内置arm芯片的农网支线末端电压智能优化平衡装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公布了一种内置ARM芯片的农网支线末端电压智能优化平衡装置，安装于支线末端，该装置包括内置ARM芯片来同步调节电阻、电容和电感的复合同步开关（1）、内置ARM芯片的智能编码开关（2）和IGBT无功补偿控制器（3）。该装置可用于供电质量差、电压不稳定、三相不平衡的农村电网支线末端，可以完成电压优化，有效平衡有功功率和无功功率，调整三相平衡等多项功能。在不增加10kV线路、不新增加配电变压器、不改造低压线路的情况下，通过将有功功率移相技术+就地无功补偿技术+过补偿技术结合使用，达到提升低电压、三相平衡优化的目的，有效的解决农村配变台区低压线路中末端电压不合格和三相不平衡的问题。
【专利说明】内置ARM芯片的农网支线末端电压智能优化平衡装置
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型涉及智能配电领域，特别是一种内置ARM芯片的农网支线末端电压智能优化平衡装置。
【背景技术】
[0002]随着新农村建设、农民收入水平提高、家电下乡政策的推出，传统农村电网的电压质量存在不合格的问题也越来越突出，尤其是当村民集中使用220V单项供电时问题更加突出，对农村居民的生活用电带来的影响也越来越大，但电力企业无力拿出大量的资金来解决这一问题的。尤其是对于一些因线路太长而造成后端用户不能正常用电的台区，在用电高峰期时期，末端用户单项电压可能低至110?150V，此时已不能保证用户基本用电需求，如照明、看电视、启动抽水机和碾米机等。
[0003]目前国内针对农村电网支线末端低电压问题主要采取以下一种或多种手段解决:
[0004]A、改造台区低压线路，将截面较小的导线换成较大线径的导线，或将单相供电改成三相四制供电。
[0005]B、延伸1kV线路、新增配电变压器。
[0006]C、安装低压无功补偿装置，这对低压台区中感性负荷较重时，如抽水用电高峰时，适时、准确地投入无功补偿装置，提高电压的效果较为明显；如在低压台区中以电阻性负荷为主时，效果就不明显了。
[0007]D、调整配电变压器的电压分接头位置，但在负荷轻时，会造成首端电压较高。
[0008]E、提高三相负荷的平衡度。
【发明内容】
[0009]为了在资金有限的情况下，逐步的解决好农村目前还存在的低电压这一涉及到提高农村居民生活质量的问题，本实用新型提供了一种内置ARM芯片的农网支线末端电压智能优化平衡装置，通过相间有功和无功的智能转移技术实现农网支线末端电压优化和三相不平衡调节的智能配电；本实用新型可以在不增加1kV线路、不新增加配电变压器、不改造低压线路的情况下，有效的解决农村配变台区低压线路中末端三相/单项电压不合格和三相不平衡的问题，是一种解决农村电网末端三相/单项电压过低和三相不平衡的较为经济的途径。
[0010]为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案:
[0011]一种内置ARM芯片的农网支线末端电压智能优化平衡装置，安装于支线末端，该装置包括内置ARM芯片来同步调节电阻、电容和电感的复合同步开关(I)、内置ARM芯片的智能编码开关(2)和IGBT无功补偿控制器(3)。
[0012]所述内置ARM芯片来同步调节电阻、电容和电感的复合同步开关(I)与内置ARM芯片的智能编码开关(2)并联后与IGBT无功补偿控制器(3)串联，并形成回路。
[0013]作为本实用新型进一步的方案:所述内置ARM芯片来同步调节电阻、电容和电感的复合同步开关(I)通过内置ARM芯片调节在两相间跨接的电阻阻值实现在两相间转移无功。
[0014]作为本实用新型进一步的方案:所述内置ARM芯片来同步调节电阻、电容和电感的复合同步开关(I)通过内置ARM芯片调节在两相间跨接的电感或者电容实现在两相间转移有功功率。
