CN106849101B - 一种分级电压调节器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分级电压调节器，用于调节电网线路中的电压，包括：保护单元、降压单元、复合开关单元、电容补偿单元、旁路单元、隔离单元、控制装置和电压电流检测单元。本发明解决了分布式发电系统接入配电网影响电压质量的问题，功耗低、响应速度快、体积小、成本低、安装简单。

Description

一种分级电压调节器

技术领域

本发明涉及交流调压技术领域，特别是涉及一种分级电压调节器。

背景技术

分布式发电系统包括诸如风力、太阳能及小水电等形式的发电系统，将分布式发电系统集成到现有的配电系统中，是今后分布式发电的发展趋势。大量的分布式发电系统接入配电网会对配电系统的结构和运行产生很大的影响，配电系统从辐射型转变为多电源结构，潮流的大小和方向也因此发生变化，导致系统电压也随之波动。当分布式发电系统与本地负荷变化趋势相同时，分布式发电系统能够抑制系统电压的波动；当分布式发电系统与本地负荷不能协调运行时，如小水电、风电受到季节和气候影响随机性大，这类分布式发电系统很难与本地的负荷协调运行，还将增大系统电压的波动。

因此，为了达到保护电器、降低损耗的目的，需要对配电网中的线路电压进行调节。现有的改善分布式发电系统电压质量的控制方式主要有动态电压调节器和静止同步补偿器，其结构复杂、成本过高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种分级电压调节器，解决了分布式发电系统接入配电网影响电压质量的问题，功耗低、响应速度快、体积小、成本低、安装简单。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种分级电压调节器，用于调节电网线路中的电压，包括：

保护单元，输入端连接电网线路，用于在分级电压调节器异常时实现断电保护；

降压单元， 输入端连接保护单元的输出端，用于产生多个调节电压；

复合开关单元，输入端连接降压单元的输出端，用于选通不同调节电压的电路；

电容补偿单元，输入端连接复合开关单元的输出端，用于补偿分级电压调节器的线路无功功率；

旁路单元，输入端连接电容补偿单元的输出端，用于在分级电压调节器发生故障时实现退出运行；

隔离单元，输入端连接旁路单元的输出端，输出端连接电网线路，用于将调节电压按照同相位串联到电网线路中；

控制装置，控制信号输出端分别连接保护单元、复合开关单元、电容补偿单元、旁路单元及隔离单元的控制信号输入端，用于控制分级电压调节器的运行状态；

电压电流检测单元，输出端连接控制装置的检测信号输入端。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明能够对电网潮流双向流动进行快速、频繁的自动电压调整，而且注入谐波小、成本相对较低、安装简单方便；磁保持继电器组与双向可控硅组合的复合开关技术的使用，使得设备的损耗明显减少，设备体积也相应减小；串联变压器并联电容器补偿策略的增加，为配电网提供了等效串联电容分级补偿、调压调容补偿以及单电压调节三种控制策略；使得本发明成为应用在分布式发电系统的理想调压设备。

附图说明

图1是本发明实施例的电气原理图；

图2是本发明实施例中控制装置的原理结构示意图；

图3是图1中框1的局部放大图；

图4是图1中框2的局部放大图；

图5是图1中框3的局部放大图；

图6是图1中框4的局部放大图；

图7是图1中框5的局部放大图；

图8是图1中框6的局部放大图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，为本发明一种分级电压调节器的一个实施例，用于调节电网线路中的电压，包括：

保护单元1，输入端连接电网线路，用于在分级电压调节器异常时实现断电保护；降压单元2， 输入端连接保护单元1的输出端，用于产生多个调节电压；复合开关单元3，输入端连接降压单元2的输出端，用于选通不同调节电压的电路；电容补偿单元4，输入端连接复合开关单元3的输出端，用于补偿分级电压调节器的线路无功功率；旁路单元5，输入端连接电容补偿单元4的输出端，用于在分级电压调节器发生故障时实现退出运行；隔离单元6，输入端连接旁路单元5的输出端，输出端连接电网线路，用于将调节电压按照同相位串联到电网线路中；控制装置7，控制信号输出端分别连接保护单元1、复合开关单元3、电容补偿单元4、旁路单元5及隔离单元6的控制信号输入端，用于控制分级电压调节器的运行状态；电压电流检测单元，输出端连接控制装置7的检测信号输入端。

