CN201966617U - 带有以电压为判据的控制器、复合开关的支线电压调节装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种带有以电压为判据的控制器、复合开关的支线电压调节装置，包括核心控制器和复合开关，特点为所述核心控制器依据所采集的三相交流电压及参数进行分析计算，同时核心控制器根据分析计算结果对投切开关控制模块发出控制指令使相应复合开关动作调节相应的电容器投入；当无功电源输出的无功功率大于无功负荷及网络中损耗时，此时核心控制器控制减少电容器投入；当无功电源发出的无功功率小于无功负荷及网络中的损耗时，此时核心控制器控制增加电容器投入；当无功电源发出的无功功率与无功负荷及网络中的损耗平衡或基本平衡时，此时核心控制器控制电容器维持当前状态不变。实现了自动跟踪输入电压变化，实现各支线电压的合理化调节。

Description

带有以电压为判据的控制器、复合开关的支线电压调节装置

技术领域：

本实用新型涉及一种支线电压调节装置，尤其涉及一种带有以电压为判据的控制器、复合开关的支线电压调节装置。

背景技术：

对于电力企业，降损节能和提高电能质量是一直追求的目标。农村电网由于线路长、线损大、负荷分布广、分支线多，用电负荷随昼夜、季节变化较大的特点，尤其是部分偏远地区，存在一定数量供电半径超过国家规定的远距离支线线路，末端电压难以保证，功率因数达不到要求，线损严重。随着我国经济的飞速发展，广大农村用户对用电质量要求越来越高，提高电能质量迫在眉睫。

目前调整线路电压的措施有：调节励磁电流以改变发电机端电压、适当选择变压器的变比、改变线路的参数、改变无功功率的分布等。

调整同步电动机的励磁电流。在铭牌规定值的范围内适当调整同步电动机的励磁电流，使其超前或滞后运行，就能产生超前或滞后的无功功率，从而达到改善网络负荷的功率因数和调整电压偏差的目的。但在实际中若由发电机发出大量的无功电源，不但降低发电机的效率，同时，发电机端的电压也将抬高，而且也增加了大量的功率损耗。

改变变压器的变比，调整输出电压。由于调压变压器并不能改变无功需求平衡状态，如果无功功率缺额较大时，为保持电压水平，有载调压变压器动作，电压暂时上升，将无功功率缺额全部转嫁到主网，从而使主网电压逐渐下降，严重时可能引发系统电压崩溃。而若是无载调压变压器，还需断电操作，不便实际应用。

发明内容：

本实用新型的目的在于，针对上述调整电压方式的缺点，提供一种将以电压为判据的带有以电压为判据的核心控制器、复合开关的支线电压调节装置；可应用于电力降损节能和提高电能质量的应用。实现了自动跟踪输入电压变化，从而控制无功功率的补偿与有功功率的适当平衡以实现各支线电压的合理化调节。

本实用新型的目的是这样实现的，所述的带有以电压为判据的控制器、复合开关的支线电压调节装置，包括电压调节装置的壳体、核心控制器和复合开关，其结构特点为核心控制器(1)包括主控MCU、三相交流电压参数采集模块和投切开关控制模块，所述的主控MCU分别与三相交流电压参数采集模块、投切开关控制模块、数据查询存储模块和人机界面以及无线通讯模块连接，投切开关控制模块连接复合开关。

