一种自动调节三相不平衡综合配电箱的制作方法

本实用新型涉及综合配电箱领域，特别涉及一种自动调节三相不平衡综合配电箱。

背景技术：

综合配电箱是一种传统的综合配电设备，广泛应用于低压配电网中，是一种标准化、小型化配电装置。它具有过载、短路、缺相、欠压、过压、剩余电流过流保护以及防雷等功能，集配电、计量、无功补偿于一体，是配电网主要的电力设备。

传统的综合配电箱具有一定的无功补偿作用，但对于三相不平衡、谐波干扰等影响电能质量的问题，传统的综合配电箱不能解决，往往需要加装改善电能质量的设备：如无源LC滤波器、静态无功补偿装置SVC、静止无功补偿发生器SVG、有源滤波APF、动态电压调节器DVR等。但是以上任何一种单一的装置都只能改善电能质量的某一方面，而且性价比都不高，没有办法完全得到实际应用。若针对每种电能质量问题都分别采取一种调节装置，会大大增加治理成本，还会增加装置运行维护的复杂度，降低可靠性。不仅增加设备造价，而且多套设备造成现场安装困难，需要多次停电，此外，还会影响城市美观。

此外，低压配电网目前普遍存在三相不平衡、功率因数偏低、电压低、谐波量大等问题，对此，传统综合配电箱无能为力。电能质量问题不仅影响用户用电，而且也严重影响到电网和电气设备地安全运行，同时增加了电力设备及电能输送的损耗，造成三相不平衡等电能质量问题的主要原因包括：

1)用电行为不确定，间歇性用电、季节性用电，峰、谷用电量差别大。

2)住户分散或集中无序，供电线路复杂，配变布点不合理，供电半径长短不一。

3)非线性负载增多，谐波含量增大，变压器及用电设备发热量大，甚至击穿电容器，造成台区功率因数低，降低了输送电效率。

4)台区无功补偿响应速度慢，时常发生过补或欠补。

5)线路负载分布不平衡和用电时间不同步，造成台区严重三相不平衡。

6)电网设计标准配置偏低。

目前解决低压配电台区电能质量问题的措施主要由改造配变、改造线路、加装常规无功补偿装置等三种方法。

在各种无功功率补偿方法中，并联电容器由于其简单的结构，方便、灵活的安装方法，较低的运行费用和低廉的产品价格等方面的特点，但是并联电容器也有其不足之处，只能分级补偿固定的无功功率，即是阶梯形的补偿，而不能实现连续、线性的补偿。而且在系统中存在谐波时，还可能与系统中的固有电抗产生并联谐振，使谐波电流放大(可达额定电流的几倍甚至几十倍)，导致电容器及相关元器件和线路严重过载而烧毁，此外，对于台区三相不平衡度无法调节，造成台区损耗增大和影响台区安全运行，后期进行加装其他功能装置又增加成本和增加安装难度。

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。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种自动调节三相不平衡综合配电箱，从而克服现有各种无功功率补偿方法处理低压配电台区电能质量问题效果较差的缺点。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种自动调节三相不平衡综合配电箱，包括：进线端，其与三相电网连接；出线端，其通过线路与所述进线端连接，其中，所述进线端与所述出线端之间设有第一取电流端、取电压端及第二取电流端；多功能电能表，其第一取样端接入所述第一取电流端处，第二取样端与所述取电压端连接；以及调节补偿模块，其包括：静止无功发生器，其取样端与所述第二取电流端连接；无功补偿控制器，其两个取样端分别与所述第二取电流端、取电压端连接；及并联电容，其补偿输出端通过控制开关与所述静止无功发生器的调节输出端并联接入所述线路，其中，所述控制开关与所述无功补偿控制器的控制端连接。

优选地，上述技术方案中，所述静止无功发生器包括：子控制器，其取样端与所述第二取电流端连接；PWM信号发生器，其输入端与所述子控制器的输出端连接；及三相逆变桥，其控制端与所述PWM信号发生器的输出端连接，输出端接入所述线路。

