CN203261033U - 电压无功统一调节器 - Google Patents

Abstract

一种电压无功统一调节器，包括串联变压器、第一反并联晶闸管组、第二反并联晶闸管组、并联变压器、无功补偿模块和协调控制单元；所述串联变压器、第一反并联晶闸管组、第二反并联晶闸管和并联变压器一起组成电压调节模块；无功补偿模块实现无功的调节，协调控制单元协调运行电压调节模块和无功补偿模块。上述电压无功统一调节器制造成本低且难度较小，可靠性高，同时，结构简单，单个装置可以实现多种功能，可通过改变并联变压器的绕组数以及反并联晶闸管组数增加电压的补偿档位，从而提高补偿精度。

Description

电压无功统一调节器

技术领域

本实用新型涉及配电网使用的电路装置领域，特别是涉及一种电压无功统一调节器。

背景技术

城乡配网低压台区由220/380V供电网络构成，是电能主要的消费终端之一。根据对电压运行数据的分析，低压台区电压质量存在较大的问题，是供电企业收到投诉数最多、直接影响客户满意度的环节，特别是在经济、技术、设备和管理均较为落后的县局。

导致低压台区电压质量不合格的因素有很多。根据调研结果，影响电压质量的因素主要包括10kV接入点电压不合格、配变分接头设置不合理、功率因数过低、台区供电半径过大等方面，其中既有管理方面的欠缺，也有技术方面的不足。虽然通过部分管理手段，如加强低压台区巡视、加快低压设备消缺等，可在一定程度上提升电压质量。但是，由于基层人力资源有限，以人海战术实现提高电压质量的目标存在较大的困难。

一般采用的电能质量调节装置，例如动态电压补偿器、无功补偿器等虽然调节精度高，响应速度快，但是单台成本过于昂贵，并且结构和控制算法复杂，可靠性低，不适合在城乡配电网推广使用。

实用新型内容

基于此，有必要针对目前电压调节器结构复杂成本较高的问题，提供一种结构简单且成本较低的电压无功统一调节器和协调控制单元。

一种电压无功统一调节器，包括串联变压器、第一反并联晶闸管组、第二反并联晶闸管组、并联变压器和无功补偿模块；

所述串联变压器的输入端连接所述第一反并联晶闸管组输出端，第一反并联晶闸管组输入端连接所述第二反并联晶闸管组的输出端，第二反并联晶闸管组的输入端连接所述并联变压器的输出端，所述并联变压器的输入端连接所述无功补偿模块的输出端;所述串联变压器、第一反并联晶闸管组、第二反并联晶闸管和并联变压器一起组成电压调节模块；无功补偿模块实现无功的调节，协调控制单元协调运行电压调节模块和无功补偿模块。

在其中一个实施例中，所述的电压无功统一调节器，所述第一反并联晶闸管组包括第一反并联晶闸管和第二反并联晶闸管，所述第二反并联晶闸管组包括第三反并联晶闸管、第四反并联晶闸管、第五反并联晶闸管、第六反并联晶闸管；

所述第一反并联晶闸管和第二反并联晶闸管的输入端共同连接所述第三反并联晶闸管和所述第四反并联晶闸管的输出端，所述第一反并联晶闸管和第二反并联晶闸管的输出端分别连接所述串联变压器中原边绕组的两个非公共引出端子，所述第三反并联晶闸管的输入端连接所述并联变压器副边绕组的第一端子，所述第四反并联晶闸管的输入端连接所述第五反并联晶闸管的输出端，所述第四反并联晶闸管和所述第五反并联晶闸管的共同连接端点连接所述并联变压器副边绕组的第二端子，所述第五反并联晶闸管的输入端连接所述第六反并联晶闸管的输出端，所述第五反并联晶闸管和所述第六反并联晶闸管的共同连接端点连接所述串联变压器中原边绕组的公共引出端子，所述第六反并联晶闸管输入端连接所述并联变压器中副边绕组的第三端子。