本实用新型的目的还可以通过以下技术方案实现的，所述的带有以电压为判据的控制器、复合开关的支线电压调节装置，其特点为A相线、B相线、C相线、N零线四根电线从 进线口拉进到核心控制器和断路器，其中A相线、B相线、C相线、N零线四根导线到核心控制器和断路器是并联连接；断路器连接到复合开关，复合开关接到电容器，电容器包括星接电容器和角接电容器，其中用于分相补偿改善分相电压值的星接电容器，其两端分别接复合开关对应相的出线、N零线；用于相间平衡补偿改善各相电压均衡化状况的角接电容器，其两端分别接复合开关相邻相的进线、出线；同时核心控制器有复数个控制信号线分别连接到相应的复合开关。所述的带有以电压为判据的控制器、复合开关的支线电压调节装置，其特点为所述的三相交流电压参数采集模块包括电能计量芯片和信号处理电路，通过信号处理电路将输入的三相电压调理后送入电能计量芯片内做精确模拟数字转换及计算，再将结果定时传送给主控MCU；所述的投切开关控制模块包括光耦隔离电路、移位逻辑芯片和达林顿管驱动电路，投切开关控制模块能将主控MCU发出的逻辑控制信号转换为具有驱动能力的复合开关控制信号，以输出控制信号控制各复合开关动作；所述数据查询存储模块用于对各种实时与历史运行数据进行存储；所述人机界面模块是作为使用者进行设置参数、手动控制、及查询的各种实时与历史运行数据的人机界面；所述的无线通讯模块包含GPRS通讯和433无线通讯，通过GPRS通讯和主站系统进行交互；通过433无线通讯和无线手持机对接交互。所述的带有以电压为判据的控制器、复合开关的支线电压调节装置，其特点为所述的核心控制器接出导线到温控器和排气扇，所述的核心控制器、复合开关、电容器、断路器、进线口、温控器集成在电压调节装置的壳体内实现无缝连接。

本实用新型的优点：

本实用新型以电压为判据，自动跟踪输入电压变化，实现了就地进行无功功率补偿，能及时调整补偿量。无功负荷的变化在电网各级系统中均产生电压偏差，它是产生电压偏差的源，因此，就地进行无功功率补偿，及时调整补偿量，从源上解决问题，是改善电压的最有效的措施。

传统的无功补偿电压调节需要在各相上安装电流CT，通过采集各相电流量或无功功率、功率因素等来作为无功调整动作的依据，这样既增加了电流CT的成本投资，同时不管是停电安装或者是选用开口CT，CT的现场安装都是极其不方便。本实用新型由于把以电压为判据的控制器、复合开关、电容器、断路器、进线口、温控器集成在支线电压调节装置中实现无缝连接。这样既实现了无功补偿功能，并且区别于传统的以功率因素或无功功率作为投切判据的控制方式，而是以电压为参考，控制电容器的投切补偿动作，从而控制无功功率的消长流动，达到改善线路电压的目的。因而克服了传统无功补偿需要加装电流CT的不便及成本缺点，具有更好的使用价值。

本实用新型还具有一定的有功负荷调整能力，能改善各相有功负荷不平衡度，使各相电压相应得到均衡化调节。

本实用新型还集成采用无线手持机与调节箱构成一体化系统，方便使用者进行设置参数、手动控制、及获取调节箱的各种实时与历史运行数据。

本实用新型在功能及操作性能上做出了创新，以电压为参考控制无功调整来改善电压 质量，减少CT成本及安装不便；增加了线路各相电压均衡化调节功能；采用无线手持机人机接口，极大方便系统的操作维护。整个系统结构新颖合理，性能可靠，解决了支线电压调节的难题。

