一种变压器无功补偿系统的制作方法

本发明涉及变压器无功补偿技术领域，特别是涉及一种变压器无功补偿系统。

背景技术：

在交流配电系统中，供电部门对用户的月度平均功率因数有一定的考核要求，如果用户实际月度平均功率因数低于考核值，则需要按照用户电费的一定比例加收力调电费，因此，需要在变压器的低压侧投入电容器来进行无功补偿。在正常负荷的配电系统中，变压器的无功损耗占比较少，只要采用常规的无功补偿方案来对变压器的低压侧进行补偿就足够了，不会造成用户功率因数考核不合格。但是，常规的无功补偿方案无法及时获知无功补偿的结果，仅能在每个月结束时或月度电费单出来后才能查看到该月是否出现月度平均功率因数不合格，可能还是会被加收一定的力调电费，给用户造成不必要的经济损失。

技术实现要素：

为克服相关技术中存在的问题，本发明实施例提供了一种变压器无功补偿系统，能够根据实时的实际平均功率因数来对电容补偿容量进行及时调节，以获得较好的无功补偿效果，防止用户被增收力调电费。

本发明实施例提供一种变压器无功补偿系统，包括：包括电能监测仪表、无功补偿控制器、电容补偿器和云服务中心；

所述电能监测仪表与变压器的高压侧电连接，对变压器的负荷进行监控；所述无功补偿控制器与所述电能监测仪表无线连接；所述电容补偿器并联于变压器的低压侧，其受控端与所述无功补偿控制器电连接；所述云服务中心与所述电能监测仪表通过网络连接实现通信；

所述电能监测仪表采集变压器的实时功率因数值和实时无功功率值，发送至所述无功补偿控制器；所述无功补偿控制器接收所述实时功率因数值和实时无功功率值，根据所述实时功率因数值判断是否需要对变压器进行无功补偿，当需要进行无功补偿时，根据所述实时无功功率值确定电容补偿容量，生成无功补偿控制信号发送至电容补偿器；所述电容补偿器接收所述无功补偿控制信号对变压器的低压侧进行无功补偿；

所述电能监测仪表将采集的变压器的实时功率因数值上传至所述云服务中心；所述云服务中心设定有月度平均功率因数阈值，接收并根据所述实时功率因数值实时计算出当前实际平均功率因数，并将当前实际平均功率因数与所述月度平均功率因数阈值比较，若当前实际平均功率因数小于所述月度平均功率因数阈值时，向用户发出告警提示。

本发明实施例所述的变压器无功补偿系统，通过对变压器的高压侧进行监控以获取实时功率因数值和实时无功功率值，根据实时功率因数值判断是否需要进行无功补偿，并根据实时无功功率值确定无功补偿容量；同时将获得的实时功率因数值上传至云服务中心以计算出本月当前实际平均功率因数，若当前实际功率因数小于月度平均功率因数阈值时，向用户发出告警提示，使用户能够及时知晓无功补偿的结果以便对无功补偿方案进行调整。

在一个可选的实施例中，所述月度平均功率因数阈值根据供电局规定的功率因数考核值来确定。

在一个可选的实施例中，所述云服务中心接收所述实时功率因数值后，根据各个所述实时功率因数值绘制功率因数变化曲线。

在一个可选的实施例中，还包括移动终端；所述移动终端与所述云服务中心通过网络连接实现通信；用户通过所述移动终端查看本月当前实际平均功率因数。

在一个可选的实施例中，所述云服务中心设定有第一功率因数阈值和第二功率因数阈值，并下发至所述电能检测仪表；所述电能检测仪表将所述实时功率因数值、所述第一功率因数阈值、以及第二功率因数阈值传输至所述无功补偿控制器；所述无功补偿控制器接收所述实时功率因数值、所述第一功率因数阈值、以及第二功率因数阈值，并将实时功率因数值与所述第一功率因数阈值和第二功率因数阈值进行比较，当所述实时功率因数值小于所述第一功率因数阈值时，生成无功补偿控制信号发送至所述电容补偿器；当所述实时功率因数值大于所述第一功率因数阈值，且小于所述第二功率因数阈值时，生成维持当前无功补偿信号发送至所述电容补偿器；当实时功率因数值大于所述第二功率因数阈值时，生成停止无功补偿信号发送至所述电容补偿器。

