CN205195273U - 一种基于磁控式串联电抗器的配电网高电压治理系统 - Google Patents

Abstract

一种基于磁控式串联电抗器的配电网高电压治理系统，该系统包括低压并入接口单元、励磁电流控制发生器、磁控式串联电抗器、磁控式串联电抗器旁路开关、高压串入接口单元及监控单元；所述低压并入接口单元并联接入配电网变压器低压侧输出端；把配电网变压器的低压侧电压通过低压并入口单元并联接入到系统中，通过四极交流断路器，把交流电压、交流电流通过采集模块接入励磁电流控制发生器中。本实用新型配电网高电压治理系统具有调节范围宽、动态响应快、调节特性柔和、工作稳定的特性；具有高电压治理效果直接、体积小，重量轻、安装、维护便捷等特点。

Description

一种基于磁控式串联电抗器的配电网高电压治理系统

技术领域

本实用新型属于电力系统中，配电网侧电能质量治理领域，具体涉及一种基于磁控式串联电抗器的配电网高电压治理系统。

背景技术

随着社会经济不断发展和人民生活水平不断提高，人们对电能质量的要求越来越高，目前有关电力系统低压配电网中，对用户端低电压问题关注较高，治理的措施、相关产品、装置也较多，整体解决技术成熟；但对于用户端电压高的问题，关注较少，目前基本没有对应的成熟方案和措施来解决配电网领域中电压过高的问题。根据国网对各级配电单位关于电能质量的最新要求，对于终端用户，无论电压是过低、还是过高都不符合要求。而且用户端电压过高带来的危害相对低电压更大，一些地区甚至出现因电压过高导致家用电器烧毁的现象，社会影响极为恶劣。因此为积极贯彻国家农电政策，大力实施“新农村、新电力、新服务”发展战略，解决配电网中电能质量不高的问题尤为迫切。本项目创造型的提出在配电网线路上串联双绕组电抗器，即交流绕组和直流控制绕组。通过改变直流控制绕组的励磁电流，调节电抗器内部的磁场强度，改变电抗器磁芯的饱和程度，从而改变交流绕组的动态感值，最终实现调节线路上过电压问题。该装置可配合静止无功发生器，能完全治理终端用户的端电压过高、过低的问题，使得终端用户的端电压全天候符合国家及国网对电能质量的要求。该系统的最大特点，可以最经济化、便捷、高效的方式解决目前广泛存在的的低压配电网领域中电网电压过高、过低的问题。

发明内容

针对现有电力系统中配电网电能质量普遍出现的的问题，本实用新型提出一种基于磁控式串联电抗器的配电网高电压治理系统。本实用新型具有极强的创新性、集成度高、针对性强、设计巧妙,解决配电网领域高电压问题效果明显。系统可根据端电压状态或远方调度中心指令自动投入和投出，具有动态响应速度快、调节范围宽、工作稳定、可靠的特性。具有体积小、重量轻、安装方便、快捷、投入少、效果明显的特点，可实现用户端电压过高有效治理的目标。同时该实用新型一种基于磁控式串联电抗器的配电网高电压治理系统，其通过磁控调节的方式柔性调节串联在线路上电抗器的动态感值，实现治理线路上高电压的问题。该实用新型最大的优点是，系统拓扑结构简洁、体积小、重量轻，通过人为在线路上串入一个大的感值，并通过磁控耦合的方式控制、调节该感值的大小，实现线路上电压调节的目的，具有极强的可靠性。本实用新型可用于一些分布式能源接入较多或者小型水电较多的配电网系统中，具有投入少，回报高的特点。市场前景广阔，社会效应强。

本实用新型的技术方案是：

一种基于磁控式串联电抗器的配电网高电压治理系统，其特殊之处在于：包括低压并入接口单元、励磁电流控制发生器、磁控式串联电抗器、磁控式串联电抗器旁路开关、高压串入接口单元及监控单元；

所述低压并入接口单元并联接入配电网变压器低压侧输出端；把配电网变压器的低压侧电压通过低压并入口单元并联接入到系统中，通过四极交流断路器，把交流电压、交流电流通过采集模块接入励磁电流控制发生器中；

所述励磁电流控制发生器包括不控整流单元、软启动单元、放电回路、功率变换单元及RCD吸收回路；励磁电流控制发生器产生励磁电流，由监控单元根据配电网变压器低压侧的电压大小，自动调节功率变换单元中的功率器件如绝缘栅双极性晶体管（IGBT）或者增强型场效应管（P-MOSFET）中开通或关断时间，调节流过磁控式串联电抗器直流绕组上的励磁电流的大小，控制交流绕组上的电压；所述交流绕组串联接入配电网变压器高压侧前端；所述磁控式串联电抗器旁路开关和磁控式串联电抗器的交流绕组并联连接，接受监控单元控制；监控单元根据配电网低压侧电压状态判定是否旁路或者切入。