附图说明：

图1是本实用新型的核心控制器接线示意图。

图2是本实用新型的总体示意图。

图3为本实用新型的原理框图。

图4为本实用新型与外部的主站系统连接的原理框图。

图5为本实用新型的流程框图。

图6为本实用新型的核心控制器内部结构原理图。

具体实施方式：

下面结合附图和实施例对本实用新型的核心控制器接线示意图和工作原理及工作过程进行详细说明：

如图1所示，本实用新型所述的核心控制器接线示意图，本实用新型创造依据的原理是：其核心控制器1采集的是A、B、C三相交流电压及参数，采集的数据经核心控制器分析计算，同时核心控制器根据分析计算结果对投切开关控制模块发出控制指令使相应复合开关动作调节相应的星接电容器和角接电容器。其中星接电容器根据电力系统中无功功率平衡对电压的影响原理来控制电容器投切动作，改善线路电压。当无功电源输出的无功功率大于无功负荷及网络中损耗时，负荷侧的电压就偏高，此时控制减少电容器投入；当无功电源发出的无功功率小于无功负荷及网络中的损耗时，负荷侧的电压就偏低，此时控制增加电容器投入；当无功电源发出的无功功率与无功负荷及网络中的损耗基本平衡时，负荷侧的电压处于正常范围，此时控制电容器(电容器包括星接电容器9和角接电容器10)维持当前状态不变。角接电容是对线路各相电压进行采集分析，通过对跨接在相线间电容作用的矢量分解，控制相线间电容器(电容器包括星接电容器和角接电容器)的合理配置投切，对各相有功负荷的不平衡进行合理的调整。经过调整后，使得原本负荷重电压偏低的相，负荷部分减轻电压获得提高；亦使得原本负荷轻电压偏高的相，负荷部分增大，电压偏高得到改善。从而，线路上各相有功负荷不平衡度得到改善，各相的电压相应得到均衡化调节。

如图2所示，本实用新型所述实施例的总体示意图。主要组成有电压调节装置的壳体、核心控制器1，复合开关2，电容器3(电容器3包括星接电容器9和角接电容器10)，断路器4，进线口5，温控器6，排气扇7，无线手持机8。

其中核心控制器1包括主控MCU、三相交流电压参数采集模块和投切开关控制模块，核心控制器1是以电压为判断依据，同时核心控制器1还可以发送控制指令对复合开关2进行投切控制。当复合开关2投切时使电容器3作用、即可以改善线路电压质量并对各相电压均衡化调节，其中星接电容器改善线路电压质量、角接电容对各相电压均衡化调节作用。其中断路器4为空开保护作用，当电流超出安全值会引起自动断开保护。其中进线口5为外接电源线，温控器6为温度控制模块，当温度控制模块侦测到温度超过设定值时驱 动排气扇7工作，排气扇7在箱子通风口处起到降温作用。无线手持机8方便使用者进行设置参数、手动控制、及获取调节箱的各种实时与历史运行数据。这样，解决了使用者不易直接靠近箱体操作的不便，同时提高了现场操作人员的安全因素。操作人员通过手持机，在箱体50米附近范围内，可以现场抄读观察各实时数据，也可以很方便的现场设置参数或控制调节器运行状态。

结合图1、图2所示的结构，本实用新型实施例的总体示意图是这样连接的：进线口5拉进A、B、C、N四根电线到核心控制器1和断路器4，其中A、B、C、N四根导线到核心控制器1和断路器4是并联连接。断路器4连接到复合开关2，复合开关2接到电容器3，作为电气的主路。电容器3包括星接电容器和角接电容器，其中星接电容器用于分相补偿改善分相电压值，其两端分别接复合开关对应相的出线、N线；角接电容用于相间平衡补偿改善各相电压均衡化状况，其两端分别接复合开关相邻相的进线、出线。同时核心控制器1有若干控制信号线分别连接到各复合开关以便控制各开关。另外，核心控制器1接出一条电压为12V的导线到温控器6和排气扇7为其供电。

如图3所示，本实用新型的原理框图。具体各部件模块及功能如下：

1)主控MCU：采用现有市售产品，完成传输与控制、对采集的三相交流电压参数进行分析与计算，对复合开关投切控制发出指令操作，这些指令操作程序为一般技术人员能实现的。

2)三相交流电压参数采集模块：它包括电能计量芯片和信号处理电路，电能计量芯片作为电压计量使用，信号处理电路的作用是将输入的A、B、C三相电压调理成当输入到电能计量芯片内能做精确模拟数字转换及计算的信号，此部分采用了专业的电能计量芯片，通过信号处理电路将输入的三相电压调理后送入电能计量芯片内做精确模拟数字转换及计算，再将结果定时传送给主控MCU。

