CN207910479U - 一种配电网无功补偿装置 - Google Patents

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罗毅霖
王雪燕
罗日成
鲁增
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Abstract

本实用新型公开一种配电网无功补偿装置，包括检测电路、低通滤波器、模数转换器、数字信号处理器、双口RAM控制器、可变电容器组件和可连入Internet的Raspberry Pi。检测电路、低通滤波器、模数转换器、数字信号处理器以及双口RAM控制器依次连接；双口RAM控制器包括双口RAM、第一ARM处理器和第二ARM处理器，双口RAM与数字信号处理器连接；第一、第二ARM处理器并行连接于双口RAM；第一ARM处理器与可变电容器组件连接；Raspberry Pi连接于第二ARM处理器。该装置有助于实现中低压配电网无功补偿的电容器组件自动投切，提高无功补偿的效率，装置成本较低，便于推广实施。

Description

一种配电网无功补偿装置
技术领域
本实用新型涉及电力系统输电线路维护技术领域，更具体地说，特别涉及一种配电网无功补偿装置。
背景技术
在电力系统中，配电网是电力系统供电的主要部分之一，它的安全可靠运行直接取决于供电质量的好坏。目前对于我国低压电网来说，一般都采用三相四线制配电方式，配电变压器为Y/yn0接线。由于大量的单相负载以及用电不同时性的原因，因此无法避免配电变压器的三相不平衡运行情况，而三相电压或电流不对称会对电力系统中的发电、输电、配电设备及用电设备造成一系列的危害：线路无功电流造成线损增加、配电变压器出力降低以及利用效率下降等。在配电网建设和改造中，无功补偿是目前节能降耗，改善电网电压质量最经济，最有效的方式之一。因此，在配电网中合理地运用无功补偿方式是保证系统安全经济运行的前提。
低压配电系统的无功补偿方式有低压集中补偿方式，杆上补偿方式，用户终端分散补偿方式。低压集中补偿方式是国内较普遍的补偿方式，该方式虽利于保证用户的电能质量，但对电力系统不可取，且补偿方式相对固定，当线路电压基准偏高或偏低时，无功功率的投切量可能与实际需求相差甚远。杆上补偿方式由于杆上安装的并联电容器远离变电站，保护不易配置，控制成本高，维护工作量大，因此受安装环境和空间等客观条件限制。缺乏泛用性。用户终端分散补偿方式有以下优点：减少线损率，改善电压质量，进而改善用电设备起动和运行条件；释放系统能量，提高线路供电能力。不足之处是低压无功补偿通常按配电变压器低压侧最大无功功率需求来确定安装容量，而各配电变压器低压负荷波动的不同时性造成大量电容器在较轻载时闲置，设备利用率不高。
鉴于上述几种补偿方式的缺陷，目前在中、低压配电网中，还广泛采用手动或自动投切的电容器组进行补偿。然而目前多数低压配电网中无功补偿装置补偿容量低、补偿电容的投切基本采样人工手动方式，特别是在广大农村地区，不具备智能和自动投切功能，若改变补偿容量需人工进行操作改造，工作量大，补偿效率低，缺少一种成本相对较低，能够辅助实现电容器自动投切的硬件装置。
实用新型内容
(一)技术问题
综上所述，现有技术中的中低压配电网无功补偿部分方案缺少一种成本相对较低、能够辅助实现电容器自动投切的硬件装置，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。
(二)技术方案
本实用新型提供了一种配电网无功补偿装置，包括检测电路、低通滤波器、模数转换器、数字信号处理器、双口RAM控制器、可变电容器组件和可连入Internet的RaspberryPi；
所述检测电路、所述低通滤波器、所述模数转换器、所述数字信号处理器以及所述双口RAM控制器依次连接；
所述双口RAM控制器包括双口RAM、第一ARM处理器和第二ARM处理器，所述双口RAM与所述数字信号处理器连接；所述第一ARM处理器和所述第二ARM处理器并行连接于所述双口RAM；
所述第一ARM处理器与所述可变电容器组件连接；
所述Raspberry Pi连接于所述第二ARM处理器。
其中，所述可变电容器组件，包括3组并联电容组件；每组所述并联电容组件包括4条并联的电容支路，每条电容支路上设有串联的一第一电容和一固态继电器；
所述固态继电器与所述第一ARM处理器连接；
3组所述并联电容组件分别接于配电网变压器负荷侧的A/B/C三相。
其中，所述检测电路，包括一电压互感器和一电流互感器；
所述电压互感器和所述电流互感器的输入端均连接于配电网系统一次侧，输出端均连接至所述低通滤波器。
其中，所述第二ARM处理器的串口接口和所述Raspberry Pi的USB接口通过串口线相连接。
其中，该装置还设有液晶显示器；
所述液晶显示器为LCD12864液晶模块，与所述第二ARM处理器连接，用于显示投切控制运行数据。
其中，所述模数转换器为A/D7606模数转换器。
其中，所述数字信号处理器为TMS20DSP数字信号处理器。
其中，所述第一ARM处理器和所述第二ARM处理器均为STM32FARM处理器。
其中，所述低通滤波器为2阶低通滤波器。
(三)有益效果
本实用新型提供的一种配电网无功补偿装置，基于上述结构设计，提供了一种可辅助实现电容器自动投切的硬件装置，该装置基于其器件结构组成，整体成本较低，结构紧凑，便于实施，为无功补偿时可变电容器的投切提供了有效的硬件基础。检测电路实时检测每一相的用电情况，一次侧信号通过电压互感器和电流传感器对一次侧输入信号进行降压降流，转换成数字信号处理器等能够接受的范围后，输入到信号采集模块(模数转换器)的电压和电流回路，单片机根据实时检测的电力参数对可变电容器组件进行投切控制，根据每一相的不同用电情况动态控制电容器投入组数，精准的满足无功缺额，减少过补和欠补，节约能源，功率因数高；此外，对每一个装置都分配一个Raspberry Pi，可以利用分布式网络将采集的数据进行整合，将数据最终收集至一个总服务器，这样便于数据的管理和监控，同时Raspberry Pi体积小、价格便宜、性能强，可以用Raspberry Pi来接收和发送数据，将Raspberry Pi作为一个媒介，很好的解决了STM32传输数据的问题。
附图说明
图1为本实用新型的一种配电网无功补偿装置的总体结构示意简图；
