一种带有三相有功平衡与无功补偿功能的智能综合配电柜的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种带有三相有功平衡与无功补偿功能的智能综合配电柜，包括综合控制单元，以及分别与所述综合控制单元电连接的电能计量单元、配电单元、无线通信单元、无功补偿单元和三相有功平衡单元，所述综合控制单元通过无线通信单元与后台服务器无线连接。本实用新型一种带有三相有功平衡与无功补偿功能的智能综合配电柜，具有计量、配电、无功补偿、三相有功平衡、无线通信五种基本功能；同时通过无线数据传输，本实用新型可以将各区监测的电能质量数据传至后台服务器进行统一控制与管理，能在农网改造中大面积推广。
【专利说明】
一种带有三相有功平衡与无功补偿功能的智能综合配电柜
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种综合配电柜，具体的涉及一种带有三相有功平衡与无功补偿功能的智能综合配电柜。
【背景技术】
[0002]综合配电柜简称JP柜，作为一种标准化的小型户外式低压配电装置，主要适用于城网、农网等低压配电系统中，具有配电、保护、电能计量以及无功补偿等多项功能。尤其随着农网改造的深入，越来越多的JP柜被用于农村电力线路及各配电台区中。由于农网供电线路长并且点多面广，三相不平衡以及无功问题会产生过大的电能损耗并且降低输配电设备的效率、影响设备寿命和供电企业的经济效益；负荷高峰甚至出现低电压等影响用户正常生产生活的现象，严重影响电力系统的稳定运行。
[0003]随着生活质量的提高，农村用户对供电的稳定性以及供电质量的要求也越来越高，为保证电网的安全稳定及经济运行，必须对无功功率及三相不平衡进行补偿与控制。综合配电柜(JP柜)能够满足农网改造过程中对供电的需求，但现有技术的综合配电装置一般没有三相有功平衡功能，而且无功补偿仅仅是采用的投切电容器的方式，存在动态响应时间较慢等缺点；同时，分散的JP柜各自独立，并没有互联，不便于统一管理。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种便于统一管理、带三相有功平衡与无功补偿功能的智能综合配电柜。
[0005]本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下:一种带有三相有功平衡与无功补偿功能的智能综合配电柜，包括综合控制单元，以及分别与所述综合控制单元电连接的电能计量单元、配电单元、无线通信单元、无功补偿单元和三相有功平衡单元，所述综合控制单元通过无线通信单元与后台服务器无线连接。
[0006]本实用新型的有益效果是:本实用新型一种带有三相有功平衡与无功补偿功能的智能综合配电柜，具有计量、配电、无功补偿、三相有功平衡、无线通信五种基本功能；同时通过无线数据传输，本实用新型可以将各区监测的电能质量数据传至后台服务器进行统一控制与管理，能在农网改造中大面积推广。
[0007]在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。
[0008]进一步，所述综合控制单元包括信号调理电路、模数变换器、FPGA芯片、DSP芯片、PWM输出电路、EEPROM、SRAM、复位保护电路、触摸屏和调试上位机，所述信号调理电路、模数变换器、FPGA芯片、DSP芯片和HVM输出电路依次电连接，所述EEPROM、SRAM、复位保护电路、触摸屏和调试上位机均分别与所述DSP芯片电连接。
[0009]进一步，所述调理电路的输入端上连接有外部电流和电压信号，所述外部电流和电压信号包括直流母线电压、三相电网电压、三相负载电流和三相输出电流。
[0010]进一步，所述无线通信单元的一端与所述FPGA芯片电连接，所述无线通信单元的另一端与后台服务器无线连接，所述无功补偿单元和三相有功平衡单元均分别与所述PWM输出电路电连接。。
[0011]进一步，所述无线通信单元采用GPRS/4G的无线数据传输模式。
[0012]进一步，所述无功补偿单元包括无功补偿电路和投切电容器组，所述无功补偿电路和投切电容器组均并联接入电网，所述投切电容器组的投切由综合控制单元统一控制与管理。
[0013]采用上述进一步技术方案的有益效果为:所述投切电容器组的投切由综合控制单元统一控制与管理，可以避免出现系统不稳、电容频繁投切等问题。
[0014]进一步，所述投切电容器组为三相共补或单相分补。
[0015]进一步，所述无功补偿单元的核心主电路的拓扑结构与所述三相有功平衡单元的核心主电路的拓扑结构一致。
