CN207098333U - 一种柔性低压配电箱 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种柔性低压配电箱，包括采集计量单元，采集并计量低压电网的数据；电能提升单元，包括断路器和低压电能质量控制装置，所述低压电能质量控制装置通过所述断路器并联至所述低压电网，用于对所述低压电网进行分相控制、无功补偿以及谐波滤除；进线单元，包括进线铜排和熔断器，用于连接进线电缆；出线单元，包括出线铜排和剩余电流断路器，用于连接出线电缆。该低压配电箱的无功补偿无补偿断点，补偿功率因数高、响应速度快，能够进行精细补偿，集补偿无功功率、滤除谐波、治理三相不平衡、稳定电压于一体，实现对低电压配电系统的多个电能质量问题进行综合治理。

Description

一种柔性低压配电箱

技术领域

本实用新型涉及电力技术领域，具体涉及一种柔性低压配电箱。

背景技术

随着电网建设的快速发展，电网中各种非线性负荷不断增长，严重影响着供电系统的电能质量。城市和农村配电网存在低功率因数和谐波污染问题，大量无功电流在电网中的流动导致线路损耗增大，变压器利用率降低，用户电压严重跌落等现象，使用电设备所处的环境恶化，提高电能质量具有重要意义。

近年来，随着国家电网中农网的深化改造，大量的低压综合配电箱被广泛应用于配电台区中。低压综合配电箱作为配电线路的控制末端，是提升电能质量的重要位置。现有的低压综合配电箱大部分均有无功补偿单元，主要通过智能电容器或者普通电解电容器加补偿控制器来实现，虽然可以为电网提供无功补偿并改善三相不平衡，但在实际应用中仍然存在着许多局限和不足。例如，补偿后的功率因数较低，一般在0.8至0.9左右；完成一次无功补偿时间较长，一般在200毫秒左右，可能会造成补偿不及时；电容补偿一般为3级至10级的有级补偿，不能实现精细补偿，部分情况下可能会造成少补或过补；系统电压过高或过低需要补偿的情况下，补偿容量会下降；补偿单元一般为多个电容器利用导线并联连接，线缆接点较多，在补偿电流较大的情况下，如出现虚接，则很容易造成电容损坏甚至爆炸。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于克服现有的低压配电箱提升电能质量仍然存在许多局限和不足难以综合提升电能质量的缺陷。

本实用新型提供一种柔性低压配电箱，包括：

采集计量单元，包括采集器和计量电能表，所述采集器用于采集低压电网的数据，所述计量电能表用于计量低压电网的电能；

电能提升单元，包括断路器和低压电能质量控制装置，所述低压电能质量控制装置通过所述断路器并联至所述低压电网，所述低压电能质量控制装置用于根据采集的数据对所述低压电网进行分相控制、无功补偿以及谐波滤除；

进线单元，包括进线铜排和熔断器，用于连接进线电缆；

出线单元，包括出线铜排和剩余电流断路器，用于连接出线电缆。

优选地，还包括终端单元，所述终端单元包括终端设备。

优选地，还包括控制终端，所述控制终端与所述终端单元连接，用于对所述终端设备进行控制和操作。

优选地，所述低压电能质量控制装置包括：

壳体，所述壳体内设有容纳腔；

中间隔板16，设置在所述壳体内部，在使用状态下，所述中间隔板16将所述壳体分隔成沿高度方向设置的第一容纳腔101和第二容纳腔102；

变流单元，设置在所述第二容纳腔102内，用于输出控制电流，所述变流单元包括薄膜电容3、IGBT20、复合母排4和散热器13，IGBT20固定于散热器13上，复合母排4连接薄膜电容3及IGBT20；