在图1-8中，电网线路为10kV母线。“//”表示其所在线路为单相线路，“///” 表示其所在线路为三相线路。

本发明实施例可根据电网中潮流方向，对电网进行调压，并根据电网电压特征确定是采用电容补偿调压还是普通调压；降压单元2通过复合开关单元3控制不同的导通模式，可产生多个调节电压，增大了调压范围；复合开关单元3可降低损耗，并具有过零投切功能，投切无涌流、响应速度快；电容补偿单元4可对电网线路进行电容补偿。

具体的，如图1和图3所示，保护单元1包括跌落式熔断器DR和开关QF1，跌落式熔断器DR的第一端为保护单元1的输入端，跌落式熔断器DR的第二端连接开关QF1的第一端，开关QF1的第二端为保护单元1的输出端，开关QF1的线圈连接控制装置7的第一控制信号输出端。

开关QF1可以为10kV真空接触器或断路器。跌落式熔断器DR，用于分级电压调节器检修时与10kV电网分离，并有明显分断点。保护单元1能够在过欠电压、过欠电流或短路等故障时，可靠将分级电压调节器从电网中切除。

具体的，如图1和图4所示，降压单元2包括降压变压器T1，降压变压器T1的第一输入端为降压单元2的输入端，降压变压器T1的第二输入端连接中性点，降压变压器T1的第一、第二、第三及第四输出端分别连接复合开关单元3的第一、第二、第三及第四输入端。

图1中，O’为中性点。在10kV系统中，降压变压器T1可以为YD11型降压变压器，其副边根据调节电压精度需求可为3个或以上抽头，用于电压精细化调节。如图1所示，降压变压器T1的副边抽头输出电压根据1:2:4等比例设计，降压变压器T1的原边电压为10000/√3V，副边有三个抽头电压分别为100V、200V和400V，实现电压等差调节。

具体的，如图1和图5所示，复合开关单元3包括磁保持继电器S1～S9和双向可控硅Q1～Q9，磁保持继电器S1、S3、S5及S7的第一端短接并连接双向可控硅Q1、Q3、Q5及Q7的T2极作为复合开关单元3的第一输出端，磁保持继电器S1的第二端和双向可控硅Q1的T1极短接并连接降压变压器T1的第一输出端，磁保持继电器S3的第二端和双向可控硅Q3的T1极短接并连接降压变压器T1的第二输出端，磁保持继电器S5的第二端和双向可控硅Q5的T1极短接并连接降压变压器T1的第三输出端，磁保持继电器S7的第二端和双向可控硅Q7的T1极短接并连接降压变压器T1的第四输出端，磁保持继电器S2、S4、S6及S8的第一端短接并连接双向可控硅Q2、Q4、Q6及Q8的T1极作为复合开关单元3的第二输出端，磁保持继电器S2的第二端和双向可控硅Q2的T2极短接并连接降压变压器T1的第一输出端，磁保持继电器S4的第二端和双向可控硅Q4的T2极短接并连接降压变压器T1的第二输出端，磁保持继电器S6的第二端和双向可控硅Q6的T2极短接并连接降压变压器T1的第三输出端，磁保持继电器S8的第二端和双向可控硅Q8的T2极短接并连接降压变压器T1的第四输出端，磁保持继电器S9的第一端和双向可控硅Q9的T2极短接并连接降压变压器T1的第二输出端，磁保持继电器S9的第二端和双向可控硅Q9的T1极短接并连接降压变压器T1的第三输出端；磁保持继电器S1～S9的线圈均连接控制装置7的第一控制信号输出端，双向可控硅Q1～Q9的G极连接控制装置7的第二控制信号输出端。