图2为本实用新型可变电容器组件的接线原理图；
图3为本实用新型的优选实施例中检测电路与其他电路的连接关系示意图；
图4为本实用新型一种配电网无功补偿装置的一个优选实施例。
其中，部件名称与附图编号的对应关系为：
检测电路11、低通滤波器12、模数转换器13、数字信号处理器14、双口RAM控制器15、双口RAM151、第一ARM处理器152、第二ARM处理器153、可变电容器组件16、Raspberry Pi17、固态继电器161、第一电容162、电压互感器111、电流互感器112。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不能用来限制本实用新型的范围。
在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”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”等仅用于描述目的，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“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、信号连接、数据连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。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。
本实用新型提供了一种配电网无功补偿装置，参见图1所示，包括检测电路11、低通滤波器12、模数转换器13、数字信号处理器14、双口RAM控制器15、可变电容器组件16和可连入Intemet的RaspberryPi 17。
检测电路11、低通滤波器12、模数转换器13、数字信号处理器14以及双口RAM控制器15依次连接；双口RAM控制器包括双口RAM151(双口Random Access Memory，RAM)、第一ARM(AdvancedRISC Machine)处理器152和第二ARM处理器153。双口RAM151与数字信号处理器14连接；第一ARM处理器152和第二ARM处理器153并行连接于双口RAM151。
第一ARM处理器152与可变电容器组件16连接。
Raspberry Pi 17与第二ARM处理器153相连接。
优选地，参见图2所示，可变电容器组件16，包括3组并联电容组件。每组所述并联电容组件包括4条并联的电容支路，每条支路均为一个第一电容162和一个固态继电器161串联而成的支路，优选地，每个第一电容300μF。3组并联电容组件分别接于配电网变压器负荷侧的A/B/C三相。其中固态继电器与第一ARM处理电信号连接，固态继电器受第一ARM处理的信号控制闭合或者开启，进而控制电容器组件电容量的投切。
下面介绍本实用新型的一个优选实施例，作为一种可实施方式，检测电路11与低通滤波器12电路等的连接参见图3所示。其中，电压互感器111和电流互感器112的输入端连接于系统一次侧，输出端连接至低通滤波器12。优选地，当输入端为100V交流电时，电压互感器111的规格可以为100V/3.53V，电流互感器112为穿心电流互感器，规格为5A/3.53V。电压互感器可以为LEM电压互感器，电流互感器可以为LEM电流互感器。一次侧信号通过电压互感器和电流互感器对一次侧输入信号进行降压降流，转换成数字处理模块能够接受的范围后，输入到信号采集模块的电压和电流回路。
优选地，低通滤波器12为2阶低通滤波器。
优选地，第二ARM处理器的串口接口和Raspberry Pi的USB接口通过串口线相连接。
在该优选实施例中，参见图4所示，模数转换器为A/D7606模数转换器，数字信号处理器为TMS20DSP数字信号处理器，第一ARM处理器和第二ARM处理器均为STM32FARM处理器。
优选地，该无功补偿装置还设有液晶显示器；液晶显示器为LCD12864液晶模块，与第二ARM处理器连接，用于显示投切控制运行数据。投切运行数据包括但不限于：用于显示各相投切控制情况、各相补偿容量、各相电压、电流大小以及各相的功率因数值等系统参数。
基于上述无功补偿装置的硬件结构，现对基于该装置结构进行电容器投切控制的相关使用流程加以说明。
检测电路，实时检测网侧电压、电流，通过检测到的电压、电流大小和电压、电流的相位角计算有功功率和无功功率，通过鉴相器得出功率因数角及功率因数。
经过所述的2阶低通滤波器滤波后，考虑到互感器阻抗匹配及误差控制，在A/D模数转换器之前采用精密运放电路实现信号变换和抗混叠滤波，并将以上数据的模拟量通过所述的A/D7606模数转换器将模拟量转化为数字量，然后由双口RAM存储器存储，最后由第一STM32FARM控制器(第一ARM处理器)根据目标值来调节开关量，具体通过控制每条电容支路上的固态继电器的开关实现可变电容器组件的电容量投切的控制。
第二ARM处理器即第二STM32FARM控制器进行可变电容器的投切控制和功率因数、功率因数角的液晶显示，并连接了Raspberry Pi模块，将数据通过传输通道传输到Internet。数据的传输主要应用串口通信，将Raspberry Pi和STM32用USB进行相连，当Raspberry Pi监测到USB有数据时，将数据保存在字符串中，并将数据转发给服务器，在转发过程中主要采用TCP协议来完成，Raspberry Pi只作为一个客户端，只负责发送数据到服务器。
总的来说，对可变电容器组件投切控制的原则是：根据计算线路的电压偏移量，判断网侧运行工况和功率因数，确定动态调压和无功补偿范围：当电压或功率因数偏低时，增加电容器组的投入组数，加大无功补偿容量；当电压或功率因数偏高时，减少电容器组的投入组数，降低无功补偿容量。
本实用新型的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本实用新型限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本实用新型的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本实用新型从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (9)

