CN108471117A - 一种提高用电系统效率的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电力系统效能管理技术领域，更具体的说是一种提高用电系统效率的装置，包括三相电力参数检测单元SIG‑E、LCD显示模块、总线通信模块、主控单元、基准接地端N、主电源输入端La、主电源输出端Lb、电压检测模块Ta、无功检测端、电能质量调整单元CR和有功功率调整单元Tb；本发明可以通过电能质量调整单元CR和有功功率调整单元Tb的控制在现有装机容量和工况不变的情况下，大幅度提高配电系统的负载能力，提高了供电系统的用电效率，并显著降低供电线路的温升，降低有功损耗；可以应用在供电系统的配电系统中或者是用电终端以起到减少谐波、优化供电系统效率、增大供电线路负载能力、降低有功损耗、提高供电系统安全性的作用。

Description

一种提高用电系统效率的装置
技术领域
本发明涉及电力系统效能管理技术领域，更具体的说是一种提高用电系统效率的装置。
背景技术
目前我国能源消耗总量呈逐年上升趋势，其中工业能源消耗量约占全国能源消耗总量的70％左右，电机又是工业领域的主要耗电终端，用电占工业用电总量的75％。
目前广泛采用在配电室变压器低压出口侧安装并联电容器，来抵消感性负载产生的无功损耗，但是不能抵消电动机供电线路的无功损耗，并且整个补偿额度需控制在较低范围内(0.9-0.95)，以免过补偿。
由于供电系统的峰谷平周期性变化和生产工艺过程的变化会发生电动机输出转矩不足或者大马拉小车现象，增大系统损耗、浪费电能、提高供电线路温升、降低系统的安全性。
在生产设备的运行过程中往往有少物料或断物料的状况发生，此时电动机工作在严重大马拉小车的状态，电能浪费巨大，此状况经常在生产过程中发生，尤其在皮带输送机械领域尤为严重。
发明内容
本发明的目的是提供一种提高用电系统效率的装置，可以通过电能质量调整单元CR和有功功率调整单元Tb的控制在现有装机容量和工况不变的情况下，大幅度提高配电系统的负载能力，提高了供电系统的用电效率，并显著降低供电线路的温升，降低有功损耗；可以应用在供电系统的配电系统中或者是用电终端以起到减少谐波、优化供电系统效率、增大供电线路负载能力、降低有功损耗、提高供电系统安全性的作用。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种提高用电系统效率的装置，包括三相电力参数检测单元SIG-E、LCD显示模块、总线通信模块、主控单元、基准接地端N、主电源输入端La、主电源输出端Lb、电压检测模块Ta、无功检测端、电能质量调整单元CR和有功功率调整单元Tb，所述主电源输入端La连接电压检测模块Ta的输入端和无功检测端，所述无功检测端的输出端连接三相电力参数检测单元SIG-E的输入端，所述基准接地端N和主电源输入端La均连接三相电力参数检测单元SIG-E的输入端，所述三相电力参数检测单元SIG-E的输出端分别连接LCD显示模块的输入端和总线通信模块的输入端，所述总线通信模块的输出端连接主控单元的输入端，所述主控单元的信号输出端分别连接电能质量调整单元CR和有功功率调整单元Tb的控制信号输入端，所述主电源输入端La和主电源输出端Lb之间设置有电能质量调整单元CR和有功功率调整单元Tb，所述有功功率调整单元Tb位于电能质量调整单元CR和主电源输出端Lb之间。
作为本技术方案的进一步优化，本发明一种提高用电系统效率的装置，所述有功功率调整单元Tb包括变压器线圈组、双路互锁接触器和隔离组件，所述变压器线圈组包括三个初级线圈和分别与三个初级线相对设置的三个次级线圈，三个初级线圈的输入端与主电源输入端La连接，三个初级线圈的输出端与主电源输出端Lb连接，三个次级线圈的一端与基准接地端N连接，三个次级线圈的另一端连接在双路互锁接触器和隔离组件之间，所述双路互锁接触器包括两个开关输入端子和两个开关输出端子，两个开关输入端子均与一个次级线圈不与基准接地端N连接的一端连接，两个开关输出端子分别连接一个初级线圈的输出端和基准接地端N，两个开关输入端子均与隔离组件的输入端连接，所述双路互锁接触器和隔离组件各设置有三个，三个隔离组件的输出端均与基准接地端N连接，所述隔离组件由多个并联的电容器组成。
