CN112467587A - 移动式变电站 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种移动式变电站，连接市电端和用户端，移动式变电站包括移动车、变压器，移动车车厢内分隔为低压室、变电室和高压室，变压器设置在变电室内，市电端设置在高压室内，用户端，设置在低压室内，变压器包括一次端和二次端，一次端连接市电端，二次端连接用户端。移动式变电站还包括无功相位角检测模块和无功补偿模块，无功补偿模块包括电容模组和可调电感，电容模组和可调电感分别并联在二次端上，无功相位角检测模块安装在二次端的总路上，无功相位角检测模块检测总路功率因数值并将信号传递给可调电感，可调电感调整自身电感值使得二次端总路功率因数趋向1。

Description

移动式变电站

技术领域

本发明涉及供电输送领域，具体是一种移动式变电站。

背景技术

变电站是电力系统中非常重要的一部分，现有技术中，大部分变电站是混凝土修建的箱式变电站，修建周期长，投入使用慢。

在一些场合下，例如远离市区的地域施工工地、大型活动的高负荷用电而当地的变电站的容量又不够用，或者某一处变电站故障后，需要修理而又不能及时地修理完毕需要辅助变电站来作为临时变电用，在这些场合，都需要一种可以用于连接市电与用户端的变电装置，既要快速响应并到位工作，又要变电可靠安全。

发明内容

本发明的目的在于提供一种移动式变电站，以解决现有技术中的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种移动式变电站，连接市电端和用户端，移动式变电站包括移动车、变压器，移动车车厢内分隔为低压室、变电室和高压室，变压器设置在变电室内，市电端设置在高压室内，用户端，设置在低压室内，变压器包括一次端和二次端，一次端连接市电端，二次端连接用户端。

市电端接入10kV、0.4kV的市政电网电压，根据使用场所下具体能够获得的一次侧11电压，选配合适降压比的变压器，也可以通过变压器自身的模块化组合连接方式，适应不同的降压比，用户端输出220V的两相电或380V的三相电，本移动式变电站作为末级的变电装置，主要用于户外场合的大用电量场合以及用于移动发电机组与用户端的隔离，例如远离市区的偏远地域的施工工地，有时取用附近电网的电力，有时通过发电机组供电，通过发电机组供电时，例如柴油发电机组发电，一比一地经由本移动式变电站传递给用户，隔离开发电机组与用户侧负载，保护发电机组。移动式变电站建立在移动车上，可以方便地转移位置。

进一步的，移动式变电站还包括无功相位角检测模块和无功补偿模块，无功补偿模块包括电容模组和可调电感，电容模组和可调电感分别并联在二次端上，无功相位角检测模块安装在二次端的总路上，无功相位角检测模块检测总路功率因数值并将信号传递给可调电感，可调电感调整自身电感值使得二次端总路功率因数趋向1。

用户用电时，常常会有很多的无功功率，无功功率来自于用电设备上的一些感性负载，常见的如电动机就带有较大的感性负载，电机其工作原理就是利用磁场作用进行做功，所以很多的感性负载无法避免，这些感性负载并不消耗功率，无功功率与电阻式消耗的有功功率矢量相加后，作为视在功率在电网上传递，虽然用户端只消耗掉有功功率，但是无功功率的存在使得电网总功率的一部分被占有，从而无法被用于其他的用电场所，而且，无功电流在在电路上流转时，电路自身带有微小电阻，产生热量，从而也会产生少量的能量损耗，在无功电流较大时，这样的损耗也较大，评价无功功率与有功功率的比例时存在功率因数这一参数，功率因数等于有功功率与视在功率的比值，当功率因数接近1时，即说明无功功率被抵消了，感性负载无法避免，但可以抵消，现有技术中一般通过并联电容来进行，感性电流的相位角滞后阻性电流相位角90度，而容性电流则超前90度，通过在电感负载处并联上等值的电容负载，从而电流总路上只存在电阻电流，功率因数成为1。本发明通过无功相位角检测模块获取总路上的功率因数，当功率因数因为用户端的负载量变化而发生变化后，调整可调电感使其与负载相匹配，使得总路功率因数重新成为1，按前述，用户端除开电阻性负载外大部分是感性复杂，而本发明通过预先在二次端上并联上超额的电容，成为容性电流，然后通过调整可调电感的电感量将电容模组超出的电容量抵消，因为电容模组的电容容量大小不方便连续地调整，所以选取电感作为连续调整的对象，使得电路上总功率因数能够非常接近1。

