CN206894251U - 一种低压配电网台区混合型无功补偿装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及配网台区无功补偿的技术领域，更具体地，涉及一种低压配电网台区混合型无功补偿装置。包括静止同步无功补偿器（SVG）、固定电容器组（FC）、若干断路器、熔断器、电压互感器、电流互感器、控制模块、通信管理模块、信号调理模块、显示模块以及电源模块。其中，信号调理模块对采集的电压、电流信号进行初步处理、整合后，传送至控制模块（DSP控制器），由控制模块对信号进行计算、分析处理，发出控制命令控制FC支路中晶闸管和SVG支路中IGBT的通断，并将控制结果与运行情况通过通信管理模块传输至远方后台机处。本装置除了兼具SVG与FC补偿的优点之外，通讯管理机具有双向通讯的功能，可以从后台机监测到装置的运行情况，发出相应的控制指令，对现场装置进行远程控制，实现远程智能运维。

Description

一种低压配电网台区混合型无功补偿装置

技术领域

本实用新型涉及配网台区无功补偿的技术领域，更具体地，涉及一种低压配电网台区混合型无功补偿装置。

背景技术

随着社会经济、科技的快速发展，配电网的运行特点也发生了较大的变化。配电网中非线性、冲击性负荷及不平衡性的用电负荷不断增加，例如变频器、整流器、电气化铁路等，甚至在某一公变台区内会出现普通居民用电以及大量的冲床、小五金工业低压用户用电并存的现象，这些设备的正常工作，有可能导致高次谐波并将谐波反送到对应主线路中，由此造成台区供电电能质量下降，无功不能实现就地平衡、线路无功流动增加，无功穿越增多，导致用户的电压问题出现，同时大量的谐波反送至上级电网，对电网造成较大的影响。另一方面，由于用户用电设备的更加精密化，对电能质量也提出更高的要求，电压的过低或者间歇性的断电等，有可能会造成非常严重的社会影响和经济损失。

现阶段配网无功治理方面，以传统的电容器补偿为主，也有少部分配电网运用动态无功补偿方式。两种方式都具有较为明显的缺点，由于传统电容器补偿的运行可靠性与寿命较低，部分台区电容补偿未被投入，而没有给配电运行带来实际经济效益，另外还有传统电容器补偿柜投入后，倒送容性无功的情况。对于动态无功补偿，主要采用的是SVC和SVG，动态无功补偿方式实现了无功的连续调节，响应迅速，可以双向调节，但是价格昂贵，是传统电容器补偿的几倍，而且体积较大，维护成本较高。

发明内容

本实用新型为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种低压配电网台区混合型无功补偿装置，增加台区无功调节的范围，有效减少或者避免无功倒送，最大程度实现无功就地化补偿与消纳，确保供电电能质量。

本实用新型的技术方案是：一种低压配电网台区混合型无功补偿装置，其中，包括电容器组FC、静止同步无功补偿器SVG、断路器QF₁~QF_3K+3、熔断器FU₁~FU_3K+3、装置电压及电流采集模块、系统电压电流采集模块、直流电压采集模块、控制系统；

所述的静止同步无功补偿器SVG经过熔断器FU₁~FU₃、断路器QF₁~QF₃并接于电网系统，用断路器QF₁~QF₃控制静止同步无功补偿器SVG是否投入；电容器组FC经过熔断器FU₄~FU_3k+3与断路器QF₄~QF_3k+3并接于电网系统；

所述的装置电压及电流采集模块、系统电压电流采集模块、直流电压采集模块为装置的输入端，将采集到的电压、电流信号输出至控制系统；

所述的电容器组FC、静止同步无功补偿器SVG均与控制系统连接。

本实用新型中，采用FC+SVG两种补偿装置进行混合补偿。这种补偿方式结合了SVG与FC的补偿特点，提升性价比，增加台区无功调节的范围，有效减少或者避免无功倒送，最大程度实现无功就地化补偿与消纳，确保供电电能质量；同时，能够减少传统电容器无功补偿装置的投切次数，提高装置的使用寿命。具备智能化的DSP控制器，以及实现智能化运维的通信模块，将装置的运行情况实时传送至后台，实现装置的远程智能运维。

进一步的，所述的断路器QF₁~QF_3K+3、熔断器FU₁~FU_3K+3；其中每3个熔断器、每3个断路器开关负责控制一个电容器组，共计k组。所述的静止同步无功补偿器SVG中，包括三相电抗L、IGBT开断部分以及直流电容C₁，上述元件均连接，三相电抗L连接到熔断器。