优选地，上述技术方案中，连接所述进线端、出线端、补偿输出端以及调节输出端的线路上均设有塑料外壳式断路器。

优选地，上述技术方案中，所述多功能电能表的第一取样端通过电流互感器接入所述第一取电流端处。

优选地，上述技术方案中，所述无功补偿控制器、子控制器分别通过电流互感器接入所述第二取电流端处。

优选地，上述技术方案中，连接所述控制开关、调节输出端及补偿输出端的线路上均设有微型断路器。

优选地，上述技术方案中，所述进线端设有总开关。

优选地，上述技术方案中，还包括自动调节三相不平衡综合配电箱设有避雷针。

优选地，上述技术方案中，还包括一显示屏，该显示屏分别与所述子控制器、无功补偿控制器连接。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型增加了双向无功补偿、三相不平衡智能调节和滤波功能，可自动快速跟踪瞬时计算台区所需的补偿无功功率大小和三相不平衡所需电流波形，自动精准补偿无功功率及调整电流不平衡度，使之符合电网标准。同时，配电箱可以补偿基波无功电流，也可以对谐波电流进行补偿，在中低压动态无功补偿与谐波治理领域得到广泛应用。

附图说明

图1是根据本实用新型自动调节三相不平衡综合配电箱的电气原理图。

图2是根据本实用新型自动调节三相不平衡综合配电箱的的第一结构图。

图3是根据本实用新型自动调节三相不平衡综合配电箱的的第二结构图。

主要附图标记说明：

1、4、5、6-塑料外壳式断路器，2、9-控制开关，3-总开关，7-显示屏，8-静止无功发生器，10、11-多功能电能表，12、13-并联电容。

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自动调节三相不平衡综合配电箱的结构示意图。

如图1至图3所示，自动调节三相不平衡综合配电箱包括：进线端，出线端，多功能电能表10、11，调节补偿模块；该配电箱的进线端与三相电网连接，进线端设有总开关(QS)3；该配电箱的出线端通过线路与进线端连接，出线端用于连接用户或负载，其中，进线端与出线端之间依次设有第一取电流端、取电压端及第二取电流端；多功能电能表10的第一取样端通过电流互感器(即计量CT)接入第一取电流端处，第二取样端与取电压端连接，用于测量、统计综合箱的运行参数。

继续参考图1，调节补偿模块包括：静止无功发生器8、无功补偿控制器、并联电容12、13及显示屏7；其中，静止无功发生器8包括：子控制器、PWM信号发生器及三相逆变桥；子控制器的取样端与第二取电流端连接；PWM信号发生器的输入端与子控制器的输出端连接；三相逆变桥的控制端与PWM信号发生器的输出端连接。无功补偿控制器的两个取样端分别与第二取电流端、取电压端连接，其中，无功补偿控制器、子控制器分别通过电流互感器(即取样CT)接入第二取电流端处；并联电容12、13通过控制开关2、9与三相逆变桥的输出端(即静止无功发生器的调节输出端)并联接入线路，控制开关2、9优选采用复合开关，控制开关2、9与无功补偿控制器的控制端连接；其中，连接进线端、出线端、调节输出端以及补偿输出端的线路上均设有塑料外壳式断路器(QF1、QF2、QF3、QF4)1、4、5、6，连接控制开关2、9、调节输出端及补偿输出端的线路上均设有微型断路器(ZK)；显示屏7分别与子控制器、无功补偿控制器连接，用于显示系统数据、运行数据、电网波形、历史故障信息等，如电网频率、电网电压谐波总畸变率、电网电流谐波总畸变率、负载电流谐波总畸变率、电网功率因素、电网波形等。此外，自动调节三相不平衡综合配电箱设有避雷针，具体原理图参见图1，配电箱具体零部件布置图参见图2和图3。

下面，对智能自动调节三相不平衡综合配电箱的各功能原理进行详细阐述：

1、负荷分配

电能由变压器出线端接入装置进线端的总开关，通过出线端的出线开关分配给用户或负载，进线开关和每一路出线开关均采用塑料外壳式断路器，出线开关容量根据配电容量和供电要求配置，出线路数可根据实际要求配置。

2、电能计量

配电箱中留有两个电表位置用于安装电能表与采集终端等装置，用于电能计量功能，计量数据可用于线损考核。

3、配变监测

安装多功能电能表作为配变终端进行配变及综合箱运行参数测量、统计，并通过与远程主站系统的数据交互实现配变在线监测功能，主要包括：

(1)采集三相电压、电流，实现电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、有功电量、无功电量、电压、电流谐波的测量。