在图1中，降压变压器T1的副边200V抽头处增加一组复合开关模块用于短路200V抽头，以便系统产生500V电压输出。复合开关单元3由9组双向可控硅与磁保持继电器组组成的四桥臂型电路，与降压变压器T1二次绕组的四个抽头连接，构成了一个调压级数为15级、调压范围为±700V、投切快速可靠的新型开关电路。

表1列出了开关档位与对应电压补偿范围，当控制装置7检测出电压检测点的电压补偿值，依据就近补偿原则选择对应的补偿范围，确定开关档位并由控制装置7发送对应编号的复合开关投切命令，最终实现补偿。

复合开关单元3由大电流磁保持继电器组与双向可控硅组成，用双向可控硅实现过零投切与快速响应，磁保持继电器组在双向可控硅导通后投入，旁路双向可控硅，从而减少双向可控硅的导通损耗。其中磁保持继电器组是由多个带辅助触点的大电流磁保持继电器组成。根据分级电压调节器的额定电流确定并联磁保持继电器组的数量。通过磁保持继电器组上的辅助触点检测是否可靠吸合，防止某个磁保持继电器未可靠吸合后，满功率运行下，发生损坏。

具体的，如图1和图6所示，电容补偿单元4包括熔断器FU、电容投切复合开关FK及并联电容器C，熔断器FU的第一端连接复合开关单元3的第一输出端，熔断器FU的第二端连接电容投切复合开关FK的T2极，电容投切复合开关FK的T1极连接并联电容器C的第一端，电容投切复合开关FK的G极连接控制装置7的第二控制信号输出端,并联电容器C的第二端连接复合开关单元3的第二输出端。

电容补偿单元4可通过调节电容投切复合开关FK来调节分级电压调节器串入电网中的电容容量。电容补偿单元4还可以直接根据电网潮流需求，确定电容器组投入容量，实现电压调整。

具体的，如图1和图7所示，旁路单元5包括交流接触器KM、断路器QF2及断路器QF3，断路器QF2的第一端连接熔断器FU的第一端，断路器QF2的第二端连接交流接触器KM的第一端，断路器QF3的第一端连接并联电容器C的第二端，断路器QF3的第二端连接交流接触器KM的第二端，交流接触器KM、断路器QF2及断路器QF3的线圈均连接控制装置7的第一控制信号输出端。

断路器QF2和断路器QF3可以为塑壳断路器。旁路单元5在分级电压调节器出现故障时，将本装置旁路，保证电网正常运行。

具体的，如图1和图8所示，隔离单元6包括串联变压器T2、双极高压隔离开关QS、接地开关QD及断路器QF4，串联变压器T2的输入端为隔离单元6的输入端，串联变压器T2的输出端连接双极高压隔离开关QS的第一端，双极高压隔离开关QS的第二端并联在断路器QF4的两端，双极高压隔离开关QS的第一端的第一极连接接地开关QD的第一端，接地开关QD的第二端接地，断路器QF4串联在电网线路中。

断路器QF4可以为永磁真空断路器，用于本装置检修维护时，旁路本装置，并确保电网不间断供电。双极高压隔离开关QS为双极带接地高压隔离开关，可在本装置检修时，将本装置可靠与10kV线路断开，确保检修人员人身安全。在10kV系统中，串联变压器T2为YD11型串联变压器。

具体的，如图2所示，控制装置7包括主控模块71、显示模块72、报警模块73、操作模块74、通讯模块75及电源模块76，主控模块71分别连接显示模块72、报警模块73、操作模块74、通讯模块75及电源模块76，主控模块71的控制信号输出端为控制装置7的控制信号输出端，主控模块71的电压电流信号输入端为控制装置7的检测信号输入端。

主控模块71可以采用单片机、DSP或ARM等控制器。通讯模块75可以采用GPRS或以太网等通讯模式与外部设备通信。电源模块76可以采用光伏蓄电池组，不仅可以实现远程操作及无人值守，而且可避免10kV母线断电时，分级电压调节器的控制电源丢失，确保操作可靠性。控制装置7可用于电网潮流计算、复合开关投切、电容器组投切及开关状态检测与闭锁，可根据电压互感器或电流互感器的采样信号，对复合开关及电容器组、断路器、接触器进行控制，实现电网线路调压及潮流控制。

