低压配电网分散型无功补偿系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及低压配电网分散型无功补偿系统，其包括与公用配电变压器的输出端连接的低压供电线路以及二个无功补偿装置，其中一个无功补偿装置与所述低压供电线路的中段负荷中心的前端连接，另一个无功补偿装置与所述低压供电线路的后段负荷中心的前端连接。将无功补偿装置直接安装在低压供电线路的中段及后段负荷中心前，一方面可以大幅提高无功补偿装置的电压增益效果，另一方面也很好的杜绝了对低压线路前段电压的叠加，同时具有控制精度高、功耗低、体积小巧、免维护等优点，尤其适合应用于供电线路半径长、末端无功功率不足或电压偏低的场合。
【专利说明】低压配电网分散型无功补偿系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力系统控制技术。
【背景技术】
[0002]我国农村地区普遍存在地域相对广大而负荷聚集程度不高的情况，一台配电变压器的供电范围半径往往超过500米甚至更大。而且，受地理环境、经济发展等因素影响，供电线路被盗频率高而被迫使用铝导线、运行环境恶劣等问题比较普遍，很多农村地区都存在用电电压偏低的情况，个别地区入户电压甚至低至150V以下，连照明、烧饭等基本生活需求都无法满足。
[0003]面对不断提高的生活、生产用电需求和管理、服务要求，目前，供电企业在新建公用配电变压器项目的典型设计中，普遍都会根据配电变压器的额定容量配置低压无功补偿装置并设置在低压配电箱，通过补偿变压器的无功出力，提高功率因素、提升低压线路末端电压水平。
[0004]但是，传统的低压无功补偿装置存在两个弊端:一是通过控制交流接触器或空气开关实现电容器组的投切，这种装置的致命弱点是机械触头，容易产生冲击电流、对线路和补偿装置本身造成严重损害，故障率高；二是补偿装置设置在在公用配电变压器的低压线路前端，补偿增益范围非常有限，而农村低压电网普遍分散且绝大部分使用铝导线，对于台区低压线路中、后段用户，无功补偿对功率因素和电压的增益已基本消失，无功补偿装置形同虚设，而且部分传统无功补偿装置没有自动投切功能，甚至反而过分抬高低压线路前端电压，严重缩短用户用电设备寿命。而且，为了补偿铝导线较大的电压降，满足低压线路末端用户的用电质量，供电企业往往会通过调整配电变压器的分接头档位，调高输出电压，常规无功补偿装置一旦投入运行，电压增益将直接叠加在母线上，造成前段用户电压过高，甚至烧坏用户设备。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提出一种低压配电网分散型无功补偿系统，其能解决补偿增益范围小以及容易烧坏用户设备的技术问题。
[0006]为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下:
[0007]低压配电网分散型无功补偿系统，其包括与公用配电变压器的输出端连接的低压供电线路以及二个无功补偿装置，其中一个无功补偿装置与所述低压供电线路的中段负荷中心的前端连接，另一个无功补偿装置与所述低压供电线路的后段负荷中心的前端连接。
[0008]优选的，该低压配电网分散型无功补偿系统还包括电力通讯模块、无线通信模块和后台服务器，电力通讯模块连接在所述低压供电线路的前段，电力通讯模块用于将采集到的数据通过无线通信模块发送给后台服务器；无功补偿装置也与所述无线通信模块连接。
[0009]优选的，所述无线通信模块为GPRS模块。
[0010]优选的，所述无功补偿装置为低压无功补偿装置。
[0011]优选的，所述低压供电线路为铝导线。
[0012]本发明具有如下有益效果:
