CN107689633A - 低压三相不平衡调节设备及其供电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明专利公开了低压三项不平衡调节设备及其供电系统，其低压三相不平衡调节设备包括中央控制装置，中央控制装置的输入端与三相电量仪电连接，三相电量仪并联接入电网；中央控制装置分别连接有DSP芯片、用于驱动三相调节单元的驱动模块和通讯模块，三相调节单元包括若干个并联接入电网的分调单元，分调单元由主接触器K、LC滤波器及8个开关模块四桥臂组成，主接触器K与所述驱动模块电连接，临近变压器的分调单元内的LC滤波器性能大于剩余分调单元内的LC滤波器性能；该低压三相不平衡调节设备及其供电系统可对变压器及低配二次侧电网运进行实时监控，降低三相不平衡时带来的电压偏移，减少无功电流损耗，提高功率因数。

Description

低压三相不平衡调节设备及其供电系统
技术领域
本发明专利电力领域，具体涉及一种低压三相不平衡调节设备及其供电系统。
背景技术
在低压配电网中，三相电的不平衡电流是普遍存在的，城市民用电网及农用电网中由于大量单相负荷的存在，三相间的电流不平衡现象尤为严重。供电系统中三相间的电流不平衡时，不平衡的电流会增加线路及变压器的铜损，增加变压器的铁损，降低变压器的出力甚至影响变压器的安全运行，造成三相电压不平衡因而降低供电质量，甚至会影响电能表的精度而造成计量损失。
发明内容
本发明专利的目的是提供一种结构新颖，能够有效地提高电能质量和功率因素，改善三相不平衡，具有较高可靠性和稳定性的低压三相不平衡调节设备及其供电系统。
为解决上述技术问题，本发明专利提供一种低压三相不平衡调节设备，其包括中央控制装置，中央控制装置的输入端与三相电量仪电连接，三相电量仪并联接入电网，用于实时监测电网信号；中央控制装置分别连接有用于信号处理的DSP芯片、用于驱动三相调节单元的驱动模块和用于与监控终端进行无线通信的通讯模块，三相调节单元包括若干个并联接入电网的分调单元，分调单元由主接触器K、LC滤波器及8个开关模块四桥臂组成，主接触器K与所述驱动模块电连接，临近变压器的分调单元内的LC滤波器性能大于剩余分调单元内的LC滤波器性能。
进一步地，分调单元与电网的连接线路上连接有缺相保护器QX，缺相保护器QX与中央控制装置控制连接。
进一步地，分调单元与电网的连接线路上连接有防雷装置MOV，防雷装置MOV与中央控制装置控制连接。
进一步地，LC滤波器内的电抗器L为可调的超微晶磁环材料电抗器。
进一步地，LC滤波器内的电容C为可调的隔膜超级电容。
进一步地，分调单元为4个。
一种供电系统，其包括由配电变压器接入至用户的三相四线输电线以及低压三相不平衡调节设备，低压三相不平衡调节设备并联在三相四线输电线中；三相四线输电线包括缆芯和外护套，缆芯和外护套之间设有包裹缆芯的阻水带，缆芯包括整体呈十字交叉排布的三根绝缘铜芯相线和一根绝缘铜芯中性线。
进一步地，绝缘铜芯中性线的外侧靠阻水带的位置分布有一根松套光纤管和多根聚丙烯填充绳。
本发明专利的有益效果为：该低压三相不平衡调节设备及其供电系统具有较快的响应特性，无机械磨损，速度快(毫秒级)；既可以断续调节，也可以连续调节被控系统参数，提高系统暂态稳定性和动态品质；分调单元可进行分配控制，实现谐波治理和三相有功及无功补偿的分配控制，有效地改善了电能质量，提高功率因素，改善三相不平衡，具有较高的可靠性和稳定性；对变压器及低配二次侧电网运行进行实时监控，降低三相不平衡时带来的绕组铜损耗和电压偏移，同时防止中性线过热造成变压器中线烧毁；通过缺相保护器QX对电网电压进行过压、欠压和缺相保护，通过防雷装置MOV对该系统及负载侧进行防雷保护。
附图说明
图1示意性的给出了低压三相不平衡调节设备的结构示意图。
图2示意性的给出了供电系统的三相四线输电线的结构示意图。
其中：1、外护套；2、阻水带；3、绝缘铜芯相线；4、绝缘铜芯中性线；5、松套光纤管；6、聚丙烯填充绳。
具体实施方式
下面将结合本发明专利实施例中的附图，对本发明专利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专利一种实施例，而不是全部的实施例。基于本发明专利中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明专利的保护范围。
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图及具体实施例，对本申请作进一步地详细说明。