具体的，如图1所示，电压电流检测单元包括电压互感器和电流互感器。在图1中，电压电流检测单元包括电压互感器PT1、电压互感器PT2、电流互感器TA1、电流互感器TA2、电流互感器TA3、避雷器FV1及避雷器FV2；电压互感器PT1的第一端分别连接电网线路和避雷器FV1的一端，避雷器FV1的另一端接地，电压互感器PT2的第一端分别连接电网线路和避雷器FV2的一端，避雷器FV2的另一端接地，电流互感器TA1和电流互感器TA2均接在电网线路上，电流互感器TA3接在交流接触器KM的第一端。

采用上述技术方案后，能够对电网潮流双向流动进行快速、频繁的自动电压调整，而且注入谐波小、成本相对较低、安装简单方便；磁保持继电器组与双向可控硅组合的复合开关技术的使用，使得设备的损耗明显减少，设备体积也相应减小；串联变压器并联电容器补偿策略的增加，为配电网提供了等效串联电容分级补偿、调压调容补偿以及单电压调节三种控制策略；使得本发明成为应用在分布式发电系统的理想调压设备。

Claims (6)

1.一种分级电压调节器，用于调节电网线路中的电压，其特征在于，包括：

保护单元(1)，输入端连接所述电网线路，用于在所述分级电压调节器异常时实现断电保护；

降压单元(2)，输入端连接所述保护单元(1)的输出端，用于产生多个调节电压；

复合开关单元(3)，输入端连接所述降压单元(2)的输出端，用于选通不同所述调节电压的电路；

电容补偿单元(4)，输入端连接所述复合开关单元(3)的输出端，用于补偿所述分级电压调节器的线路无功功率；

旁路单元(5)，输入端连接所述电容补偿单元(4)的输出端，用于在所述分级电压调节器发生故障时实现退出运行；

隔离单元(6)，输入端连接所述旁路单元(5)的输出端，输出端连接所述电网线路，用于将所述调节电压按照同相位串联到所述电网线路中；

控制装置(7)，控制信号输出端分别连接所述保护单元(1)、复合开关单元(3)、电容补偿单元(4)、旁路单元(5)及隔离单元(6)的控制信号输入端，用于控制所述分级电压调节器的运行状态；

电压电流检测单元，输出端连接所述控制装置(7)的检测信号输入端；

所述降压单元(2)包括降压变压器T1，所述降压变压器T1的第一输入端为所述降压单元(2)的输入端，所述降压变压器T1的第二输入端连接中性点，所述降压变压器T1的第一、第二、第三及第四输出端分别连接所述复合开关单元(3)的第一、第二、第三及第四输入端；

所述复合开关单元(3)包括磁保持继电器S1～S9和双向可控硅Q1～Q9，磁保持继电器S1、S3、S5及S7的第一端短接并连接双向可控硅Q1、Q3、Q5及Q7的T2极作为所述复合开关单元(3)的第一输出端，磁保持继电器S1的第二端和双向可控硅Q1的T1极短接并连接所述降压变压器T1的第一输出端，磁保持继电器S3的第二端和双向可控硅Q3的T1极短接并连接所述降压变压器T1的第二输出端，磁保持继电器S5的第二端和双向可控硅Q5的T1极短接并连接所述降压变压器T1的第三输出端，磁保持继电器S7的第二端和双向可控硅Q7的T1极短接并连接所述降压变压器T1的第四输出端，磁保持继电器S2、S4、S6及S8的第一端短接并连接双向可控硅Q2、Q4、Q6及Q8的T1极作为所述复合开关单元(3)的第二输出端，磁保持继电器S2的第二端和双向可控硅Q2的T2极短接并连接所述降压变压器T1的第一输出端，磁保持继电器S4的第二端和双向可控硅Q4的T2极短接并连接所述降压变压器T1的第二输出端，磁保持继电器S6的第二端和双向可控硅Q6的T2极短接并连接所述降压变压器T1的第三输出端，磁保持继电器S8的第二端和双向可控硅Q8的T2极短接并连接所述降压变压器T1的第四输出端，磁保持继电器S9的第一端和双向可控硅Q9的T2极短接并连接所述降压变压器T1的第二输出端，磁保持继电器S9的第二端和双向可控硅Q9的T1极短接并连接所述降压变压器T1的第三输出端；所述磁保持继电器S1～S9的线圈均连接所述控制装置(7)的第一控制信号输出端，所述双向可控硅Q1～Q9的G极连接所述控制装置(7)的第二控制信号输出端；

