)数据连接；所述的浪涌治理装置(20)内部安装有浪涌抑制元件，所述的柜体(1)内侧在撑板(2)的下侧安装有支架(19)；所述的支架(19)的一侧面与安装隔板(18)相接触；所述的支架(19)的表面分布有长方形凸起，所述凸起为静电消除装置；所述的柜体(1)顶面中央位置设有一排LED灯(24)，所述的安全保护装置(12)包括内置电源(13)；所述的内置电源(13)的下侧设有热继电器(16)；所述的内置电源（13）和所述的热继电器（16）之间设置有低压控制回路模块（15）；所述的低压控制回路模块(15)的下侧设有避雷器(17)；所述的温度控制单元(23)内设有温控芯片、温度传感器与接触继电器组；所述的温度控制单元(23)与水冷降温装置(22)电连接；所述的节电装置本体(9)内部安装有自愈式低电压并联电容器。
6.根据权利要求5所述的一种实时提高电网末端功率因数的节电装置，其特征在于：所述的柜体(1)正面一侧下部设有四个指示灯(25)；所述的指示灯(25)成排均匀排列；所述的柜体(1)正面靠近另一侧边缘的中间位置安装有旁路切换控制键(32)；所述的旁路切换控制键(32)的一侧安装有指纹锁(26)；所述的旁路切换控制键(32)的上侧设有把手(27)；所述的柜体(1)背面与指纹锁(26)相对的位置安装有普通锁(33)。
7.根据权利要求5所述的一种实时提高电网末端功率因数的节电装置，其特征在于：所述的柜体(1)底面四个角分别安装有一个支腿(29)；所述的柜体(1)底面一侧中间设有接地端头(31)；所述的柜体(1)底面靠近正面的中间位置开有出线孔(30)；所述的柜体(1)两侧下部开有多个换气孔(28)；所述的旁路控制单元(7)内设有旁路接线回路，且所述旁路接线回路中安装有控制接触器组；所述的旁路切换控制键(32)与旁路控制单元(7)电连接。
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