低壓配電網(wǎng)分散型無功補償系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及低壓配電網(wǎng)分散型無功補償系統(tǒng)，其包括與公用配電變壓器的輸出端連接的低壓供電線路以及二個無功補償裝置，其中一個無功補償裝置與所述低壓供電線路的中段負荷中心的前端連接，另一個無功補償裝置與所述低壓供電線路的后段負荷中心的前端連接。將無功補償裝置直接安裝在低壓供電線路的中段及后段負荷中心前，一方面可以大幅提高無功補償裝置的電壓增益效果，另一方面也很好的杜絕了對低壓線路前段電壓的疊加，同時具有控制精度高、功耗低、體積小巧、免維護等優(yōu)點，尤其適合應用于供電線路半徑長、末端無功功率不足或電壓偏低的場合。
【專利說明】低壓配電網(wǎng)分散型無功補償系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)控制技術(shù)。

【背景技術(shù)】
[0002]我國農(nóng)村地區(qū)普遍存在地域相對廣大而負荷聚集程度不高的情況，一臺配電變壓器的供電范圍半徑往往超過500米甚至更大。而且，受地理環(huán)境、經(jīng)濟發(fā)展等因素影響，供電線路被盜頻率高而被迫使用鋁導線、運行環(huán)境惡劣等問題比較普遍，很多農(nóng)村地區(qū)都存在用電電壓偏低的情況，個別地區(qū)入戶電壓甚至低至150V以下，連照明、燒飯等基本生活需求都無法滿足。
[0003]面對不斷提高的生活、生產(chǎn)用電需求和管理、服務要求，目前，供電企業(yè)在新建公用配電變壓器項目的典型設(shè)計中，普遍都會根據(jù)配電變壓器的額定容量配置低壓無功補償裝置并設(shè)置在低壓配電箱，通過補償變壓器的無功出力，提高功率因素、提升低壓線路末端電壓水平。
[0004]但是，傳統(tǒng)的低壓無功補償裝置存在兩個弊端:一是通過控制交流接觸器或空氣開關(guān)實現(xiàn)電容器組的投切，這種裝置的致命弱點是機械觸頭，容易產(chǎn)生沖擊電流、對線路和補償裝置本身造成嚴重損害，故障率高；二是補償裝置設(shè)置在在公用配電變壓器的低壓線路前端，補償增益范圍非常有限，而農(nóng)村低壓電網(wǎng)普遍分散且絕大部分使用鋁導線，對于臺區(qū)低壓線路中、后段用戶，無功補償對功率因素和電壓的增益已基本消失，無功補償裝置形同虛設(shè)，而且部分傳統(tǒng)無功補償裝置沒有自動投切功能，甚至反而過分抬高低壓線路前端電壓，嚴重縮短用戶用電設(shè)備壽命。而且，為了補償鋁導線較大的電壓降，滿足低壓線路末端用戶的用電質(zhì)量，供電企業(yè)往往會通過調(diào)整配電變壓器的分接頭檔位，調(diào)高輸出電壓，常規(guī)無功補償裝置一旦投入運行，電壓增益將直接疊加在母線上，造成前段用戶電壓過高，甚至燒壞用戶設(shè)備。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提出一種低壓配電網(wǎng)分散型無功補償系統(tǒng)，其能解決補償增益范圍小以及容易燒壞用戶設(shè)備的技術(shù)問題。
[0006]為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:
[0007]低壓配電網(wǎng)分散型無功補償系統(tǒng)，其包括與公用配電變壓器的輸出端連接的低壓供電線路以及二個無功補償裝置，其中一個無功補償裝置與所述低壓供電線路的中段負荷中心的前端連接，另一個無功補償裝置與所述低壓供電線路的后段負荷中心的前端連接。
[0008]優(yōu)選的，該低壓配電網(wǎng)分散型無功補償系統(tǒng)還包括電力通訊模塊、無線通信模塊和后臺服務器，電力通訊模塊連接在所述低壓供電線路的前段，電力通訊模塊用于將采集到的數(shù)據(jù)通過無線通信模塊發(fā)送給后臺服務器；無功補償裝置也與所述無線通信模塊連接。
[0009]優(yōu)選的，所述無線通信模塊為GPRS模塊。
[0010]優(yōu)選的，所述無功補償裝置為低壓無功補償裝置。
[0011]優(yōu)選的，所述低壓供電線路為鋁導線。
[0012]本發(fā)明具有如下有益效果:
[0013]將無功補償裝置直接安裝在低壓供電線路的中段及后段負荷中心前，一方面可以大幅提高無功補償裝置的電壓增益效果，另一方面也很好的杜絕了對低壓線路前段電壓的疊加，同時具有控制精度高、功耗低、體積小巧、免維護等優(yōu)點，尤其適合應用于供電線路半徑長、末端無功功率不足或電壓偏低的場合。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明較佳實施例的低壓配電網(wǎng)分散型無功補償系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]附圖標記:1、公用配電變壓器；2、低壓供電線路；3、無功補償裝置；4、無功補償裝置；5、前段負荷；6、中段負荷中心；7、后段負荷中心；8、電力通訊模塊；9、無線通信模塊；10、后臺服務器。

