CN113644661B - 一种低压配电网末端低电压治理并联补偿装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低压配电网末端低电压治理并联补偿装置，包括整流装置和逆变装置，其中，整流装置输入侧与配电网变压器输出侧连接，将三相交流电整流成为直流电，输出侧通过单独的直流输电线缆与逆变装置输入侧连接；逆变装置输入侧通过单独的直流输电线缆与整流装置输出侧连接，将直流电逆变成为交流电，输出侧与原交流输电线缆并联连接。本发明通过交流‑直流‑交流变换技术，采用并联方式补偿原交流输电并联点前后的用户用电需求，解决大功率长距离交流输电因线路压降而造成的末端低电压问题，提升末端用户电压质量。

Description

一种低压配电网末端低电压治理并联补偿装置
技术领域
本发明涉及低压配电技术领域，尤其涉及一种低压配电网末端低电压治理并联补偿装置。
背景技术
随着我国经济的快速发展，居民生活水平的不断提高，居民用电量也随之不断增加，对配电网电能质量的要求已经成为供电公司的重要考核项点之一。但在一些较为偏僻的山区或者农村台区，由于供电半径长、传输线缆线径过细以及居民用电负荷波动而造成的末端低电压问题非常突出，末端电压无法满足国家标准中规定的供电电压偏差为标称电压的+7％和-10％要求，同时这些地区配电网的建设受地理环境以及经济水平等因素的制约，很难采取有效的措施来应对末端低电压问题。
末端低电压造成的危害显而易见，例如居民家中的电器无法正常工作，电动机难以运转，甚至会出现堵转而烧毁，居民用电需求被抑制，线路损耗增加，电力系统的稳定性下降，无法保证电力系统的长期可靠运行以及设备的正常使用，严重影响居民生活。目前针对末端低电压问题常见的治理措施包括：
1)直接改造输输电线路，增加变压器容量或数量。此种方法存在施工周期长、投入大以及成本高等问题，很难取得较好的投资回报率，并且随着居民家中大功率负载的增多，很可能由于居民用量的持续增加而再次出现低电压问题。
2)采用串补方案，通过电力电子变流技术把交流电整流为直流电，将原交流输电线路变成直流输电线路，降低线路损耗，在用户侧再通过电力电子变流技术将直流电变成交流电，此种方式可以在一定程度上解决长距离交流输电线路压降大的问题，但受限于设备容量大小，无法灵活适应用户不断增加的用电需求，并且由于采用了串联方式，会影响原线路的载波通信以及抄表等功能。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足和缺陷，提供了一种低压配电网末端低电压治理并联补偿装置，在现有交流输电线路基础上并联直流输电线路，通过电力电子变流技术，实现交流—直流—交流变换功能，通过并联方式补偿并联点前后的用户用电需求，减轻原交流输电线路的输电压力，降低长距离交流输电造成的压降，提升末端用户电压质量；采用并联补偿方式，在不改变原有输电线路的基础上，通过并联分支可以灵活补偿末端用户的用电需求，且不影响原有线路的载波抄表等功能。
为实现上述目的，本发明提出了一种低压配电网末端低电压治理并联补偿装置，包括整流装置和逆变装置，其中：
整流装置，用于将交流电整流成为直流电，为逆变装置提供直流电输入，包含低功耗工作模式及正常工作模式；
逆变装置，用于将直流电逆变成为并网交流电，通过综合判断并联点电网电压以及系统容量，实时控制并网电流，以提升电网并联点的交流电压，包含低功耗工作模式及正常工作模式。
整流装置的输入侧与配电网变压器输出侧连接，输出侧与逆变装置的输入侧连接；逆变装置的输入侧与整流装置输出侧连接，输出侧与原交流电网并联连接。
整流装置和逆变装置可以根据实际用户用电需求进行多设备并联输出，灵活配置系统容量，适应现场多功率等级用电需求。
整流装置和逆变装置可以通过判断并联点的电网电压，结合用户负荷大小和设备容量，实时补偿末端用户用电需求，以减小原交流线路的电力传输，从而提升逆变装置电网并联点前后的交流电压。
整流装置和逆变装置发生不可恢复故障时，可以自动切除与电网的连接，不会影响原交流输电线路的电力传输，避免用户停电。
整流装置和逆变装置之间可以通过多种通信方式交互状态和指令信息，实现系统联动。