3)投切开关控制模块：此模块由光耦隔离电路、移位逻辑芯片、达林顿管驱动电路等部分构成，将主控MCU发出的逻辑控制信号转换为具有驱动能力的复合开关控制信号，以便输出控制信号控制各复合开关。所述的光耦隔离电路、移位逻辑芯片、达林顿管驱动电路为一般技术人员能实现的技术。

4)数据查询存储：此模块对各种实时与历史运行数据进行存储及查询，可以采用各类存储介质。

5)人机界面：此模块是使用者进行设置参数、手动控制、及查询调节箱的各种实时与历史运行数据，可以采用触摸屏。

6)无线通讯模块：此模块包含GPRS通讯和433无线通讯。通过GPRS通讯和主站进行交互。通过433无线通讯和无线手持机对接交互。从而实现远程或本地遥控、遥调、遥测等功能。

7)工作电源：交流220V作为电源输入，经过电源模块转换成多路直流电压供各电路模块使用。其中：主控MCU、数据存储器、无线通讯模块、人机界面工作电压3.3V，三相交流电压参数采集模块工作电压5V，投切开关控制模块工作电压12V。

如图6所示，核心控制器1包括主控MCU、三相交流电压参数采集模块和投切开关控制模块，A相线、B相线、C相线、N零线接入三相交流电压参数采集模块后，通过其信号处理电路调理后送入电能计量芯片。主控MCU通过SPI通信总线控制电能计量芯片(三相交流电压参数采集芯片)对该信号做精确模拟数字转换及计算，精确模拟数字转换及计算为一般技术人员能实现的，以便获得A、B、C三相电压基本均衡或不均衡，以及各相电压偏低或偏高等信息。再通过SPI通信总线将A、B、C三相电压基本均衡或不均衡，以及各相电压偏低或偏高等结果信息定时传送给主控MCU。主控MCU再经过均衡及补偿调整算法，均衡及补偿调整算法为一般技术人员能实现的技术，计算出合适的电容配置策略形成相应的逻辑控制信号，具体控制情况详见下段的具体应用叙述(如图5所示，在实际线路中……)；主控MCU计算出的合适的电容配置策略由I/O口发出逻辑控制信号，经由投切开关控制模块转换为具有驱动能力的复合开关控制信号，以便输出控制各复合开关，如复合开关K1、K4、K7等或更多星接、角接电容的复合开关通断，以投切合适的星接、角接电容器个数。从而控制无功功率的补偿与有功功率的适当平衡以实现各相线电压的合理化调节，达到改善线路电压质量的目的。数据存储器用来存储各种实时、历史运行数据，以便供外界(如主站、手持机)或主控MCU查询使用数据。人机界面模块包括显示、按键等功能，通过I/O控制线连接到主控MCU，实现响应用户各种设置、控制、查询按键功能，及通过显示界面显示操作结果或各类信息。主控MCU通过GPRS通讯和主站进行交互，或通过433无线通讯和无线手持机对接交互，从而提供了无线远程设置、控制、查询等功能。其中电源对各个模块进行不间断的供电。

如图5所示，在实际线路中当A、B、C三相电压基本均衡，但都偏低时，即当三相交流电压参数采集模块采集输入的A、B、C三相电压后，发现三相电压基本均衡但电压偏低，并把此结果信息定时传送给主控MCU。主控MCU再经过均衡及补偿调整算法，计算出合适的电容配置策略形成相应的逻辑控制信号，即分析计算各电压偏低程度得出各相需要投入的具体电容量，经由投切开关控制模块转换为具有驱动能力的复合开关控制信号，然后通过输出接口发出逻辑控制信号KZn等，逻辑控制信号KZn等触使复合开关K1、K2、K3或更多星接电容器的复合开关闭合，以投入合适的星接电容器9个数，通过适合个数的星接电容器达到实现无功需量补偿，使各相电压获得提升，图中C1、C2、C3为电容。这样就实现分相补偿改善分相电压值，达到改善线路电压质量。(这是本实用新型的星接电容器的工作实现例子)

