一种配网无功补偿装置模拟试验平台的制作方法

本发明涉及配网无功补偿技术领域，尤其是涉及一种配网无功补偿装置模拟试验平台。

背景技术：

对于现有的城市电网而言，特高压交直流混合大电网建设过渡时期“强直弱交”电网运行特性和送受端电网相互影响，给配网设备乃至整个电网安全稳定运行带来巨大的挑战。

近年来上海电网发生了多起10kv无功补偿设备异响缺陷，例如钱圩站电容器柜曾在送电时发现噪声异常，振动相当严重，检测噪声达到85分贝，超过35千伏主变的运行声音，对变电站正常运行造成影响。经分析认定此类缺陷均与电网谐波引起的设备振动异常有关。虽然技术协议对这类设备均规定了振动及噪声水平，但由于谐波具有固有的非线性、随机性、分布性、非平稳性以及影响因素的复杂性等特征，无论是出厂试验还是现场交接试验，只能在基波环境下对设备的振动和噪声进行考核，造成谐波下的异响缺陷难以及时发现。

目前电力设备噪声及振动检测主要针对高电压等级的主网设备，对配网设备的关注较少，目前尚无开展配网设备谐波下运行性能测试的相关硬件设施，受限于目前的试验条件，无法在各类谐波下对设备进行振动及噪声考核；兼之配网无功补偿设备型号繁多，目前尚无通用性较强的检测方案。配网设备异响缺陷多发现于设备投运后，目前对发生异响的配网无功补偿设备通常采用整体更换的处理措施，其采购、安装、调试周期较长，往往对基建进度、生产计划造成不利影响，且经济性较差。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种配网无功补偿装置模拟试验平台。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种配网无功补偿装置模拟试验平台，对配网设备进行谐波环境下运行振动和噪声的测试，包括高压大容量谐波电源系统、试验用无功补偿装置和试验工作及分析装置，其中，

该高压大容量谐波电源系统，与待测试配网设备连接，用于产生谐波；

该试验用无功补偿装置，分别连接高压大容量谐波电源系统和待测试配网设备，与待测试配网设备形成配套，用于实现测试中的功率补偿；

该试验工作及分析装置，分别连接高压大容量谐波电源系统和待测试配网设备，用于控制高压大容量谐波电源系统的运行，采集待测试配网设备的测试数据，并根据所述测试数据生成分析报告。

所述高压大容量谐波电源系统包括移相变压器柜、功率单元柜和输入开关柜，所述移相变压器柜的输入端通过输入开关柜与网侧配电系统连接，移相变压器柜的输出端与功率单元柜连接，所述功率单元柜与待测试配网设备连接。

所述移相变压器柜包括移相变压器及与所述移相变压器连接的变压器温度监测控制器，所述变压器温度监测控制器与试验工作及分析装置连接。

所述功率单元柜包括多个结构及电气参数相同且串联的功率单元，各功率单元的输出电压串联叠加后形成高电压及谐波输出，所述各功率单元串联后的输出端还连接有输出滤波器。

所述输入开关柜包括相连接的隔离开关和断路器，所述隔离开关与网侧配电系统连接，所述断路器分别连接移相变压器柜和试验工作及分析装置。

所述高压大容量谐波电源系统还包括缓冲柜，该缓冲柜分别连接移相变压器柜和功率单元柜，用于降低移相变压器柜通电瞬间的励磁电流以及功率单元柜直流电容的充电电流。

所述试验用无功补偿装置包括补偿电容器组、无局放可调式串联电抗器组和/或无局放可调试补偿电抗器组。

所述试验工作及分析装置包括移动式谐波监测器、操作控制台、就地工作站和后台工作站，所述移动式谐波监测器分别连接待测试配网设备和操作控制台，所述操作控制台通过rs422通讯线与就地工作站连接，所述就地工作站通过tcp/ip协议与后台工作站相连。

所述操作控制台包括dsp+fpga数字处理模块。

该平台还包括安全防护装置。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明模拟试验平台能对配网设备进行谐波环境下的运行振动和噪声测试，能够测试其在谐波环境下的运行特征，以做出定性和定量评估，从而实现谐波特性对电力设备影响及其耐受力的试验测试与研究，实现在选型阶段提早掌握谐波对配网设备影响，有效防治由于选型不当造成的设备异响缺陷的发生，避免了后期更换、安装等多余支出，及停电带来的负荷损失及社会影响。

(2)本发明采用高压大容量谐波电源系统产生谐波，具有安全性能高、效能指标高的特点。

(3)本发明高压大容量谐波电源系统具有干式高压隔离移相变压器，三相输出高压变频电源采用54脉冲整流，可以大幅改善网侧电压波形，有效抑制谐波，显著提高电源系统的运行可靠性，改善了网侧电源的质量；同时设置有变压器温度监测控制器会在变压器故障时，及时把信息反馈给操作控制台，从而保证变压器的可靠运行。

