CN204216589U - 一种用于台区无功、电能质量及能效综合控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及智能电网建设中配电网低压侧智能建设及改造的智能台区控制设备技术领域，公开了一种用于台区无功、电能质量及能效综合控制装置，箱体包括相互连接的第一半箱体和第二半箱体、预留安装位置、塑壳开关、互感器、温湿度采样器、箱内接地保护导体和浪涌由上至下的设于第一半箱体上，断路器设于互感器一侧，接线盒和计量用互感器相互并列的设于第二半箱体内，一次电路与计量表、电表集抄器预留位置、第一微断、第二微断和第三微断相互并列的设于第二半箱体内，接线盒设于第二半箱体的上部分。本实用新型一方面可提高设备的响应速度及适应能力，治理多种电能质量问题，另一方面减小了箱内的占用空间和操作空间，极大地降低了安全隐患。

Description

一种用于台区无功、电能质量及能效综合控制装置

技术领域

本实用新型涉及智能电网建设中配电网低压侧智能建设及改造的智能台区控制设备技术领域，更具体的说，特别涉及一种用于台区无功、电能质量及能效综合控制装置。

背景技术

目前，配电网低压侧存在供电能力不足、线路设备功能分散且可靠性差、负荷变化大、电压波动大等问题。随着分布式太阳能、风能等可再生能源接入电网，电力电子元器件以逆变方式接入配电网，造成了配电网电压的波动、闪变、谐波量增加、功率因数下降等电能质量问题；随着智能电网建设的进一步深入，加大了配电网智能建设的投资力度，引进了很多新技术用以解决配电网低压侧存在的问题，增加了很多新设备，又造成了设备数量众多、设备功能单一或重叠，设备之间存在数据采集速率差异，通信规约不统一，信息交互能力差；无法对配电网低压侧电能质量进行有效的监测，且设备分布范围广，为设备的维护及检修带来了很大的困难；无功补偿方式无法及时根据电网中的负荷的变化自动调整补偿量，易造成欠补或过补情况，引发电压波动，无法满足实际需求；目前配电网普遍采用电容补偿方式，会造成电网中谐波放大，无法同时解决治理谐波与三相不平衡等电能质量问题；且电容器单元寿命一般为2-3年，元器件需要频繁更换。

无功发生器SVG产品随着电力电子技术的发展日趋成熟，生产成本逐步降低，SVG产品将广泛应用于台区内无功补偿设备的智能化改造；目前，国家电网公司颁布了新的企业标准，标准中对智能化台区装置的箱体大小做出了明确的规定，而采用SVG作为无功补偿/谐波治理设备的智能化台区一体装置仍采用旧有的以电力电容器作为无功补偿设备的设计思路进行设计。

如图1所示，为现有采用SVG作为无功补偿设备的智能台区基本布置方式，主要包括断路器1、塑壳开关2、测量用互感器3、互感器4、温湿度采样器5、箱内接地保护导体6、浪涌7、计量用互感器8、控制器9、熔断器10、电阻11、延时继电器12、电阻器13、接触器14、同步变压器15、接触器16、电抗器17和一次电路与计量表、电表集抄器预留位置18。在该台区装置中，设备种类繁多，挤占箱体内空间，箱体内各种设备之间电磁干扰明显，易对计量及测量数据的精准度造成影响；且目前一体化台区装置与后台系统通讯主要依靠GPRS作为通讯的主要手段，设备种类繁多使得数据信息重叠，需要传送的数据量庞大，容易发生数据丢失或传输通道拥堵等情况发生，导致台区设备无法及时收发数据及控制信号；同时台区装置中一次电路与二次控制电路处于同一操作空间，没有明显的分界或隔断，设备模块需要维护或更换时，极易造成一次电路误动作，给更换维护工作造成很大的生产安全隐患。

为此，研发出了一款采用TMS320F28335数字信号处理器(DSP)为核心器件的智能控制器，该控制器是利用电力电子技术、自动控制技术、数字信号处理技术，将配变监测、计量、集中抄表、电能质量监视、无功优化控制补偿、电能质量调节/谐波治理等功能有机地融合在一起，形成资源共享、数据共享，实现电能质量实时监测，综合治理，降低损耗等功能应用的综合智能控制器。同时，装置采用了数字信号处理器(DSP)为核心器件，实现三相电压、电流的实时采样，电能质量和谐波的实时分析，能耗的实时计算和分析，实施无功补偿的动态补偿控制；具有无线GPRS，以太网，RS485接口，可将实时数据及补偿控制过程信息传送到上级计算机，方便及时了解台区的负荷运行工况；而智能控制器的主要功能包括：