滤波单元，设置在所述第一容纳腔101内，用于对所述变流单元输出的控制电流进行滤波，所述滤波单元包括沿宽度方向平行层叠设置的两层电抗器板11；

主控板5，设置在所述第二容纳腔102内，用于输出控制信号，主控板5通过复合母排4与所述变流单元连接，主控板5通过连接排8与所述滤波单元连接。

优选地，所述低压电能质量控制装置还包括：

IGBT散热风机7，设置在所述第二容纳腔102内且与散热器13相对设置，用于对散热器13进行散热。

优选地，所述低压电能质量控制装置还包括：

沿宽度方向与电抗器板11相对设置的两排电抗器板散热风机9，设置在所述第一容纳腔101内且固定于电抗器风机安装板10上，电抗器板散热风机9用于对电抗器板11进行散热。

优选地，所述低压电能质量控制装置的IGBT散热风机7与电抗器板散热风机9设置在同一平面内且沿高度方向呈直线排布。

优选地，所述低压电能质量控制装置还包括：

所述变流单元还包括电源板2，与薄膜电容3沿宽度方向平行设置，用于对薄膜电容3进行充电。

本实用新型技术方案，具有如下优点：

本实用新型提供一种柔性低压配电箱，包括采集计量单元，采集并计量低压电网的数据；电能提升单元，包括断路器和低压电能质量控制装置，所述低压电能质量控制装置通过所述断路器并联至所述低压电网，用于对所述低压电网进行分相控制、无功补偿以及谐波滤除；进线单元，包括进线铜排和熔断器，用于连接进线电缆；出线单元，包括出线铜排和剩余电流断路器，用于连接出线电缆。该低压配电箱的无功补偿无补偿断点，补偿功率因数高、响应速度快，能够进行精细补偿，集补偿无功功率、滤除谐波、治理三相不平衡、稳定电压于一体，实现对低电压配电系统的多个电能质量问题进行综合治理。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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为一种柔性低压配电箱的结构示意图；

图2为一种柔性低压配电箱的正视图；

图3为图2所示的柔性低压配电箱的后视图；

图4为图2所示的柔性低压配电箱中的低压电能质量控制装置的立体结构图；

图5为图4所示的低压电能质量控制装置沿x方向的示意图。

附图标记：

20-隔离熔断开关；30-进线连接铜排；40-终端单元；50-控制终端；60-采集计量单元；70-测量表计；80-电能提升单元；90-低压电能质量控制装置；

100-进线单元；200-出线单元；300-一体式剩余电流断路器；400-连接铜排；500-箱体外壳；

1-外壳；2-电源板；3-薄膜电容；4-复合母排；5-主控板；6-霍尔；7-IGBT散热风机；8-连接排；9-电抗器板散热风机；10-电抗器风机安装板；11-电抗器板；12-阻容板；13-散热器；16-中间隔板；20-IGBT；

101-第一容纳腔；102-第二容纳腔。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本实施例提供一种柔性低压配电箱，如图1所示。该低压配电箱以A、B、C、N四路连接铜排为主回路，实现一进三出电能分配功能，主要包括采集计量单元60、电能提升单元80、进线单元100和出线单元200。

采集计量单元60，包括采集器和计量电能表，可以采用取样电流互感器和计量电流互感器，所述采集器用于采集低压电网的数据，所述计量电能表用于计量低压电网的电能。采集计量单元60起到电能计量、数据信号采集传输的作用。

电能提升单元80，包括断路器QF3和低压电能质量控制装置90。低压电能质量控制装置90通过断路器QF3并联至主回路铜排母线即并联至所述低压电网，用于根据采集的数据对所述低压电网进行分相控制、无功补偿以及谐波滤除，实现对系统信号采集及电能治理的作用。

进线单元100，包括进线铜排和熔断器，用于连接进线电缆，起到开断主回路的作用。

出线单元200，包括出线铜排和剩余电流断路器1QF、2QF和3QF，用于连接出线电缆，起到开断并保护分支回路的作用。

作为一个具体的实施方式，该柔性低压配电箱的实体结构图如图2和图3所示。该柔性低压配电箱包括箱体外壳500，在箱体的前部右侧部分为进线单元100，由进线单元100起依次设置有隔离熔断开关20、进线连接铜排30，通过连接铜排400和一体式剩余电流断路器300连接至出线单元200，在箱体的后部左侧部分为出线单元200。在箱体的中间部分为采集计量单元60，在箱体的中间部分还设置有终端单元40和控制终端50，终端单元40包括终端设备；控制终端50与终端单元40连接，用于对终端设备进行控制和操作。进一步地，该柔性低压配电箱还包括测量表计70。