在其中一个实施例中，所述的电压无功统一调节器，所述串联变压器为降压变压器，所述并联变压器中原边绕组与副边各绕组的电压变比小于1。

在其中一个实施例中，所述的电压无功统一调节器，还包括连接在所述串联变压器副边绕组两个引出端子之间的旁路晶闸管。

在其中一个实施例中，所述的电压无功统一调节器，所述无功补偿模块包括至少一个电容器和一对反并联晶闸管。

在其中一个实施例中，所述的电压无功统一调节器，所述协调控制单元为通过控制策略对反并联晶闸管进行控制的协调控制单元。

上述电压无功统一调节器，所述串联变压器的输入端连接所述第一反并联晶闸管组输出端，第一反并联晶闸管组输入端连接所述第二反并联晶闸管组的输出端，第二反并联晶闸管组的输入端连接所述并联变压器的输出端，所述并联变压器的输入端连接所述无功补偿模块的输出端。通过对第一反并联晶闸管组中反并联晶闸管的导通与关断控制，可以控制补偿电压的方向，通过对第二反并联晶闸管中反并联晶闸管的通断控制，可以控制补偿电压的大小，从而对电网偏高或者偏低的电压进行全面补偿，改变并联电容组的数量实现无功多级补偿。上述电压无功统一调节器其全部采用晶闸管、变压器、电容器等低成本器件，并且尽量减少了晶闸管的使用数量，使得系统成本降低，且均为低压常规部件，制造难度较小，可靠性高，同时，结构简单，单个装置可以实现多种功能，可通过改变并联变压器的绕组数以及反并联晶闸管组数增加电压的补偿档位，从而提高补偿精度。

附图说明

图1为本实用新型图电压无功统一调节器其中一种实施例的模块连接图；

图2为本实用新型图电压无功统一调节器其中一种实施例的结构示意图；

图3为本实用新型图电压无功统一调节器与电网连接的其中一种实施例的连接图；

图4为本实用新型图电压无功统一调节器另一种具体实施例的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种电压无功统一调节器，包括串联变压器110、第一反并联晶闸管组120、第二反并联晶闸管组130、并联变压器140、无功补偿模块150和协调控制单元160；

所述串联变压器110的输入端连接所述第一反并联晶闸管组120输出端，所述第一反并联晶闸管组120输入端连接所述第二反并联晶闸管组130的输出端，第二反并联晶闸管组130的输入端连接所述并联变压器140的输出端,协调控制160协调控制整个装置；所述串联变压器110、第一反并联晶闸管组120、第二反并联晶闸管130和并联变压器140一起组成电压调节模块170；无功补偿模块150实现无功的调节，协调控制单元160协调运行电压调节模块和无功补偿模块150。

在本实施例中，第一反并联晶闸管组120中反并联晶闸管的导通与关断控制，可以控制补偿电压的方向，第二反并联晶闸管组130的反并联晶闸管数量由并联变压器140的副边绕组的组数决定，通过对第二反并联晶闸管130中反并联晶闸管的通断控制补偿电压的大小。并联变压器140的副边绕组的组数、第二反并联晶闸管组130中的反并联晶闸管数量可以视具体情况而定，一般随着并联变压器140的副边绕组的组数、第二反并联晶闸管组130的反并联晶闸管数量的增加，新型电压无功统一调节器的补偿精度也会随着提高，但新型电压无功统一调节器的成本也会相应的提高，因而，一般要综合考虑补偿精度及成本，无功补偿模块内并联的电容数量可以根据具体情况而定，无功补偿模块内并联的电容组数越多，无功补偿精度也会随着提高，但是成本会相应的提高。所述无功补偿模块150可以根据具体的需要，通过增加电容的组数和对应控制电容的反并联晶闸管来确定无功补偿档位。