在以下描述中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”、“示例”等等的引用表明如此描述的实施例或示例可以包括特定特征、结构、特性、性质、元素或限度，但并非每个实施例或示例都必然包括特定特征、结构、特性、性质、元素或限度。另外，重复使用短语“根据本申请的一个实施例”虽然有可能是指代相同实施例，但并非必然指代相同的实施例。
为简单起见，以下内容中省略了该技术领域技术人员所公知的技术常识。
根据本申请的一个实施例，提供一种低压三相不平衡调节设备，如图1所示，该低压三相不平衡调节设备包括中央控制装置，中央控制装置的输入端与三相电量仪电连接，三相电量仪并联接入电网，用于实时监测电网信号；中央控制装置分别连接有DSP芯片、驱动模块和通讯模块；其中，DSP芯片用于信号处理，对所述三相电量仪输出的信号进行处理；驱动模块用于驱动三相调节单元，进而实现对三相不平衡的调节；通讯模块用于与监控终端进行无线通信。
在具体实施中，该低压三相不平衡调节设备装配与低压配电网上，通过三相电量仪完成对电网中电压、电流、功率因素及无功功率有效值的实时监测，并将测量到的信号传输给中央控制装置，接着传递至DSP芯片内进行信号处理。
本实施例中的DSP芯片采用美国微芯公司(MICROCHIP)的DSPIC30F系列，MICROCHIP公司DSPIC30F系列的DSP的体系结构专门为功率变换电路而设计，是5V供电的DSP芯片，具有较高的抗干扰性，每秒两千万条以上的指令处理速度；DSPIC30F系列采用高性能的静态CMOS技术，30MIPS的执行速度使得指令周期缩小到33ns，提高了实时控制能力。
其片内具有高达64K字的FLASH程序存储器，高达1.5K的数据/程序RAM，和两个事件管理器模块EVA和EVB，它们能够实现：三相PWM对称和非对称波形；三个捕获单元；硬件SVPWM发生电路；看门狗定时器模块WDT；串行通信接口和控制器局域网CAN模块等；DSP芯片具有16个模拟输入通道，16个通道可以同时进行同步采样和转换，能够快速地计算出电网低压侧的三相瞬时无功电流、三相不平衡瞬时电流、三相谐波电流等各种电网参数，具体处理过程也属于现有公知常规技术，在此不再赘述。
中央控制装置读取DSP输出的数据，并通过通讯模块完成现场及远程通讯，使监控终端能够现场实时监控变压器、设备及电网运行数据等信息；同时控制驱动模块驱动三相调节单元，执行驱动任务；其具有较快的响应特性，无机械磨损，速度快(毫秒级)；既可以断续调节，也可以连续调节被控系统的参数，对系统暂态稳定性、动态品质的提高是有益的；优选中央控制装置为型号为Core-i7-860CPU，具体的控制方法也属于现有公知技术，在此不再赘述。
该低压三相不平衡调节设备的三相调节单元包括若干个并联接入电网的分调单元，分调单元由主接触器K、LC滤波器及8个开关模块四桥臂组成，主接触器K与所述驱动模块电连接，临近变压器的分调单元内的LC滤波器性能大于剩余分调单元内的LC滤波器性能。
在具体实施中，通过三相调节单元平衡电网中的三相不对称负荷，进行无功补偿及谐波污染治理；其中分调单元中的后三个桥臂用于补偿交流配电网中正序和负序谐波电流，第四臂主要用于调节交流配电网中的中线电流，LC滤波器用于滤除谐波，通过分调单元完成三相不平衡谐波电流的滤除和三相不平衡有功及无功电流的补偿。
临近变压器的分调单元内的LC滤波器性能大于剩余分调单元内的LC滤波器性能，使临近变压器的分调单元主要用来滤除高频谐波，保护变压器不受谐波危害；剩余分调单元主要用于平衡三相不对称电流和无功补偿，保证变压器二次测三相电流平衡；在具体实施中，分调单元可进行分配控制，实现谐波治理和三相有功及无功补偿的分配控制，有效地改善了电能质量，提高功率因素，改善了三相不平衡，具有较高的可靠性和稳定性。
在实际实验中，本发明专利的无功电流输出可在很大电压变化范围内恒定，在电压低时仍能提供较强的无功支撑，并且可从感性到容性全范围内连续调节，使得其无功输出相当于同容量传统装置的1.4～2倍；在配电网中，将本发明专利安装在某些特殊负荷附近，可以显著地改善负荷与公共电网连接点处的电能质量。
该低压三相不平衡调节设备可对变压器及低配二次侧电网运行数据进行监控并及时上传数据；降低零线电流带来的变压器附加铁损；降低三相不平衡时带来的绕组铜损耗；降低三相不平衡时带来的电压偏移；减少无功电流损耗，提高功率因数；防止中性线过热造成变压器中线烧毁，保证变压器安全运行，进而提高变压器的使用寿命。
