一种解决无功补偿设备引起电力载波抄表问题的设备的制作方法

本发明涉及电力抄表领域，具体涉及一种解决无功补偿设备引起电力载波抄表问题的设备。

背景技术：

2016年国务院办公厅、发改委联合提出到2020年全国农村地区基本实现稳定可靠的供电服务全覆盖，农村电网供电可靠率达到99.8％，农网改造计划投资7000亿元；国家能源局也指出“十三五”配网改造投资超过2万亿元。配网改造中安全、优质和低耗的电力供应是主要考核指标，当前，低压配电网正大批量通过在配电台区安装基于电力电子的无功补偿或者三相不平衡自动调节等电能质量优化装置，来进行谐波补偿、无功补偿和三相不平衡补偿，从而治理当地配电台区电网质量存在的问题，提高配网安全可靠性，并达到节能的效果。电能质量综合优化装置(简称MEC，指包含了基于电力电子的无功补偿、三相不平衡补偿以及谐波补偿功能)正是在这样的背景下迎来产业发展契机。

目前，我国低压配电网还存在较大数量的台区采用载波通信实现电力终端抄表,结合当前国网节能改造项目在配电台区变压器低压出线侧安装基于电力电子的MEC装置。MEC装置直接挂网安装后，由于装置开关频率通常为10k-50kHZ范围，其产生的整数倍开关频率噪声信号会通过电力线叠加到载波通信频率段附近(电力窄带载波通信频率主要有120kHz、270kHZ、410kHZ等)，干扰载波通信，使得抄表成功率下降，影响供电公司的抄表和计量收费：(1)部分供电公司以每天的台区抄表合格率考核员工，所以设备必须保证不影响台区抄表成功率；(2)供电公司的用电收费和电能数据监测是通过抄表后台进行统计与分析的，直接影响经济效益和用户切身利益，务必追求电力载波抄表数据的实时可靠性。因此，解决MEC装置运行会影响台区载波抄表问题，实用性强，需求迫切；从技术上是应用新问题，方案选择和验证方式有一定难度，国内尚无成熟方案。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种解决无功补偿设备引起电力载波抄表问题的设备，可以有效解决针对载波通信的配电台区在安装基于电力电子的无功补偿或者三相不平衡自动调节等设备后会引起电力载波抄表成功率下降的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种解决无功补偿设备引起电力载波抄表问题的设备，在配电变压器与用户电能表之间的三相四线制的线路上分别连接有MEC装置和载波抄表集中器,包括抄表阻波装置，所述抄表阻波装置与所述MEC装置串联，且所述MEC装置通过所述抄表阻波装置连接在所述载波抄表集中器与用户电能表之间的三相四线制的线路上。

本发明的有益效果是：在本发明一种解决无功补偿设备引起电力载波抄表问题的设备中，抄表阻波装置与MEC装置串联，可抑制MEC装置对外发出的影响载波抄表的高频信号，从而可以提高抄表成功率，解决了MEC类装置大批量应用时影响电力载波抄表问题，并给出产业化实施方案，有利于电力系统节能改造和配电网升级。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述MEC装置包括三相逆变模块和滤波模块，所述三相逆变模块的输入端和输出端均连接在所述抄表阻波装置的输入端上，所述滤波模块的输入端连接在所述三相逆变模块的输出端与所述抄表阻波装置的输入端之间的公共端上，所述滤波模块的输出端连接在所述三相逆变模块的输入端与所述抄表阻波装置的输入端之间的公共端上，所述抄表阻波装置的输出端连接在配电变压器与用户电能表之间的三相四线制的线路上。进一步，所述三相逆变模块设有两个，两个所述三相逆变模块并联连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：两个所述三相逆变模块并联连接，可以提高MEC装置的功率密度和控制性能。

