CN209626979U - 一种首末端三相不平衡治理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种首末端三相不平衡治理装置，其包括SVG装置和换相开关；SVG装置包括主控制器、电流检测装置及母线，母线设有断路器、快速熔断器、主接触器、HCT、电抗器、IGBT功率变换器及直流母线电容器；母线还设有一个与主接触器并联的软起电阻，且在HCT和电抗器之间设有一个支线，支线上设有滤波电容器；每个与台区变压器输出线路连接的支路的火线的前端设有一个换相开关，换相开关包括子控制器、第一电流互感器及三个开关单元，开关单元包括并联连接的换相接触器和双向可控硅。本实用新型既能在输出线路的首端治理三相不平衡，又能在支路的前端自动换相，以根据线路负荷实时分配，换相过程不影响电器设备的正常工作。

Description

一种首末端三相不平衡治理装置

技术领域

本实用新型涉及电能质量综合治理领域，特别涉及一种首末端三相不平衡治理装置。

背景技术

三相负荷平衡是安全供电基础。三相负荷不平衡，轻则降低线路和配电变压器的供电效率，重则会因重负荷相超载过多，可能造成某相导线烧断，开关烧断甚至配电变压器单相烧毁等严重后果。当三相负荷严重不对称，中性点点位就会发生偏移，线路压降和功率损失就会大大增加。接在重负荷相的单相用户易出现电压偏低，电灯不昏暗、电器效能降低等问题。而接轻负荷相的单相用户易出现电压偏高，可能造成电器绝缘击穿、缩短电器使用寿命或损坏电器。所以只有三相负荷平衡才能保证用户的电能质量。

对于三相不平衡调节，常用的方法有人工手动调相、加装电力电子装置型、加装换相开关型。人工手动调相效率低下，需要对台区进行停电，影响居民用户用电，而且由于用户用电的不确定性，无法经常性进行手动调相，效果很不理想；电力电子装置型，如SVG装置(静止无功发生器)，能综合治理三相不平衡、低功率因素、谐波等电能质量问题，但只能将设备的前端电流调整至平衡状态，无法调整设备后端线路电流，治标不治本。而换相开关型只能调整设备末端线路电能质量问题，将台区重载相的单向负荷切换至轻载相，使各相负载处在相对平衡的状态，但是治理后不能保证三相不平衡指标始终满足要求，尤其是负载低的时候。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本实用新型的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种首末端三相不平衡治理装置，其通过SVG装置和换相开关相结合的技术，实现了对供电线路的首末端负荷同时进行自动分配，从根本上解决三相不平衡问题。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种首末端三相不平衡治理装置，其中，包括SVG装置和换相开关；所述SVG装置设置在台区变压器的输出线路的首端，所述SVG装置包括：主控制器；电流检测装置，其与所述主控制器连接，该电流检测装置用于检测台区变压器的输出线路的首端的三相总电流；以及母线，其与台区变压器的输出线路的首端连接，该母线自前至后设置有断路器、快速熔断器、主接触器、HCT、电抗器、IGBT功率变换器以及直流母线电容器；该母线上还设置有一个与所述主接触器并联连接的软起电阻，且该母线在所述HCT和所述电抗器之间还设置有一个支线，所述支线上设置有一个滤波电容器；所述HCT与所述主控制器连接；所述IGBT功率变换器通过一个IGBT驱动板与所述主控制器连接；每个与所述台区变压器的输出线路连接的支路的火线的前端设置有一个所述换相开关，所述换相开关包括子控制器、第一电流互感器以及三个开关单元，三个所述开关单元的前端分别与台区变压器的输出线路的A相、B相以及C相连接，且三个所述开关单元的后端同时与支路的火线的前端连接，每个所述开关单元包括并联连接的换相接触器和双向可控硅，所述换相接触器和所述双向可控硅与所述子控制器连接，所述子控制器与所述主控制器连接；所述第一电流互感器用于检测支路的火线的前端的电流并输送给所述子控制器。

