CN108306293B - 低压电能质量治理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低压配电电能质量治理实验系统，包括：高压电能计量表、配变变压器、低压电能计量表和低压电能质量治理装置；低压电能质量治理装置包括：滤波器，用于消除输电线路的中谐波；智能电容器，用于对输电线路进行无功补偿；反馈器，用于将输电线路中负载较小的相的电能补偿至输电线路中负载较大的相；数据采集测试装置，用于采集输电线路的电能质量的参数；ARM控制器，用于根据所述数据采集测试装置采集的数据控制所述滤波器、智能电容器和反馈器；其中，滤波器电性连接至输电线路，智能电容器电性连接至滤波器，反馈器电性连接至智能电容器。本发明的有益之处在于提供了一种能够有效监测电能质量问题的低压电能质量治理装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于实验测试的系统，具体涉及一种低压电能质量治理装置。
背景技术
配电智能化建设的主要目标是：开展配电自动化和配网调控一体化智能技术支持系统建设，使区域内供电可靠性、电网运行效率和电能质量得到全面提升。
而低压配电网的电能质量问题主要有无功、谐波、三相不平衡和闪变四个方面。特别无功、谐波、三相不平衡是长期存在的，不像闪变是一个突发变化，原系统基础上特别针对谐波、无功、三相不平衡采取针对性综合性治理，将对低压配电网的电能质量达到有效的治理。
低压电网大多是经10/0.4kV变压器降压后，以三相四线制向用户供电的，是三相生产用电与单相负载混合用电的供电网络。在装接单相用户时，供电部门原则上应该将单相负载均衡地分接在A、B、C三相上，但在实际工作及运行中，由于单相用户不可控的增容、大功率单相负载的接入以及单相负载用电的不同时性等因素，都造成了三相负载的不平衡，不光是有用功率的不平衡、谐波、无功每相上的情况都不同。随着电网规模的不断扩大，用户的不断增加，造成电网电能质量也越来越差，这样将直接危害到系统的安全运行,产生的谐波、无功、电流不平衡造成，对采集通信系统造成影响，占用配变变压器的功率，漏磁增加和局部过热、电网线损增大及各种保护和自动装置误动等。因此，需要一种实验测试的系统，以对低压电网进行检测。
发明内容
一种低压配电电能质量治理实验系统，包括：高压电能计量表、配变变压器、低压电能计量表和低压电能质量治理装置；高压电能计量表用于计量高压电路的电流量；配变变压器用于将高压电路中的高压电流转换为低压电路中的低压电流；低压电能计量表用于计量低压电路的电流量。
一种低压电能质量治理装置包括：滤波器，用于消除输电线路的中谐波；智能电容器，用于对输电线路进行无功补偿；反馈器，用于将输电线路中负载较小的相的电能补偿至输电线路中负载较大的相；数据采集测试装置，用于采集输电线路的电能质量的参数；ARM控制器，用于根据数据采集测试终端采集的数据控制滤波器、智能电容器和反馈器；其中，滤波器电性连接至输电线路，智能电容器电性连接至滤波器，反馈器电性连接至智能电容器。
进一步地，数据采集测试装置包括若干安装至输电线路的互感器和数据采集测试终端，互感器电性连接至数据采集测试终端，数据采集测试终端分别电性连接至滤波器、智能电容器和反馈器；ARM控制器分别与数据采集测试终端、滤波器、智能电容器和反馈器构成电性连接。
进一步地，滤波器包括：无源滤波器，无源滤波器包括：第一相无源滤波线路，包括串联的第一无源滤波电容器、第一无源滤波电感和第一无源滤波电阻；第二相无源滤波线路，包括串联的第二无源滤波电容器、第二无源滤波电感和第二无源滤波电阻；第三相无源滤波线路，包括串联的第三无源滤波电容器、第三无源滤波电感和第三无源滤波电阻；其中，第一无源滤波电容器、第一无源滤波电容器、第三无源滤波电容器分别电性连接至输电线路中第一相输电线、第二相输电线、第三相输电线；第一无源滤波电阻、第二无源滤波电阻、第三无源滤波电阻均连接至输电线路中的中性线。