1)实时采集系统端三相电流、三相电压，负载端三相电流，以及储能电容直流电压数据。并可由操作人员设置和整定各通道转换系数，进行实时数据矫正处理等。

2)实时进行系统端有功功率、无功功率、功率因数、三相电流、三相电压，以及负载端的有功功率、无功功率、功率因数、三相电流等计算，并进行实时显示。

3)可分别监测配电系统端和负载端的三相电流、三相电压的实时波形曲线，并显示正序、负序、零序分量，以及电压和电流的不平衡度。

4)依据瞬时无功功率理论，采用d-q检测方法，进行基波无功电流和谐波电流的检测提取、处理、计算等，完成补偿指令电流的计算、调制、输出。

5)可依据瞬时虚无功理论，对经过A/D变换器采集到的三相负载电流，采用d-q检测计算方法，提取出负载电流中的基波无功电流分量和谐波电流分量，进行反相处理，并运算叠加检测到的系统端的基波无功电流分量和谐波电流分量信号，制定无功补偿和谐波治理策略，并输出指令电流，再将输出指令电流转换成输出指令电压，并用空间矢量法完成逆变输出电压的PWM计算，最终形成IGBT输出主回路的触发控制信号，调节控制SVG进行基波无功功率的连续实时动态补偿，在设备最大无功功率补偿能力范围内，使系统端功率因数始终保持在设定的高功率因数上运行，不会造成无功功率过补偿现象。超出设备最大无功功率补偿能力时，可按最大补偿能力进行补偿；对负载端用电设备所产生的2～32次谐波电流进行实时滤除，有效减低三相电流的畸变率，减少谐波电流在配电网中的损耗，以及对其他用电设备的危害。

6)可对负载侧电能损耗进行实时计算和分析，并给出低压侧电压、电流及无功的综合控制策略，进行实时快速调节，达到降低线路损耗的目的；

7)具有数据录波功能：对信号采集、处理计算、控制输出等过程中的一些关键节点数据具有连续录波功能，方便进行运行故障的分析。

8)电能质量监测：分析与计算配电台区出线功率因数、谐波分量以及三相不平衡度，统计供电可靠性和供电质量，同时为无功补偿、电能调节和谐波治理提供依据。

9)负荷管理：综合控制管理配电台区负荷，通过设置功率定值、电量定值、电费定值以及自动控制低压配电开关，实现台区大用户或预购电的用户用电控制；同时在电力供应紧张的情况下，可按照预制方案实现负荷控制，保障全网负荷的合理配置。具有多种当地负荷自动控制的功能，装置默认优先级：购电控>月电控>临时限电>营业报停控>厂休控>时段控。

10)防窃电功能：综合配电台区数据，包括配电变压器运行信息、用户电能表信息、配电台区箱体/柜门状态等，发现异常后启动对非正常用电信息的报警，通过技术手段对非正常用电进行警示，防止窃电行为的发生。

11)漏电保护功能：实现对漏电电流数值、开关状态的监测及漏电保护器运行状态的监测(失压告警、漏电告警等的监测)，具有记录、存储和上报功能，采用带485接口的漏电保护器，可以将漏电流值及开关状态上传。

12)维护及本地功能：自检和异常记录(可自动进行自检，发现设备(包括通信)异常有事件记录和告警功能。)、初始化(可接收主站下发的初始化命令后，分别对硬件、参数区、数据区进行初始化，参数区置为缺省值，数据区清零，控制解除。)、远程软件升级(支持远程在线软件下载升级，并支持断点续传方式，但不支持短信通信升级。)、本地状态指示(有电源、工作状态、通信状态等指示)、本地维护接口(提供本地维护接口，支持手持设备设置参数和现场抄读电能量数据，并有权限和密码管理等安全措施，防止非授权人员操作)