箱体的前部左侧部分设置为前后直通的容纳腔，所述容纳腔内设置有电能提升单元80。低压电能质量控制装置90竖直安装在箱体的所述容纳腔内，底部垫有两条槽钢支架，在装置的中间部分增加钢板，使前后部分密封，在钢板两侧的下部与电能提升单元80的侧部增加带有通风孔的防尘网，并在通风孔外部增加抽风机，用于对装置通风散热。

本实用新型提供的柔性低压配电箱，包括采集计量单元，采集并计量低压电网的数据；电能提升单元，包括断路器和低压电能质量控制装置，所述低压电能质量控制装置通过所述断路器并联至所述低压电网，用于对所述低压电网进行分相控制、无功补偿以及谐波滤除；进线单元，包括进线铜排和熔断器，用于连接进线电缆；出线单元，包括出线铜排和剩余电流断路器，用于连接出线电缆。该低压配电箱的无功补偿无补偿断点，补偿功率因数高、响应速度快，能够进行精细补偿，集补偿无功功率、滤除谐波、治理三相不平衡、稳定电压于一体，实现对低电压配电系统的多个电能质量问题进行综合治理。

作为一个具体的实施方式，低压电能质量控制装置90的实体结构如图4和图5所示。该装置主要包括壳体、中间隔板、变流单元、滤波单元及主控板。所述壳体即外壳1，外壳1包括上下面板及1个侧面板。进一步地，外壳1还可以包括能够将该装置封装的4个侧面板，所述侧面板可以包括通风孔以实现该装置的排风散热。所述壳体内设有容纳腔。在所述壳体内部设置有中间隔板16，在使用状态下，中间隔板16将所述壳体分隔成沿高度方向设置的第一容纳腔101和第二容纳腔102，所述高度方向如图4所示的z方向。

在所述第二容纳腔102内设置有变流单元，用于输出控制电流。所述变流单元包括薄膜电容3、IGBT20、复合母排4和散热器13，IGBT20固定于散热器13上，复合母排4连接薄膜电容3及IGBT20。各器件连接为一体化集成结构，布局紧凑。IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)开关，是一种全控型电力电子器件，控制精度高。通过对低压电网进行分相控制，从而使该装置在补偿无功功率、滤除谐波、稳定电压的基础上，同时保证低压电网的三相平衡。进一步地，所述变流单元还包括电源板2，电源板2与薄膜电容3沿宽度方向如图1所示的x方向平行设置，电源板2用于对薄膜电容3进行充电，从而使得薄膜电容3能够支撑IGBT开关的通断。装置启动时需要对薄膜电容3进行充电，电容完成充电后主控板自动将充电电阻切除。

在所述第一容纳腔101内设置有滤波单元，用于对所述变流单元输出的控制电流进行滤波。所述滤波单元包括沿宽度方向平行层叠设置的两层电抗器板11，所述宽度方向如图1所示的x方向。进一步地，所述滤波单元还包括阻容板12，用于对所述变流单元输出的控制电流进行滤波。

在所述第二容纳腔102内还设置有主控板5，用于输出控制信号，主控板5通过复合母排4与所述变流单元连接，主控板5通过连接排8与所述滤波单元连接。具体地，主控板5根据霍尔6的采样数据进行处理并输出控制信号，主控板5可以采用DSP与FPGA作为核心控制芯片，对数据进行提取与分析，做出最贴合实际电网需求的电能质量控制，实现对低压电网的电能质量进行综合治理。

