专利名称：新型低压配电变压器无功补偿装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种无功补偿装置，特别是涉及一种新型低压配电变 压器无功补偿装置。二 .
背景技术：
电压是衡量电能质量的一个重要指标，运行中的电力系统需要提 供足够的无功以补偿系统消耗的无功，否则无功缺额过大将降低系统电压，损害发电机和 电动机的运行，总之，只有无功的平衡才能维持系统的电压水平。对于380V的低压系统，投 入电容器为系统提供无功是提高电压水平的主要手段。目前国内外低压配电变压器的无功补偿装置主要有三种1、接触器投切电容器，其缺点是不能频繁投切，且投切过程中有涌流(10-20倍 额定电流)，长期使用会造成接触器损坏严重、金属化自愈式电容器的电容量越来越小。2、可控硅投切电容器TSC 理论上“零电压时投入、零电流时切除”，较好地解决了 过压和涌流问题，可频繁投切；但是可控硅长期接入，造成了可控硅发热损耗及可靠性下 降。3、可控硅和磁保持继电器组合开关投切电容器合闸时，可控硅开关先投入，接通 线路，磁保持继电器后合，保持状态，可控硅开关再退出。分闸时，可控硅开关先投入，断开 线路，磁保持继电器后断，可控硅开关再退出。这种组合开关既保留了装置2的优点，又避 免了长期接入可控硅造成的发热损耗及可靠性下降。上述三种方式，一般只安装2-4组电容器，电容器工作电压相同，一次只能对一整 组电容器操作(即每次只能投入或切除一定容量)，无功补偿容量单一，造成精度不高，级 差过大，常常不是过补偿就是欠补偿，不能实现动态跟踪和连续补偿。
三.
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种设计合理、可随无 功缺额大小改变电容器补偿容量、降低级差且又能频繁投切的新型低压配电变压器无功补
te农且ο本发明的技术方案是一种新型低压配电变压器无功补偿装置，含有新型低压配 电变压器，所述新型低压配电变压器的每一相副边绕组除正常设置负载侧外还分别设置有 至少一个抽头，每一相副边绕组上的负载侧和抽头与至少一个组合开关连接，所述组合开 关通过电容器接地，三相副边绕组上的负载侧和电容器均分别与无功补偿控制器的输入端 连接，并且，三相副边绕组上所有的组合开关均分别与所述无功补偿控制器的输出端连接。所述无功补偿控制器包括单片机，所述单片机含有单片机测量回路、算法及控 制逻辑电路、单片机控制回路以及通讯和人机交互电路；所述单片机测量回路与三相副 边绕组上所有所述副边上的负载侧和电容器连接，所述单片机控制回路与三相副边绕组 上所有的所述组合开关连接。优选地，所述单片机为具有ARM7Cortex-M3内核32bit的 stm32F103VE 单片机。所述组合开关为可控硅和磁保持继电器组合开关；所述抽头的数量为1-3个。优 选地，所述抽头的数量为3个。
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本装置的补偿策略是在满足补偿精度的情况下使得投切开关最少、开关操作的次 数最少、投入电容器最少、电容器工作电压最低、装置的成本最低，以此决定设置电容器的 组数和变压器抽头个数。补偿精度要求达到与无功缺额相差10% (缺额大于20kVar时) 或士2kVar以内(缺额20kVar以内时)。电容器被分成容量不等的2 4组，每组安装一 个组合开关，组合开关为一投多掷，可将本组电容器投至变压器负载侧及任一抽头上。本装 置的新型低压配电变压器较普通变压器多出1 3个抽头，连接不同抽头可输出不同的电 压。这种新型配电变压器容量不增加，而通过改变电容器工作电压改变其产生的无功功率， 由公式Q。= 2JifCU2(其中，Q。为电容器产生的无功功率，f为系统频率，基本不变，C为电 容器容量，U为电容器工作电压)可知，每组电容器可产生的无功也增加了 1 3个选择。 这样，全部电容器即可组合产生符合补偿精度的多种容量，接近无功差额。无功补偿控制器 和变压器负荷侧、各组电容器及组合开关电连接，用来采集系统信息及电容器运行参数及 温度并控制本装置电容器投切。本发明的有益效果是1.本发明采用新型低压配电变压器，使用可控硅和磁保持继电器组合开关连接电 容器，可改变电容器工作电压和投入容量，降低补偿级差，既提高补偿精度，又能频繁投切。2、本发明电容器经常在低于额定电压的电压下运行，延长了使用寿命(电容器的 寿命和电压的6次方成反比)。可控硅和磁保持继电器组合开关的应用较好地解决了过压 和涌流问题，可频繁投切，又降低了损耗。3.本发明可设置多组(一般2-4组)电容器，且电容器容量可设为不同，每组投入 不同电压后，全部电容器可组合产生不同的补偿容量，实现较高补偿精度的要求，可达到与 无功缺额相差10% (缺额大于20kVar时)或士2kVar以内(缺额20kVar以内时)。4、本发明设置抽头的位置考虑到可输出较精确的补偿容量，即一组电容器总容量 的12. 5 %、25 %、50 %、100 %，各组电容器组合起来就可输出更接近无功差额的容量，这也 是一种提高补偿精度的措施。5.本发明应用于10KV/380V三相低压交流系统，可实现分相补偿，即对每一相分 别采集数据、计算分析并对每一相进行单独补偿，推广后具有较好的经济效益。
四.