上述电压无功统一调节器，所述串联变压器的输入端连接所述第一反并联晶闸管组输出端，第一反并联晶闸管组输入端连接所述第二反并联晶闸管组的输出端，第二反并联晶闸管组的输入端连接所述并联变压器的输出端，所述无功补偿装置直接并联于电网之上。通过对第一反并联晶闸管组中反并联晶闸管的导通与关断控制，可以控制补偿电压的方向，通过对第二反并联晶闸管中反并联晶闸管的通断控制，可以控制补偿电压的大小，从而对电网偏高或者偏低的电压进行全面补偿，改变并联电容组的数量实现无功多级补偿。上述电压无功统一调节器其全部采用晶闸管、变压器、电容器等低成本器件，并且尽量减少了晶闸管的使用数量，使得系统成本降低，且均为低压常规部件，制造难度较小，可靠性高，同时，结构简单，单个装置可以实现多种功能，可通过改变并联变压器的绕组数以及反并联晶闸管组数增加电压的补偿档位，从而提高补偿精度。

如图2所示，在其中一个实施例中，所述的电压无功统一调节器，所述第一反并联晶闸管组包括第一反并联晶闸管和第二反并联晶闸管，所述第二反并联晶闸管组包括第三反并联晶闸管、第四反并联晶闸管、第五反并联晶闸管、第六反并联晶闸管。

所述第一反并联晶闸管和第二反并联晶闸管的输入端共同连接所述第三反并联晶闸管和所述第四反并联晶闸管的输出端，所述第一反并联晶闸管和第二反并联晶闸管的输出端分别连接所述串联变压器中原边绕组的两个非公共引出端子，所述第三反并联晶闸管的输入端连接所述并联变压器副边绕组的第一端子，所述第四反并联晶闸管的输入端连接所述第五反并联晶闸管的输出端，所述第四反并联晶闸管和所述第五反并联晶闸管的共同连接端点连接所述并联变压器副边绕组的第二端子，所述第五反并联晶闸管的输入端连接所述第六反并联晶闸管的输出端，所述第五反并联晶闸管和所述第六反并联晶闸管的共同连接端点连接所述串联变压器中原边绕组的公共引出端子，所述第六反并联晶闸管输入端连接所述并联变压器中副边绕组的第三端子。

第二反并联晶闸管组130的反并联晶闸管数量由并联变压器140的副边绕组的组数决定，本实施例结合具体的实施方式结合附图2对本实用新型进行详细阐述，但本实用新型的实施方式不限于此。

并联变压器140可以包括2组副边绕组，第一反并联晶闸管组120的反并联晶闸管数量为可以为2，第二反并联晶闸管组130的反并联晶闸管数量可以为4，第一反并联晶闸管组120中的第一反并联晶闸管S1和第二反并联晶闸管S2的输入端P1和P2均连接到第二反并联晶闸管组130中的第三P3反并联晶闸管P3’和第四反并联晶闸管P4’，第一反并联晶闸管组中第一反并联晶闸管S1和第二反并联晶闸管S2的P1’端和P2’端分别连接串联变压器120原边绕组的第一引出端子Pax和Paz，第二反并联晶闸管组130中的第三反并联晶闸管S3的输入端P3连接到并联变压器140的副边Pbx端子上，第二反并联晶闸管组130中的第三反并联晶闸管S3的P3’端连接到第四反并联晶闸管S4的P4’端上，同时又连接到第一反并联晶闸管组120中第一反并联晶闸管S1和第二反并联晶闸管S2的输入端P1和P2上，第二反并联晶闸管组中的第四反并联晶闸管S4第一端子P4连接到并联变压器140副边Pby端子上，第二反并联晶闸管组130中的第五反并联晶闸管S5输入端P5连接到并联变压器140副边Pby端子上，第二反并联晶闸管组中的反并联晶闸管S5第二端子P5’连接到串联变压器110的原边公共端子Pay上，第二反并联晶闸管组130中的第六反并联晶闸管S6输入端P6连接到并联变压器140的副边端子Pbz上,第二反并联晶闸管组130中的第六反并联晶闸管S6第二端子P6’连接到串联变压器110的原边公共端子Pay上。