在一个可选的实施例中，所述电能监测仪表采集变压器的实时无功功率值发送至无功补偿控制器；所述无功补偿控制器接收并根据所述实时无功功率值确定变压器的无功需量值，根据所述无功需量值确定变压器的低压侧所需的电容补偿容量。

在一个可选的实施例中，所述云服务中心设定有轻载或空载电容补偿方案、第一功率阈值和第二功率阈值，并下发至所述电能监测仪表；所述电能监测仪表采集变压器的实时视在功率值，将所述实时视在功率值与所述第一功率阈值和第二功率阈值进行比较，判断变压器是否处于轻载或空载状态；当判断出变压器处于轻载或空载状态时，将轻载或空载电容补偿方案下发至所述无功补偿控制器；所述无功补偿控制器根据所述电容补偿容量以及轻载或空载电容补偿方案，控制电容补偿器对变压器的低压侧进行无功补偿。

在一个可选的实施例中，所述轻载或空载电容补偿方案设定有多个电容切除阈值，并设定有与电容切除阈值相应的多种电容补偿值；所述无功补偿控制器将实时视在功率与多个所述电容切除阈值进行比较，选定与所述电容补偿容量最接近的电容补偿值，控制电容补偿器对变压器的低压侧进行无功补偿。

在一个可选的实施例中，所述无功补偿控制器获取所述电容补偿器对变压器的低压侧进行无功补偿时的充电次数和充电温度，并将所述充电次数和充电温度上传至云服务中心供用户查看。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。

附图说明

图1为本发明实施例所述变压器无功补偿系统的结构框图；

图2为本发明实施例所述变压器无功补偿系统的控制原理图；

图3为本发明实施例所述无功补偿控制器的示意图；

图4为本发明所述电容补偿器的结构示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

以下对本申请实施例涉及的一些术语进行说明。

功率因数：指交流电路有功功率对视在功率的比值。在一定电压和功率下，该值越高效益越好。常用cosφ表示，即cosφ＝p/s。

无功需量：就是在某一时刻，系统从电源点需要的无功功率的多少。从系统需要无功需量，为正向无功需量；如果向电网输送无功需量，则为反向无功需量，尽量避免用户侧出现无功倒送。

补偿容量：指在电网中，为了提高补偿点的功率因数而所需要投入的无功补偿容量的多少，单位kvar。当无功需量＝补偿容量时为最理想状态，此时该点的功率因数为最大值1.0。

变压器损耗：变压器损耗是指空载损耗po、短路损耗pk及杂散损耗ps之和。当用额定电压施加于变压器的一个绕组上，而其余的绕组均为开路时，变压器所吸收的有功功率叫空载损耗。变压器的空载损耗和负载损耗分别指的是铁损和铜损。其中空载损耗基本固定，负载损耗根据负荷情况而不同。

以下以具体实施例对本发明的技术方案进行说明。

请同时参阅图1和图2，图1为本发明实施例所述变压器无功补偿系统的结构框图；图2为本发明实施例所述变压器无功补偿系统的控制原理图。

本实施例的变压器无功补偿系统包括变压器100、电能监测仪表200、无功补偿控制器300、云服务中心400和电容补偿器500；所述变压器100设置于供电线路上，高压侧连接至供电电网600，低压侧连接至用户700；所述电能监测仪表200与变压器100的高压侧电连接，对变压器100的负荷进行监控；所述无功补偿控制器300与所述电能监测仪表200通过无线网络连接；所述电容补偿器500并联于变压器100的低压侧，其受控端与所述无功补偿控制器300通过rs485总线连接；所述云服务中心400与所述电能监测仪表200通过网络连接实现通信。