作为本技术方案的进一步优化，本发明一种提高用电系统效率的装置，所述有功功率调整单元Tb的两端并连接连接有隔离开关KM，所述隔离开关KM的三个输入端分别连接主电源输入端La的三根输电线La1、La2和La3，所述隔离开关KM的三个输出端分别连接主电源输出端Lb的三根输电线Lb1、Lb2和Lb3。
作为本技术方案的进一步优化，本发明一种提高用电系统效率的装置，所述双路互锁接触器的开关输出端子与初级线圈的输出端之间设置有保险丝Ⅰ，所述双路互锁接触器的开关输入端子和开关输出端子之间均为串联的双触点开关。
作为本技术方案的进一步优化，本发明一种提高用电系统效率的装置，所述无功检测端包括三个无功检测端子，三个无功检测端子均设置有电感线圈，三个电感线圈分别包裹在主电源输入端La的三根输电线上，所述无功检测端的输出端连接采样模块SIG-E的输入端。
本发明一种提高用电系统效率的装置的有益效果为：
本发明一种提高用电系统效率的装置，可以通过电能质量调整单元CR和有功功率调整单元Tb的控制在现有装机容量和工况不变的情况下，大幅度提高配电系统的负载能力，提高了供电系统的用电效率，并显著降低供电线路的温升，降低有功损耗；可以应用在供电系统的配电系统中或者是用电终端以起到减少谐波、优化供电系统效率、增大供电线路负载能力、降低有功损耗、提高供电系统安全性的作用。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
图1是本发明的整体硬件组成示意图；
图2是本发明的整体电路原理图；
图3是本发明的有功功率调整单元电路原理图；
图4是本发明的电能质量调整单元电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
具体实施方式一：
下面结合图1、2、3和4说明本实施方式，以下描述仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制，应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项。
一种提高用电系统效率的装置，包括三相电力参数检测单元SIG-E、LCD显示模块、总线通信模块、主控单元、基准接地端N、主电源输入端La、主电源输出端Lb、电压检测模块Ta、无功检测端、电能质量调整单元CR和有功功率调整单元Tb，所述主电源输入端La连接电压检测模块Ta的输入端和无功检测端，所述无功检测端的输出端连接三相电力参数检测单元SIG-E的输入端，所述基准接地端N和主电源输入端La均连接三相电力参数检测单元SIG-E的输入端，所述三相电力参数检测单元SIG-E的输出端分别连接LCD显示模块的输入端和总线通信模块的输入端，所述总线通信模块的输出端连接主控单元的输入端，所述主控单元的信号输出端分别连接电能质量调整单元CR和有功功率调整单元Tb的控制信号输入端，所述主电源输入端La和主电源输出端Lb之间设置有电能质量调整单元CR和有功功率调整单元Tb，所述有功功率调整单元Tb位于电能质量调整单元CR和主电源输出端Lb之间；所述三相电力参数检测单元SIG-E用于实时检测电力系统的参数，提供控制所必要的数据；所述主控单元可根据三相电力参数检测单元SIG-E检测到的用电参数通过编制的控制程序控制无功单元和有功单元实现相应的逻辑控制；电能质量调整单元CR用于供电线路的谐波消减、功率因数调整以及三相不平衡调整，电抗器和电容器组成LC滤波电路，消减供电线路中含有的谐波，并调整供电线路的功率因数，分相补偿的LC电路根据检测的各相的不平衡度，进行相应的补偿控制，减小三相的不平衡状况；