进一步的，可调电感包括铁芯、交流线圈、励磁线圈和直流回路，交流线圈、励磁线圈分别套设在铁芯上，交流线圈的两端并联上二次端，励磁线圈作为直流回路的一部分，直流回路通过改变电源电压或改变电路上的电阻值改变励磁线圈中的电流大小，直流回路接收无功相位角检测模块传递过来的调整信号。

可调电感的电感值连续变化是通过改变励磁电流来实现的，交流线圈并联进二次端电网作为一个感性负载，其中央所设置的铁芯上所发散的磁力线的饱和程度会影响交流线圈的电感值，而铁芯的磁力线饱和程度通过励磁线圈来改变，励磁线圈上通入直流电，直流电可以很方便地通过改变电压或电路上的电阻来改变电流大小。运行过程上：直流回路从无功相位角检测模块获取信号，改变自身电流大小，影响铁芯磁性，更改交流线圈的电感值使其与二次端上的其他负载相匹配，将二次端上的功率因数变成1，从而只从市电端上获取必要的功率，完全消除不必要的无功功率，功率因数就地补偿的效果最大化。

进一步的，无功相位角检测模块包括电压互感器、电流互感器、第一运放Y1、第二运放Y2、三极管S、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5，三极管S基极连接第二运放Y2输出端，三极管S集电极连接第一运放Y1正向输入端，三极管S发射极接地，第五电阻R5一端连接第二运放Y2输出端、一端接地，第二运放Y2正向输入端接地，第一运放Y1负向输入端连接第一电阻R1，第一运放Y1正向输入端连接第二电阻R2，第一电阻R1和第二电阻R2各自的另一端相连接成为公共端，第一运放Y1负向输入端还通过第三电阻R3连接在其自身的输出端上，第一运放Y1负向输入端还通过第四电阻R4接地，电压互感器并联在二次端上获取用户端上总路的电压信号u0，信号u0加载至第二运放Y2负向输入端，电流互感器设置在二次端火线上获取用户端上总路的总电流信号ux，信号ux加载至第一电阻R1和第二电阻R2的公共端上，第一运放Y1输出端所输出的测量信号uf传递给可调电感。

不考虑补偿时，二次端电压u0作为原始驱动电压，其电流波动曲线作为参考线，交流电是正弦变化的，通过电流互感器所检测到的总路电流是若干负载的电流叠加，电流被电流互感器获取后通过电阻转换为一个等比例的电平信号ux，其基本的变化曲线也是一条正弦曲线，其在相位上滞后u0的度数为θ角，θ的余弦即为电路中的功率因数，u0和ux分别进入无功相位角检测模块的处理器中，u0作为参考信号加载在第二运放Y2上，第二运放Y2是一反向放大器，u0为高电平时，第二运放Y2输出端为低电平，三极管S截止，第一运放Y1的负向输入端通过R4接地，第一运放Y1作为正向放大器使用，uf与ux同向，当u0为低电平时，第二运放Y2输出端为高电平，三极管S导通，第一运放Y1的正向输入端优先接地，第一运放Y1作为反向放大器使用， uf与ux反向，

在具体值上：设ux的有效电平为Ux，则：

其中：

A1为Y1作为正向放大器时的放大系数，A1=R3/R4+1；

A2为Y1作为反向放大器时的放大系数，A2=R3/R1；

为了后续计算方便与统一，调配R1、R3、R4的阻值完全可以使得A1=A2，统一为放大系数A；

将uf傅里叶分解展开并整理，可得：

ux和u0相位差角θ的余弦为功率因数，uf包含直流量

和若干交流变化量，其平均值

中就包含着功率因数，故可用uf来测定二次端总路上的功率因数，功率因数获得后，调配可调电感，使得功率因数cosθ重新为1。

作为优化，移动车还包括散热风扇，低压室和高压室上部设置通风口，散热风扇安装在低压室和高压室其中一个的通风口上并向外鼓风。散热风扇和通风口为内部电气部件提供散热保障。

作为优化，低压室和高压室上部的通风口外设有防雨罩。防雨罩防止雨水进入车厢内。

作为优化，低压室靠近移动车的驾驶室、高压室远离移动车的驾驶室。高压室相对低压室重量较大，散热需求更高，且危险性更高，让它远离驾驶室，防止与驾驶室产生不必要的一些电磁干扰。