所述电能监测仪表200采集变压器100的高压侧的实时功率因数值和实时无功功率值，发送至所述无功补偿控制器300；所述无功补偿控制器300接收所述实时功率因数值和实时无功功率值，根据所述实时功率因数值判断是否需要对变压器100的低压侧进行无功补偿，当需要进行无功补偿时，根据所述实时无功功率值确定电容补偿容量，生成无功补偿控制信号发送至电容补偿器500；所述电容补偿器500接收所述无功补偿控制信号对变压器100的低压侧进行无功补偿。

所述电能监测仪表200将采集的变压器100的实时功率因数值上传至所述云服务中心400；所述云服务中心400设定有月度平均功率因数阈值，接收并根据所述实时功率因数值实时计算出当前实际平均功率因数，并将当前实际平均功率因数与所述月度平均功率因数阈值比较，若当前实际平均功率因数小于所述月度平均功率因数阈值时，向用户发出告警提示。

本发明实施例所述的变压器无功补偿系统，通过对变压器的高压侧进行监控以获取实时功率因数值和实时无功功率值，根据实时功率因数值判断是否需要进行无功补偿，并根据实时无功功率值确定无功补偿容量；同时将获得的实时功率因数值上传至云服务中心以计算出本月当前实际平均功率因数，若当前实际功率因数小于月度平均功率因数阈值时，向用户发出告警提示，使用户能够及时知晓无功补偿的结果以便对无功补偿方案进行调整。

以下对本申请实施例中的电能监测仪表、无功补偿控制器、以及电容补偿器进行介绍。

本发明实施例中，所述电能监测仪表200用于实时监测变压器100的高压侧的实际运行工况，以采集变压器100的实时功率因数值和实时无功功率值，还可采集到实际电流值、实际电压值、以及有功功率值。所述电能监测仪表200与云服务中心400可以通过2g或4g网络，以及互联网连接，所述电能监测仪表200的ip通过一键扫码在云服务中心400配置好以建立通信。所述电能监测仪表200与无功补偿控制器300通过地址匹配或信号匹配，即通过lora组网，以将相关数据下发至无功补偿控制器300，每30秒下发一次，为防止数据包丢失，每次连续下发三个数据包；而无功补偿控制器300开启lora侦听以获取电能监测仪表200下发的数据包。

本发明实施例中，所述无功补偿控制器300作为无功补偿的主控器件，其控制原理请参阅图3。本实施例中，所述无功补偿控制器300的控制芯片可以为stm32f407，所述无功补偿控制器300可控制电容补偿器500无功补偿，还可以实时读取电容补偿器500的相关参数，可通过电能监测仪表200上传至云服务中心。具体地，可读取的参数为各组电容充电次数、电容运行状态温度、以及温度过高等告警信息。

所述控制芯片通过uart串口与lora模块连接，与所述电能监测仪表实现lora无线通信；通过io口输出投切控制信号至电能补偿器；通过io口输出充电温度过高等告警提示；并设置有状态指示灯以提示相关运行状态；通过adc端口实现ptc温度测量，通过adc端口检测电容组的充电电流以及svc有功电能；另外还预留了uart/rs232串口以做调试备用。

请参阅图4，图4为本发明所述电容补偿器的连接示意图。

所述电容补偿器包括多组电容组，其中，第一级电容组合连接至二次ct或控制器；最后一级电容组合还可以连接其他的电容组合。所述电容补偿器的ua、ub、uc分别连接母线电压。

所述电容补偿器为rgz智能电容器，由智能组件、零投切开关组件、电流取样组件等元部件组成，能够实现低压电力无功补偿的独立完整智能补偿单元。所述电容补偿器设置有多级电容组合，分别为一级电容组合、二级电容组合、三级电容组合和四级电容组合，且每一组电容组合均通过云服务中心设定有相应的切除阈值，以便于控制相应的电容组合投切实现无功补偿。