进一步地，滤波器包括：有源滤波器；有源滤波器包括：四个桥臂电路、四个接线电感和一个并联电容器，四个桥臂电路以及并联电容器构成并联，桥臂电路包括有两个电子开关，桥臂电路在两个电子开关之间设有接线端，接线端通过其中一个接线电感电性连接至输电线路中的其中一相线路中或输电线路中的零线中；电子开关的控制端受到ARM控制器的控制。
进一步地，有源滤波器包括：驱动电路，用于驱动桥臂电路中的电子开关。
进一步地，电子开关的控制端电性连接至驱动电路。
进一步地，电子开关为MOSFET。
进一步地，并联电容为电解电容。
进一步地，智能电容器包括：投切开关装置，用于控制所在线路的导通或断开；保护装置，用于实现过流保护；低压自愈式电力电容器，用于进行无功补偿；无功补偿控制器，用于控制投切开关装置和保护装置。
进一步地，无功补偿控制器电性连接至互感器。
进一步地，低压自愈式电力电容器包括：三个可调式电容，三个可调式电容构成三角形连接，投切开关通过保险丝装置连接至可调式电容构成的三角形的顶点。
进一步地，低压自愈式电力电容器还包括：并联电阻，与其中一个可调式电容构成并联。
进一步地，反馈器包括：三个电流反馈装置，电流反馈装置包括一个逆变电路，逆变电路用于调整输电线路的相位；三个电子开关，电子开关电性连接至一个电流反馈装置与输电线路中的中性线；反馈控制器，用于控制电流反馈装置和电子开关。
进一步地，电子开关为双向可控硅，双向可控硅的控制端电性连接至反馈控制器。
进一步地，反馈控制器分别与三个电流反馈装置构成电性连接。
进一步地，ARM控制器包括：第一无线通讯模块，用于实现无线信号传输；有源滤波器包括：第二无线通讯模块，用于实现无线信号传输；第一无线通讯模块与第二无线通讯模块构成信号交互，第二无线通讯模块与驱动电路构成电性连接以使第一无线通讯模块发出的信号控制驱动电路。
进一步地，智能电容器包括无功补偿控制器，无功补偿控制器包括：第三无线通讯模块，用于实现无线信号传输；第一无线通讯模块与第三无线通讯模块构成无线信号传输以使ARM控制器通过无线信号控制无功补偿控制器。
进一步地，反馈器包括反馈控制器，反馈控制器包括：第四无线通讯模块，用于实现无线信号传输；第一无线通讯模块与第四无线通讯模块构成无线信号传输以使ARM控制器通过无线信号控制无功补偿控制器。
进一步地，ARM控制器包括：主控模块，用于处理数据和实现逻辑控制；GPRS模块，用于GPRS通讯并且定位ARM控制器的地理位置；感温模块，用于检测环境温度；时钟模块，用于记录时间数据；其中，主控模块与GPRS模块构成电性连接以使主控模块根据GPRS模块的地理位置中经纬度数据推测当前季节；主控模块与感温模块构成电性连接以使主控模块获知当前温度数据；主控模块与时钟模块构成电性连接以使主控模块获知当前时间数据；主控模块根据当前季节、温度数据以及当前时间数据控制开关电路以控制接入输电线路的智能电容器的数目。
进一步地，低压电能质量治理装置包括若干智能电容器；ARM控制器包括：主控模块，用于处理数据和实现逻辑控制；GPRS模块，用于GPRS通讯并且定位ARM控制器的地理位置；感温模块，用于检测环境温度；时钟模块，用于记录时间数据；其中，主控模块与GPRS模块构成电性连接以使主控模块根据GPRS模块的地理位置中经纬度数据推测当前季节；主控模块与感温模块构成电性连接以使主控模块获知当前温度数据；主控模块与时钟模块构成电性连接以使主控模块获知当前时间数据；ARM控制器包括：第一无线通讯模块，用于实现无线信号传输；无功补偿控制器包括：第三无线通讯模块，用于实现无线信号传输；第一无线通讯模块与第三无线通讯模块构成无线信号传输以使ARM控制器通过无线信号控制无功补偿控制器进而控制投切开关装置；主控模块根据当前季节、温度数据以及当前时间数据控制无功补偿控制器。