本实用新型包括两种无功补偿装置：固定电容器组（FC）和静止同步无功补偿器（SVG）、断路器、快速熔断器、电抗器、电流采样电路、电压采样电路、信号调理模块、DSP控制器、通信管理模块以及电源模块。

上述的SVG通过断路器、快速熔断器与电抗器并接于电网中；

上述的FC通过晶闸管模块、断路器与快速熔断器并接于电网中；

FC支路中，晶闸管模块用于FC投切，断路器与快速熔断器用于支路断开及保护作用。

SVG支路中，断路器与快速熔断器用于支路断开及保护作用。

电流采样电路通过串接于系统的电流互感器采集电流信号，并将其输入到信号调理模块中进行处理。

电压采样电路通过并接于系统的电压互感器采集电压信号，并将其输入到信号调理模块中进行处理。

DSP控制器根据信号调理模块传送过来的电流、电压信号，进行整合、分析，并将与保护对应的电压、电流情况传送至保护模块；将远方需要的信息，传送至通信管理模块；将需要显示的电压、电流量传送至显示模块；并对电网系统无功运行情况做出判断，输出相应的动作指令给SVG和FC。

通信管理模块具有两方面功能，一方面，从DSP控制器中接收电压、电流及无功信号，并通过公网传送至远方后台；另一方面，接收远方后台机发出的控制指令，并将其传送给DSP控制器，从而发出相应的控制指令。

保护模块是为了保证装置的正常、稳定运行，在检测到电压、电流异常时，自动断开断路器QF₁~QF_3k+3。

电源模块为DSP控制器、显示模块、通信管理模块及保护模块提供电源。

显示模块设有信号交互端。

进一步的方案，上述DSP控制器采用的控制方法详述如下：

1）将电容器（FC）与SVG两部分统一由DSP控制器调控；

2）根据信号采样，计算出系统需求无功量，当所需无功量小于电容柜内单组电容器的补偿容量时，切除已投入所有电容器，SVG输出无功；

3）当系统所需无功量大于或等于电容柜内单组电容器的补偿容量时，DSP控制器向SVG与FC发出控制命令，FC以所需容量除以电容器单组容量的最小整数投入，SVG输出余下无功；

4）当检测到无功快速变化时，SVG首先进入补偿状态，待无功需求趋于稳定时，再投入电容器组。

与现有技术相比，有益效果是：采用动、静态补偿结合的方式，有效避免之前电容器补偿时的“跳跃”现象，提升无功补偿装置使用寿命，保证补偿效果的同时，降低造价，提升无功补偿的实时性、经济性。通过通信管理机，将装置安装点的实时运行工况传送至远方后台，可以实现对安装点的远程运行维护功能，提升配电网的可控性，同时，装置中配备保护功能，在过压、低压、过流等情况下，自动切除装置，确保装置的安全稳定运行，并避免由于装置内部故障而影响电网安全运行。

附图说明

图1是本实用新型整体示意图。

图2是本实用新型控制系统示意图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

如图1、2所示，包括装置电压、电流采集模块、系统电压、电流采集模块、直流电压采集模块、晶闸管模块、断路器QF₁~QF_3k+3、熔断器FU₁~FU_3k+3、SVG部分、FC部分和控制系统；

本实施例提供的低压配电网台区混合型无功补偿装置通过断路器QF₁~QF_3K+3、熔断器FU1~FU_3K+3并接于电网主回路中，从断路器QF₁~QF_3k+3、熔断器FU₁~FU_3k+3顺序往下，SVG与FC相并联。

所述配电网末端混合型低压无功补偿装置的SVG部分包括三相电抗L、IGBT开断部分以及直流电容C₁。

所述配电网末端混合型低压无功补偿装置的SVG部分包括晶闸管模块、补偿电容组，具体FC组数根据现场实际运行情况确定。

所述配电网末端混合型低压无功补偿装置控制系统从整体上看，从电网侧、SVG直流侧采集电流、电压作为信号输入，经过控制系统进行运算转换成相应的控制指令，输出至FC和SVG的动作驱动电路中，根据需要进行对应动作。因此，DSP控制器包括信号调理模块、DSP控制器、保护模块、显示模块、通信管理模块以及电源模块。

所述装置电压、电流采集模块始端位于装置进线的电流、电压互感器，其中电流互感器串接在进线中，电压互感器并接在进线中，所述装置电压、电流采集模块一端接于控制系统内的信号调理模块；直流电压采集模块始端位于SVG直流电路中（图1中电容器C₁支路），末端接于控制系统内信号调理模块；系统电压、电流采集模块始端位于电网侧电压、电流互感器。