优选地，上述技术方案中，所述电流检测装置包括三个分别设置在台区变压器的输出线路的首端的A、B、C三个相线上的第二电流互感器。

优选地，上述技术方案中，所述SVG装置还包括一与所述主控制器连接的电压检测装置，所述电压检测装置用于检测台区变压器的输出线路的首端的电压。

优选地，上述技术方案中，所述主控制器和所述子控制器通过无线通讯的方式进行连接。

优选地，上述技术方案中，所述主控制器通过GPRS与远程服务器的数据进行交互，以实现在线监测。

优选地，上述技术方案中，所述主控制器还能通过无线通讯的方式与手机进行连接。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型的首末端三相不平衡治理装置，通过SVG装置和换相开关相结合的技术，既能够在台区变压器低压侧治理三相不平衡，又能在支路前端自动换相，以根据线路负荷实时分配负荷，实现了对供电线路的首末端负荷同时进行自动分配，从根本上解决三相不平衡问题。本实用新型无需停电，且换相过程断电时间小于10ms，不影响用户电器设备的正常工作，其集三相不平衡调节、无功补偿、谐波治理、在线监测、手机修改参数等功能为一体。

附图说明

图1是根据本实用新型首末端三相不平衡治理装置的连接在线路上的结构示意图；

图2是根据本实用新型的SVG装置的结构示意图；

图3是根据本实用新型的换相开关的结构示意图。

主要附图标记说明：

1-台区变压器，2-SVG装置，3-换相开关，4-电流检测装置，5-主控制器，6-母线，7-断路器，8-快速熔断器，9-主接触器，10-HCT，11-电抗器，12-IGBT功率变换器，13-直流母线电容器，14-软起电阻，15-滤波电容器，16-IGBT驱动板，17-第一电流互感器，18-换相接触器，19-双向可控硅，20-直流电压传感器。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

图1至图3显示了根据本实用新型优选实施方式的一种首末端三相不平衡治理装置的结构示意图，该首末端三相不平衡治理装置包括SVG装置2(静止无功发生器)和换相开关3。参考图1和图2，SVG装置2设置在台区变压器1的输出线路的首端，台区变压器1把电网的高压电转换为低压电，其输出线路为低压侧。SVG装置2包括主控制器5、电流检测装置4、母线6、断路器7、快速熔断器8、主接触器9、软起电阻14、HCT10、电抗器11、滤波电容器15、IGBT功率变换器12以及直流母线电容器13。电流检测装置4与主控制器连接5，电流检测装置4用于实时检测台区变压器1的输出线路的首端的三相总电流，然后把电流信号输送给主控制器5。优选地，电流检测装置4包括三个分别设置在台区变压器1的输出线路的首端的A、B、C三个相线上的第二电流互感器(CT)。优选地，SVG装置2还包括一与主控制器5连接的电压检测装置，电压检测装置用于检测台区变压器1的输出线路的首端的电压，并把电压信号输送给主控制器5。主控制器5的芯片型号可以为DSP2812。

继续参考图1和图2，母线6的前端与台区变压器1的输出线路的首端连接，将母线6的前端分为A\B\C三相分别接到变压器1的输出端A\B\C三相上，母线6自前至后设置有断路器7、快速熔断器8、主接触器9、HCT10(HCT也是电流互感器，与CT相比精度更高)、电抗器11、IGBT功率变换器12以及直流母线电容器13，断路品7用于控制母线6的通断。快速熔断器8起到整流装置保护作用。IGBT功率变换器12用于向外输出补偿电流提供能量。母线6上还设置有一个与主接触器9并联连接的软起电阻14，软起电阻14是能流过大电流，常温下电阻和运行时电阻相差很大。且母线6在HCT10和电抗器11之间还设置有一个支线，支线上设置有一个滤波电容器15，滤波电容15能降低交流脉冲波纹系数，提升高效平滑输出。HCT与主控制器5连接，以把检测到的母线6上的电流输送给主控制器。IGBT功率变换器12通过一个IGBT驱动板16与主控制器5连接，IGBT驱动板16的型号可以为10-FY07NPA150SM02。主控制器5将采集到的补偿电流和SVG装置2已发出的补偿电流比较得到差值，作为实时补偿信号输出到IGBT驱动板16，再通过IGBT驱动板16控制IGBT功率变换器12进行工作。还可以在母线6的末端设置一个直流电压传感器20，直流电压传感器20与主控制器5连接，其用于感受被测电压并转换成可用输出信号。