进一步地，低压电能质量治理装置还包括：蓄电池，用于为ARM控制器充电；充电电路，用于为蓄电池充电；充电电路电性连接至互感器以使互感器产生的感应电流为蓄电池充电。
进一步地，低压电能质量治理装置还包括：光伏板，用于将光能转换为电能；光伏板电性连接至充电电路以使光伏板产生电能为蓄电池充电。
进一步地，低压电能质量治理装置还包括：自充电路，用于将交流电转换为直流电；自充电路分别电性至输电线路和充电电路以使输电线路中的交流电通过充电电路为蓄电池充电。
本发明的有益之处在于：
提供了一种能够有效监测电能转换质量的低压配电电能质量治理实验系统。
附图说明
图1是本发明的低压配电电能质量治理实验系统的的一个优选实施例的示意图；
图2是图1中低压配电电能质量治理实验系统的低压电能治理装置的示意图；
图3是图1所示的方案中滤波器的示意图；
图4是图1所示的方案中智能电容器的示意图；
图5是图1所示的方案中反馈器的示意图；
图6是图1所示的方案中充电部分的示意图；
图7是图1所示的方案的扩展方案的示意图；
图8是图1所示的方案采用无线通讯时的示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种低压配电电能质量治理实验系统，包括：高压电能计量表、配变变压器、低压电能计量表和低压电能质量治理装置；高压电能计量表用于计量高压电路的电流量；配变变压器用于将高压电路中的高压电流转换为低压电路中的低压电流；低压电能计量表用于计量低压电路的电流量。
如图2至5所示低压电能质量治理装置包括：滤波器，用于消除输电线路的中谐波；智能电容器，用于对输电线路进行无功补偿；反馈器，用于将输电线路中负载较小的相的电能补偿至输电线路中负载较大的相；数据采集测试装置，用于采集输电线路的电能质量的参数；ARM控制器，用于根据数据采集测试终端采集的数据控制滤波器、智能电容器和反馈器；其中，滤波器电性连接至输电线路，智能电容器电性连接至滤波器，反馈器电性连接至智能电容器。
具体而言，数据采集测试装置包括若干安装至输电线路的互感器和数据采集测试终端，互感器电性连接至数据采集测试终端，数据采集测试终端分别电性连接至滤波器、智能电容器和反馈器；ARM控制器分别与数据采集测试终端、滤波器、智能电容器和反馈器构成电性连接。
具体而言，滤波器包括：无源滤波器，无源滤波器包括：第一相无源滤波线路，包括串联的第一无源滤波电容器、第一无源滤波电感和第一无源滤波电阻；第二相无源滤波线路，包括串联的第二无源滤波电容器、第二无源滤波电感和第二无源滤波电阻；第三相无源滤波线路，包括串联的第三无源滤波电容器、第三无源滤波电感和第三无源滤波电阻；其中，第一无源滤波电容器、第一无源滤波电容器、第三无源滤波电容器分别电性连接至输电线路中第一相输电线、第二相输电线、第三相输电线；第一无源滤波电阻、第二无源滤波电阻、第三无源滤波电阻均连接至输电线路中的中性线。
具体而言，滤波器包括：有源滤波器；有源滤波器包括：四个桥臂电路、四个接线电感和一个并联电容器，四个桥臂电路以及并联电容器构成并联，桥臂电路包括两个电子开关，桥臂电路在两个电子开关之间设有接线端，接线端通过其中一个接线电感电性连接至输电线路中的其中一相线路中或输电线路中的零线中；电子开关的控制端受到ARM控制器的控制。
具体而言，有源滤波器包括：驱动电路，用于驱动桥臂电路中的电子开关。