作为一个具体的实施方式，该装置还包括IGBT散热风机7，设置在所述第二容纳腔102内且与散热器13相对设置，用于对散热器13进行散热。进一步地，该装置还包括沿宽度方向(即沿x方向)与电抗器板11相对设置的两排平行的电抗器板散热风机9，设置在所述第一容纳腔101内且固定于电抗器风机安装板10上，电抗器板散热风机9用于对电抗器板11进行散热。优选地，IGBT散热风机7与电抗器板散热风机9设置在同一平面内且沿高度方向(即沿z方向)呈直线排布。

IGBT散热风机7与电抗器板散热风机9之间的中间隔板16，将该装置分隔为散热目标不同、互不干涉的风路独立的两个散热区域，IGBT散热风机7通过直吹散热器13实现对所述第二容纳腔102内的元器件进行散热；电抗器板散热风机9通过直吹两层电抗器板11实现对所述第一容纳腔101内的元器件进行散热。根据不同的散热目标设置不同的散热风机，进一步提高了该装置的散热效率，有效克服了现有低压电能质量控制装置因元器件布局问题导致的散热不均，从而保证该装置在正常工作温度下可靠运行。

该装置按照变流单元、滤波单元、控制部分、输出部分、散热及辅助部分进行功能集中和区域性布局，在使用状态下为立式，结构更适合现有空间紧凑的低压综合配电箱的配合安装，同时装置内元器件之间留有足够的间隙，在散热风机作用下有利于产生散热通道，增加装置散热速率，保证低压配电箱的可靠运行。

作为一个优选的实施方式，该装置选用的IGBT开关具有检测IGBT温度的功能，并能将温度信号反馈至主控板5，主控板5对IGBT散热风机4与电抗器板散热风机13的启停进行控制。具体地，可以通过15台散热风机对装置进行散热，通过主控板对风机启停进行控制，实现智能温度保护。当装置或箱体内温度过高时，装置内的15台风机和通风孔外侧的风机启动。气流通过电能提升单元80前部隔室的下部进入低压配电箱，利用风扇的推动流过设备，进入后部隔室后由下部通风孔抽风机快速流出设备。使气流在设备内快速循环，大大增加了设备的冷却速度。

目前市场上的使用IGBT的治理装置都是基于三相平衡的基础上进行的算法编写，对电网电能质量进行三相整体治理，无法解决三相不平衡的问题。该装置对于三相不平衡无功负载，根据对称分量法，负载电流可分解为正序、负序和零序分量，如式(1)所示：

式(1)中，i_La、i_Lb和i_Lc分别表示a相、b相和c相的电流，ωt为a相电网电压的相位角，通过分相采样实现；下标“P”、“N”和“0”分别表示基波正序分量、负序分量和零序分量；ψ_P、ψ_N和ψ₀分别为正序、负序和零序初始相位角。

式(1)中各分量均为交流分量，为提取出指令电流，使用式(2)所示的矩阵对其进行同步旋转变换可以得到式(3)和式(4)。

经正序同步旋转变换(θ＝ωt)，可以得到式(3)：

经负序同步旋转变换(θ＝-ωt)，可以得到式(4)：

式(3)和式(4)中的下标“+”、“-”分别表示正序、负序同步坐标系，“d”、“q”分别表示对应同步坐标系下d、q轴分量。由式(3)和式(4)可以看出，在正序同步坐标系下，负载电流基波正序分量变换为d、q轴上的直流量，基波负序分量变换为2倍工频(100Hz)的交流分量，零序分量为0；而在负序同步坐标系下，负载电流基波正序分量变换为2倍工频的交流分量，基波负序分量则变换为直流分量，零序分量仍为0。

为了提取出直流分量，引入滑动平均滤波器MAF(Moving Average Filter)，MAF的时域数学模型如式(5)所示：

式(5)中，x(τ)、x_ave(t)分别为MAF的输入信号、输出信号；Tw为MAF的滑窗长度。进行离散域的分析时，假设MAF的滑窗中包含输入信号的N个采样点信息，即Tw＝NTs(Ts为采样周期)，则MAF的离散域描述如式(6)所示，其中x(k)为当前采样点信息。