上述励磁电流控制发生器另外一端与磁控式串联电抗器直流控制绕组依此相连；其中励磁电流控制发生单元的直流侧依次和磁控式串联电抗器直流控制绕组相连；磁控式串联电抗器直流控制绕组为三个绕组，依次首尾串联连接，最后串联接入励磁控制发生单元的功率模块和RCD连接处；控式串联电抗器的交流绕组为三个绕组，与高压串入接口依次相连，串接在配电网变压器高压侧三相系统中；其中磁控式串联电抗器的三相交流绕组都分别并联有受控开关，该受控开关受控于监控单元；能根据配电网低压侧电压状态或者远方调度中心指令，智能控制磁控式串联电抗器旁路开关，实现将交流绕组根据需要切入或旁路出线路中。

上述磁控式串联电抗器的三个交流绕组分别和配电网变压器高压侧三相线路串联连接。

上述磁控式串联电抗器的三个交流绕组都并联有交流绕组旁路断路器，该断路器受控于监控单元。

一种基于磁控式串联电抗器的配电网用高电压治理方法，其特殊之处在于，该方法包括：

(1)该装置通过串联的方式接入配电网系统变压器高压侧；

(2)通过调节串在配电网变压器高压侧线路上电抗器的感值，调节电压；

(3)通过电磁耦合控制的方式，调节控制串在线路上电抗器的感值；

(4)通过产生、调节直流励磁电流的方式，控制调节串接在线路上交流绕组的感值；

(5)直流励磁电流源自身产生，并连续可调；

(6)励磁电流为直流电流，大小动态可调；

(7)功率变换单元内所用功率器件为绝缘栅晶体管或者增强型场效应管；

(8)该装置自带监控单元，可根据需要自行切入或切出，无需人工值守；

（9）该装置可自行设定启动调节准位值，以适应不同区域地段对电网质量的不同要求；

(10)该装置自带旁路开关，便于设备检修时，降低对电网供电的影响；

（11）该装置励磁电流发生器单元实行模块化设计，其中功率变换单元可根据实际需要，结合磁控式串联电抗器直流绕组接线形式，实现对配电网高压侧每一相电压的单独调节。

上述基于磁控式串联电抗器的配电网用高电压治理其方法，其特殊之处在于：所述装置的监控单元为系统控制单元和模拟量采集单元，可根据配电网系统状态自行下达指令，也可接受控制中心或调度中心下达指令调节配电网电压。

一种基于磁控式串联电抗器的配电网高电压治理系统的应用，其特殊之处在于：该系统应用到10KV配电网变压器高压侧母线上，集中治理因10KV母线电压过高导致终端用户380V侧电压过高的问题。

一种基于磁控式串联电抗器的配电网高电压治理系统的应用，其特殊之处在于：该系统应用到靠近终端用户侧10KV配电网变压器高压侧母线上，分布式治理因10KV电压过高导致终端用户380V侧电压过高的问题。

一种基于磁控式串联电抗器的配电网高电压治理系统的应用，其特殊之处在于：该系统应用于110KV配电网以下的系统中；该系统可串联安装在包含110KV和110KV以下配电网系统中的母线线路上，也可安装在110KV和110KV以下配电网系统中分支线路中。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型一种基于磁控式串联电抗器的配电网高电压治理系统及其方法，其创新性提出用串联在高压侧线路上电抗器的动态感值，来调节高压侧线路上的压降，高效调节低压侧的电压。该方法独特、巧妙、易实现。

2、本实用新型拓扑结构简洁，工作稳定可靠，响应速度高；安装便捷，投入成本少，治理效果精准、显著。

3、本实用新型磁控式串联电抗器单元，交流绕组直接串联到配电网高压侧，通过控制流过直流控制绕组上的励磁电流大小，以电磁耦合的方式来调节交流绕组的动态感值的大小。该方法安全、可靠，控制简单。

4、本实用新型励磁电流控制发生器单元，是基于新一代可关断电力电子器件及常规半导体器件组建的拓扑结构，具备三相不控整流、软启动单元、放电回路、功率变换单元、RCD吸收回路功能。具有工作频率高、动态响应快，励磁电流纹波小，调节电压精度高等特点。