具体而言，电子开关的控制端电性连接至驱动电路。
具体而言，电子开关为MOSFET。
具体而言，并联电容为电解电容。
具体而言，智能电容器包括：投切开关装置，用于控制所在线路的导通或断开；保护装置，用于实现过流保护；低压自愈式电力电容器，用于进行无功补偿；无功补偿控制器，用于控制投切开关装置和保护装置。
具体而言，无功补偿控制器电性连接至互感器。
具体而言，低压自愈式电力电容器包括：三个可调式电容，三个可调式电容构成三角形连接，投切开关通过保险丝装置连接至可调式电容构成的三角形的顶点。
具体而言，低压自愈式电力电容器还包括：并联电阻，与其中一个可调式电容构成并联。
具体而言，反馈器包括：三个电流反馈装置，电流反馈装置包括一个逆变电路，逆变电路用于调整输电线路的相位；三个电子开关，电子开关电性连接至一个电流反馈装置与输电线路中的中性线；反馈控制器，用于控制电流反馈装置和电子开关。
具体而言，电子开关为双向可控硅，双向可控硅的控制端电性连接至反馈控制器。
具体而言，反馈控制器分别与三个电流反馈装置构成电性连接。
滤波器采用无源滤波器与有源滤波器相结合的方式补偿各次谐波消除线路中的谐波污染，智能电容采用智能电容跨接各相中，使用三相供补的方式对电路中无功进行补偿，消除无功占用功率的问题。反馈器采用逆变电路的原理，将负载较小的相，经过电流反馈器的逆变移向，直接将电能补充到负荷较大的相上。做到配变输出端对于有功功率的不平衡的一个治理。ARM控制器通过对滤波器、智能电容、反馈器的控制及数据采集判断对整个装置进行保护。数据采集测试终端采集电能质量的各项数据，通过GPRS网络将数据传输到主站。低压电能质量治理软件通过上传的数据进行分析处理，显示电能质量各项指标。
如图6至图8所示，ARM控制器包括：第一无线通讯模块，用于实现无线信号传输；有源滤波器包括：第二无线通讯模块，用于实现无线信号传输；第一无线通讯模块与第二无线通讯模块构成信号交互，第二无线通讯模块与驱动电路构成电性连接以使第一无线通讯模块发出的信号控制驱动电路。
具体而言，智能电容器包括无功补偿控制器，无功补偿控制器包括：第三无线通讯模块，用于实现无线信号传输；第一无线通讯模块与第三无线通讯模块构成无线信号传输以使ARM控制器通过无线信号控制无功补偿控制器。
具体而言，反馈器包括反馈控制器，反馈控制器包括：第四无线通讯模块，用于实现无线信号传输；第一无线通讯模块与第四无线通讯模块构成无线信号传输以使ARM控制器通过无线信号控制无功补偿控制器。
这样的好处是，ARM控制器可以远离滤波器、智能电容器以及反馈器从而远离恶劣的电气环境，保证ARM控制器的正常运行。
具体而言，ARM控制器包括：主控模块，用于处理数据和实现逻辑控制；GPRS模块，用于GPRS通讯并且定位ARM控制器的地理位置；感温模块，用于检测环境温度；时钟模块，用于记录时间数据；其中，主控模块与GPRS模块构成电性连接以使主控模块根据GPRS模块的地理位置中经纬度数据推测当前季节；主控模块与感温模块构成电性连接以使主控模块获知当前温度数据；主控模块与时钟模块构成电性连接以使主控模块获知当前时间数据；主控模块根据当前季节、温度数据以及当前时间数据控制开关电路以控制接入输电线路的智能电容器的数目。
具体而言，低压电能质量治理装置包括若干智能电容器；ARM控制器包括：主控模块，用于处理数据和实现逻辑控制；GPRS模块，用于GPRS通讯并且定位ARM控制器的地理位置；感温模块，用于检测环境温度；时钟模块，用于记录时间数据；其中，主控模块与GPRS模块构成电性连接以使主控模块根据GPRS模块的地理位置中经纬度数据推测当前季节；主控模块与感温模块构成电性连接以使主控模块获知当前温度数据；主控模块与时钟模块构成电性连接以使主控模块获知当前时间数据；ARM控制器包括：第一无线通讯模块，用于实现无线信号传输；无功补偿控制器包括：第三无线通讯模块，用于实现无线信号传输；第一无线通讯模块与第三无线通讯模块构成无线信号传输以使ARM控制器通过无线信号控制无功补偿控制器进而控制投切开关装置；主控模块根据当前季节、温度数据以及当前时间数据控制无功补偿控制器。