(4)本发明高压大容量谐波电源系统具有输入开关柜，可以实现输入侧的配电系统与变压器柜内的移相变压器之间的电气接通、关断与隔离，提高运行可靠性和安全性。

(5)本发明设置有试验用无功补偿装置，可方便进行功率补偿降低整个试验系统的功率，且具有补偿电容器组、无局放可调式串联电抗器组和/或无局放可调试补偿电抗器组等多种可选设备。

(6)本发明采用移动式谐波监测器，可方便实现多种运行参数的实时监测，提高试验可靠性。

(7)本发明设置有安全防护装置，安全性高。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明高压大容量谐波电源系统的结构示意图；

图3为本发明工作站与控制台的连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例提供一种配网无功补偿装置模拟试验平台，对配网设备进行谐波环境下运行振动和噪声的测试，包括高压大容量谐波电源系统1、试验用无功补偿装置2和试验工作及分析装置3，其中，高压大容量谐波电源系统1与待测试配网设备4连接，用于产生谐波；试验用无功补偿装置2分别连接高压大容量谐波电源系统1和待测试配网设备4，与待测试配网设备4形成配套，用于实现测试中的功率补偿；试验工作及分析装置3分别连接高压大容量谐波电源系统1和待测试配网设备4，用于控制高压大容量谐波电源系统1的运行，采集待测试配网设备4的测试数据，并根据测试数据生成分析报告。

一、高压大容量谐波电源系统

高压大容量谐波电源系统1包括移相变压器柜、功率单元柜和输入开关柜，移相变压器柜的输入端通过输入开关柜与网侧配电系统连接，移相变压器柜的输出端与功率单元柜连接，功率单元柜与待测试配网设备连接，如图2所示。

(1)移相变压器柜

移相变压器柜包括移相变压器及与移相变压器连接的变压器温度监测控制器，变压器温度监测控制器与试验工作及分析装置连接。

本实施例中，移相变压器为干式高压隔离移相变压器，三相输出高压变频电源采用54脉冲整流，可以大幅改善网侧电压波形，有效抑制谐波，显著提高电源系统的运行可靠性。同时变压器温度监测控制器在变压器故障时，及时把信息反馈给控制柜，从而保证变压器的可靠运行。

移相变压器tm三相380v输入，输出18个三相绕组(电压690v)，每两个为一组，共9组。相邻组间电压相位差为6.67°，同一组内两个三相绕组结构相同，输出电压相位一致。因各组之间具有一定的相位差，这样各功率单元独立整流(即移相整流)，就可以消除电网则(输入)因单元内整流器件工作而产生的谐波电流，输入电流的总谐波含量(thd)极低，远小于国家标准允许的要求，并且能保持近似为1的输入功率因数，极大的改善了网侧电源的质量，对电网几乎无谐波污染，不影响同网段其它用电负荷的工作。

(2)功率单元柜

功率单元柜包括多个结构及电气参数相同且串联的功率单元，各功率单元的输出电压串联叠加后形成高电压及谐波输出，所述各功率单元串联后的输出端还连接有输出滤波器，可以使输出波形变得更加平滑，滤除高次谐波分量。

功率单元柜是系统功率电路的核心部分，每个功率单元均为三相输入、单相输出的低压变频电源，主要完成整流、滤波、移相逆变、通讯控制等功能。

功率单元主要由整流电路、逆变电路、控制电路、驱动电路、故障检测电路、通讯电路、指示电路等组成。功率单元的整流电路将变压器副边绕组提供的三相交流电源整流为脉动的直流电源，经过大容量的电解电容滤波后，可以得到较为稳定的直流电源(直流母线电压)。通过对igbt组成的桥式逆变电流进行spwm控制，可得到等效正弦及谐波叠加的单相交流输出。igbt等功率器件的散热采用先进高效的热管散热技术，显著增强功率器件的工作安全可靠性。另外，每个功率单元都能显示自身的工作状态和故障信息等。当功率单元发生故障后将会向试验工作及分析装置发出信号，试验工作及分析装置将会及时的处理。

功率单元采用模块化设计，结构和电气性能完全一致，具备通用性，可互换使用。

(3)输入开关柜

输入开关柜包括相连接的隔离开关和断路器，隔离开关与网侧配电系统连接，断路器分别连接移相变压器柜和试验工作及分析装置，实现输入侧的配电系统与变压器柜内的移相变压器之间的电气接通、关断与隔离。