根据本申请的一个实施例，分调单元与电网的连接线路上连接有缺相保护器QX，缺相保护器QX与中央控制装置控制连接；当三相电路中某一线路或多线路存在过压、欠压、缺相时，缺相保护器QX检测到异常信号时，传递信息给中央控制装置，并控制驱动装置驱动主接触器K断开；其具备软硬件双重保护功能，当电网电压过压、欠压、缺相时，快速停止工作，确保系统安全。
根据本申请的一个实施例，分调单元与电网的连接线路上连接有防雷装置MOV，防雷装置MOV与中央控制装置控制连接，通过防雷装置MOV对该系统及负载侧进行防雷保护。
根据本申请的一个实施例，LC滤波器内的电抗器L为可调的超微晶磁环材料电抗器，该电抗器L由耐高温材料铁心绕制而成，经久耐用，安全可靠。
根据本申请的一个实施例，LC滤波器内的电容C为可调的隔膜超级电容，具有较高的电化学稳定性。
根据本申请的一个实施例，分调单元为4个，在不增加耗材的情况下，能高效地滤除3次、9次等谐波电流；降低三相不平衡时带来的电压偏移；减少无功电流损耗，提高功率因数。
本发明专利还提供一种供电系统，该供电系统包括由配电变压器接入至用户的三相四线输电线以及上述的低压三相不平衡调节设备，低压三相不平衡调节设备并联在三相四线输电线中。
如图2所示，三相四线输电线包括缆芯和外护套1，缆芯和外护套1之间设有包裹缆芯的阻水带2，缆芯包括整体呈十字交叉排布的三根绝缘铜芯相线3和一根绝缘铜芯中性线4，减小了传输损耗，提高了系统的稳定性和安全性。
进一步地，绝缘铜芯中性线4的外侧靠阻水带2的位置分布有一根松套光纤管5和多根聚丙烯填充绳6，该三相四线输电线既可以给用户提供供电服务，又可以提高光纤宽带信息服务，减少了网络建设成本、方便了施工、简化了线路。
应该说明的是，驱动模块、通讯模块、缺相保护器QX和防雷装置MOV的具体电路结构为现有公知技术，在此不再赘述在此不再赘述。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明专利。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将使显而易见的，本文所定义的一般原理可以在不脱离发明专利的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明专利将不会被限制与本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖性特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.低压三项不平衡调节设备及其供电系统，其特征在于：所述中央控制装置的输入端与三相电量仪电连接，所述三相电量仪并联接入电网，用于实时监测电网信号；所述中央控制装置分别连接有用于信号处理的DSP芯片、用于驱动三相调节单元的驱动模块和用于与监控终端进行无线通信的通讯模块，所述三相调节单元包括若干个并联接入电网的分调单元，所述分调单元由主接触器K、LC滤波器及8个开关模块四桥臂组成，所述主接触器K与所述驱动模块电连接，临近所述变压器的所述分调单元内的LC滤波器性能大于剩余所述分调单元内的LC滤波器性能。
2.根据权利要求1所述的低压三项不平衡调节设备及其供电系统，其特征在于：所述分调单元与电网的连接线路上连接有缺相保护器QX，所述缺相保护器QX与所述中央控制装置控制连接。
3.根据权利要求1所述的低压三项不平衡调节设备及其供电系统，其特征在于：所述分调单元与电网的连接线路上连接有防雷装置MOV，所述防雷装置MOV与所述中央控制装置控制连接。
4.根据权利要求1所述的低压三项不平衡调节设备及其供电系统，其特征在于：所述LC滤波器内的电抗器L为可调的超微晶磁环材料电抗器。
5.根据权利要求1所述的低压三项不平衡调节设备及其供电系统，其特征在于：所述LC滤波器内的电容C为可调的隔膜超级电容。
6.根据权利要求1所述的低压三项不平衡调节设备及其供电系统，其特征在于：所述分调单元为4个。
7.低压三项不平衡调节设备及其供电系统，其特征在于：包括由配电变压器接入至用户的三相四线输电线以及权利要求1~6任一项所述的低压三相不平衡调节设备，所述低压三相不平衡调节设备并联在三相四线输电线中；所述三相四线输电线包括缆芯和外护套，所述缆芯和外护套之间设有包裹缆芯的阻水带，所述缆芯包括整体呈十字交叉排布的三根绝缘铜芯相线和一根绝缘铜芯中性线。
8.根据权利要求7所述低压三项不平衡调节设备及其供电系统，其特征在于：所述绝缘铜芯中性线的外侧靠阻水带的位置分布有一根松套光纤管和多根聚丙烯填充绳。
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