作为优化，电容模组为可拆式，移动车内存放若干容量相异的电容模组。电容模组的容量应大于用户端的感性负载并留出小范围的调节余量成为可调电感的调节范围，如果电容模组超过用户端的量较多则可能可调电感的调节范围不够，而少了的话，则不能完善地提供容性负载从而使总路上的功率因数无法达到1，所以配置多种规格的电容模组以便进行容量更换与组合。

作为优化，移动车车厢上部设置避雷针，移动车底部设置伸缩式接地柱。装置的接地可以直接使用市电端上的地线，但进一步的让移动车外表进行接地，可以更保险地进行漏电保护等行为。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明将变电站设置到一可移动的车上，从而方便在任何地方提供变电服务；通过功率因数检测与无功补偿，可以抵消掉用户端的无功功率，最大程度降低本负载处对于电网负荷的占用，只消耗必须的有功功率；通过过量并联的电容以及连续可调的电感，可以精确地调配二次端上所有负载总和的功率因素使其等于1；电感的调节通过直流形式的励磁线圈与铁芯、交流线圈相配合的方式，电感大小调节精确，灵敏度高，且无需介入交流电路中，不存在电感火花等状况。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明的外形示意图；

图2为本发明的电路原理图；

图3为图2中的视图A；

图4为本发明无功相位角检测模块的电路原理图；

图5为本发明信号u0、ux、uf的波形图。

图中：1-变压器、11-一次端、12-二次端、3-电压互感器、4-电流互感器、5-电容模组、6-可调电感、61-铁芯、62-交流线圈、63-励磁线圈、64-直流回路、9-移动车、91-低压室、92-变电室、93-高压室、94-散热风扇、95-防雨罩、100-市电端、200-用户端。

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。

如图1所示，一种移动式变电站，连接市电端100和用户端200，移动式变电站包括移动车9、变压器1，移动车9车厢内分隔为低压室91、变电室92和高压室93，变压器1设置在变电室92内，市电端100设置在高压室93内，用户端200，设置在低压室91内，变压器1包括一次端11和二次端12，一次端11连接市电端100，二次端12连接用户端200。

市电端100接入10kV、0.4kV的市政电网电压，根据使用场所下具体能够获得的一次侧11电压，选配合适降压比的变压器1，也可以通过变压器1自身的模块化组合连接方式，适应不同的降压比，用户端200输出220V的两相电或380V的三相电，本移动式变电站作为末级的变电装置，主要用于户外场合的大用电量场合以及用于移动发电机组与用户端的隔离，例如远离市区的偏远地域的施工工地，有时取用附近电网的电力，有时通过发电机组供电，通过发电机组供电时，例如柴油发电机组发电，一比一地经由本移动式变电站传递给用户，隔离开发电机组与用户侧负载，保护发电机组。移动式变电站建立在移动车9上，可以方便地转移位置。

移动式变电站还包括无功相位角检测模块和无功补偿模块，无功补偿模块包括电容模组5和可调电感6，电容模组5和可调电感6分别并联在二次端12上，无功相位角检测模块安装在二次端12的总路上，无功相位角检测模块检测总路功率因数值并将信号传递给可调电感6，可调电感6调整自身电感值使得二次端12总路功率因数趋向1。

用户用电时，常常会有很多的无功功率，无功功率来自于用电设备上的一些感性负载，常见的如电动机就带有较大的感性负载，电机其工作原理就是利用磁场作用进行做功，所以很多的感性负载无法避免，这些感性负载并不消耗功率，无功功率与电阻式消耗的有功功率矢量相加后，作为视在功率在电网上传递，虽然用户端只消耗掉有功功率，但是无功功率的存在使得电网总功率的一部分被占有，从而无法被用于其他的用电场所，而且，无功电流在在电路上流转时，电路自身带有微小电阻，产生热量，从而也会产生少量的能量损耗，在无功电流较大时，这样的损耗也较大，评价无功功率与有功功率的比例时存在功率因数这一参数，功率因数等于有功功率与视在功率的比值，当功率因数接近1时，即说明无功功率被抵消了，感性负载无法避免，但可以抵消，现有技术中一般通过并联电容来进行，感性电流的相位角滞后阻性电流相位角90度，而容性电流则超前90度，通过在电感负载处并联上等值的电容负载，从而电流总路上只存在电阻电流，功率因数成为1。本发明通过无功相位角检测模块获取总路上的功率因数，当功率因数因为用户端200的负载量变化而发生变化后，调整可调电感6使其与负载相匹配，使得总路功率因数重新成为1，按前述，用户端200除开电阻性负载外大部分是感性复杂，而本发明通过预先在二次端12上并联上超额的电容，成为容性电流，然后通过调整可调电感6的电感量将电容模组5超出的电容量抵消，因为电容模组5的电容容量大小不方便连续地调整，所以选取电感作为连续调整的对象，使得电路上总功率因数能够非常接近1。