进一步，所述三相逆变模块包括三相逆变单元、电容单元、电感单元和并网缓冲单元，

所述三相逆变单元包括关开管T1-T6，所述开关管T1的E极与所述开关管T2的C极相连，所述开关管T3的E极与所述开关管T4的C极相连，所述开关管T5的E极与所述开关管T6的C极相连，所述开关管T1的C极与所述开关管T3的C极，所述开关管T2的E极与所述开关管T4的E极相连，所述开关管T5的C极与所述开关管T3的C极，所述开关管T6的E极与所述开关管T4的E极相连，所述开关管T1-T6上分别对应配设有二极管D1-D6，所述二极管D1-D6的正极对应连接在所述开关管T1-T6的E极上，所述二极管D1-D6的负极对应连接在所述开关管T1-T6的C极上；

所述电容单元包括串联的直流电解电容Cdc1-Cdc2，所述直流电解电容Cdc1的一端连接在所述开关管T5的C极上，所述直流电解电容Cdc1的另一端连接在所述直流电解电容Cdc2的一端上，所述直流电解电容Cdc2的另一端连接在所述开关管T6的E极上；

所述电感单元包括电感La、Lb和Lc，所述电感La的一端连接在开关管T1与开关管T2之间的公共端上，所述电感Lb的一端连接在开关管T3与开关管T4之间的公共端上，所述电感Lc的一端连接在开关管T5与开关管T6之间的公共端上，所述电感La、Lb和Lc的另一端连接在所述并网缓冲单元上；

所述并网缓冲单元包括缓冲电阻Ra、缓冲电阻Rc和三相输出接触器KM，所述三相输出接触器KM的一端对应连接在所述电感La、Lb和Lc上，所述三相输出接触器KM的另一端连接在所述抄表阻波装置的输入端上，所述缓冲电阻Ra的一端连接在所述电感La与三相输出接触器KM之间的公共端上，所述缓冲电阻Ra的另一端通过继电器JDa连接在所述三相输出接触器KM与抄表阻波装置之间的公共端上，所述缓冲电阻Rc的一端连接在所述电感Lc与三相输出接触器KM之间的公共端上，所述缓冲电阻Rc的另一端通过继电器JDc连接在所述三相输出接触器KM与抄表阻波装置之间的公共端上。

采用上述进一步方案的有益效果是：并网缓冲单元可以避免并网瞬间三相逆变单元直流侧的直流电解电容短路特性而造成电流过大的问题。

进一步，所述抄表阻波装置包括电感LA、LB、LC和LN，所述电感LA、LB和LC的一端对应的连接在所述三相输出接触器KM上，所述电感LA、LB和LC的另一端对应连接在配电变压器与用户电能表之间的三相四线制的三根火线上，所述电感LN的一端连接在所述直流电解电容Cdc1和直流电解电容Cdc2之间的公共端上，所述电感LN的另一端连接在配电变压器与用户电能表之间的三相四线制的零线上。

采用上述进一步方案的有益效果是：抄表阻波装置根据串联电感和对地寄生电容组成LC低通滤波器原理可衰减高频干扰信号，同时限制电流过大；另外抄表阻波装置相比于采用LC并联等复杂方式进行阻波具有较低的成本，实际操作可行性高。

进一步，所述电感LA、LB、LC和LN的磁芯均为铁硅磁心。

采用上述进一步方案的有益效果是：铁硅磁心，选用高磁通NPF250060，其具有0～400摄氏度范围良好的磁导率-温度特性，磁通密度基本不变化，具有良好的磁导率-频率特性、衰减小，损耗小、稳定性高；此外，铁硅磁心有很好的直流偏置特性。

进一步，所述滤波模块包括依次串联的三相电阻R3、三相电感L3和三相电容C3，且所述三相电阻R3的三个连接端对应连接在所述三相输出接触器KM与电感LA、LB和LC之间对应的公共端上，所述三相电容C3的三个连接端均连接在所述直流电解电容Cdc1和直流电解电容Cdc2之间的公共端上。进一步，所述MEC装置还包括控制器，所述控制器用于通过弱电控制所述三相逆变模块的工作。