通过对第一反并联晶闸管组120中第一反并联晶闸管S1和第二反并联晶闸管S2的导通与关断控制，可以控制串联变压器110副边输出电压的方向，即是对过高电压进行补偿还是对过低的电压进行补偿，通过对第二反并联晶闸管组130中的各反并联晶闸管S3～S6的通断控制，可以控制补偿电压的大小，从而对不同的电网电压进行补偿。只需要简单的控制第一反并联晶闸管组130或者第二反并联晶闸管组140中各反并联晶闸管的通断，容易实现自动控制，就能够使此装置实现宽范围的电压补偿。对于此新型电压无功统一调节器6档的电压补偿档位，可以分别为：一、导通第一反并联晶闸管组中的第一反并联晶闸管S1、导通第二反并联晶闸管组中的反并联晶闸管S4、S6；二、导通第一反并联晶闸管组中的反并联晶闸管S1、导通第二反并联晶闸管组中的反并联晶闸管S3、S6；三、导通第一反并联晶闸管组中的反并联晶闸管S1、导通第二反并联晶闸管组中的反并联晶闸管S3、S5；四、导通第一反并联晶闸管组中的反并联晶闸管S2、导通第二反并联晶闸管组中的反并联晶闸管S4、S6；五、导通第一反并联晶闸管组中的反并联晶闸管S2、导通第二反并联晶闸管组中的反并联晶闸管S3、S6；六、导通第一反并联晶闸管组中的反并联晶闸管S2、导通第二反并联晶闸管组中的反并联晶闸管S3、S5。导通反并联晶闸管S0，不投入电压补偿。通过控制150中反并联晶闸管S7和S8的通断可以控制投入电网的电容器数量，实现无功有级调节。

根据所述的电压无功统一调节器在具体工作时的情况，针对电网的三相四线式结构，结合图3所示，需要用到三个本实施例的电压无功统一调节器，依次为A相补偿器、B相补偿器、C相补偿器，A相补偿器、B相补偿器、C相补偿器为三个相同的单相电压无功统一调节器，图3示出了本实施例的电压无功统一调节器的应用示意图。如图3所示，每个新型电压无功统一调节器有两个接口，其中一个接口（该接口的两端对应图2中的E1和E2）串入对应相的传输线，另一个接口的一端（对应图2中的E3，E5）连接对应相传输线、另一端（对应图2中的E4，E6）连接第四线，即并入对应相。

在其中一个实施例中，所述的电压无功统一调节器，所述串联变压器为降压变压器，所述并联变压器中原边绕组与副边各绕组的电压变比小于1。采用此实现方式，可使得并联变压器与串联变压器之间的第一反并联晶闸管组、第二反并联晶闸管组处于高电压小电流环境中，从而了减小晶闸管的容量，并且延长了第一反并联晶闸管组和第二反并联晶闸管组的工作寿命，使系统更加可靠

在其中一个实施例中，所述的电压无功统一调节器，还包括连接在所述串联变压器副边绕组两个引出端子之间的旁路晶闸管。所述连接在所述串联变压器副边绕组两个引出端子之间的旁路晶闸管用于在新型电压无功统一调节器不补偿电压时，使串联变压器作为旁路。

在其中一个实施例中，所述的电压无功统一调节器，所述无功补偿模块包括至少一个电容器和一对反并联晶闸管。无功补偿模块150中，反并联晶闸管S7、S8分别于各自的电容器组C0、C1串联。反并联晶闸管对S0并联于串联变压器110副边两端。可以通过检测负载电压与电流角度，判断需要投入的无功补偿，补偿的无功与投入电容的组数有关，通过反并联晶闸管S7，S8的操作可以实现不同档的无功补偿，对于本具体示例中的电压无功统一补偿器，可以有三档无功补偿档位，具体如下：