5、本实用新型交流绕组旁路开关受控于监控单元，根据配电网监测端电压状态信息，调节交流绕组串入或旁出，具有高效、节能的优点。

附图说明

图1为本实用新型提供的一种基于磁控式串联电抗器的配电网高电压治理系统示意图。

图2为本实用新型提供的配电网低压侧集中接入磁控式串联电抗器的配电网高电压治理系统示意图。

图3为本实用新型提供的配电网低压侧多个负载分散接入磁控式串联电抗器的配电网高电压治理系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图1对本实用新型的具体实施方式作进一步的详细说明。

参见图1，一种基于磁控式串联电抗器的配电网高电压治理系统包括高压串入接口单元、磁控式串联电抗器、磁控式串联电抗器旁路开关、励磁电流控制发生器、低压并入接口单元、监控单元；

本实用新型所述低压并入口单元做为系统中的输入端，主要包括三相电网电压接入端子、断路器、三相电网电压和电流检测端，三者依此相连。其中三相电网电压接入端子为4针端子排，分别接入三相电网电压的三个火线端和一个零线端。断路器是具备短路热磁脱口功能，四端口。三相电网电压和电流检测端，主要由霍尔型电压传感器和霍尔型电流传感器组成，其中霍尔型电压传感器为PCB焊接式，端电压取自断路器内侧；霍尔型电流传感器为穿线式；实现对低压侧电网电压的实时监测。该单元主要实现把配电网变压器低压侧电网电压引入到系统中，实现励磁电流的取能及监测，以便监测单元的实时监视和控制。

本实用新型所述励磁电流控制发生器单元做为系统励磁电流产生及变换的单元主要由三相不控整流单元、软启动单元、放电回路、RCD吸收回路、功率变换单元组成。

所述磁控式串联电抗器单元主要包括直流控制绕组、磁芯、交流绕组、交流绕组旁路开关。其中直流控制绕组、磁芯和交流绕组为一体机。交流绕组为三相绕组，通过高压串入接口单元分别串联到配电网变压器对应高压侧；交流绕组旁路开关分别与交流绕组并联连接。交流绕组旁路开关受控于监控单元，根据配电网变压器低压侧电压状态信息，决策判断是否将交流绕组切入或者旁路。直流控制绕组为三相绕组，分别相互串联连接，剩余两端分别和励磁电流控制发生器直流高压侧和功率变换单元串联连接。通过监控单元控制励磁电流控制发生器内功率转换单元的通断，实现直流控制绕组励磁电流的产生。通过控制功率转换单元通断时间的长短，实现直流控制绕组电流的大小。由监控单元根据配电网低压侧的电压大小，自动调节励磁电流控制发生器中功率变换单元开通或关断时间的长短，调节和控制励磁电流的大小，控制磁芯内磁场强度，进一步控制交流绕组动态感值，调节交流绕组等效阻抗，调节串入到配电网高压侧的交流绕组上的压降大小，实现对配电网变压器低压侧电压大小的调节。

本实用新型所述高压串入口单元主要包括高压接入端子排。实现把配电网变压器高压线路串入到系统中，实现配电网变压器高压侧电压的控制。

所述监控单元主要包括监控单元、模数采集单元。其中监控单元主要为实现励磁电流产生及控制、交流绕组旁路开关控制、系统启动及退出提供了硬件保证。模数采集单元主要为监控单元软硬件控制提供系统状态信息，电网电压状态信息。二者协调控制确保系统快速响应电网电压状态变化。

本实用新型应用于配电网领域如10KV配电网系统、35kV配电网系统、110kW配电网系统。参见图2，若10kV配电网系统，高压侧即为三相10Kv,低压侧为三相交流380V系统；若为35kV配电网系统，高压侧即为35kV，低压侧为10kV；若为110kV配电网系统，高压侧为110kV，低压侧为35kV。

参见图3，本实用新型若应用于10kV配电网系统，其串联安装在10kV配电网变压器的高压侧，即为10kV侧。三相交流10kV电压先串联进入到系统高压串联接入口单元，再出去接入到10KV配电网变压器的一次侧即高压侧。低压并入接入口单元并联接入10kV配电网变压器低压侧即三相交流380V侧。整个装置，工作电源取自低压380V。

本实用新型通过磁控的方式控制串联在配电网高压侧交流绕组电抗器的感值，实现对配电网高压侧线路上的压降控制，调节高压侧每一相的电压值，实现对变压器低压侧电压的有效调节控制。

本实用新型核心装置为磁控式串联电抗器。其主要由交流绕组、磁芯、直流控制绕组。其中交流绕组为三相绕组，分别串联在配电网变压器的三相系统高压侧；直流控制绕也为三相绕组，本装置应用时，直流控制绕组三相绕组依次串联连接，两端分别和励磁电流控制发生单元的直流端和功率变换单元一端相连。交流绕组和直流绕组固定在磁芯上。