采用上述进一步方案的有益效果是：控制器是通过弱电控制所述三相逆变模块的工作的核心，可以保证系统的正常运行。

进一步，所述MEC装置内还设有温度调节器，所述温度调节器与所述控制器电连接，其用于在所述控制器的控制下对所述MEC装置进行降温。

采用上述进一步方案的有益效果是：温度调节器可以保证MEC装置运行在最佳状态，保证了系统的可靠性。

附图说明

图1为本发明一种解决无功补偿设备引起电力载波抄表问题的设备的结构框图图；

图2为本发明一种解决无功补偿设备引起电力载波抄表问题的设备中MEC装置与抄表阻波装置的具体连接框图；

图3为本发明一种解决无功补偿设备引起电力载波抄表问题的设备的的电路原理图；

图4为现有技术中不采用抄表阻波装置时MEC装置产生的N线干扰噪声图；

图5为本发明一种解决无功补偿设备引起电力载波抄表问题的设备采用抄表阻波装置时MEC装置产生的N线干扰噪声图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，一种解决无功补偿设备引起电力载波抄表问题的设备，在配电变压器与用户电能表之间的三相四线制的线路上分别连接有MEC装置和载波抄表集中器,包括抄表阻波装置，所述抄表阻波装置与所述MEC装置串联，且所述MEC装置通过所述抄表阻波装置连接在所述载波抄表集中器与用户电能表之间的三相四线制的线路上。低压配电网的每个台区是通过一台配电变压器输出380V的三相交流电，且是A、B、C、N三相四线出线方式，输出的交流电提供给用户负载；为了统计每个用户用电情况和电能质量数据，通过在台区配电变压器附近低压侧并联安装一个三相四线进线的载波抄表集中器，与安装在这个台区用户末端的各个用户电能表定时进行载波通信，完成用电量数据统计，接着由载波抄表集中器通过GPRS通信等方式将台区用户终端用电量数据上传供电公司运维部门的管理后台数据库，用于电费缴存计算依据和供电管理维护的数据支持。这里，用户电能表的取电与载波通信都取自于相线A、B、C中的一根相线和零线N，供电频率是低频50HZ左右，载波通信频率是高频，本发明的具体实施例中主要是270kHZ或421kHZ载波通信频点；在靠近载波抄表集中器的低压电线路上并联接MEC装置(基于电力电子的电能质量综合优化装置)，MEC装置用于补偿负载的不平衡电流，使得配电变压器出线侧输出电流呈现三相平衡效果，起到保护配电变压器安全和系统节能的目的。当不具备综合阻波功能时，由于MEC装置是基于10kHZ～50kHZ开关频率的电力电子装置，在装置运行时将产生开关频率次整数倍的高频干扰信号，叠加在电力线上，衰减甚至扰乱正常的载波通信信号，使得载波抄表集中器的电力载波抄表成功率下降，低于100％，因此，本发明还通过抄表阻波装置隔离干扰，完成安全节能的同时，还具备系统可靠性。

在本具体实施例中，MEC装置与抄表阻波装置的具体结构和连接关系如下：

如图2所示，所述MEC装置包括三相逆变模块和滤波模块，所述三相逆变模块的输入端和输出端均连接在所述抄表阻波装置的输入端上，所述滤波模块的输入端连接在所述三相逆变模块的输出端与所述抄表阻波装置的输入端之间的公共端上，所述滤波模块的输出端连接在所述三相逆变模块的输入端与所述抄表阻波装置的输入端之间的公共端上，所述抄表阻波装置的输出端连接在配电变压器与用户电能表之间的三相四线制的线路上。所述三相逆变模块设有两个，两个所述三相逆变模块并联连接。本具体实施例中设有两个三相逆变模块，两个三相逆变模块的工作原理类似于田径2*100米，可以提高MEC装置的功率密度和控制性能。当然，在另外的具体实施例中，实际应用时也可只包含一个三相逆变模块。三相逆变模块是采用载波移相技术。