[0016]进一步，所述无功补偿单元的核心主电路的拓扑结构和所述三相有功平衡单元的核心主电路的拓扑结构均为依次连接的驱动电路、主电路和控制指令输出电路组成，所述驱动电路由依次连接的电源、驱动芯片和PWM输出电路构成，所述主电路包括电压型三相桥式逆变电路和储能电路，所述储能电路包括两组直流电容器组和两个均压电阻，两组所述直流电容器组串联连接在所述电压型三相桥式逆变电路的两端，每组所述直流电容器组的两端均分别连接有一个所述均压电阻，每组所述直流电容器组均分别由若干只大小相同和容量相同的直流电容器并联组成。
【附图说明】
[0017]图1为本实用新型一种带有三相有功平衡与无功补偿功能的智能综合配电柜的主体单元组成框图；
[0018]图2为本实用新型一种带有三相有功平衡与无功补偿功能的智能综合配电柜的综合控制单元的电路结构框图；
[0019]图3为本实用新型一种带有三相有功平衡与无功补偿功能的智能综合配电柜中无功补偿单元的主体框架图；
[0020]图4为本实用新型一种带有三相有功平衡与无功补偿功能的智能综合配电柜中三相有功平衡单元和无功补偿单元的核心主电路的拓扑结构的主电路结构示意图。
【具体实施方式】
[0021]以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。
[0022]如图1所示，一种带有三相有功平衡与无功补偿功能的智能综合配电柜，包括综合控制单元，以及分别与所述综合控制单元电连接的电能计量单元、配电单元、无线通信单元、无功补偿单元和三相有功平衡单元，所述综合控制单元通过无线通信单元与后台服务器无线连接。
[0023]图2为综合控制单元的电路结构框图，综合控制单元的主控制芯片采用DSP芯片和FPGA芯片;FPGA芯片主要进行采集信号、扩展接口、输出PffM信号、风扇调速以及处理系统保护;DSP芯片则主要完成采样到信号的分析与计算，控制产生PffM驱动信号。所述综合控制单元包括信号调理电路、模数变换器、FPGA芯片、DSP芯片、PffM输出电路、EEPROM、SRAM、复位保护电路、触摸屏和调试上位机，所述信号调理电路、模数变换器、FPGA芯片、DSP芯片和PffM输出电路依次电连接，所述EEPROM、SRAM、复位保护电路、触摸屏和调试上位机均分别与所述DSP芯片电连接，EEPROM为电可擦可编程只读存储器，SRAM为静态随机存取存储器。所述调理电路的输入端上连接有外部电流和电压信号，所述外部电流和电压信号包括直流母线电压、三相电网电压、三相负载电流和三相输出电流。所述无线通信单元的一端与所述FPGA芯片电连接，所述无线通信单元的另一端与后台服务器无线连接，所述无功补偿单元和三相有功平衡单元均分别与所述PWM输出电路电连接。所述无线通信单元采用GPRS/4G的无线数据传输模式。
[0024]图3为无功补偿单元的主体框架图，所述无功补偿单元包括无功补偿电路和投切电容器组，所述无功补偿电路和投切电容器组均并联接入电网，所述投切电容器组包括反并联的晶闸管、电抗器、电容器，所述晶闸管一端接电网，另一端与电抗器的一端连接，所述电抗器的另一端与电容器相连，所述晶闸管的控制线连接综合控制单元，由综合控制单元统一控制与管理电容器组的投切。所述投切电容器组为三相共补或单相分补。
[0025]所述无功补偿单元的核心主电路的拓扑结构与所述三相有功平衡单元的核心主电路的拓扑结构一致;而不同的是，无功补偿单元只提取系统中的无功分量，而三相有功平衡单元则提取系统中的负序和零序分量。
[0026]所述无功补偿单元的核心主电路的拓扑结构和所述三相有功平衡单元的核心主电路的拓扑结构均为依次连接的驱动电路、主电路和控制指令输出电路组成，所述驱动电路由依次连接的电源、驱动芯片和PWM输出电路构成，图4为三相有功平衡单元和无功补偿单元的核心主电路的拓扑结构的主电路结构示意图，所述主电路包括电压型三相桥式逆变电路和储能电路，所述储能电路包括两组直流电容器组和两个均压电阻，两组所述直流电容器组串联连接在所述电压型三相桥式逆变电路的两端，每组所述直流电容器组的两端均分别连接有一个所述均压电阻，每组所述直流电容器组均分别由若干只大小相同和容量相同的直流电容器并联组成。所述控制指令输出电路主要用于电流电压等信号采样与提取、监测电网状态选择运行模式以及指令电流计算的功能。
[0027]在本实用新型一种带有三相有功平衡与无功补偿功能的智能综合配电柜工作时，电能计量单元用于电能的计量，配电单元为用户进行配电，无功补偿单元能够实现智能补偿无功，三相有功平衡单元使三相有功达到平衡，无线通信单元实现无线通信传输数据、综合控制单元完成电能计量单元、配电单元、无功补偿单元、三相有功平衡单元和无线通信单元的统一控制。
[0028]无功补偿单元可以有效地降低补偿成本，另外融合了投切电容器组，投切电容器组的容量与组数不限于图3中所示，可以为三相共补，也可以为单相分补；由于投切电容器组的响应速度的不同，为避免出现系统不稳、电容器频繁投切等问题，电容器组的投切由综合控制单元统一控制与管理，避免出现系统不稳、电容七组频繁投切等问题。