1.一种配电网无功补偿装置，其特征在于，包括检测电路、低通滤波器、模数转换器、数字信号处理器、双口RAM控制器、可变电容器组件和可连入Internet的Raspberry Pi；
所述检测电路、所述低通滤波器、所述模数转换器、所述数字信号处理器以及所述双口RAM控制器依次连接；
所述双口RAM控制器包括双口RAM、第一ARM处理器和第二ARM处理器，所述双口RAM与所述数字信号处理器连接；所述第一ARM处理器和所述第二ARM处理器并行连接于所述双口RAM；
所述第一ARM处理器与所述可变电容器组件连接；
所述Raspberry Pi连接于所述第二ARM处理器。
2.如权利要求1所述的一种配电网无功补偿装置，其特征在于，所述可变电容器组件，包括3组并联电容组件；
每组所述并联电容组件包括4条并联的电容支路，每条电容支路上设有串联的一第一电容和一固态继电器；
所述固态继电器与所述第一ARM处理器连接；
3组所述并联电容组件分别接于配电网变压器负荷侧的A/B/C三相。
3.如权利要求1所述的一种配电网无功补偿装置，其特征在于，所述检测电路，包括一电压互感器和一电流互感器；
所述电压互感器和所述电流互感器的输入端均连接于配电网系统一次侧，输出端均连接至所述低通滤波器。
4.如权利要求1所述的一种配电网无功补偿装置，其特征在于，所述第二ARM处理器的串口接口和所述Raspberry Pi的USB接口通过串口线相连接。
5.如权利要求1所述的一种配电网无功补偿装置，其特征在于，还设有液晶显示器；
所述液晶显示器为LCD12864液晶模块，与所述第二ARM处理器连接，用于显示投切控制运行数据。
6.如权利要求1所述的一种配电网无功补偿装置，其特征在于，所述模数转换器为A/D7606模数转换器。
7.如权利要求1所述的一种配电网无功补偿装置，其特征在于，所述数字信号处理器为TMS20DSP数字信号处理器。
8.如权利要求1-7任一项所述的一种配电网无功补偿装置，其特征在于，所述第一ARM处理器和所述第二ARM处理器均为STM32FARM处理器。
9.如权利要求1-7任一项所述的一种配电网无功补偿装置，其特征在于，所述低通滤波器为2阶低通滤波器。
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