如图3所示，所述三相逆变模块包括三相逆变单元、电容单元、电感单元和并网缓冲单元，所述三相逆变单元包括关开管T1-T6，所述开关管T1的E极与所述开关管T2的C极相连，所述开关管T3的E极与所述开关管T4的C极相连，所述开关管T5的E极与所述开关管T6的C极相连，所述开关管T1的C极与所述开关管T3的C极，所述开关管T2的E极与所述开关管T4的E极相连，所述开关管T5的C极与所述开关管T3的C极，所述开关管T6的E极与所述开关管T4的E极相连，所述开关管T1-T6上分别对应配设有二极管D1-D6，所述二极管D1-D6的正极对应连接在所述开关管T1-T6的E极上，所述二极管D1-D6的负极对应连接在所述开关管T1-T6的C极上；所述电容单元包括串联的直流电解电容Cdc1-Cdc2，所述直流电解电容Cdc1的一端连接在所述开关管T5的C极上，所述直流电解电容Cdc1的另一端连接在所述直流电解电容Cdc2的一端上，所述直流电解电容Cdc2的另一端连接在所述开关管T6的E极上；所述电感单元包括电感La、Lb和Lc，所述电感La的一端连接在开关管T1与开关管T2之间的公共端上，所述电感Lb的一端连接在开关管T3与开关管T4之间的公共端上，所述电感Lc的一端连接在开关管T5与开关管T6之间的公共端上，所述电感La、Lb和Lc的另一端连接在所述并网缓冲单元上；所述并网缓冲单元包括缓冲电阻Ra、缓冲电阻Rc和三相输出接触器KM，所述三相输出接触器KM的一端对应连接在所述电感La、Lb和Lc上，所述三相输出接触器KM的另一端连接在所述抄表阻波装置的输入端上，所述缓冲电阻Ra的一端连接在所述电感La与三相输出接触器KM之间的公共端上，所述缓冲电阻Ra的另一端通过继电器JDa连接在所述三相输出接触器KM与抄表阻波装置之间的公共端上，所述缓冲电阻Rc的一端连接在所述电感Lc与三相输出接触器KM之间的公共端上，所述缓冲电阻Rc的另一端通过继电器JDc连接在所述三相输出接触器KM与抄表阻波装置之间的公共端上。在本发明的系统中，主要通过电感单元实现电压源逆变器控制并网电流，通过接触器KM实现并网，通过电阻Ra、Rc、继电器JDa和继电器JDc实现并网的缓冲上电，避免并网瞬间直流电解电容短路而造成电流过大的问题。

如图3所示，所述抄表阻波装置包括电感LA、LB、LC和LN，所述电感LA、LB和LC的一端对应的连接在所述三相输出接触器KM上，所述电感LA、LB和LC的另一端对应连接在配电变压器与用户电能表之间的三相四线制的三根火线上，所述电感LN的一端连接在所述直流电解电容Cdc1和直流电解电容Cdc2之间的公共端上，所述电感LN的另一端连接在配电变压器与用户电能表之间的三相四线制的零线上。抄表阻波装置通过串联电感和对地寄生电容组成LC低通滤波器原理可衰减高频干扰信号，同时限制电流过大。其中，抄表阻波装置可以是由两个三相四线电感串联组成的一个集成装置，也可以是由一个三相三线电感集成在MEC装置内部和一个N线电感安装在MEC装置的外部组成的分体装置。在抄表阻波装置中，所述电感LA、LB、LC和LN的磁芯必须选择为铁硅磁心，具体选用高磁通NPF250060，其具有0～400摄氏度范围良好的磁导率-温度特性，磁通密度基本不变化；而且具有良好的磁导率-频率特性，衰减极小；相比于传统的铁粉芯损耗更小更稳定；而铁氧体磁心也是衰减很厉害，不适用此场合；此外，铁硅磁心有很好的直流偏置特性，本发明实例直流电阻控制在10毫欧以内；在抄表阻波装置的电感参数中，相线电感量结合滤波要求控制在70uH～400uH之间，且电感值越大从抑制干扰上效果越好，但太大了会造成过流保护和损耗偏大，太小会造成抑制效果弱；且应主要以滤除差模干扰为主，且电感LA、LB、LC和LN采用各自磁心，不共用。