[0029]本实用新型的无线通信单元的无线通信主要基于GPRS/4G进行数据传输，实时监测系统的运行状况，将各区电能质量数据传至后台服务器，并可以在PC端或移动手机或平板客户端非常便捷地进行统一控制与管理。在本实用新型中，无功补偿和三相有功平衡单元均为模块化设计，可根据现场的容量调整无功补偿和三相有功平衡单元的个数。
[0030]同时，本实用新型一种带有三相有功平衡与无功补偿功能的智能综合配电柜采用标准的JP柜柜型，安装制造方便，能在农网改造中大面积推广。
[0031]本实用新型提供的一种新型的带三相有功平衡与无功补偿的智能综合配电柜，其主要作用如下:
[0032]I)满足农网改造过程中对供电的需求;2)降低线路和变压器损耗并提高变压器利用率;3)提高供电设备使用寿命与维护成本;4)无线通信使JP柜子能实现远程监测与控制。
[0033]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，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。
【主权项】
1.一种带有三相有功平衡与无功补偿功能的智能综合配电柜，其特征在于:包括综合控制单元，以及分别与所述综合控制单元电连接的电能计量单元、配电单元、无线通信单元、无功补偿单元和三相有功平衡单元，所述综合控制单元通过无线通信单元与后台服务器无线连接。2.根据权利要求1所述的一种带有三相有功平衡与无功补偿功能的智能综合配电柜，其特征在于:所述综合控制单元包括信号调理电路、模数变换器、FPGA芯片、DSP芯片、PffM输出电路、EEPROM、SRAM、复位保护电路、触摸屏和调试上位机，所述信号调理电路、模数变换器、FPGA芯片、DSP芯片和P丽输出电路依次电连接，所述EEPROM、SRAM、复位保护电路、触摸屏和调试上位机均分别与所述DSP芯片电连接。3.根据权利要求2所述的一种带有三相有功平衡与无功补偿功能的智能综合配电柜，其特征在于:所述调理电路的输入端上连接有外部电流和电压信号，所述外部电流和电压信号包括直流母线电压、三相电网电压、三相负载电流和三相输出电流。4.根据权利要求2所述的一种带有三相有功平衡与无功补偿功能的智能综合配电柜，其特征在于:所述无线通信单元的一端与所述FPGA芯片电连接，所述无线通信单元的另一端与后台服务器无线连接，所述无功补偿单元和三相有功平衡单元均分别与所述PWM输出电路电连接。5.根据权利要求4所述的一种带有三相有功平衡与无功补偿功能的智能综合配电柜，其特征在于:所述无线通信单元采用GPRS/4G的无线数据传输模式。6.根据权利要求2至5任一项所述的一种带有三相有功平衡与无功补偿功能的智能综合配电柜，其特征在于:所述无功补偿单元包括无功补偿电路和投切电容器组，所述无功补偿电路和投切电容器组均并联接入电网，所述投切电容器组的投切由综合控制单元统一控制与管理。7.根据权利要求6所述的一种带有三相有功平衡与无功补偿功能的智能综合配电柜，其特征在于:所述投切电容器组为三相共补或单相分补。8.根据权利要求2至5任一项所述的一种带有三相有功平衡与无功补偿功能的智能综合配电柜，其特征在于:所述无功补偿单元的核心主电路的拓扑结构与所述三相有功平衡单元的核心主电路的拓扑结构一致。9.根据权利要求8所述的一种带有三相有功平衡与无功补偿功能的智能综合配电柜，其特征在于:所述无功补偿单元的核心主电路的拓扑结构和所述三相有功平衡单元的核心主电路的拓扑结构均为依次连接的驱动电路、主电路和控制指令输出电路组成，所述驱动电路由依次连接的电源、驱动芯片和PWM输出电路构成，所述主电路包括电压型三相桥式逆变电路和储能电路，所述储能电路包括两组直流电容器组和两个均压电阻，两组所述直流电容器组串联连接在所述电压型三相桥式逆变电路的两端，每组所述直流电容器组的两端均分别连接有一个所述均压电阻，每组所述直流电容器组均分别由若干只大小相同和容量相同的直流电容器并联组成。
【文档编号】H02J3/18GK205681135SQ201620569036
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月13日 公开号201620569036.6, CN 201620569036, CN 205681135 U, CN 205681135U, CN-U-205681135, CN201620569036, CN201620569036.6, CN205681135 U, CN205681135U
【发明人】杜小刚, 郑重, 潘毅, 徐冲
【申请人】武汉武新电气科技股份有限公司