【具體實施方式】
[0016]下面，結(jié)合附圖以及【具體實施方式】，對本發(fā)明做進一步描述。
[0017]如圖1所示，一種低壓配電網(wǎng)分散型無功補償系統(tǒng)，其包括與公用配電變壓器I的輸出端連接的低壓供電線路2、無功補償裝置3、無功補償裝置4、電力通訊模塊8、無線通信模塊9和后臺服務器10。無功補償裝置3與所述低壓供電線路2的中段負荷中心6的前端連接，無功補償裝置4與所述低壓供電線路2的后段負荷中心7的前端連接。電力通訊模塊8連接在所述低壓供電線路2的前段，可以位于低壓供電線路2的前段負荷5(非中心)之前，電力通訊模塊8用于將采集到的數(shù)據(jù)通過無線通信模塊9發(fā)送給后臺服務器10。無功補償裝置3和無功補償裝置4也與所述無線通信模塊9連接，無功補償裝置3和無功補償裝置4也分別將其保存的數(shù)據(jù)過無線通信模塊9發(fā)送給后臺服務器10。
[0018]本實施例的無線通信模塊9為GPRS模塊。無功補償裝置3和無功補償裝置4均為低壓無功補償裝置。低壓供電線路2為鋁導線。
[0019]無功補償裝置整體安裝在農(nóng)村低壓供電線路中段和后段，具體根據(jù)線路負荷分布和負荷性質(zhì)的不同，配置合適容量的無功補償裝置，設(shè)置在低壓線路負荷中心之前。
[0020]在低壓電網(wǎng)運行過程中，無功補償裝置的模擬信號輸入模塊采集線路電流、電壓、功率因素等參數(shù)，提交給其CPU和存儲器模塊進行計算分析，首先對電路的電壓進行判斷，保證在過壓或欠壓情況下不進行電容器的投切；然后判斷電網(wǎng)功率因數(shù)，分析電網(wǎng)實際的無功功率，并將該功率因數(shù)與設(shè)定值比較；最后以九域圖控制原理為依據(jù)，決定是三相同時投切還是分相投切，以及投切容量的大小，實現(xiàn)低壓線路分散式動態(tài)無功補償。同時結(jié)合其時鐘模塊將當前系統(tǒng)運行的數(shù)據(jù)和狀態(tài)及時間寫入數(shù)據(jù)存儲器。運行人員通過電力通訊模塊和無功補償裝置上送的數(shù)據(jù)，由無線通信模塊將歷史和運行數(shù)據(jù)上傳到后臺服務器，以便進行整體數(shù)據(jù)分析和運行管理。
[0021]本實施例提出了常規(guī)無功補償裝置無法解決的電壓線路前端過補償或電壓過高而末端線路電壓過低的問題的解決方案，提出了工程化方案并已具備量產(chǎn)條件，具有控制精度高、功耗低、體積小巧、免維護等優(yōu)點，適合應用于線路半徑長、末端無功功率不足或電壓偏低的場合，可實現(xiàn)就地分散補償，真正避免現(xiàn)有技術(shù)的前端集中補償、過補償造成的弊端。
[0022]具體的，本實施例的具體硬件配置設(shè)計可如下:
[0023]無功補償裝置采用基于16bi tPIC18F458單片機的智能無功補償控制器，采用三相動態(tài)補償、單相動態(tài)補償和混合補償多種方式，具有高性能、低成本、質(zhì)量可靠、配置靈活等優(yōu)點。
[0024]無功補償系統(tǒng)一般在強交電磁場環(huán)境中工作，為防止干擾信號所造成的開關(guān)誤動作，系統(tǒng)必須具有較強的抗干擾能力。因此，控制器的數(shù)據(jù)處理部分選用抗干擾能力和計算能力強的PIC18F4520單片機，輸入端信號采用雙光耦合的線性耦合器件進行隔離。同時，為保證提供的變量以及參變量數(shù)據(jù)的精度，前級采樣互感器采用精度為5%的互感器，運放采用失真較小的LM134系列，A/D轉(zhuǎn)換部分采用AD7656。此外，系統(tǒng)選用20MHz晶振，時鐘芯片采用DS1302 (晶振32.768kHz)，顯示顯示采用12864液晶模塊，由ST7920驅(qū)動。系統(tǒng)在工作狀態(tài)下的功耗不超過5W。
[0025]1、系統(tǒng)的硬件設(shè)計:
[0026]本系統(tǒng)主要針對380V、50Hz的三相交流系統(tǒng)進行無功功率補償，其主要功能模塊包括模擬信號輸入模塊、CPU和存儲器模塊、實時時鐘模塊、通信模塊以及人機交互模塊。
[0027](I)模擬信號輸入模塊
[0028]模擬信號輸入模塊包括電壓電流形成、低通濾波和基準電壓形成等參數(shù)，其作用是將電壓互感器和電流互感器二次輸出的電壓、電流模擬量經(jīng)過上述環(huán)節(jié)處理成大小與輸入量成正比、相位不失真的模擬量，并經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路的采樣和轉(zhuǎn)換，將其轉(zhuǎn)化為計算機能夠接收和識別的數(shù)字量，再進行數(shù)據(jù)處理和計算。