[0015]作为本实用新型进一步的方案:所述内置ARM芯片的智能编码开关(2)通过内置ARM芯片将需要的电阻、电容和电感元件智能编组接在不同的相线对零线之间，即可抵消零线电流。
[0016]作为本实用新型进一步的方案:所述IGBT无功补偿控制器(3)通过对电压变化的监测，适时投切无功补偿，对电压形成有效补偿。
[0017]与现有技术相比，本实用新型有益效果是:可用于供电质量差、电压不稳定、三相不平衡的农村电网支线末端，可以完成电压优化(根据需要升压或降压)，有效平衡有功功率和无功功率，调整三相平衡等多项功能。可大幅度提高农网支线末端的电压合格率，保证良好的供电质量，在不增加1kV线路、不新增加配电变压器、不改造低压线路的情况下，通过将有功功率移相技术+就地无功补偿技术+过补偿技术结合使用，达到提升低电压、三相平衡优化的目的，有效的解决农村配变台区低压线路中末端电压不合格和三相不平衡的问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型的限定。在附图中:
[0019]图1为两相间跨接电阻的装置原理示意图；
[0020]图2为两相间跨接电容的装置原理示意图；
[0021]图3为两相间跨接电感的装置原理示意图；
[0022]图4为利用无功补偿对电压二次优化的示意图；
[0023]图5为本实用新型的原理框图。
【具体实施方式】
[0024]为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合安装方案对本实用新型的作进一步的说明。在此，本实用新型的示意性实施方式及其说明用于解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。
[0025]一种内置ARM芯片的农网支线末端电压智能优化平衡装置，包括:
[0026]I)内置ARM芯片来同步调节电阻、电容和电感的复合同步开关(I)；
[0027]1.1)该内置ARM芯片来同步调节电阻、电容和电感的复合同步开关(I)通过内置ARM芯片调节在两相间跨接的电阻阻值实现在两相间转移无功；其工作原理如图1所示:
[0028]图1中的电阻R跨接在A相与B相之间，电阻R两端为线电压。从A相看，电阻的电流为Ira, Ira与线电压Uab同相位,超前A相电压Ua 30° , Ira可以分解成两部分,一部分为超前Ua 90°的容性电流Iac，一部分为与Ua方向相同的有功电流Iar。从B相看，电阻的电流为Irb，Irb与线电压Uba同相位，滞后B相电压Ub 30°，Ibr可以分解成两部分，一部分为滞后Ub 90°的感性电流IbL, —部分为与Ub方向相同的有功电流Ibr。因而可以确定电阻R将A相的一部分无功转移到了 B相，于是A相变成容性，B相变成感性。
[0029]因此我们可以说，在A相与B相之间跨接电阻，不但在A相与B相出现有功电流，而且可以将一部分无功电流从A相转移到B相。
[0030]1.2)该内置ARM芯片来同步调节电阻、电容和电感的复合同步开关(I)通过内置ARM芯片调节在两相间跨接的电感或者电容实现在两相间转移有功功率；其工作原理如图2和图3所示:
[0031]图2中的电容C跨接在A相与B相之间，电容C两端为线电压。从A相看，电容C的电流Ica超前线电压Uab 90°，Ica可以分解成两部分，一部分为超前Ua 90°的容性电流Iac，一部分为与Ua方向相反的有功电流Iar，意味着A相的有功电流减少。从B相看，电容C的电流Icb超前线电压Uba 90°，Icb可以分解成两部分，一部分为超前Ub 90°的容性电流Ibc，一部分为与Ub方向相同的有功电流Ibr，意味着B相的有功电流增力卩。因此我们可以说，在A相与B相之间跨接电容，不但在A相与B相出现容性无功电流，而且可以将一部分有功电流从A相转移到B相。