采用多个智能电容器的方案可以是管理系统在不同季节不同时间对应不同负载情况。从而在夏季或高峰用电时段获得良好的治理效果。
同时，GPRS模块可以实现地域的网格化控制器，在系统发生故障时，检修人员能够快速得知故障地点。
具体而言，低压电能质量治理装置还包括：蓄电池，用于为ARM控制器充电；充电电路，用于为蓄电池充电；充电电路电性连接至互感器以使互感器产生的感应电流为蓄电池充电。
这样一来，可以通过互感器中的互感电流为ARM控制器甚至整个管理系统供电。
具体而言，低压电能质量治理装置还包括：光伏板，用于将光能转换为电能；光伏板电性连接至充电电路以使光伏板产生电能为蓄电池充电。
具体而言，低压电能质量治理装置还包括：自充电路，用于将交流电转换为直流电；自充电路分别电性至输电线路和充电电路以使输电线路中的交流电通过充电电路为蓄电池充电。
这样可以使光能和电网自有的电能为ARM控制器供电，这样可以一直保持ARM控制器带电工作。
作为进一步优选，可以使自充电路具有变压功能，从而使自充电路直接电性连接至ARM控制器或者ARM控制器的外围电路从而直接为ARM控制器供电。
作为进一步的优选方案，低压配电电能质量治理实验系统还包括温控系统，该温控系统包括加热器和加热控制器，该加热器能够改变低压电能质量治理装置的所检测的低压侧的线路和配变变压器所处的环境温度，加热控制器用于控制加热器。
加热器包括变压器加热器和环境加热器，其中变压器加热器包括半导体制热贴片，该半导体制热贴片粘贴至配变变压器，环境加热器包括电热丝和风机，风机产生被电热丝加热的气流向线路进行输送，从而是低压电侧线路的周围温度升高。
半导体制热贴片在需要加热时能够进行加热，利用半导体PN结制热的原理，反向施加电压可以使半导体制热片对配变变压器进行制冷。同样地，关断环境加热器中电热丝的加热功能，风机可以通过吹送冷气流实现降温的作用。
作为一种优选方案，低压配电电能质量治理实验系统还包括移动控制端，该移动控制端可以是手机，平板电脑等移动设备，该移动控制端首先可以高压电能计量表和低压电能计量表以及第一至第四通讯模块构成通讯连接从而实现数据交互，移动控制端通过无线通讯可以读取各个设备所检测的数据，并对设备进行参数设备。同时移动控制端与加热控制器构成通讯连接，从而控制加热器的运行。
改变环境温度有利于模拟真实环境的温度从而收集更多实验数据从而改善治理装置的参数设置和各个设备的控制。
需要说明的是，移动控制端可以运行软件从而对自动设置不同参数进行实验。自动设置参数可以参照正交实验的方式。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种低压配电电能质量治理实验系统，其特征在于，包括：高压电能计量表、配变变压器、低压电能计量表和低压电能质量治理装置；所述高压电能计量表用于计量高压电路的电流量；所述配变变压器用于将高压电路中的高压电流转换为低压电路中的低压电流；所述低压电能计量表用于计量低压电路的电流量；
所述低压电能质量治理装置包括：
滤波器，用于消除输电线路的中谐波；
智能电容器，用于对输电线路进行无功补偿；
反馈器，用于将输电线路中负载较小的相的电能补偿至输电线路中负载较大的相；
数据采集测试装置，用于采集输电线路的电能质量的参数；