[0029](2) CPU和存儲器模塊
[0030]采用CPU和存儲器模塊是硬件設(shè)備系統(tǒng)的核心。CPU采用Harvard雙總線結(jié)構(gòu)的PIC18F4520，其運行速度快(指令周期160?200ns)，能使程序存儲器的訪問和數(shù)據(jù)存儲器的訪問并行處理；同時，它采用指令流水線結(jié)構(gòu)，存儲器模塊用以記錄每相電壓、電流、有功功率、無功功率和功率因數(shù)，以及電容器的投切時間投切次數(shù)等。除此之外，系統(tǒng)還擴展了鐵電存儲器FM3164，用于保存運行參數(shù)。
[0031](3)實時時鐘模塊
[0032]為了能夠?qū)崟r顯示系統(tǒng)時間以及實現(xiàn)按時間日期保存采集到的數(shù)據(jù)的功能，系統(tǒng)擴展了一片并行實時時鐘日歷芯片DS1302，構(gòu)成系統(tǒng)的實時時鐘，時鐘電路DS1302為涓流充電時鐘芯片，內(nèi)含一個實時時鐘和31B靜態(tài)RAM，通過簡單的串行接口與單片機進行通信。DS1302與單片機之間的串行通信僅需要3個口線:RES(復位)；#1/0(數(shù)據(jù)線)；SCLK(串行時鐘)。在本系統(tǒng)中，時鐘電路的主要作用是將當前系統(tǒng)運行的數(shù)據(jù)和狀態(tài)及時間寫入數(shù)據(jù)存儲器，用于遠程通信中歷史數(shù)據(jù)的傳輸，并為電力系統(tǒng)的分析、調(diào)度和管理提供依據(jù)。
[0033](4)通信模塊(具有通信功能)
[0034]無功補償控制中常常需要對現(xiàn)場控制器進行遠程控制投切，讀取實時、歷史數(shù)據(jù)和接收故障報警信號等，因此，通信功能是控制器必須具備的功能之一。通信模塊是主控機與現(xiàn)場控制器之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉蛄海环矫婵刂破鳙@得的電網(wǎng)參數(shù)可以通過GPRS網(wǎng)絡(luò)實時傳送到后臺服務器；另一方面，上位機服務器對無功補償裝置終端傳來的數(shù)據(jù)和報警信息進行處理，并對各終端的歷史數(shù)據(jù)進行管理，下達各種傳輸、控制指令，實現(xiàn)雙向的數(shù)據(jù)指令傳輸。因此，通信模塊是主要的人機接口。本系統(tǒng)通過RS-232/485串口通信進行通信，主要用于進行電網(wǎng)運行參數(shù)和系統(tǒng)狀態(tài)的數(shù)據(jù)傳輸、存儲器中存儲數(shù)據(jù)的輸出及系統(tǒng)時間的校準等。另外，PIC18F4520帶有USB設(shè)備控制器，方便工作人員隨時到現(xiàn)場對控制器的數(shù)據(jù)進行讀取和參數(shù)，設(shè)置通信接口電路。
[0035]對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，可根據(jù)以上描述的技術(shù)方案以及構(gòu)思，做出其它各種相應的改變以及變形，而所有的這些改變以及變形都應該屬于本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.低壓配電網(wǎng)分散型無功補償系統(tǒng)，其特征在于，包括與公用配電變壓器的輸出端連接的低壓供電線路以及二個無功補償裝置，其中一個無功補償裝置與所述低壓供電線路的中段負荷中心的前端連接，另一個無功補償裝置與所述低壓供電線路的后段負荷中心的前端連接。
2.如權(quán)利要求1所述的低壓配電網(wǎng)分散型無功補償系統(tǒng)，其特征在于，還包括電力通訊模塊、無線通信模塊和后臺服務器，電力通訊模塊連接在所述低壓供電線路的前段，電力通訊模塊用于將采集到的數(shù)據(jù)通過無線通信模塊發(fā)送給后臺服務器；無功補償裝置也與所述無線通信模塊連接。
3.如權(quán)利要求2所述的低壓配電網(wǎng)分散型無功補償系統(tǒng)，其特征在于，所述無線通信模塊為GPRS模塊。
4.如權(quán)利要求1所述的低壓配電網(wǎng)分散型無功補償系統(tǒng)，其特征在于，所述無功補償裝置為低壓無功補償裝置。
5.如權(quán)利要求1所述的低壓配電網(wǎng)分散型無功補償系統(tǒng)，其特征在于，所述低壓供電線路為鋁導線。
【文檔編號】H02J3/18GK104333016SQ201410665970
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年11月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月19日
【發(fā)明者】范世鵬 申請人:范世鵬