在实际线路中，当三相交流电压参数采集模块采集A、B、C三相电压不均衡明显，如A相相对偏高、B相相对中等、C相相对偏低。此结果信息定时传送给主控MCU，主控MCU根据采集输入的A相、B相、C相的三相电压后，分析了该不均衡状况，根据均衡及补偿调整算法，计算出合适的电容配置策略形成相应的逻辑控制信号，即计算得出角接电容器9和星接电容器10的配置对策，由投切开关控制模块转换为具有驱动能力的复合开关控制信号，然后通过输出接口发出逻辑控制信号KXn、KYn、KZn等，使得复合开关K6、K9或更多相应的角接电容复合开关闭合，以投入合适的相应角接电容器个数，从而实现将C相有功负荷部分相对转移至A相，使得C相相对减轻有功负荷，电压获得一定提升改善；A 相相对增加有功负荷，电压偏高程度得到减小。同时，对于C相或B相等，若电压仍偏低，主控MCU会根据电压状况，继续计算后输出控制合适个数的星接电容器投入的信号，发出指令控制开关K2、K3或更多合适个数的星接电容的复合开关闭合，以投入合适的星接电容器个数，实现无功需量补偿，使C相或B相电压得到继续升高改善。同理，若A相电压仍偏高，主控MCU经过计算后会发出该路星接电容器切出的控制信号，控制开关K1或更多相应该路的复合开关断开，以切出该路星接电容器，减少该路投入的无功量，达到减小该路电压的目的。这样先实现平衡补偿改善各相电压均衡化状况，然后再根据实际情况确定是否继续分相补偿改善分相电压值，最终达到改善线路电压质量。图中C3、C4、C5、C7、C8、C9为电容；K4、K5、K6、K7、K8、K9为复合开关。(这是本实用新型的星接电容器和角接电容器同时使用的工作实现例子)

本实用新型的工作原理：

具体应用情况：本实用新型的带有以电压为判据的控制器、复合开关的支线电压调节装置通过对进线口进来的三相交流电的采集在数据查询存储器中存储后，核心控制器以电压为判断依据进行分析及计算，再发出指令控制复合开关对电容器进行投切动作，从而改善线路电压质量并对各相电压均衡化调节。把现场设置的参数、控制调节器运行状态、各类历史数据，通过433无线通讯与无线手持机对接交互，或者通过GPRS无线通讯与主站进行交互。这样方便管理。

如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示，本实用新型采用核心控制器以输入电压为参考进行改善线路电压的方法，包括如下步骤1)核心控制器以输入电压为参考，结合线路历史运行数据，根据无功功率平衡对电压的影响来控制电容器投切动作；2)当无功电源输出的无功功率大于无功负荷及网络中损耗时，负荷侧的电压就偏高，此时控制减少电容器投入；3)当无功电源发出的无功功率小于无功负荷及网络中的损耗时，负荷侧的电压就偏低，此时控制增加电容器投入；4)当无功电源发出的无功功率与无功负荷及网络中的损耗基本平衡时，负荷侧的电压处于正常范围，此时控制电容器维持当前状态不变。

所述核心控制器根据对线路各相电压进行采集分析，通过对跨接在相线间电容作用的矢量分解，控制相线间电容器的合理配置投切，对各相有功负荷的不平衡进行合理的调整；经过调整后，使得原本负荷重电压偏低的相，负荷部分减轻电压获得提高；亦使得原本负荷轻电压偏高的相，负荷部分增大，电压偏高得到改善；线路上各相有功负荷不平衡度得到改善，各相的电压相应得到均衡化调节。