将式(6)所示差分方程转换到z域中，可得MAF的传递函数如式(7)所示：

该设计中，MAF用于滤除2倍工频分量，可将Tw定为工频周期的1/2。由此时MAF的幅值、相位特性曲线及其阶跃、谐波瞬态响应曲线可知，MAF具有完全低通特性，对直流分量既无幅值衰减，也不会引入相位滞后，而对2倍工频分量的衰减幅度则比二阶低通滤波器大，滤波效果更好；MAF的阶跃、谐波响应速度均快于二阶低通滤波器，且稳态跟踪误差更小。

该装置通过分相采样，分相计算，实现分相控制，完成对配电系统进行分相治理，解决三相不平衡问题。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。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。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种柔性低压配电箱，其特征在于，包括：

采集计量单元，包括采集器和计量电能表，所述采集器用于采集低压电网的数据，所述计量电能表用于计量低压电网的电能；

电能提升单元，包括断路器和低压电能质量控制装置，所述低压电能质量控制装置通过所述断路器并联至所述低压电网，所述低压电能质量控制装置用于根据采集的数据对所述低压电网进行分相控制、无功补偿以及谐波滤除；

进线单元，包括进线铜排和熔断器，用于连接进线电缆；

出线单元，包括出线铜排和剩余电流断路器，用于连接出线电缆。

2.根据权利要求1所述的柔性低压配电箱，其特征在于，还包括终端单元，所述终端单元包括终端设备。

3.根据权利要求2所述的柔性低压配电箱，其特征在于，还包括控制终端，所述控制终端与所述终端单元连接，用于对所述终端设备进行控制和操作。

4.根据权利要求1所述的柔性低压配电箱，其特征在于，所述低压电能质量控制装置包括：

壳体，所述壳体内设有容纳腔；

中间隔板(16)，设置在所述壳体内部，在使用状态下，所述中间隔板(16)将所述壳体分隔成沿高度方向设置的第一容纳腔(101)和第二容纳腔(102)；

变流单元，设置在所述第二容纳腔(102)内，用于输出控制电流，所述变流单元包括薄膜电容(3)、IGBT(20)、复合母排(4)和散热器(13)，IGBT(20)固定于散热器(13)上，复合母排(4)连接薄膜电容(3)及IGBT(20)；

滤波单元，设置在所述第一容纳腔(101)内，用于对所述变流单元输出的控制电流进行滤波，所述滤波单元包括沿宽度方向平行层叠设置的两层电抗器板(11)；

主控板(5)，设置在所述第二容纳腔(102)内，用于输出控制信号，主控板(5)通过复合母排(4)与所述变流单元连接，主控板(5)通过连接排(8)与所述滤波单元连接。

5.根据权利要求4所述的柔性低压配电箱，其特征在于，所述低压电能质量控制装置还包括：

IGBT散热风机(7)，设置在所述第二容纳腔(102)内且与散热器(13)相对设置，用于对散热器(13)进行散热。

6.根据权利要求5所述的柔性低压配电箱，其特征在于，所述低压电能质量控制装置还包括：

沿宽度方向与电抗器板(11)相对设置的两排电抗器板散热风机(9)，设置在所述第一容纳腔(101)内且固定于电抗器风机安装板(10)上，电抗器板散热风机(9)用于对电抗器板(11)进行散热。

7.根据权利要求6所述的柔性低压配电箱，其特征在于，所述低压电能质量控制装置的IGBT散热风机(7)与电抗器板散热风机(9)设置在同一平面内且沿高度方向呈直线排布。

8.根据权利要求4所述的柔性低压配电箱，其特征在于，所述低压电能质量控制装置还包括：

所述变流单元还包括电源板(2)，与薄膜电容(3)沿宽度方向平行设置，用于对薄膜电容(3)进行充电。