[0032]图3中的电感可以在两相间转移有功，电感L跨接在A相与B相之间，电感L两端为线电压。从A相看，电感L的电流ILa滞后线电压Uab 90° , ILa可以分解成两部分,一部分为滞后Ua 90°的感性电流IaL，一部分为与Ua方向相同的有功电流Iar，意味着A相的有功电流增加。从B相看，电感L的电流ILb滞后线电压Uba 90°，ILb可以分解成两部分，一部分为滞后Ub 90°的感性电流IbL，一部分为与Ub方向相反的有功电流Ibr，意味着B相的有功电流减少。因此我们可以说，在A相与B相之间跨接电感，不但在A相与B相出现感性无功电流，而且可以将一部分有功电流从B相转移到A相。
[0033]2)内置ARM芯片的智能编码开关(2)，其通过内置ARM芯片将需要的电阻、电容和电感元件智能编组接在不同的相线对零线之间，即可抵消零线电流。不论负荷是什么情况，零线电流就是角度为(Γ360°之间的一个向量，要抵消零线电流就需要一个与其大小相等方向相反的向量。
[0034]设A相电压向量为O°方向，B相电压向量为120°方向，C相电压向量为240°方向。在使用两个电阻的情况下，如果将电阻I接在A相与零线之间电阻2接在B相与零线之间，由于电阻的电流与电压同相，因此电阻I产生0°方向的电流向量，电阻2产生120°方向的电流向量，根据平面向量局部定理1:选择这两个电阻的阻值，则可以合成(Γ120°方向的任何电流向量，因此可以用来抵消18(Γ300°方向的零线电流。如果将电阻I接在B相与零线之间电阻2接在C相与零线之间，则选择这两个电阻的阻值可以合成12(Γ240°方向的任何电流向量，因此可以用来抵消30(Γ60°方向的零线电流。如果将电阻I接在C相与零线之间电阻2接在A相与零线之间，则选择这两个电阻的阻值可以合成24(Γ0°方向的任何电流向量，因此可以用来抵消6(Γ180°方向的零线电流。因此，通过内置ARM芯片的复合同步开关(I)恰当调整所选择两个电阻的值，并将这两个电阻通过内置ARM芯片的智能编码开关(2)恰当的接在不同的相线对零线之间，即可以抵消零线电流。
[0035]在使用两个电容的情况下，如果将电容I接在A相与零线之间电容2接在B相与零线之间，由于电容的电流超前电压90°，因此电容I产生270°方向的电流向量，电容2产生30°方向的电流向量，根据平面向量局部定理1:选择这两个电容的容量，则可以合成270^30°方向的任何电流向量，因此可以用来抵消9(Γ210°方向的零线电流。如果将电容I接在B相与零线之间电容2接在C相与零线之间，则选择这两个电容的容量可以合成3(Γ150°方向的任何电流向量，因此可以用来抵消21(Γ330°方向的零线电流。如果将电容I接在C相与零线之间电容2接在A相与零线之间，则选择这两个电容的容量可以合成15(Γ270°方向的任何电流向量，因此可以用来抵消33(Γ90°方向的零线电流。因此，通过内置ARM芯片的复合同步开关(I)调整的选择两个电容的容量，并将这两个电容通过内置ARM芯片的智能编码开关(2)恰当的接在不同的相线对零线之间，即可以抵消零线电流。
[0036]3) IGBT无功补偿控制器(3)，其通过对电压变化的监测，适时投切无功补偿，对电压形成有效补偿，当集中电力负荷直接从电力线路受电时，典型接线和向量图如图4:
[0037]线路电压降Λ U的简化计算如式(1-1)。
[0038]没有无功补偿装置时，线路电压降为Λ U1:
[0039]Δ U1= (PR+QX) /U (1-1)
[0040]式中:P、Q分别为负荷有功和无功功率；R、X分别为线路等值电阻和电抗；U为线路额定电压。
[0041]安装无功补偿装置Q。后，线路电压降为Λ U2
[0042]Λ U2= (PR+ (Q-Qc) X) /U(1-2)
[0043]显然U2U1，一般情况下，因X?R，QX?PR,因此安装无功补偿装置Q。后，引起母线的稳态电压升闻为:
[0044]Δ U= Δ U1 -Δ U2= QCX/U(1-3)
[0045]若补偿装置连接处母线三相短路容量为SK，则X=U2/SK，代入上得:
[0046]Δ U/U= Qc / Sk (1-4)
[0047]式中:Λ U—投入并联电容器装置的电压升高值，kV ；