所述电压电流检测单元包括电压互感器PT1、电压互感器PT2、电流互感器TA1、电流互感器TA2、电流互感器TA3、避雷器FV1及避雷器FV2；电压互感器PT1的第一端分别连接电网线路和避雷器FV1的一端，避雷器FV1的另一端接地，电压互感器PT2的第一端分别连接电网线路和避雷器FV2的一端，避雷器FV2的另一端接地，电流互感器TA1和电流互感器TA2均接在电网线路上，电流互感器TA3接在交流接触器KM的第一端。

2.根据权利要求1所述的分级电压调节器，其特征在于，所述保护单元(1)包括跌落式熔断器DR和开关QF1，所述跌落式熔断器DR的第一端为所述保护单元(1)的输入端，所述跌落式熔断器DR的第二端连接所述开关QF1的第一端，所述开关QF1的第二端为所述保护单元(1)的输出端，所述开关QF1的线圈连接所述控制装置(7)的第一控制信号输出端。

3.根据权利要求1所述的分级电压调节器，其特征在于，所述电容补偿单元(4)包括熔断器FU、电容投切复合开关FK及并联电容器C，所述熔断器FU的第一端连接所述复合开关单元(3)的第一输出端，所述熔断器FU的第二端连接所述电容投切复合开关FK的T2极，所述电容投切复合开关FK的T1极连接所述并联电容器C的第一端，所述电容投切复合开关FK的G极连接所述控制装置(7)的第二控制信号输出端,所述并联电容器C的第二端连接所述复合开关单元(3)的第二输出端。

4.根据权利要求3所述的分级电压调节器，其特征在于，所述旁路单元(5)包括交流接触器KM、断路器QF2及断路器QF3，所述断路器QF2的第一端连接所述熔断器FU的第一端，所述断路器QF2的第二端连接所述交流接触器KM的第一端，所述断路器QF3的第一端连接所述并联电容器C的第二端，所述断路器QF3的第二端连接所述交流接触器KM的第二端，所述交流接触器KM、所述断路器QF2及所述断路器QF3的线圈均连接所述控制装置(7)的第一控制信号输出端。

5.根据权利要求1所述的分级电压调节器，其特征在于，所述隔离单元(6)包括串联变压器T2、双极高压隔离开关QS、接地开关QD及断路器QF4，所述串联变压器T2的输入端为所述隔离单元(6)的输入端，所述串联变压器T2的输出端连接所述双极高压隔离开关QS的第一端，所述双极高压隔离开关QS的第二端并联在所述断路器QF4的两端，所述双极高压隔离开关QS的第一端的第一极连接所述接地开关QD的第一端，所述接地开关QD的第二端接地，所述断路器QF4串联在所述电网线路中。

6.根据权利要求1所述的分级电压调节器，其特征在于，所述控制装置(7)包括主控模块(71)、显示模块(72)、报警模块(73)、操作模块(74)、通讯模块(75)及电源模块(76)，所述主控模块(71)分别连接所述显示模块(72)、所述报警模块(73)、所述操作模块(74)、所述通讯模块(75)及所述电源模块(76)，所述主控模块(71)的控制信号输出端为所述控制装置(7)的控制信号输出端，所述主控模块(71)的电压电流信号输入端为所述控制装置(7)的检测信号输入端。