本实用新型通过控制调节流过直流控制绕组上的励磁电流大小，调节直流控制绕组和交流绕组间的磁场强度，通过电磁耦合的方式，改变交流绕组的感值，调节交流绕组的动态等效阻抗，调节串联在高压线路上交流绕组上的压降，进一步调节配电网变压器高压侧的相间电压，从而实现对配电网低压侧高电压治理的方法。

本实用新型整个系统为配电网高电压治理提供了高效、经济、便捷的的解决方法；解决了配电网中因负荷变化，或发电站潮流控制等带来的终端用户电压高的问题，经济化的解决措施，为客户提供优质电力电能感受，为未来配电网领域中电能质量治理提供了一种全新的模式，具有极大的经济效益和社会效益。

实施例

参见附图1，本实用新型一种基于磁控式串联电抗器的配电网高电压治理系统包括高压串入接口单元、磁控式串联电抗器、磁控式串联电抗器旁路开关、励磁电流控制发生器、低压并入接口单元及监控单元；

其中：来自配电网变压器低压侧的能量可通过低压并入接口进入到系统中，监控单元再根据低压配电网侧电压状态、决策系统是否投入或旁路。当配电网变压器低压侧电压高于设定的准位值，监测单元快速响应，控制功率器件的开通和关闭，产生直流励磁电流，通过监控单元检测配电网变压器低压侧的电压与目标电压的偏差大小，自动闭环调节功率器件的开通和关断时间即占空比，改变流过直流控制绕组中的励磁电流大小，调节磁控式串联电抗器交流绕组中动态感值的大小，断开交流绕组旁路开关，将交流绕组切入到线路中，使得控制绕组上产生一定的压降，最终来降低配电网变压器低压侧电压的大小，实现配电网高电压治理的目的。

整个系统可为配电网领域中用户终端出现高电压问题的治理提供一种全新的方法，让配电网侧变压器根据实际工况，自动调节控制。真正做到无人值守，自动调节治理终端用户高电压问题。为解决配电网端因分布式电源的接入或小型水利发电站因受汛期或者枯水期影响所带来的发电不稳、出现终端用户电压过高的问题提供了一种全新的解决模式，为终端用电户带来全新的用电感受。可为企业创造巨大的经济和社会效益。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种基于磁控式串联电抗器的配电网高电压治理系统，其特征在于：包括低压并入接口单元、励磁电流控制发生器、磁控式串联电抗器、磁控式串联电抗器旁路开关、高压串入接口单元及监控单元；

所述低压并入接口单元并联接入配电网变压器低压侧输出端；把配电网变压器的低压侧电压通过低压并入口单元并联接入到系统中，通过四极交流断路器，把交流电压、交流电流通过采集模块接入励磁电流控制发生器中；

所述励磁电流控制发生器包括不控整流单元、软启动单元、放电回路、功率变换单元及RCD吸收回路；励磁电流控制发生器产生励磁电流，由监控单元根据配电网变压器低压侧的电压大小，自动调节功率变换单元中的功率器件开通或关断时间，调节流过磁控式串联电抗器直流绕组上的励磁电流的大小，控制交流绕组上的电压；所述交流绕组串联接入配电网变压器高压侧前端；所述磁控式串联电抗器旁路开关和磁控式串联电抗器的交流绕组并联连接，接受监控单元控制；监控单元根据配电网低压侧电压状态判定是否旁路或者切入。

2.根据权利要求1所述基于磁控式串联电抗器的配电网高电压治理系统，其特征在于：所述励磁电流控制发生器另外一端与磁控式串联电抗器直流控制绕组依此相连；其中励磁电流控制发生单元的直流侧依次和磁控式串联电抗器直流控制绕组相连；磁控式串联电抗器直流控制绕组为三个绕组，依次首尾串联连接，最后串联接入励磁控制发生单元的功率模块和RCD连接处；控式串联电抗器的交流绕组为三个绕组，与高压串入接口依次相连，串接在配电网变压器高压侧三相系统中；其中磁控式串联电抗器的三相交流绕组都分别并联有受控开关，该受控开关受控于监控单元；能根据配电网低压侧电压状态或者远方调度中心指令，智能控制磁控式串联电抗器旁路开关，实现将交流绕组根据需要切入或旁路出线路中。

3.根据权利要求2所述基于磁控式串联电抗器的配电网高电压治理系统，其特征在于：所述磁控式串联电抗器的三个交流绕组分别和配电网变压器高压侧三相线路串联连接。

4.根据权利要求2所述基于磁控式串联电抗器的配电网高电压治理系统，其特征在于：所述磁控式串联电抗器的三个交流绕组都并联有交流绕组旁路断路器，该断路器受控于监控单元。