[0048]U—并联电容器装置未投入时的母线电压，kV ；
[0049]Q。一并联电容器装置容量，MVAR ;
[0050]Sk—并联电容器装置连接处母线三相短路容量，MVA。
[0051]由上式可见，Q。愈大，Sk愈小，Λ U愈大，即升压效果越显著，而与负荷的有功功率，无功功率关系不大。因此越接近线路末端，系统短路容量Sk愈小的场合，安装并联电容器装置的效果愈显著。统计资料表明，用电电压升高1%，可平均增产0.5% ;电网电压升高1%，可使送变电设备容量增加1.5%,降低线投2% ;发电机电压升闻1%，可挖掘电源输出1%。
[0052]4)用于远程抄报数据和组网通信模块(4)，该部分为现有技术，其接收数据采集模块的数据处理结果和原始传感数据并通过网络将信号送出到手持计算机对数据进行配对分析和异常/故障诊断，形成报告。
[0053]本实用新型的核心在于:通过ARM芯片智能调节相间电阻、电容、电感等元件实现相间有功和无功的智能转移，对农网支线末端三相/单项电压优化和三相不平衡调节，在不增加1kV线路、不新增加配电变压器、不改造低压线路的情况下，有效的解决农村配变台区低压线路中末端三相/单项电压不合格和三相不平衡的问题，作为现有低电压解决方案的有效补充。
[0054]安装注意事项:传统的三相不平衡调节装置一般安装于变压器侧，并非支线末端，而本装置必须安装于支线末端。
[0055]安装方案1:对于一些因线路太长而造成后端用户不能正常用电的台区，在用电高峰期时期，末端用户电压可能低至110?150V，此时已不能保证用户基本用电需求，如照明、看电视、启动抽水机和碾米机等。针对这种情况，可将本实用新型的安装在高峰期电压为140?160V的位置，经本实用新型的升压后，可以将该位置的电压由原来的140?160V提高到200?230V，线路末端电压也能从原来的110?150V提高到170?210V，进而保证了用户的基本家用电器在用电高峰期能够正常使用。
[0056]安装方案2:对于农网改造后线路不是很长，但新增电器较多等原因，使线路负荷加大，造成末端用户在用电高峰期电压仅为160?190V，使用电质量偏差，电压合格率降低。针对这种情况，可将本实用新型安装在电压低于合格电压198V的地方，如180?198V之间的点进行安装，经本实用新型的升压后，可将电压提升到230V，保证末端用户的用电质量和提高电压合格率。
[0057]以上所述的【具体实施方式】，是对本实用新型的目的、技术方案、应用范围和有益效果作了进一步的详细说明，仅为本实用新型的【具体实施方式】而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种内置ARM芯片的农网支线末端电压智能优化平衡装置，其特征在于，安装于支线末端，该装置包括内置ARM芯片来同步调节电阻、电容和电感的复合同步开关(I)、内置ARM芯片的智能编码开关(2)和IGBT无功补偿控制器(3)； 所述内置ARM芯片来同步调节电阻、电容和电感的复合同步开关(I)与内置ARM芯片的智能编码开关(2)并联后与IGBT无功补偿控制器(3)串联，并形成回路； 所述内置ARM芯片来同步调节电阻、电容和电感的复合同步开关⑴通过内置ARM芯片调节在两相间跨接的电阻阻值实现在两相间转移无功； 所述内置ARM芯片来同步调节电阻、电容和电感的复合同步开关⑴通过内置ARM芯片调节在两相间跨接的电感或者电容实现在两相间转移有功功率； 所述内置ARM芯片的智能编码开关(2)通过内置ARM芯片将需要的电阻、电容和电感元件智能编组接在不同的相线对零线之间，即可抵消零线电流； 所述IGBT无功补偿控制器(3)通过对电压变化的监测，适时投切无功补偿，对电压形成有效补偿。
【文档编号】H02J3/26GK204103491SQ201420396337
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年7月18日 优先权日:2014年4月14日
【发明者】单义峰 申请人:北京中联电科技术有限公司