参考图1和图3，每个与台区变压器1的输出线路连接的支路的火线的前端设置有一个换相开关3，换相开关3包括子控制器、第一电流互感器17以及三个开关单元，三个开关单元的前端分别与台区变压器1的输出线路的A相、B相以及C相连接，且三个开关单元的后端同时与支路的火线的前端连接，每个开关单元包括并联连接的换相接触器18和双向可控硅19，换相接触器18和双向可控硅19与子控制器(图未视)连接，子控制器的型号可以为PIC32MX575F，其与主控制器5连接。优选地，主控制器5和子控制器通过无线通讯的方式进行连接。第一电流互感器17(CT)用于检测支路的火线的前端的电流并输送给子控制器，第一电流互感器17位于所有的开关单元的后端与火线的前端的连接处。子控制器把第一电流互感器17检测到的电流信号输送给主控制器5，主控制器5能够把相应的换相指令发送给子控制器，子控制器再控制相应的开关单元进行换相作业，换相接触器18和双向可控硅19相互协调动作，用于相线切换。

本实用新型的工作原理为：

当设备通电运行后，SVG装置2的断路器7合闸，为防止上电时电网对直流母线电容器13的瞬间冲击，主接触器9暂时保持断开，电流先通过软起电阻14对直流母线电容器13充电，这个过程会持续十几秒。当母线电压U_dc达到预定值后，主接触器9再闭合。直流母线电容作为储能器件，为IGBT功率变换器12和电抗器11向外输出补偿电流提供能量。SVG装置2通过电流检测装置4实时检测台区变压器1的输出线路的首端的A、B、C三相总电流，并把检测到的电流信号输送至主控制器5。主控制器5将三相电流的基波成分分离，提取出所有的谐波电流、无功电流、三相不平衡电流，以得到要补偿的电流成分，主控制器5再把要补偿的电流成分和通过HCT10检测到的母线6上已发出的补偿电流做比较，得到的差值作为实时补偿信号输出到IGBT驱动电路16，IGBT驱动板16再触发IGBT变换器12将补偿电流注入到电网中，实现闭环控制，从而完成补偿。具体补偿情况如下：

1)谐波治理：

SVG装置2把电流检测装置4采集到的电流信号通过内部检测电路分离出其中的谐波部分，再通过主控制器5使IGBT功率变换器12产生与之谐波大小相等且相位相反的补偿电流，实现治理谐波的功能。

2)三相不平衡调节：

首先SVG装置2根据电流检测装置4采集到的电流，进行dq坐标旋转，提取不平衡量，再通过主控制器5使IGBT功率变换器12发出与不平衡分量大小相等且相位相反的电流，将不平衡部分补偿到零，就能将三相不平衡电流矫正成三相平衡电流。在补偿过程中，还可通过电压检测装置检测出输出线路的首端的电压值，判断是否超出设定的电压阀值，当大于电压上限值，使IGBT功率变换器12输出感性无功，以拉低该相电压，当小于电压下限值时，使IGBT功率变换器12输出容性无功，以抬升该相电压，从而实现电压偏差的补偿。

3)无功补偿：

SVG装置2根据分离得到的无功功率，通过IGBT功率变换器12产生容性或感性的基波电流，实现动态无功补偿的目的，补偿目标值可以通过操作而设定，不会出现过补偿，并且补偿平滑，不会产生对负载和电网的涌流冲击。

另外，主控制器5通过电流检测装置4检测A、B、C三相总电流，并通过各换相开关3中的子控制器通过电流互感器17检测所在支路的电流，主控制器5会根据台区变压器1的输出线路的首端总电流及末端换相开关3所在的支路电流计算出最合理的换相方案，通过无线通信的方式将换相信号发送给末端换相开关3，换相开关3接受并执行换相指令，以实现有载动态调节三相不平衡度。换相开关在换相过程利用双向可控硅19导通速度快的优点，换相过程中断电时间小于10ms，不会造成用户电气设备断电或重启。参考图3，假如初始状态下是与A相连接的开关单元的换相接触器18闭合，由A相为支路的火线供电，然后需要换到B相为支路的火线供电时，具体过程如下：

主控制器5给相应的换相开关3的子控制器发送换相指令，先使与A相连接的开关单元的双向可控硅19导通而换相接触器18断开，然后使与B相连接的开关单元的双向可控硅19导通，而与A相连接的开关单元的双向可控硅19断开，最后使与B相连接的开关单元的换相接触器18导通而双向可控硅19断开，这样便可把原来由A相供电替换为B相供电。