第一档：S7接通，S8断开，C0接入电网。

第二档：S8接通，S7断开，C1接入电网。

第三档：S7接通，S8接通，C0和C1同时接入电网。

另外，不投入无功补偿时，S7和S8均断开。

如图4所示，在其中一个实施例中，所述的电压无功统一调节器，所述协调控制单元为通过控制策略对反并联晶闸管进行控制的协调控制单元160。在本实施例中，结合协调控制单元160进一步具体描述具体结构和所述的电压无功统一调节器工作过程。

如图4所示，为此具体示例的电压补偿装置的电路图，其包括其串联变压器T1、并联变压器T2、第一反并联晶闸管组的各反并联晶闸管S1和S2、第二反并联晶闸管组反并联晶闸管S3～S6、无功补偿模块反并联晶闸管S7、S8，电容器C0和C1，旁路晶闸管S0，其中，并联变压器T2副边有三个引出端子，依次是第一引出端子19、第二引出端子20、第三引出端子21，第一引出端子19、第三引出端子21为非公共引出端子，第二引出端子20为公共引出端子。

并联变压器T2副边的第一引出端子19与第三反并联晶闸管S3的第一端子16连接，并联变压器T2副边的第二引出端子20分别与第四反并联晶闸管S4的第一端子12、第五反并联晶闸管S5的第一端子13连接，并联变压器T2副边的第三引出端子21与第六反并联晶闸管S6的第一端子18连接，第一反并联晶闸管S1的第二端子7与串联变压器T1原边的第一引出端子4连接，第二反并联晶闸管S2的第二端子9与串联变压器T1原边的第三引出端子6连接；串联变压器T1原边的第二引出端子5分别于第五反并联晶闸管S5第二端子14、第六反并联晶闸管S6第二端子17连接；第一反并联晶闸管S1的第一端子8分别于第二反并联晶闸管S2的第一端子10、第三反并联晶闸管S3的第二端子15、第四反并联晶闸管S4的第二端子11连接；旁路晶闸管S0的第二端子0连接串联变压器T1副边的第一引出端子2，旁路晶闸管S0的第一端子1连接串联变压器T1副边的第二引出端子3，无功补偿模块晶闸管S7和S8的第一端子24和28连接于UL，无功补偿模块晶闸管S7和S8的第二端子25和29分别连接与电容C0和C1的第一端子26和30，电容器C0和C1的第二端子27和31均连接到SL上。其中，并联变压器T2原边与副边两绕组的变比分别为为一比一、一比二，串联变压器T1为降压变压器，也即串联变压器T1的原边侧为高压侧。图4中的US表示电网侧，UL表示负载侧，SL表示第四线或中性线。

此外，当某相电压发生跌落或者是骤升时，可根据该相电压的跌落值或者骤升值与标准值的差值判断需要投入补偿的电压档位，对于本具体示例中的新型电压无功统一调节器，补偿电压有六个电压补偿档位，具体如下：

第一档：第一反并联晶闸管S1、第三反并联晶闸管S3、第五反并联晶闸管S5导通，第二反并联晶闸管S2、第四反并联晶闸管S4、第六反并联晶闸管S6、旁路晶闸管S0关断；

第二档：第一反并联晶闸管S1、第四反并联晶闸管S4、第六反并联晶闸管S6导通，第二反并联晶闸管S2、第三反并联晶闸管S3、第五反并联晶闸管S5、旁路晶闸管S0关断；

第三档：第一反并联晶闸管S1、第三反并联晶闸管S3、第六反并联晶闸管S6导通，第二反并联晶闸管S2、第四反并联晶闸管S4、第五反并联晶闸管S5、旁路晶闸管S0关断；