所述有功功率调整单元Tb在配电侧应用时，控制目标为标准电压三相电压(3P、380V)，补偿式的变压器Tb1通过绕组实现电压过高和过低实现标准电压的调整，在控制目标电压和输入电压一致时旁路开关接通，实现标准输入输出时的零损耗；通过有功功率调整单元Tb的控制实现配电侧削峰填谷的作用，最大程度保持输出电压的稳定，为下游用电设备提供高质量的电源降低能耗；
所述有功功率调整单元Tb在负载侧(电动机)应用时，电动机的效率曲线是以最佳效率点为开口向下的抛物线的顶点，在重满负载率(≥80-100％)时的电动机效率与轻负载率(＜50％)时一样效率较低；以电动机的最佳效率点时的负载率为控制目标，依据负载功率需求调节电动机极端电压，以优化电动机工作磁通与电磁转矩，实现效率寻优，即有效降低电动机自身损耗，并避免或减少大马拉小车的工况，减少有功损耗；通过电能质量调整单元CR和有功功率调整单元Tb的控制在现有装机容量和工况不变的情况下，将大幅度提高配电系统的负载能力，提高了供电系统的用电效率，并显著降低供电线路的温升，降低有功损耗。
所述主控单元采用的控制器芯片的型号为STM32F103C8T6，所述三相电力参数检测单元SIG-E的型号为Acuvim II型三相电力检测设备，Acuvim II系列多功能网络电力仪表采用最现代的微处理器和数字信号处理技术设计而成。集合全面的三相电量测量/显示、能量累计、电力品质分析、故障报警、趋势记录、电能质量事件记录、波形记录、分时计量与网络通信于一身；Acuvim II系列产品可作为仪表单独使用，取代大量传统的模拟仪表，亦可作为电力监控系统之前端元件，用以实现远程数据采集与控制；Acuvim II系列仪表由于引入了数字信号处理技术，使得在线式的电力质量分析成为了可能。各相电压、电流的总谐波畸变率，电压波峰系数、电流系数、各次谐波分量和电压、电流不平衡度均可实时测量。
所述有功功率调整单元Tb包括变压器线圈组、双路互锁接触器和隔离组件，所述变压器线圈组包括三个初级线圈和分别与三个初级线相对设置的三个次级线圈，三个初级线圈的输入端与主电源输入端La连接，三个初级线圈的输出端与主电源输出端Lb连接，三个次级线圈的一端与基准接地端N连接，三个次级线圈的另一端连接在双路互锁接触器和隔离组件之间，所述双路互锁接触器包括两个开关输入端子和两个开关输出端子，两个开关输入端子均与一个次级线圈不与基准接地端N连接的一端连接，两个开关输出端子分别连接一个初级线圈的输出端和基准接地端N，两个开关输入端子均与隔离组件的输入端连接，所述双路互锁接触器和隔离组件各设置有三个，三个隔离组件的输出端均与基准接地端N连接，所述隔离组件由多个并联的电容器组成。
所述有功功率调整单元Tb的两端并连接连接有隔离开关KM，所述隔离开关KM的三个输入端分别连接主电源输入端La的三根输电线La1、La2和La3，所述隔离开关KM的三个输出端分别连接主电源输出端Lb的三根输电线Lb1、Lb2和Lb3；通过控制隔离开关KM断开和接通可以控制变压器Tb1的工作状态。
所述双路互锁接触器的开关输出端子与初级线圈的输出端之间设置有保险丝Ⅰ，所述双路互锁接触器的开关输入端子和开关输出端子之间均为串联的双触点开关，通过增设开关触点的方式分压，避免开关触点损坏，提高双路互锁接触器的使用寿命。
所述无功检测端包括三个无功检测端子，三个无功检测端子均设置有电感线圈，三个电感线圈分别包裹在主电源输入端La的三根输电线上，所述无功检测端的输出端连接采样模块SIG-E的输入端。
本发明的一种提高用电系统效率的装置，其工作原理为：所述三相电力参数检测单元SIG-E用于实时检测电力系统的参数，提供控制所必要的数据；所述主控单元可根据三相电力参数检测单元SIG-E检测到的用电参数通过编制的控制程序控制无功单元和有功单元实现相应的逻辑控制；电能质量调整单元CR用于供电线路的谐波消减、功率因数调整以及三相不平衡调整，电抗器和电容器组成LC滤波电路，消减供电线路中含有的谐波，并调整供电线路的功率因数，分相补偿的LC电路根据检测的各相的不平衡度，进行相应的补偿控制，减小三相的不平衡状况；所述有功功率调整单元Tb在配电侧应用时，控制目标为标准电压三相电压(3P、380