上述各个采集模块为整个系统的输入端，该采集模块将采集到的电压、电流信号输出至信号调理模块。信号调理模块具有信号输入端和信号输出端，其中信号输入端接收各个电压采集模块输出的信号，并进行处理、输出至相应模块；DSP控制器具有信号输入端和信号输出端，其中信号输入端接收信号调理模块输出的信号，经过内部计算之后，输出控制指令至相应驱动电路；保护模块具有信号输入端和信号输出端，其中信号输入端接收自信号调理器输出的信号，经过内部逻辑判断，输出控制指令对断路器QF₁~QF_3K+3进行控制；显示模块具有信号输入端，其信号输入端接收自信号调理器输出的电流、电压及无功信号；电源模块为信号调理模块、DSP控制器、显示模块、通信管理模块提供工作电源；通信管理模块具有信号输入端和信号输出端，其信号收入端接收自信号调理器输出的电流、电压及无功信号，并通过信号输出端传送至远方后台机。

DSP控制器将采集信号调理器的输出电压、电流信号，DSP控制器根据预制好的算法程序进行运算，计算系统无功缺额，并根据缺额情况输出对应的控制指令，控制指令输出模块中设有延时模块和控制信号输出接口，延时模块将控制信号延时一定时间，达到系统无功快速变化时，只采用SVG进行动态响应，避免FC投切频繁，影响FC使用寿命。控制信号经输出控制模块直接输出到SVG部分IGBT驱动电路与FC控制电路当中，控制IGBT和晶闸管通断进行无功定量补偿。

当系统无功处于正常范围内运行时（功率因素不小于0.95），无需进行无功补偿，此时自动断开断路器开关QF₁~QF_3K+3，减少设备损耗；

当装置运行电压、电流大于装置正常运行上限值或者小于装置正常运行值时，自动断开断路器开关QF₁~QF_3K+3，实现装置的自保护，提升装置使用寿命；

当检测到系统无功有缺额时，通过控制器计算出相应无功缺额，对SVG和FC发出控制指令，对无功进行补偿，减少线路无功损耗，提升电压；

当检测到系统无功倒送时，通过控制器计算出倒送无功值，对SVG发出控制指令，利用SVG消耗无功的特性，避免无功倒送，减少线路损耗；

当系统无功处于快速变化时，通过控制器进行判断，符合快速变化逻辑时，闭锁FC投切动作，通过SVG进行动态跟踪补偿，直至无功缺额状态趋于平稳时，FC才根据具体确定情况进行动作，避免FC进行频繁投切，延长装置使用寿命。

综上，本实用新型的低压配电网台区混合型无功补偿装置，集合了SVG和FC两种补偿方式的优点，FC满足阶梯式无功补偿，SVG进行余量补偿。其中DSP控制器根据信号调理器采集的电压、电流信号，经过内部预制的程序进行运算，发出对SVG和FC的控制指令，控制FC晶闸管与SVG的IGBT的通断，能够实现低压配电网台区中无功的动态、快速补偿，同时具有较高的性价比。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种低压配电网台区混合型无功补偿装置，其特征在于，包括电容器组FC、静止同步无功补偿器SVG、断路器QF₁~QF_3K+3、熔断器FU₁~FU_3K+3、装置电压及电流采集模块、系统电压电流采集模块、直流电压采集模块、控制系统；

所述的静止同步无功补偿器SVG经过熔断器FU₁~FU₃、断路器QF₁~QF₃并接于电网系统，用断路器QF₁~QF₃控制静止同步无功补偿器SVG是否投入；电容器组FC经过熔断器FU₄~FU_3k+3与断路器QF₄~QF_3k+3并接于电网系统；

所述的装置电压及电流采集模块、系统电压电流采集模块、直流电压采集模块为装置的输入端，将采集到的电压、电流信号输出至控制系统；

所述的电容器组FC、静止同步无功补偿器SVG均与控制系统连接。

2.根据权利要求1所述的一种低压配电网台区混合型无功补偿装置，其特征在于：所述的断路器QF₁~QF_3K+3、熔断器FU₁~FU_3K+3；其中每3个熔断器、每3个断路器开关负责控制一个电容器组，共计k组。

3.根据权利要求2所述的一种低压配电网台区混合型无功补偿装置，其特征在于：所述的静止同步无功补偿器SVG中，包括三相电抗L、IGBT开断部分以及直流电容C₁，上述元件均连接，三相电抗L连接到熔断器。