如图3所示，所述滤波模块包括依次串联的三相电阻R3、三相电感L3和三相电容C3，且所述三相电阻R3的三个连接端对应连接在所述三相输出接触器KM与电感LA、LB和LC之间对应的公共端上，所述三相电容C3的三个连接端均连接在所述直流电解电容Cdc1和直流电解电容Cdc2之间的公共端上。

在本具体实施例中，所述MEC装置还包括控制器，所述控制器用于通过弱电控制所述三相逆变模块的工作。所述MEC装置内还设有温度调节器，所述温度调节器与所述控制器电连接，其用于在所述控制器的控制下对所述MEC装置进行降温。温度调节器包含风扇控制和温度检测两个功能，当温度过高，高于温度调节器设定的温度限值时，启动风扇运转，进行抽风，实现降温，否则控制风扇不工作；通常温度调节器内设置温度限制在50摄氏度。

在本发明中，MEC装置内的控制器是通过弱电控制强电中三相逆变单元工作的核心。温度调节器通过485或者数字开关量与MEC模块的控制器连接，由MEC模块的控制器进行状态监测或数字控制。抄表阻波装置与MEC装置串联，可抑制MEC装置对外发出的影响载波抄表的高频信号，从而实现提高抄表成功率的效果。

图4为现有技术中不采用抄表阻波装置时MEC装置产生的N线干扰噪声图。如图4所示，不采用抄表阻波装置时，通过LISN(Line Impedance Stabilization Network的缩写，即线路阻抗稳定网络，LISN是电力系统中电磁兼容测试中的一项重要辅助设备，它可以隔离电波干扰，提供稳定的测试阻抗，并起到滤波的作用)串在电网电线上测试MEC装置发出的干扰情况；其中①为载波抄表集中器抄表成功的限制值，通过实测，MEC装置发出固定5A无功电流时，噪声幅度超过①，且270kHZ频率点N线上平均干扰幅度为92.5dBuV，420kHZ频率点N线上平均干扰幅度为96.5dBuV，从波形上和幅度上均会严重影响抄表；实际采用一块鼎信421kHZ载波抄表集中器与6块电能抄表终端验证，且一块加74dB衰减器，结果全部抄表失败。

图5为本发明一种解决无功补偿设备引起电力载波抄表问题的设备采用抄表阻波装置时MEC装置产生的N线干扰噪声图。如图5所示，采用抄表阻波装置时，通过LISN串在电网电线上测试MEC装置发出的干扰情况；其中①为载波抄表集中器抄表成功的限制值。通过实测MEC装置发出固定5A无功电流时，平均噪声幅度在红线安全线以下；且270kHZ频率点N线上平均干扰幅度为32.45dBuV，420kHZ频率点N线上平均干扰幅度为49.42dBuV，从波形上和幅度上均不会严重影响抄表；实际采用一块鼎信421kHZ载波抄表集中器与6块电能抄表终端验证，且一块加74dB衰减器，结果全部抄表成功，成功率100％；且通过在270kHZ载波抄表台区现场和421kHZ载波抄表台区现场验证均实现抄表成功率100％。

在本发明中，影响载波抄表的根本原因是差模干扰，干扰通过火线和零线。结合电力载波抄表集中器原理和LISN测试波形，并实际验证，单独在零线串电感依然不能彻底解决MEC装置引起的载波通信干扰问题，必须结合相线和零线同时滤除载波频率干扰信号。

根据MEC装置输出信号频率要求和寄生电容，选择抄表阻波装置中电感值的范围。

根据LC低通滤波器截止频率方程选择参数：

实际实施中，可选取抄表阻波装置中电感值L＝70uH～400uH。

在抄表阻波装置的电感磁心材料的选择，考虑应用场合、频率、温度和负载电流综合选择并通过实际验证。

本发明是通过综合分析载波干扰问题根源，以性价比高的方案解决MEC装置引起的抄表问题，实际操作可行性高，通过温控也保证了可靠性；也解决了MEC类装置大批量应用时影响电力载波抄表问题，并给出产业化实施方案，有利于电力系统节能改造和配电网升级。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。