(2)采集电能表的数据。

(3)统计电压合格率、功率因数合格率。

(4)统计供电时间、停电时间，记录停/上电起止时间。

4、过载和短路保护

具备过载或短路保护功能，当过载或短路时，对应的微型断路器或塑料外壳式断路器分断以达到保护功能。

5、欠压保护

进线端或者出线端的电压下降到指定范围时，塑料外壳式断路器内的欠压脱扣器将分断断路器，起到欠压保护功能。

6、缺相保护

具备缺相保护功能，如出线端缺相，出线端处的塑料外壳式断路器断开，使用户设备不受缺相危害。

7、防雷保护

配电箱中安装避雷器有效防止雷击过电压和操作过电压引起的损坏。如果遇到过电压，避雷器导通将涌流引入接地系统。

8、剩余电流动作保护

具备剩余电流动作保护功能(即漏电保护)功能。由配变终端采集剩余电流，塑料外壳式断路器根据剩余电流值进行相关动作。

9、无功补偿

静止无功发生器通过取样电流互感器(取样CT)实时检测系统电流，将检测到的电流信息传到内部子控制器进行分析。子控制器从检测到的电流当中提取出基本无功分量，然后对PWM信号发生器发出指令，控制三相逆变桥的IGBT动作，从而使得静止无功发生器发出与系统基波无功分量大小相等方向相反的无功电流，达到消除系统无功电流的目的。装置采用静止无功发生器动态无功补偿与并联电容协同工作的方式，并联电容提供有级的基础无功补偿，静止无功发生器模块提供波动的动态无功补偿。当系统中存在的无功电流较小时，静止无功发生器单独工作产生精确足量无功补偿电流；当系统中存在的无功电流较大时，静止无功发生器不能提供足量的无功补偿电流，无功补偿控制器控制复合开关动作，并联电容补偿开始投入与动态无功补偿模块协同工作，并联电容提供大容量的无功补偿，而静止无功发生器则负责补偿的精度和响应速度。

10、三相不平衡调节

静止无功发生器通过取样电流互感器实时检测系统电流，并将系统电流信息发送给内部子控制器进行处理分析，以判断系统是否处于不平衡状态，同时计算出达到平衡状态时各相所需转换的电流值，然后将信号发送给内部的三相逆变桥的IGBT并驱动其动作，将不平衡电流从电流大的相转移到电流小的相，最后达到三相平衡状态。

11、谐波治理

静止无功发生器采用桥式变流电路的PWM技术来进行滤波，通过发出与负荷谐波大小相同方向相反的谐波与之相抵消，从而达到有源滤波、消除谐波干扰的效果。

本次方案设计的智能自动调节三相不平衡综合配电箱，集成负荷分配、电能计量、出线保护、剩余电流保护、无功补偿、电容补偿、动态无功双向补偿、三相不平衡调节、治理谐波等功能于一体，不仅涵盖传统综合配电箱功能所有功能，而且增加了双向无功补偿、三相不平衡智能调节和滤波功能，可自动快速跟踪瞬时计算台区所需的补偿无功功率大小和三相不平衡所需电流波形，自动精准补偿无功功率及调整电流不平衡度，使之符合电网标准。同时，配电箱可以补偿基波无功电流，也可以对谐波电流进行补偿，在中低压动态无功补偿与谐波治理领域得到广泛应用。

相较于传统的LC滤波回路，智能自动调节三相不平衡综合配电箱的静止无功发生器主要有无功补偿性能优良、支持补偿不平衡负载及补偿零序谐波电流的优点，这些都是传统无功补偿回路组成的的补偿电路所不具备的功能。与SVC(晶闸管投切无功补偿)比较，具有运行稳定、寿命长、响应快、运行范围大、容量调节更平滑、谐波量更小、系统电压更稳定等优势。

借此，与传统综合配电箱相比，加装静止无功发生器模块，综合了传统综合配电箱、三相不平衡调节和谐波治理功能，使得设备总的投资更低，且不额外占用土地、安装施工时间短，减少了停电损失；有效解决了低压台区普遍存在的三相不平衡问题，改善了负荷的三相不平衡，功率因数将得到提高，发生在线路和配变上的损耗也将降低，同时也可以提高配变的实际电力。

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。