数据采集测试装置包括：若干安装至输电线路的互感器和数据采集测试终端，互感器电性连接至数据采集测试终端，数据采集测试终端分别电性连接至滤波器、智能电容器和反馈器；ARM控制器分别与数据采集测试终端、滤波器、智能电容器和反馈器构成电性连接；
ARM控制器，用于根据所述数据采集测试终端采集的数据控制所述滤波器、智能电容器和反馈器；其中，所述滤波器电性连接至输电线路，所述智能电容器电性连接至所述滤波器，所述反馈器电性连接至所述智能电容器；
ARM控制器包括：主控模块和GPRS模块，主控模块与GPRS模块构成电性连接，主控模块根据GPRS模块的地理位置中经纬度数据推测当前季节，主控模块根据当前季节、温度数据以及当前时间数据控制开关电路以控制接入输电线路的智能电容器的数目。
2.根据权利要求1所述的低压配电电能质量治理实验系统，其特征在于：所述滤波器包括：无源滤波器，所述无源滤波器包括：
第一相无源滤波线路，包括串联的第一无源滤波电容器、第一无源滤波电感和第一无源滤波电阻；
第二相无源滤波线路，包括串联的第二无源滤波电容器、第二无源滤波电感和第二无源滤波电阻；
第三相无源滤波线路，包括串联的第三无源滤波电容器、第三无源滤波电感和第三无源滤波电阻；
其中，所述第一无源滤波电容器、第一无源滤波电容器、第三无源滤波电容器分别电性连接至输电线路中第一相输电线、第二相输电线、第三相输电线；
所述第一无源滤波电阻、第二无源滤波电阻、第三无源滤波电阻均连接至输电线路中的中性线。
3.根据权利要求2所述的低压配电电能质量治理实验系统，其特征在于：所述滤波器包括：有源滤波器；所述有源滤波器包括：四个桥臂电路、四个接线电感和一个并联电容器，四个所述桥臂电路以及并联电容器构成并联，所述桥臂电路包括两个电子开关，所述桥臂电路在两个所述电子开关之间设有接线端，所述接线端通过其中一个所述接线电感电性连接至输电线路中的其中一相线路中或输电线路中的零线中；所述电子开关的控制端受到所述ARM控制器的控制。
4.根据权利要求3所述的低压配电电能质量治理实验系统，其特征在于：
所述有源滤波器包括：
驱动电路，用于驱动所述桥臂电路中的电子开关。
5.根据权利要求4所述的低压配电电能质量治理实验系统，其特征在于：
所述电子开关的控制端电性连接至所述驱动电路。
6.根据权利要求5所述的低压配电电能质量治理实验系统，其特征在于：
所述电子开关为MOSFET。
7.根据权利要求3至6任一项所述的低压配电电能质量治理实验系统，其特征在于：
所述并联电容为电解电容。
8.根据权利要求4至6任意一项所述的低压配电电能质量治理实验系统，其特征在于：
所述ARM控制器包括：第一无线通讯模块，用于实现无线信号传输；
所述有源滤波器包括：第二无线通讯模块，用于实现无线信号传输；
所述第一无线通讯模块与所述第二无线通讯模块构成信号交互，所述第二无线通讯模块与所述驱动电路构成电性连接以使所述第一无线通讯模块发出的信号控制所述驱动电路。
9.根据权利要求8所述的低压配电电能质量治理实验系统，其特征在于：
所述智能电容器包括无功补偿控制器；
所述无功补偿控制器包括：第三无线通讯模块，用于实现无线信号传输；
所述第一无线通讯模块与所述第三无线通讯模块构成无线信号传输以使所述ARM控制器通过无线信号控制所述无功补偿控制器。
10.根据权利要求9所述的低压配电电能质量治理实验系统，其特征在于：
所述反馈器包括反馈控制器；
所述反馈控制器包括：第四无线通讯模块，用于实现无线信号传输；
所述第一无线通讯模块与所述第四无线通讯模块构成无线信号传输以使所述ARM控制器通过无线信号控制所述无功补偿控制器。
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