在一个可选的实施例中，所述云服务中心400设定有月度平均功率因数阈值，计算获得的当前实际平均功率因数小于所述月度平均功率因数阈值时，向用户发出告警。其中，所述月度平均功率因数阈值可以根据供电局的功率因数考核值来确定，也可以自行确定一个阈值。

在一个可选的实施例中，所述无功补偿系统还包括移动终端；所述移动终端与所述云服务中心通过网络连接实现通信；用户通过所述移动终端查看本月当前实际平均功率因数。

具体地，云服务中心400向用户发出告警的方式可以为通过短信发送至用户的手机；也可以通过发送相应的信号至移动终端，用户通过登录移动终端的应用程度查看本月实际平均功率因数，从而可以对无功补偿进行调控，十分智能。

其中，所述移动终端可以为智能手机或者平板电脑等智能设备。

在一个可选的实施例中，所述云服务中心400接收所述实时功率因数值后，根据各个所述实时功率因数值绘制功率因数变化曲线，以让用户直观的看到功率因数变化，便于对无功补偿进行管理及控制。

在一个可选的实施例中，所述云服务中心400设定有第一功率因数阈值和第二功率因数阈值，并将所述第一功率因数阈值和第二功率因数阈值下发至所述电能检测仪表200；所述电能检测仪表200将自身采集的所述实时功率因数值，以及云服务中心400下发的所述第一功率因数阈值和第二功率因数阈值传输至所述无功补偿控制器300；所述无功补偿控制器300接收所述实时功率因数值、所述第一功率因数阈值、以及第二功率因数阈值，并将实时功率因数值与所述第一功率因数阈值和第二功率因数阈值进行比较，以判断是否对变压器100的低压侧进行无功补偿。

具体的，当所述实时功率因数值小于所述第一功率因数阈值时，所述无功补偿控制器300生成无功补偿控制信号发送至所述电容补偿器500；当所述实时功率因数值大于所述第一功率因数阈值，且小于所述第二功率因数阈值时，所述无功补偿控制器300生成维持当前无功补偿信号发送至所述电容补偿器，直到实时功率因数值小于所述第一功率因数阈值，或大于所述第二功率因数阈值；当实时功率因数值大于所述第二功率因数阈值时，所述无功补偿控制器300生成停止无功补偿信号发送至所述电容补偿器500。

所述第一功率因数值可以为0.9；第二功率因数值可以为0.95；当所述实时功率因数值小于0.9时，需要通过无功补偿控制器300控制电容补偿器500对变压器100的低压侧进行无功补偿；当所述实时功率因数值大于0.9，且小于0.95时，需要通过无功补偿控制器300控制电容补偿器500对变压器100的低压侧维持原无功补偿，例如，原无功补偿为一组或两组电容，此时也持续投入一组或两组电容，使功率因数值保持在一个稳定的范围内，即保持在0.9-0.95之间；当实时功率因数值大于0.95时，需要通过无功补偿控制器300控制电容补偿器500停止对变压器100的低压侧进行无功补偿；此时可以通过常规电容补偿器对变压器100的低压侧进行常规无功补偿。

在一个可选的实施例中，所述电能监测仪表200采集变压器100的低压侧的实时无功功率值发送至无功补偿控制器300；所述无功补偿控制器300接收并根据所述实时无功功率值确定变压器100的无功需量值，并根据所述无功需量值确定变压器100的低压侧所需的电容补偿容量。具体的，当变压器100的高压侧的功率因数为1时的电容补偿容量为最佳的电容补偿容量。当以一定的电容补偿容量进行补偿后，变压器100的高压侧的功率因数值能够达到最大值1.0，则表示当前的电容补偿容量为最佳电容补偿容量，能够达到无功补偿的最理想状态，既不会过补偿，也不会补偿不够。