进一步地，整流装置包括输入断路器、采集模块、功率模块、直流接触器、直流载波模块、无线通讯模块以及主控模块，其中：
输入断路器，控制整流装置输入电能的通断；
采集模块，完成电压、电流以及温度等信息的采样功能；
功率模块，承担交流-直流电能变换功能；
直流接触器，控制功率模块输出直流电的通断；
直流载波模块，与逆变装置通信，交互信息；
无线通讯模块，与逆变装置和其他远程设备通信，交互信息；
主控模块，作为整流装置的控制核心，实现各种控制功能；
其连接关系为，输入断路器的输入侧与装置交流电输入接口连接，输出侧与功率模块的输入侧连接，功率模块的输出侧经过直流接触器后与装置输出接口连接，主控模块与直流载波模块、无线通讯模块、采集模块以及功率模块连接，采集模块与功率模块连接，直流载波模块与装置输出接口连接。
进一步地，逆变装置包括直流载波模块、直流接触器、采集模块、功率模块、交流继电器、无线通讯模块以及主控模块，其中：
直流载波模块，与整流装置通信，交互信息；
直流接触器，控制功率模块输入直流电的通断；
采集模块，完成电压、电流以及温度等信息的采样功能；
功率模块，承担直流-交流电能变换功能；
交流继电器，控制功率模块输出交流电的通断；
无线通讯模块，与逆变装置和其他远程设备通信，交互信息；
主控模块，作为整流装置的控制核心，实现各种控制功能；
其连接关系为，直流接触器的输入侧与装置输入接口连接，输出侧与功率模块的输入侧连接，功率模块的输出侧经过交流继电器后与装置输出接口连接，主控模块与直流载波模块、无线通讯模块、采集模块以及功率模块连接，采集模块与功率模块连接，直流载波模块与装置输入接口连接。
进一步地，整流装置与逆变装置之间可以通过电力载波通信和无线通信方式交互指令与状态信息，两种通信方式相互冗余备份。
进一步地，整流装置与逆变装置可以在并联点电网电压高于电网标称电压的95％且系统输出功率低于系统额定功率的1％情况下由正常工作模式进入低功耗模式，降低系统整体损耗。
进一步地，整流装置与逆变装置可以在并联点电网电压低于电网标称电压的90％情况下由低功耗模式进入正常工作模式，整流装置通过电力电子变流技术输出直流电，并传输至逆变装置，逆变装置通过电力电子变流技术将输入直流电逆变成交流电，并进行并网输出。
进一步地，整流装置与逆变装置均可以通过设备并联的方式，灵活配置系统容量，以满足现场多功率等级用电需求。
本发明的有益技术效果：通过低压配电网末端低电压治理并联补偿装置，在现有输电线路基础上引入并联直流输电线路，通过交流-直流-交流变换技术，补偿末端用户用电需求，减小原交流线路压降，提升末端电压质量；可以根据用户用电量大小，实时调节并联补偿装置的工作模式，减小轻载工况下的设备损耗；装置安装方便，节省综合改造成本，并且不影响原有线路的载波抄表功能；可以根据实际用户需求，通过设备并联的方式，灵活选择补偿的功率大小。
附图说明
图1是本发明低压配电网末端低电压治理并联补偿装置的整体连接示意图。
图2是本发明低压配电网末端低电压治理并联补偿装置的整流装置内部结构示意图。
图3是本发明低压配电网末端低电压治理并联补偿装置的逆变装置内部结构示意图。
图4是本发明低压配电网末端低电压治理并联补偿装置的启动流程图。
图5是本发明低压配电网末端低电压治理并联补偿装置的低功耗流程图。
图6是本发明低压配电网末端低电压治理并联补偿装置的整流装置故障处理流程图。
图7是本发明低压配电网末端低电压治理并联补偿装置的逆变装置故障处理流程图。
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用以解释本发明，并不限定本发明。
本发明的一种低压配电网末端低电压治理并联补偿装置，如图1所示，包括整流装置和逆变装置，整流装置靠近变压器侧，逆变装置靠近用户侧，在变压器侧引出交流分支，作为整流装置的输入，整流装置将变压器输出的交流电整流成为直流电，并经过单独的直流输电线路传送至逆变装置，逆变装置将直流电逆变成为交流电，并在用户侧与原交流输电线路并联。
整流装置和逆变装置可以根据实际用户用电需求，来进行多设备并联输出，灵活配置系统容量，以适应现场多功率等级用电需求，并且各并联装置可以根据自身装置容量实现输出功率自适应调节。