如图3所示，可调电感6包括铁芯61、交流线圈62、励磁线圈63和直流回路64，交流线圈62、励磁线圈63分别套设在铁芯61上，交流线圈62的两端并联上二次端12，励磁线圈63作为直流回路64的一部分，直流回路64通过改变电源电压或改变电路上的电阻值改变励磁线圈63中的电流大小，直流回路64接收无功相位角检测模块传递过来的调整信号。

可调电感6的电感值连续变化是通过改变励磁电流来实现的，交流线圈62并联进二次端12电网作为一个感性负载，其中央所设置的铁芯61上所发散的磁力线的饱和程度会影响交流线圈62的电感值，而铁芯61的磁力线饱和程度通过励磁线圈63来改变，励磁线圈63上通入直流电，直流电可以很方便地通过改变电压或电路上的电阻来改变电流大小。运行过程上：直流回路64从无功相位角检测模块获取信号，改变自身电流大小，影响铁芯61磁性，更改交流线圈62的电感值使其与二次端12上的其他负载相匹配，将二次端12上的功率因数变成1，从而只从市电端100上获取必要的功率，完全消除不必要的无功功率，功率因数就地补偿的效果最大化。

如图2、4所示，无功相位角检测模块包括电压互感器3、电流互感器4、第一运放Y1、第二运放Y2、三极管S、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5，三极管S基极连接第二运放Y2输出端，三极管S集电极连接第一运放Y1正向输入端，三极管S发射极接地，第五电阻R5一端连接第二运放Y2输出端、一端接地，第二运放Y2正向输入端接地，第一运放Y1负向输入端连接第一电阻R1，第一运放Y1正向输入端连接第二电阻R2，第一电阻R1和第二电阻R2各自的另一端相连接成为公共端，第一运放Y1负向输入端还通过第三电阻R3连接在其自身的输出端上，第一运放Y1负向输入端还通过第四电阻R4接地，电压互感器3并联在二次端12上获取用户端200上总路的电压信号u0，信号u0加载至第二运放Y2负向输入端，电流互感器4设置在二次端12火线上获取用户端200上总路的总电流信号ux，信号ux加载至第一电阻R1和第二电阻R2的公共端上，第一运放Y1输出端所输出的测量信号uf传递给可调电感6。

不考虑补偿时，图2中，二次端12电压u0作为原始驱动电压，其电流波动曲线作为参考线，如图5所示，交流电是正弦变化的，通过电流互感器4所检测到的总路电流是若干负载的电流叠加，电流被电流互感器4获取后通过电阻转换为一个等比例的电平信号，其基本的变化曲线也是一条正弦曲线，如图5所示的ux，其在相位上滞后u0的度数为θ角，θ的余弦即为电路中的功率因数，u0和ux分别进入无功相位角检测模块的处理器中，u0作为参考信号加载在第二运放Y2上，如图4所示的连接中，第二运放Y2是一反向放大器，u0为高电平时，第二运放Y2输出端为低电平，三极管S截止，第一运放Y1的负向输入端通过R4接地，第一运放Y1作为正向放大器使用，uf与ux同向，当u0为低电平时，第二运放Y2输出端为高电平，三极管S导通，第一运放Y1的正向输入端优先接地，第一运放Y1作为反向放大器使用，uf与ux反向，u0、ux、uf的代表性波形图，

在具体值上：设ux的有效电平为Ux，则：

其中：

A1为Y1作为正向放大器时的放大系数，A1=R3/R4+1；

A2为Y1作为反向放大器时的放大系数，A2=R3/R1；

为了后续计算方便与统一，调配R1、R3、R4的阻值完全可以使得A1=A2，统一为放大系数A；

将uf傅里叶分解展开并整理，可得：

ux和u0相位差角θ的余弦为功率因数，uf包含直流量

和若干交流变化量，其平均值

中就包含着功率因数，故可用uf来测定二次端12总路上的功率因数，功率因数获得后，调配可调电感6，使得功率因数cosθ重新为1。

如图1所示，移动车9还包括散热风扇94，低压室91和高压室93上部设置通风口，散热风扇94安装在低压室91和高压室93其中一个的通风口上并向外鼓风。散热风扇94和通风口为内部电气部件提供散热保障。