[0013]将无功补偿装置直接安装在低压供电线路的中段及后段负荷中心前，一方面可以大幅提高无功补偿装置的电压增益效果，另一方面也很好的杜绝了对低压线路前段电压的叠加，同时具有控制精度高、功耗低、体积小巧、免维护等优点，尤其适合应用于供电线路半径长、末端无功功率不足或电压偏低的场合。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本发明较佳实施例的低压配电网分散型无功补偿系统的结构示意图。
[0015]附图标记:1、公用配电变压器；2、低压供电线路；3、无功补偿装置；4、无功补偿装置；5、前段负荷；6、中段负荷中心；7、后段负荷中心；8、电力通讯模块；9、无线通信模块；10、后台服务器。
【具体实施方式】
[0016]下面，结合附图以及【具体实施方式】，对本发明做进一步描述。
[0017]如图1所示，一种低压配电网分散型无功补偿系统，其包括与公用配电变压器I的输出端连接的低压供电线路2、无功补偿装置3、无功补偿装置4、电力通讯模块8、无线通信模块9和后台服务器10。无功补偿装置3与所述低压供电线路2的中段负荷中心6的前端连接，无功补偿装置4与所述低压供电线路2的后段负荷中心7的前端连接。电力通讯模块8连接在所述低压供电线路2的前段，可以位于低压供电线路2的前段负荷5(非中心)之前，电力通讯模块8用于将采集到的数据通过无线通信模块9发送给后台服务器10。无功补偿装置3和无功补偿装置4也与所述无线通信模块9连接，无功补偿装置3和无功补偿装置4也分别将其保存的数据过无线通信模块9发送给后台服务器10。
[0018]本实施例的无线通信模块9为GPRS模块。无功补偿装置3和无功补偿装置4均为低压无功补偿装置。低压供电线路2为铝导线。
[0019]无功补偿装置整体安装在农村低压供电线路中段和后段，具体根据线路负荷分布和负荷性质的不同，配置合适容量的无功补偿装置，设置在低压线路负荷中心之前。
[0020]在低压电网运行过程中，无功补偿装置的模拟信号输入模块采集线路电流、电压、功率因素等参数，提交给其CPU和存储器模块进行计算分析，首先对电路的电压进行判断，保证在过压或欠压情况下不进行电容器的投切；然后判断电网功率因数，分析电网实际的无功功率，并将该功率因数与设定值比较；最后以九域图控制原理为依据，决定是三相同时投切还是分相投切，以及投切容量的大小，实现低压线路分散式动态无功补偿。同时结合其时钟模块将当前系统运行的数据和状态及时间写入数据存储器。运行人员通过电力通讯模块和无功补偿装置上送的数据，由无线通信模块将历史和运行数据上传到后台服务器，以便进行整体数据分析和运行管理。
[0021]本实施例提出了常规无功补偿装置无法解决的电压线路前端过补偿或电压过高而末端线路电压过低的问题的解决方案，提出了工程化方案并已具备量产条件，具有控制精度高、功耗低、体积小巧、免维护等优点，适合应用于线路半径长、末端无功功率不足或电压偏低的场合，可实现就地分散补偿，真正避免现有技术的前端集中补偿、过补偿造成的弊端。
[0022]具体的，本实施例的具体硬件配置设计可如下:
[0023]无功补偿装置采用基于16bi tPIC18F458单片机的智能无功补偿控制器，采用三相动态补偿、单相动态补偿和混合补偿多种方式，具有高性能、低成本、质量可靠、配置灵活等优点。
[0024]无功补偿系统一般在强交电磁场环境中工作，为防止干扰信号所造成的开关误动作，系统必须具有较强的抗干扰能力。因此，控制器的数据处理部分选用抗干扰能力和计算能力强的PIC18F4520单片机，输入端信号采用双光耦合的线性耦合器件进行隔离。同时，为保证提供的变量以及参变量数据的精度，前级采样互感器采用精度为5%的互感器，运放采用失真较小的LM134系列，A/D转换部分采用AD7656。此外，系统选用20MHz晶振，时钟芯片采用DS1302 (晶振32.768kHz)，显示显示采用12864液晶模块，由ST7920驱动。系统在工作状态下的功耗不超过5W。
[0025]1、系统的硬件设计:
[0026]本系统主要针对380V、50Hz的三相交流系统进行无功功率补偿，其主要功能模块包括模拟信号输入模块、CPU和存储器模块、实时时钟模块、通信模块以及人机交互模块。