整流装置和逆变装置在并联输出时，各并联设备之间相互冗余备份，当其中某个设备检测到自身发生故障时，该设备可以从并联设备中自动切除并停机，而不影响整个系统的输出。
整流装置内部结构如图2所示，包括输入断路器、直流载波模块、采集模块、功率模块、直流接触器、无线通讯模块以及主控模块。
输入断路器控制功率模块输入交流电的通断。
主控模块作为整流装置的控制核心，可以通过采集模块得到实时采样信息，控制功率模块的输出。
主控模块通过直流载波模块和无线通讯模块与逆变装置通讯，交互控制指令以及状态信息。
主控模块根据系统工作状态控制直流接触器的开通和关断。
采集模块采样电压、电流以及温度等实时信息，并反馈至主控模块。
功率模块承担交流—直流电能变换功能，接收主控模块的指令，将输入交流电整流成直流电。
逆变装置内部结构如图3所示，包括直流载波模块、直流接触器、采集模块，功率模块、交流继电器、无线通讯模块以及主控模块。
主控模块作为逆变装置的控制核心，可以通过采集模块得到实时采样信息，控制功率模块的输出。
主控模块可以通过直流载波模块和无线通讯模块与整流装置通讯，交互控制指令以及状态信息。
主控模块根据系统工作状态控制直流接触器和交流继电器的开通和关断。
采集模块采样电压、电流以及温度等实时信息，并反馈至主控模块。
功率模块承担直流—交流电能变换功能，接收主控模块的指令，将输入直流电逆变成交流电，并进行并网输出。
低压配电网末端低电压治理并联补偿装置的启动流程如图4所示。
当闭合整流装置的输入断路器后，整流装置上电自检。
整流装置自检通过后，闭合直流继电器，并输出维持逆变装置上电工作的最低直流电压设定值。
逆变装置上电，与整流装置交互状态，并进行系统自检。
逆变装置自检通过后，判断如果并联点电网电压低于电网标称电压的90％，则通知整流装置，整流装置将直流输出电压提高至满足正常逆变要求的电压设定值，逆变装置分别闭合直流接触器和交流继电器，并进行并网逆变输出，系统进入正常工作模式；判断如果并联点电网电压高于电网标称电压的90％，则系统维持不变，直接进入低功耗模式。
低压配电网末端低电压治理并联补偿装置可以在正常工作模式和低功耗模式之间自动切换，以降低系统损耗，如图5所示。
系统处于正常工作模式，实时检测并联点电网电压和系统输出功率。当并联点电网电压高于电网标称电压的95％且系统输出功率低于系统额定功率的1％时，逆变装置停止逆变输出，断开交流继电器，并通知整流装置。
整流装置接收到逆变装置信息后，降低输出电压至维持逆变装置上电工作的最低直流电压设定值，系统进入低功耗模式。
系统处于低功耗模式，逆变装置实时检测并联点电网电压，如果电网电压低于电网标称电压的90％，满足退出低功耗模式条件，则通知整流装置。
整流装置接收到逆变装置信息后，将输出电压提高至满足正常逆变要求的电压设定值。
逆变装置闭合交流继电器，并根据需要补偿的电网电压大小调节并网电流，进行并网逆变输出。
低压配电网末端低电压治理并联补偿装置的整流装置故障处理流程如图6所示。
当整流装置发生故障停机时，首先判断整流装置是否超过最大重启次数，如果超过最大重启次数，则整流装置断开直流接触器，进入故障停机状态；如果未超过最大重启次数，则进一步判断是否存在其他并联整流装置正在运行。
如果此时存在其他整流装置正在运行，则故障整流装置直接并机启动，否则，整流装置进入开机交互启动流程。
如果整流装置成功启动，则故障处理流程结束，否则继续判断整流装置是否超过最大重启次数，直至最终成功启动，或者超过最大重启次数而进入故障停机状态。
低压配电网末端低电压治理并联补偿装置的逆变装置故障处理流程如图7所示。
当逆变装置发生故障停机时，首先判断逆变装置是否超过最大重启次数，如果未超过最大重启次数，则逆变装置直接重新启动。
如果逆变装置成功运行，则故障处理流程结束，否则继续判断逆变装置是否超过最大重启次数，直至最终成功启动，或者超过最大重启次数。
当逆变装置超过最大重启次数时，逆变装置分别断开交流继电器和直流接触器，并进一步判断是否存在其他并联逆变装置正在运行，如果没有，则通知整流装置停止运行，整个系统进入故障停机状态，否则只有该逆变装置进入故障停机状态，系统继续保持运行状态。