低压室91和高压室93上部的通风口外设有防雨罩95。防雨罩95防止雨水进入车厢内。

低压室91靠近移动车9的驾驶室、高压室93远离移动车9的驾驶室。高压室93相对低压室91重量较大，散热需求更高，且危险性更高，让它远离驾驶室，防止与驾驶室产生不必要的一些电磁干扰。

电容模组5为可拆式，移动车9内存放若干容量相异的电容模组5。电容模组5的容量应大于用户端200的感性负载并留出小范围的调节余量成为可调电感6的调节范围，如果电容模组5超过用户端200的量较多则可能可调电感6的调节范围不够，而少了的话，则不能完善地提供容性负载从而使总路上的功率因数无法达到1，所以配置多种规格的电容模组5以便进行容量更换与组合。

移动车9车厢上部设置避雷针，移动车9底部设置伸缩式接地柱。装置的接地可以直接使用市电端100上的地线，但进一步的让移动车9外表进行接地，可以更保险地进行漏电保护等行为。

本发明的简要使用过程是：将外界的一次电源或电网接入市电端100，将用户侧的负载接入用户端200，电压互感器3和电流互感器4获取二次端12上的电压、电流的大小与相位，经由无功相位角检测模块处理后成为控制信号uf，uf传递至可调电感6中，从uf中的直流分量提取功率因数，调节可调电感6的电感大小，使得功率因数重新回归1，从市电端100上取用的功率始终没有无功功率。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (2)

1.一种移动式变电站，连接市电端（100）和用户端（200），其特征在于：所述移动式变电站包括移动车（9）、变压器（1），所述移动车（9）车厢内分隔为低压室（91）、变电室（92）和高压室（93），所述变压器（1）设置在变电室（92）内，所述市电端（100）设置在高压室（93）内，所述用户端（200），设置在低压室（91）内，所述变压器（1）包括一次端（11）和二次端（12），所述一次端（11）连接市电端（100），所述二次端（12）连接用户端（200）；

所述移动式变电站还包括无功相位角检测模块和无功补偿模块，所述无功补偿模块包括电容模组（5）和可调电感（6），所述电容模组（5）和可调电感（6）分别并联在二次端（12）上，所述无功相位角检测模块安装在二次端（12）的总路上，无功相位角检测模块检测总路功率因数值并将信号传递给可调电感（6），可调电感（6）调整自身电感值使得二次端（12）总路功率因数趋向1；

所述无功相位角检测模块包括电压互感器（3）、电流互感器（4）、第一运放Y1、第二运放Y2、三极管S、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5，所述三极管S基极连接第二运放Y2输出端，三极管S集电极连接第一运放Y1正向输入端，三极管S发射极接地，所述第五电阻R5一端连接第二运放Y2输出端、一端接地，所述第二运放Y2正向输入端接地，所述第一运放Y1负向输入端连接第一电阻R1，第一运放Y1正向输入端连接第二电阻R2，所述第一电阻R1和第二电阻R2各自的另一端相连接成为公共端，所述第一运放Y1负向输入端还通过第三电阻R3连接在其自身的输出端上，第一运放Y1负向输入端还通过第四电阻R4接地，所述电压互感器（3）并联在二次端（12）上获取用户端（200）上总路的电压信号u0，信号u0加载至第二运放Y2负向输入端，所述电流互感器（4）设置在二次端（12）火线上获取用户端（200）上总路的总电流信号ux，信号ux加载至第一电阻R1和第二电阻R2的公共端上，所述第一运放Y1输出端所输出的测量信号uf传递给可调电感（6）；

所述低压室（91）靠近移动车（9）的驾驶室、高压室（93）远离移动车（9）的驾驶室；

所述移动车（9）车厢上部设置避雷针，所述移动车（9）底部设置伸缩式接地柱。

2.根据权利要求1所述的一种移动式变电站，其特征在于：所述电容模组（5）为可拆式，移动车（9）内存放若干容量相异的电容模组（5）。

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