本实用新型优选地，主控制器5还可通过GPRS与远程服务器的数据进行交互，以实现在线监测，以对整套设备的运行参数进行测量、统计，主要包括能够实时采集和监控三相电压、电流，实现电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数和不平衡度的测量。本实用新型进一步优选地，主控制器5还能通过无线通讯的方式与手机进行连接。在本实用新型的首末端三相不平衡治理装置中安装WiFi，操作人员能在地面通过手机连接WiFi，由手机上安装相应的APP来查看设备运行情况，并能够修改部分参数，实现操作安全简易化。

本实用新型的首末端三相不平衡治理装置，通过SVG装置和换相开关相结合的技术，既能够在台区变压器低压侧治理三相不平衡，又能在支路前端自动换相，以根据线路负荷实时分配负荷，实现了对供电线路的首末端负荷同时进行自动分配，从根本上解决三相不平衡问题。本实用新型无需停电，且换相过程断电时间小于10ms，不影响用户电器设备的正常工作，其集三相不平衡调节、无功补偿、谐波治理、在线监测、手机修改参数等功能为一体

本实用新型与无功静止发生器和换相开关相比，首末端三相不平衡治理装置既能够通过控制换相开关自动分配支线端对负荷调节，使台区负荷处于三相平衡状态，又能够从首端保证三相不平衡指标满足要求，保护变压器，谐波和无功功率综合治理。三相不平衡改善后，中性点偏移消失，从而进一步提高了调压效果，配变、线路及用电设备的运行安全性也将得到提高。而本实用新型与人工手动调相相比，既能够在台区变压器低压侧治理三相不平衡，又能在支路前端自动换相方便快捷，能根据线路负荷实时分配分荷，也无需停电，换相过程断电时间小于10ms，不影响用户电器设备的正常工作。

前述对本实用新型的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本实用新型限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本实用新型的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本实用新型的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本实用新型的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (6)

1.一种首末端三相不平衡治理装置，其特征在于，包括SVG装置和换相开关；

所述SVG装置设置在台区变压器的输出线路的首端，所述SVG装置包括：

主控制器；

电流检测装置，其与所述主控制器连接，该电流检测装置用于检测台区变压器的输出线路的首端的三相总电流；以及

母线，其与台区变压器的输出线路的首端连接，该母线自前至后设置有断路器、快速熔断器、主接触器、HCT、电抗器、IGBT功率变换器以及直流母线电容器；该母线上还设置有一个与所述主接触器并联连接的软起电阻，且该母线在所述HCT和所述电抗器之间还设置有一个支线，所述支线上设置有一个滤波电容器；所述HCT与所述主控制器连接；所述IGBT功率变换器通过一个IGBT驱动板与所述主控制器连接；

每个与所述台区变压器的输出线路连接的支路的火线的前端设置有一个所述换相开关，所述换相开关包括子控制器、第一电流互感器以及三个开关单元，三个所述开关单元的前端分别与台区变压器的输出线路的A相、B相以及C相连接，且三个所述开关单元的后端同时与支路的火线的前端连接，每个所述开关单元包括并联连接的换相接触器和双向可控硅，所述换相接触器和所述双向可控硅与所述子控制器连接，所述子控制器与所述主控制器连接；所述第一电流互感器用于检测支路的火线的前端的电流并输送给所述子控制器。

2.根据权利要求1所述的首末端三相不平衡治理装置，其特征在于，所述电流检测装置包括三个分别设置在台区变压器的输出线路的首端的A、B、C三个相线上的第二电流互感器。

3.根据权利要求1所述的首末端三相不平衡治理装置，其特征在于，所述SVG装置还包括一与所述主控制器连接的电压检测装置，所述电压检测装置用于检测台区变压器的输出线路的首端的电压。

4.根据权利要求1所述的首末端三相不平衡治理装置，其特征在于，所述主控制器和所述子控制器通过无线通讯的方式进行连接。

5.根据权利要求1所述的首末端三相不平衡治理装置，其特征在于，所述主控制器通过GPRS与远程服务器的数据进行交互，以实现在线监测。

6.根据权利要求5所述的首末端三相不平衡治理装置，其特征在于，所述主控制器还能通过无线通讯的方式与手机进行连接。