上述实施例是对本发明的具体实施方式的说明，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可做出各种变换和变化以得到相对应的等同的技术方案，因此所有等同的技术方案均应归入本发明的专利保护范围。

Claims (4)

1.一种低压配电网末端低电压治理并联补偿装置，其特征在于：在现有输电线路基础上引入并联直流输电线路，通过交流-直流-交流变换技术，补偿末端用户用电需求，减小原交流线路压降，提升末端电压质量；所述并联直流输电线路包含整流装置和逆变装置；
整流装置，用于将交流电整流成为直流电，为逆变装置提供直流电输入，包含低功耗工作模式及正常工作模式；
逆变装置，包括交流继电器，用于将直流电逆变成为并网交流电，通过综合判断并联点电网电压以及系统容量，实时控制并网电流，以提升电网并联点的交流电压，包含低功耗工作模式及正常工作模式；
所述整流装置和逆变装置根据实际用户用电需求进行多设备并联输出，灵活配置系统容量，适应现场多功率等级用电需求，其中，多个整流装置并联后的输入侧与配电网变压器输出侧连接，多个整流装置并联后输出侧与多个逆变装置并联后的输入侧连接，输出侧与原交流电网并联连接；
所述并联补偿步骤如下：
系统处于正常工作模式，实时检测并联点电网电压和系统输出功率，当并联点电网电压高于电网标称电压的95%且系统输出功率低于系统额定功率的1%时，逆变装置停止逆变输出，断开交流继电器，并通知整流装置；
整流装置接收到逆变装置信息后，降低输出电压至维持逆变装置上电工作的最低直流电压设定值，系统进入低功耗模式；
系统处于低功耗模式，逆变装置实时检测并联点电网电压，如果电网电压低于电网标称电压的90%，满足退出低功耗模式条件，则通知整流装置；
整流装置接收到逆变装置信息后，将输出电压提高至满足正常逆变要求的电压设定值；
逆变装置闭合交流继电器，并根据需要补偿的电网电压大小调节并网电流，进行并网逆变输出。
2.根据权利要求1所述的一种低压配电网末端低电压治理并联补偿装置，其特征在于，所述整流装置包括输入断路器、采集模块、功率模块、直流接触器、直流载波模块、无线通讯模块以及主控模块，其中：
输入断路器，控制整流装置输入电能的通断；
采集模块，完成电压、电流以及温度等信息的采样功能；
功率模块，承担交流-直流电能变换功能；
直流接触器，控制功率模块输出直流电的通断；
直流载波模块，与逆变装置通信，交互信息；
无线通讯模块，与逆变装置和其他远程设备通信，交互信息；
主控模块，作为整流装置的控制核心，实现各种控制功能；
其中，所述输入断路器的输入侧与装置交流电输入接口连接，输出侧与所述功率模块的输入侧连接，所述功率模块的输出侧经过直流接触器后与装置输出接口连接，所述主控模块与所述直流载波模块、无线通讯模块、采集模块以及功率模块连接，所述采集模块与所述功率模块直接连接，所述直流载波模块与装置输出接口连接。
3.根据权利要求1所述的一种低压配电网末端低电压治理并联补偿装置，其特征在于，所述逆变装置包括直流载波模块、直流接触器、采集模块、功率模块、交流继电器、无线通讯模块以及主控模块，其中：
直流载波模块，与整流装置通信，交互信息；
直流接触器，控制功率模块输入直流电的通断；
采集模块，完成电压、电流以及温度等信息的采样功能；
功率模块，承担直流-交流电能变换功能；
交流继电器，控制功率模块输出交流电的通断；
无线通讯模块，与逆变装置和其他远程设备通信，交互信息；
主控模块，作为整流装置的控制核心，实现各种控制功能；
其中，所述直流接触器的输入侧与装置输入接口连接，输出侧与功率模块的输入侧连接，所述功率模块的输出侧经过交流继电器后与装置输出接口连接，所述主控模块与所述直流载波模块、无线通讯模块、采集模块以及功率模块连接，所述采集模块与所述功率模块直接连接，所述直流载波模块与装置输入接口连接。
4.根据权利要求1所述的一种低压配电网末端低电压治理并联补偿装置，其特征在于，所述整流装置与逆变装置之间可以通过电力载波通信和无线通信方式交互指令与状态信息，两种通信方式相互冗余备份。
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