(4)缓冲柜

高压大容量谐波电源系统还可以包括缓冲柜，该缓冲柜分别连接移相变压器柜和功率单元柜，用于降低移相变压器柜通电瞬间的励磁电流以及功率单元柜直流电容的充电电流，避免引起上级电源速断保护装置动作，减小对输入侧配电网的电流冲击。启动完毕后，缓冲柜通过真空接触器将启动电阻旁路。

二、试验用无功补偿装置

为保证无功设备的试验，试验中需配置补偿装置进行功率补偿降低整个试验系统的功率，考虑被试品的不同，试验用无功补偿装置2可包括补偿电容器组、无局放可调式串联电抗器组和/或无局放可调试补偿电抗器组。

补偿电容器组主要用于被试品为串联电抗器时，和被试串抗共同组成回路，模拟串抗实际运行工况，对串抗进行谐波下的振动及噪声考核。

无局放可调式串联电抗器组主要用于模拟测试不同容量及电抗率的串抗，在各类谐波下的振动及噪声特性，及时发现设备异响缺陷，可在设备入网前乃至设计选型之初就考虑电网谐波对10kv设备的影响，提早掌握谐波影响，有效防治设备异响缺陷的发生。

考虑到整个试验系统的输入电源容量，当试品容性负载较大时，系统输入电源无法提供过大的无功功率，需配置可调式补偿电抗器对容性电流进行补偿，提升试验系统的功率因数，降低试验电源系统的出力。

三、试验工作及分析装置

试验工作及分析装置3包括移动式谐波监测器、操作控制台、就地工作站和后台工作站，如图3所示，移动式谐波监测器分别连接待测试配网设备和操作控制台，操作控制台通过rs422通讯线与就地工作站连接，就地工作站通过tcp/ip协议与后台工作站相连。

(1)移动式谐波监测器

移动式谐波监测器可全面的监测电网频率、三相基波电压、电流有效值，基波有功功率、无功功率、功率因数、相位、电压偏差、频率偏差、三相电压不平衡度、三相电流不平衡度、负序电压、电流；等各项指标；监测谐波(3～50次)：包括电压、电流的总谐波畸变率、各次谐波含有率、幅值、相位等。基波电压误差：±0.2％，电压偏差误差：±0.2％，基波电流误差：±0.5％，频率偏差误差：±0.01hz，三相不平衡度：电压不平衡度绝对误差0.2％，电流不平衡度绝对误差1％，电压、电流各序分量0.5％，电压波动测量误差：±5％，闪变测量误差：±5％，谐波准确度达到a级。

移动式谐波监测器采用dsp+arm9为核心，dsp具有极强的数据处理能力用来完成数据的采集与计算，核心硬件处于国内先进水平。arm9用来进行数据的统计、显示、存储、按键、通讯和报警跳闸功能。采用嵌入式实时操作系统作为软件平台，全部软件应采用高级语言编程，保证系统的高可靠性和高移植性。

移动式谐波监测器应能实时显示谐波监测指标的数据。可实现长时间存储记录功能，装置内置sd卡可对基本监测指标和高级监测指标实时保存。保存时间按照1年考虑。

移动式谐波监测器应能够提供多种通讯接口方式，实现监测数据的实时传输或定时提取存储记录，可通过工业以太网接口与控制台通讯，也可通过rs232c/rs485接口，以gprs方式(定制)与远方通讯。

移动式谐波监测器应符合国标a级仪器要求。数据采集部分应采用不少于8通道、同步采样的16位高速a/d转换器，采集精度高，实测精度达到国家标准的要求。

(2)操作控制台及工作站

操作控制台包括dsp+fpga数字处理模块，极大程度地提高了装置的控制精度和响应速度。操作控制台可用户在本地或远程的操作和设置，采集系统中电压、电流模拟量以及各开关量，进行逻辑运算和处理，控制功率单元的动作，实现指定的调压调频输出国控制所有断路器的分合操作及触点反馈；监控控制电源、柜门闭合、变压器温度报警等信号；控制屏柜指示灯的亮灭、检测急停按钮的状态。

工作站分为就地工作站与后台工作站两部分。就地工作站承担信号录波功能和与控制器的422通讯，通过rs422与操作控制台相连，通过tcp/ip协议与后台工作站相连，就地工作站内插pci总线的16路高速数据采集卡；插485/422串口卡。后台工作站通过tcp/ip与就地工作站相连，承担人机界面、录波信号操作及显示、故障记录、后台通信、启动、停机等控制功能。

(3)安全防护装置

该平台还可包括安全防护装置。安全防护装置实现试验系统中各种设备、被试品及试验人员的安全防护功能，装置由plc系统、电子安全围栏、试品防护降噪模块及其他综合保护模块构成。装置实时接入监测模块、谐波模块和试品及人员防护设施的反馈信号并进行分析判别，达到整体的安全防护功能。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。