相较于原有的设备，智能控制器可适用于台区节能降耗的新建及改造项目，实现对电网电能质量问题进行实时监测，对局域电网供电薄弱环节全面分析，根据电网实际能耗变化，及时调整能效控制策略，可以有效提高无功补偿/谐波治理设备的响应速度及适应能力，可同时治理谐波与三相不平衡等多种电能质量问题，可以取代原有台区一体化装置内的配变终端监测装置与SVG控制器，减少了一体化台区装置内设备种类、数量，优化台区一体化装置性能，提高台区一体化装置内空间使用水平，为一次电路与二次电路有效分离创造良好的条件，降低维护检修工作强度及维护检修工作的安全风险，提升台区一体化装置的智能化水平。为此，确有必要设计一种用于台区无功、电能质量及能效综合控制装置的结构以减小箱内的占用空间和操作空间，同时降低安全隐患。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种减小箱内的占用空间和操作空间且降低安全隐患的用于台区无功、电能质量及能效综合控制装置。

为了解决以上提出的问题，本实用新型采用的技术方案为：一种用于台区无功、电能质量及能效综合控制装置，包括箱体，以及设于箱体内的塑壳开关、断路器、互感器、温湿度采样器、箱内接地保护导体、浪涌、接线盒、计量用互感器、一次电路与计量表、电表集抄器预留位置、第一微断、第二微断和第三微断；其中，所述箱体包括相互连接的第一半箱体和第二半箱体，所述塑壳开关、互感器、温湿度采样器、箱内接地保护导体和浪涌由上至下的设于第一半箱体上，所述断路器设于互感器的一侧，所述接线盒和计量用互感器相互并列的设于第二半箱体内，所述一次电路与计量表、电表集抄器预留位置、第一微断、第二微断和第三微断相互并列的设于第二半箱体内，且所述接线盒设于第二半箱体的上部分。

根据本实用新型的一优选实施例：所述一次电路与计量表、电表集抄器预留位置内安装有智能配变终端，智能配变终端包括智能控制器，与智能控制器连接的接口单元、电源系统、IGBT驱动控制单元和液晶触摸显示器。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：本实用新型一方面采用了智能配变终端，可实现对电网电能质量问题进行实时监测，对局域电网供电薄弱环节全面分析，根据电网实际能耗变化，及时调整能效控制策略，可以有效提高无功补偿/谐波治理设备的响应速度及适应能力，可同时治理谐波与三相不平衡等多种电能质量问题，另一方面简化了箱体内的部件数量，减小了箱内的占用空间和操作空间，极大的降低了安全隐患。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中的用于台区无功、电能质量及能效综合控制装置的结构示意图。

图2为本实用新型的用于台区无功、电能质量及能效综合控制装置的结构示意图。

图3为本实用新型的用于台区无功、电能质量及能效综合控制装置的电路图。

图4为本实用新型的用于台区无功、电能质量及能效综合控制装置中智能配变终端的原理图。

附图标记说明：101、塑壳开关，20、断路器，30、互感器，40、温湿度采样器，50、箱内接地保护导体，60、浪涌，70、接线盒，80、计量用互感器，90、一次电路与计量表、电表集抄器预留位置，100、第一微断，110、第二微断，120、第三微断。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的优选实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。

参阅图2和图3所示，本实用新型提供的一种用于台区无功、电能质量及能效综合控制装置，包括箱体，以及设于箱体内的塑壳开关101、断路器20、互感器30、温湿度采样器40、箱内接地保护导体50、浪涌60、接线盒70、计量用互感器80、一次电路与计量表、电表集抄器预留位置90、第一微断100、第二微断110和第三微断120；其中，所述的箱体包括相互连接的第一半箱体和第二半箱体，所述的塑壳开关101、互感器30、温湿度采样器40、箱内接地保护导体50和浪涌60由上至下的设于第一半箱体上，所述的断路器20设于互感器30的一侧，所述的接线盒70和计量用互感器80相互并列的设于第二半箱体内，所述一次电路与计量表、电表集抄器预留位置90、第一微断100、第二微断110和第三微断120相互并列的设于第二半箱体内，且所述的接线盒70设于第二半箱体的下部分。

本实用新型的实现原理在于：一方面采用了智能控制器，可实现对电网电能质量问题进行实时监测，对局域电网供电薄弱环节全面分析，根据电网实际能耗变化，及时调整能效控制策略，可以有效提高无功补偿/谐波治理设备的响应速度及适应能力，可同时治理谐波与三相不平衡等多种电能质量问题，另一方面简化了箱体内的部件数量，减小了箱内的占用空间和操作空间，极大的降低了安全隐患。

作为优选，本实施例中所述的互感器30包括有电压互感器、电流互感器等。

参阅图4所示，本实用新型中所述的一次电路与计量表、电表集抄器预留位置90内安装有智能配变终端，智能配变终端包括智能控制器910，与智能控制器910连接的接口单元920、电源系统930、IGBT驱动控制单元940和液晶触摸显示器950；且智能控制器910也可以采用现有的其他设计方案，而不影响本实用新型的实施。下面以图4所示的智能控制器910来对本实用新型作进一步介绍。