第四档：第二反并联晶闸管S2、第三反并联晶闸管S3、第五反并联晶闸管S5导通，第一反并联晶闸管S1、第四反并联晶闸管S4、第六反并联晶闸管S6、旁路晶闸管S0关断；

第五档：第二反并联晶闸管S2、第四反并联晶闸管S4、第六反并联晶闸管S6导通，第一反并联晶闸管S1、第三反并联晶闸管S3、第五反并联晶闸管S5、旁路晶闸管S0关断；

第六档：第二反并联晶闸管S2、第三反并联晶闸管S3、第六反并联晶闸管S6导通，第一反并联晶闸管S1、第四反并联晶闸管S4、第五反并联晶闸管S5、旁路晶闸管S0关断；

其中，可以是根据跌落值或骤升值与标准值的差值与档位的电压补偿相近，从而判断需要投入的档位，当电压跌落时候，投入第一档、第二档或第三档中的一个，第一档补偿电压最小，第三档补偿电压最大；当电压骤升的时候，投入第四档、第五档或第六档中的一档，第四档补偿最小，第六档补偿最大。

另外，不投入电压补偿时：第一反并联晶闸管S1关断，第二反并联晶闸管S2关断，第三反并联晶闸管S3关断，第四反并联晶闸管S4关断，第五反并联晶闸管S5关断，第六反并联晶闸管S6关断，旁路晶闸管S0导通。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种电压无功统一调节器，其特征在于，包括串联变压器、第一反并联晶闸管组、第二反并联晶闸管组、并联变压器、无功补偿模块和协调控制单元；

所述串联变压器的输入端连接所述第一反并联晶闸管组输出端，第一反并联晶闸管组输入端连接所述第二反并联晶闸管组的输出端，第二反并联晶闸管组的输入端连接所述并联变压器的输出端，所述串联变压器、第一反并联晶闸管组、第二反并联晶闸管和并联变压器一起组成电压调节模块；无功补偿模块实现无功的调节，协调控制单元协调运行电压调节模块和无功补偿模块。

2.根据权利要求1所述的电压无功统一调节器，其特征在于，所述第一反并联晶闸管组包括第一反并联晶闸管和第二反并联晶闸管，所述第二反并联晶闸管组包括第三反并联晶闸管、第四反并联晶闸管、第五反并联晶闸管、第六反并联晶闸管；

所述第一反并联晶闸管和第二反并联晶闸管的输入端共同连接所述第三反并联晶闸管和所述第四反并联晶闸管的输出端，所述第一反并联晶闸管和第二反并联晶闸管的输出端分别连接所述串联变压器中原边绕组的两个非公共引出端子，所述第三反并联晶闸管的输入端连接所述并联变压器副边绕组的第一端子，所述第四反并联晶闸管的输入端连接所述第五反并联晶闸管的输出端，所述第四反并联晶闸管和所述第五反并联晶闸管的共同连接端点连接所述并联变压器副边绕组的第二端子，所述第五反并联晶闸管的输入端连接所述第六反并联晶闸管的输出端，所述第五反并联晶闸管和所述第六反并联晶闸管的共同连接端点连接所述串联变压器中原边绕组的公共引出端子，所述第六反并联晶闸管输入端连接所述并联变压器中副边绕组的第三端子。

3.根据权利要求1或2所述的电压无功统一调节器，其特征在于，所述串联变压器为降压变压器，所述并联变压器中原边绕组与副边各绕组的电压变比小于1。

4.根据权利要求1或2所述的电压无功统一调节器，其特征在于，还包括连接在所述串联变压器副边绕组两个引出端子之间的旁路晶闸管。

5.根据权利要求1或2所述的电压无功统一调节器，其特征在于，所述无功补偿模块包括至少一个电容器和一对反并联晶闸管。

6.根据权利要求1或2所述的电压无功统一调节器，其特征在于，所述协调控制单元通过控制策略对反并联晶闸管进行控制进而协调运行电压调节模块和无功补偿模块。

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