所述的核心控制器1包括主控MCU、三相交流电压参数采集模块和投切开关控制模块，A相线、B相线、C相线、N零线与三相交流电压参数采集模块连接，通过三相交流电压参数采集模块的信号处理电路调理后送入电能计量芯片；主控MCU通过SPI通信总线控制电能计量芯片对该信号做精确模拟数字转换及计算，以获得A相、B相、C相的三相电压基本均衡或不均衡，以及各相电压偏低或偏高等信息；再通过SPI通信总线将A相、B相、C相的三相电压基本均衡或不均衡，以及各相电压偏低或偏高等结果信息传送给主控MCU；主控MCU经过均衡及补偿调整计算，计算出相应个数的电容配置策略形成相应的逻辑控制信号；主控MCU计算出的相应个数的电容配置策略由I/O口发出逻辑控制信号，经由投切 开关控制模块转换为具有驱动能力的复合开关控制信号，输出复合开关控制信号控制各复合开关，复合开关投切相应个数的星接电容器、角接电容器、控制无功功率的补偿与有功功率的平衡；使得原本负荷重、电压偏低的相，负荷部分减轻电压获得提高；亦使得原本负荷轻、电压偏高的相，负荷部分增大，电压偏高得到改善；线路上各相有功负荷不平衡度得到改善，各相的电压相应得到均衡化调节。

本实用新型将核心控制器、复合开关、电容器、断路器、进线口、温控器集成在本实用新型的电压调节装置的壳体内实现无缝连接；采用无线手持机8与本实用新型的电压调节装置无线连接构成一体化系统，方便使用者进行设置参数、手动控制及获取本实用新型的电压调节装置的各种实时与历史运行数据、现场抄读观察各实时数据，也可以很方便地通过无线手持机现场设置参数或通过无线手持机控制本实用新型的电压调节装置运行状态；通过无线手持机与电脑串口连接，将历史数据上传到主站系统里进行决策分析。

Claims (4)

1.一种带有以电压为判据的控制器、复合开关的支线电压调节装置，包括电压调节装置的壳体、核心控制器和复合开关，其特征在于：核心控制器(1)包括主控MCU、三相交流电压参数采集模块和投切开关控制模块，所述的主控MCU分别与三相交流电压参数采集模块、投切开关控制模块、数据查询存储模块和人机界面以及无线通讯模块连接，投切开关控制模块连接复合开关。

2.根据权利要求1所述的带有以电压为判据的控制器、复合开关的支线电压调节装置，其特征在于：A相线、B相线、C相线、N零线四根电线从进线口(5)拉进到核心控制器(1)和断路器(4)，其中A相线、B相线、C相线、N零线四根导线到核心控制器和断路器(4)是并联连接；断路器(4)连接到复合开关(2)，复合开关(2)接到电容器(3)，电容器(3)包括星接电容器和角接电容器，其中用于分相补偿改善分相电压值的星接电容器，其两端分别接复合开关对应相的出线、N零线；用于相间平衡补偿改善各相电压均衡化状况的角接电容器，其两端分别接复合开关相邻相的进线、出线；同时核心控制器(1)有复数个控制信号线分别连接到相应的复合开关。

3.根据权利要求1或2所述的带有以电压为判据的控制器、复合开关的支线电压调节装置，其特征在于：所述的三相交流电压参数采集模块包括电能计量芯片和信号处理电路，通过信号处理电路将输入的三相电压调理后送入电能计量芯片内做精确模拟数字转换及计算，再将结果定时传送给主控MCU；所述的投切开关控制模块包括光耦隔离电路、移位逻辑芯片和达林顿管驱动电路，投切开关控制模块能将主控MCU发出的逻辑控制信号转换为具有驱动能力的复合开关控制信号，以输出控制信号控制各复合开关动作；所述数据查询存储模块用于对各种实时与历史运行数据进行存储；所述人机界面模块是作为使用者进行设置参数、手动控制、及查询的各种实时与历史运行数据的人机界面；所述的无线通讯模块包含GPRS通讯和433无线通讯，通过GPRS通讯和主站系统进行交互；通过433无线通讯和无线手持机对接交互。

4.根据权利要求2所述的带有以电压为判据的控制器、复合开关的支线电压调节装置，其特征在于：所述的核心控制器(1)接出导线至温控器(6)和排气扇(7)，所述的核心控制器、复合开关、电容器、断路器、进线口、温控器集成在电压调节装置的壳体内实现无缝连接。

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