本实施例中的智能控制器910是采用TMS320F28335数字信号处理器(DSP)为核心器件，TMS320F28335是32位浮点型DSP处理器，集成了较多先进的外设，功能强大，是一个性能优越的控制平台；具有32位的运算精度，150MIPS的系统处理能力，支持浮点运算，支持快速中断响应及处理，256KB的Flash存储器，8KB的引导ROM，1KB的TOP ROM，具有16通道12位高速A/D输入通道，四个通讯接口，支持JTAG边界扫描接口，有低功耗及节电运行模式，全部的数据转换及处理、调节控制运算、控制决策等，均在DSP数字信号处理器中完成，在智能控制器中还采用了CPLD大规模可编程逻辑芯片，完成输入及输出信号的辅助处理。可通过RS232/RS485接口与调试计算机或上位计算机进行连接，将实时数据及补偿控制过程信息传送到调试计算机或上位机中，方便调试及操作人员了解装置的实际工作情况。智能控制器是一个全数字化的控制平台，具有良好的快速性、稳定性、灵活性、延扩性。

本实施例通过电压互感器输入的系统电压信号，以及通过电流互感器输入的系统端电流信号和负载端电流信号，以及通过直流电压传感器输入的储能电容电压信号等，在经过输入信号预处理回路的相应处理后，再送给智能控制器910进行信号采集与模数转换；电压互感器和电流互感器等输入测量元件，采用了模块化的结构，设计在塑壳开关101和温湿度采样器40之间，具有足够的电气隔离能力，具有较高的线性度和灵敏度，具有较小的相移量。

本实施例中的接口单元920主要完成控制过程中各项操作所需开关量的输入与输出，全部开关量的输入与输出均进行了严格的电气隔离，以保证智能控制器910的正常工作不会受到外部电气信号的干扰；同时，各开关量的输入均具备防抖动、防粘连的能力，各开关量的输出均具备防误动、防拒动的能力，智能控制器910对外部断路器、接触器、操作信号、操作把手的控制和响应，均通过该单元来完成。

本实施例中的电源系统930是为保障智能控制器910、接口单元920、液晶触摸显示器950正常工作提供可靠的电源，在结构上电源系统930主要包括电源输入隔离变压器、交流滤波器、开关电源等部分，隔离变压器使用降压工作方式，同时将电源系统与外部的配电网进行有效的隔离，交流滤波器主要是滤除进线电压的谐波成分，使得开关电源能更好的工作，并且能够改善电源系统的EMI，双重供电回路保障装置在有条件时可以从两个不同的交流或直流电源系统取得外部输入电源，使装置可以在某一路外部电源失电时继续可靠工作，散热系统的风机交流电源从隔离变压器的副边引出。

在本实施例中，为了防止雷击，保障装置的安全可靠性，在电源及信号输入端口设置有防雷元件。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种用于台区无功、电能质量及能效综合控制装置，其特征在于：包括箱体，以及设于箱体内的塑壳开关(101)、断路器(20)、互感器(30)、温湿度采样器(40)、箱内接地保护导体(50)、浪涌(60)、接线盒(70)、计量用互感器(80)、一次电路与计量表、电表集抄器预留位置(90)、第一微断(100)、第二微断(110)和第三微断(120)；其中，所述箱体包括相互连接的第一半箱体和第二半箱体，所述塑壳开关(101)、互感器(30)、温湿度采样器(40)、箱内接地保护导体(50)和浪涌(60)由上至下的设于第一半箱体上，所述断路器(20)设于互感器(30)的一侧，所述接线盒(70)和计量用互感器(80)相互并列的设于第二半箱体内，所述一次电路与计量表、电表集抄器预留位置(90)、第一微断(100)、第二微断(110)和第三微断(120)相互并列的设于第二半箱体内，且所述接线盒(70)设于第二半箱体的上部分。

2.根据权利要求1所述的用于台区无功、电能质量及能效综合控制装置，其特征在于：所述一次电路与计量表、电表集抄器预留位置(90)内安装有智能配变终端，智能配变终端包括智能控制器(910)，与智能控制器(910)连接的接口单元(920)、电源系统(930)、IGBT驱动控制单元(940)和液晶触摸显示器(950)。