V)，补偿式的变压器Tb1通过绕组实现电压过高和过低实现标准电压的调整，在控制目标电压和输入电压一致时旁路开关接通，实现标准输入输出时的零损耗；通过有功功率调整单元Tb的控制实现配电侧削峰填谷的作用，最大程度保持输出电压的稳定，为下游用电设备提供高质量的电源降低能耗；所述有功功率调整单元Tb在负载侧(电动机)应用时，电动机的效率曲线是以最佳效率点为开口向下的抛物线的顶点，在重满负载率(≥80-100％)时的电动机效率与轻负载率(＜50％)时一样效率较低；以电动机的最佳效率点时的负载率为控制目标，依据负载功率需求调节电动机极端电压，以优化电动机工作磁通与电磁转矩，实现效率寻优，即有效降低电动机自身损耗，并避免或减少大马拉小车的工况，减少有功损耗；通过电能质量调整单元CR和有功功率调整单元Tb的控制在现有装机容量和工况不变的情况下，将大幅度提高配电系统的负载能力，提高了供电系统的用电效率，并显著降低供电线路的温升，降低有功损耗。
当然，上述说明并非对本发明的限制，本发明也不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种提高用电系统效率的装置，包括三相电力参数检测单元SIG-E、LCD显示模块、总线通信模块、主控单元、基准接地端N、主电源输入端La、主电源输出端Lb、电压检测模块Ta、无功检测端、电能质量调整单元CR和有功功率调整单元Tb，其特征在于：所述主电源输入端La连接电压检测模块Ta的输入端和无功检测端，所述无功检测端的输出端连接三相电力参数检测单元SIG-E的输入端，所述基准接地端N和主电源输入端La均连接三相电力参数检测单元SIG-E的输入端，所述三相电力参数检测单元SIG-E的输出端分别连接LCD显示模块的输入端和总线通信模块的输入端，所述总线通信模块的输出端连接主控单元的输入端，所述主控单元的信号输出端分别连接电能质量调整单元CR和有功功率调整单元Tb的控制信号输入端，所述主电源输入端La和主电源输出端Lb之间设置有电能质量调整单元CR和有功功率调整单元Tb，所述有功功率调整单元Tb位于电能质量调整单元CR和主电源输出端Lb之间。
2.根据权利要求1所述的一种提高用电系统效率的装置，其特征在于：所述有功功率调整单元Tb包括变压器线圈组、双路互锁接触器和隔离组件，所述变压器线圈组包括三个初级线圈和分别与三个初级线相对设置的三个次级线圈，三个初级线圈的输入端与主电源输入端La连接，三个初级线圈的输出端与主电源输出端Lb连接，三个次级线圈的一端与基准接地端N连接，三个次级线圈的另一端连接在双路互锁接触器和隔离组件之间，所述双路互锁接触器包括两个开关输入端子和两个开关输出端子，两个开关输入端子均与一个次级线圈不与基准接地端N连接的一端连接，两个开关输出端子分别连接一个初级线圈的输出端和基准接地端N，两个开关输入端子均与隔离组件的输入端连接，所述双路互锁接触器和隔离组件各设置有三个，三个隔离组件的输出端均与基准接地端N连接，所述隔离组件由多个并联的电容器组成。
3.根据权利要求2所述的一种提高用电系统效率的装置，其特征在于：所述有功功率调整单元Tb的两端并连接连接有隔离开关KM，所述隔离开关KM的三个输入端分别连接主电源输入端La的三根输电线La1、La2和La3，所述隔离开关KM的三个输出端分别连接主电源输出端Lb的三根输电线Lb1、Lb2和Lb3。
4.根据权利要求2所述的一种提高用电系统效率的装置，其特征在于：所述双路互锁接触器的开关输出端子与初级线圈的输出端之间设置有保险丝Ⅰ，所述双路互锁接触器的开关输入端子和开关输出端子之间均为串联的双触点开关。
5.根据权利要求1所述的一种提高用电系统效率的装置，其特征在于：所述无功检测端包括三个无功检测端子，三个无功检测端子均设置有电感线圈，三个电感线圈分别包裹在主电源输入端La的三根输电线上，所述无功检测端的输出端连接采样模块SIG-E的输入端。
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