[0027](I)模拟信号输入模块
[0028]模拟信号输入模块包括电压电流形成、低通滤波和基准电压形成等参数，其作用是将电压互感器和电流互感器二次输出的电压、电流模拟量经过上述环节处理成大小与输入量成正比、相位不失真的模拟量，并经A/D转换电路的采样和转换，将其转化为计算机能够接收和识别的数字量，再进行数据处理和计算。
[0029](2) CPU和存储器模块
[0030]采用CPU和存储器模块是硬件设备系统的核心。CPU采用Harvard双总线结构的PIC18F4520，其运行速度快(指令周期160?200ns)，能使程序存储器的访问和数据存储器的访问并行处理；同时，它采用指令流水线结构，存储器模块用以记录每相电压、电流、有功功率、无功功率和功率因数，以及电容器的投切时间投切次数等。除此之外，系统还扩展了铁电存储器FM3164，用于保存运行参数。
[0031](3)实时时钟模块
[0032]为了能够实时显示系统时间以及实现按时间日期保存采集到的数据的功能，系统扩展了一片并行实时时钟日历芯片DS1302，构成系统的实时时钟，时钟电路DS1302为涓流充电时钟芯片，内含一个实时时钟和31B静态RAM，通过简单的串行接口与单片机进行通信。DS1302与单片机之间的串行通信仅需要3个口线:RES(复位)；#1/0(数据线)；SCLK(串行时钟)。在本系统中，时钟电路的主要作用是将当前系统运行的数据和状态及时间写入数据存储器，用于远程通信中历史数据的传输，并为电力系统的分析、调度和管理提供依据。
[0033](4)通信模块(具有通信功能)
[0034]无功补偿控制中常常需要对现场控制器进行远程控制投切，读取实时、历史数据和接收故障报警信号等，因此，通信功能是控制器必须具备的功能之一。通信模块是主控机与现场控制器之间数据传输的桥梁，一方面控制器获得的电网参数可以通过GPRS网络实时传送到后台服务器；另一方面，上位机服务器对无功补偿装置终端传来的数据和报警信息进行处理，并对各终端的历史数据进行管理，下达各种传输、控制指令，实现双向的数据指令传输。因此，通信模块是主要的人机接口。本系统通过RS-232/485串口通信进行通信，主要用于进行电网运行参数和系统状态的数据传输、存储器中存储数据的输出及系统时间的校准等。另外，PIC18F4520带有USB设备控制器，方便工作人员随时到现场对控制器的数据进行读取和参数，设置通信接口电路。
[0035]对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。
【权利要求】
1.低压配电网分散型无功补偿系统，其特征在于，包括与公用配电变压器的输出端连接的低压供电线路以及二个无功补偿装置，其中一个无功补偿装置与所述低压供电线路的中段负荷中心的前端连接，另一个无功补偿装置与所述低压供电线路的后段负荷中心的前端连接。
2.如权利要求1所述的低压配电网分散型无功补偿系统，其特征在于，还包括电力通讯模块、无线通信模块和后台服务器，电力通讯模块连接在所述低压供电线路的前段，电力通讯模块用于将采集到的数据通过无线通信模块发送给后台服务器；无功补偿装置也与所述无线通信模块连接。
3.如权利要求2所述的低压配电网分散型无功补偿系统，其特征在于，所述无线通信模块为GPRS模块。
4.如权利要求1所述的低压配电网分散型无功补偿系统，其特征在于，所述无功补偿装置为低压无功补偿装置。
5.如权利要求1所述的低压配电网分散型无功补偿系统，其特征在于，所述低压供电线路为铝导线。
【文档编号】H02J3/18GK104333016SQ201410665970
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年11月19日 优先权日:2014年11月19日
【发明者】范世鹏 申请人:范世鹏