在一个可选的实施例中，所述云服务中心400还设定有轻载或空载电容补偿方案、第一功率阈值和第二功率阈值，在与电能监测仪表200联网成功后，将轻载或空载电容补偿方案、第一功率阈值和第二功率阈值下发至所述电能监测仪表200。所述电能监测仪表200采集变压器100的高压侧的实时视在功率值，将所述实时视在功率值与所述第一功率阈值和第二功率阈值进行比较，判断变压器100是否处于轻载或空载状态；当判断出变压器100处于轻载或空载状态时，将轻载或空载电容补偿方案下发至所述无功补偿控制器300；所述无功补偿控制器300根据最佳的所述电容补偿容量以及轻载或空载电容补偿方案，控制电容补偿器500对变压器100的低压侧进行无功补偿。

为实现精确度较高的无功补偿，所述轻载或空载电容补偿方案设定有多个电容切除阈值，并设定有与电容切除阈值相应的多种电容补偿值；而电容补偿值由一组或多组电容器组合而成。所述无功补偿控制器300将实时视在功率与多个所述电容切除阈值进行比较，选定与所述电容补偿容量最接近的电容补偿值，控制电容补偿器500的相应电容组进行充电，以对变压器100的低压侧进行无功补偿。

具体地，多个所述电容切除阈值包括从小到大依次设定的一级电容切除阈值、二级电容切除阈值、三级电容切除阈值和四级电容切除阈值；与各个所述电容切除阈值相应的多种电容补偿值包括一级电容补偿值、二级电容补偿值、三级电容补偿值和四级电容补偿值。将实时视在功率与多个所述电容切除阈值进行比较，当所述实时视在功率小于所述某一级的电容切除阈值时，控制电容补偿器500的与一级电容补偿值对应的电容组进行无功补偿，当实时视在功率大于所述某一级电容切除阈值时，控制电容补偿器500退出该级电容补偿。

所述一级电容补偿值为一级电容组能够提供的补偿值；所述二级电容补偿值为二级电容组能够提供的补偿值；所述三级电容补偿值为三级电容组能够提供的补偿值；所述四级电容补偿值为四级电容组能够提供的补偿值。

例如，当前以一级电容值对变压器的低压侧进行无功补偿，判断实时视在功率是否小于一级电容切除阈值，当实时视在功率小于一级电容切除阈值时，控制电容补偿器根据该级的电容补偿值进行无功补偿；当实时视在功率大于一级电容切除阈值时，控制电容补偿器推出该级电容补偿；进一步判断当前实时视在功率是否小于二级电容切除阈值，当实时视在功率大于一级相容切除阈值，且小于二级电容切除阈值时，控制电容补偿器根据二级的电容补偿值进行无功补偿；当实时视在功率大于二级电容切除阈值时，控制电容补偿器推出该级电容补偿；依次类推，根据当前的实时视在功率选定合适的电容补偿值进行补偿。

所述无功补偿控制器通过adc端口获取所述电容补偿器对变压器的低压侧进行无功补偿时的充电次数和充电温度，并将所述充电次数和充电温度上传至云服务中心，用户或管理人员可以通过移动终端查看无功补偿时的电容的充电次数和充电温度，便于对配电系统进行管理及调控；同时，当电容的充电温度高于一定温度时，还通过报警装置发出告警，如通过指示灯实现报警，或通过发声报警。

本发明实施例所述的变压器无功补偿系统，通过对变压器的高压侧进行监控以获取实时功率因数值和实时无功功率值，根据实时功率因数值判断是否需要进行无功补偿，并根据实时无功功率值确定无功补偿容量；同时将获得的实时功率因数值上传至云服务中心以计算出本月实际平均功率因数供用户查看，使用户能够及时获取无功补偿的结果以便于及时调控无功补偿方案，比较智能化。同时，能够实现较高的精度的无功补偿，补偿效果好，能够防止用户被加收力调电费，减少用户不必要的开支。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。