图1为新型低压配电变压器无功补偿装置的A相结构示意图。
五.
具体实施例方式实施例参见图1，图中，1-新型低压配电变电器，2-新型低压配电变压器副边绕 组，3-抽头，4-组合开关，5-电容器，6-无功补偿控制器，7-负载侧，8-单片机测量回路， 9-算法及控制逻辑电路，10-单片机控制回路，11-通讯和人机交互电路。本实施例以A相为例，新型低压配电变压器1的副边绕组2上增设1 3个连接 电容器5的抽头3，以三个抽头为例，可输出总电压的35.4%、50%、70. 7%，即输出电压 77. 9V、110V、155. 5V，也即每组电容器5可产生的无功有四种选择总容量的12. 5%,25%, 50%、100%。电容器5被分为大小不等的2 4组，本实施方式以2组为例，每组安装一个 组合开关4，组合开关4为一投多掷，可将本组电容器5投至变压器1的负载侧7及任一抽头3上，连接至不同的抽头3或负载侧7，便可产生四种不同的无功容量，全部电容器5即可 组合产生满足补偿精度的多种无功容量。组合开关4可控硅和磁保持继电器组合开关。无功补偿控制器6采用意法半导体公司生产的具有ARM7 Cortex-M3内核32bit 的stm32F103VE单片机，具有无线(GPRS)通讯接口，可以实现遥测、遥控、遥调。无功补偿 控制器6内单片机测量回路8与负载侧7及各组电容器5电连接，为装置上传线路实时的 有功、无功和功率因数，检测电容器5的状态，建立一个历史数据库。算法及逻辑控制电路 9根据采集来的有功、无功和功率因数得出无功是否充足，若有缺额，根据缺额量和补偿策 略，计算得出投入哪几组电容器5，每组投至哪个抽头3上，使补偿量符合补偿精度的要求。 然后单片机控制回路10与组合开关4电连接，根据判断结果将相应组合开关4投至到相应 抽头3或负载侧7上，其他如通讯和人机交互电路11使本装置更加趋于完善。新型低压配电变压器1的B、C相的连接与A相相同，其中，无功补偿控制器6为三 相共用。
权利要求
一种新型低压配电变压器无功补偿装置，含有新型低压配电变压器，所述新型低压配电变压器的每一相副边绕组除正常设置负载侧外还分别设置有至少一个抽头，其特征是每一相副边绕组上的负载侧和抽头与至少一个组合开关连接，所述组合开关通过电容器接地，三相副边绕组上的负载侧和电容器均分别与无功补偿控制器的输入端连接，并且，三相副边绕组上所有的组合开关均分别与所述无功补偿控制器的输出端连接。
2.根据权利要求1所述的新型低压配电变压器无功补偿装置，其特征是所述无功补 偿控制器包括单片机，所述单片机含有单片机测量回路、算法及控制逻辑电路、单片机控制 回路以及通讯和人机交互电路；所述单片机测量回路与三相副边绕组上所有所述副边上的 负载侧和电容器连接，所述单片机控制回路与三相副边绕组上所有的所述组合开关连接。
3.根据权利要求2所述的新型低压配电变压器无功补偿装置，其特征是所述单片机 为具有 ARM7Cortex-M3 内核 32bit 的 stm32F103VE 单片机。
4.根据权利要求1或2或3所述的新型低压配电变压器无功补偿装置，其特征是所 述组合开关为可控硅和磁保持继电器组合开关；所述抽头的数量为1-3个。
5.根据权利要求4所述的新型低压配电变压器无功补偿装置，其特征是所述抽头的 数量为3个。
全文摘要
本发明公开了一种新型低压配电变压器无功补偿装置，它含有新型低压配电变压器，所述新型低压配电变压器的每一相副边绕组除正常设置负载侧外还分别设置有至少一个抽头，每一相副边绕组上的负载侧和抽头与至少一个组合开关连接，所述组合开关通过电容器接地，三相副边绕组上的负载侧和电容器均分别与无功补偿控制器的输入端连接，并且，三相副边绕组上所有的组合开关均分别与所述无功补偿控制器的输出端连接。所述组合开关为可控硅和磁保持继电器组合开关。本发明采用新型低压配电变压器，使用可控硅和磁保持继电器组合开关连接电容器，可改变电容器工作电压和投入容量，降低补偿级差，既提高补偿精度，又能频繁投切。
文档编号H02J3/18GK101964530SQ20101052572
公开日2011年2月2日 申请日期2010年11月1日 优先权日2010年11月1日
发明者冯晗, 崔红梅, 王圈, 盛合亭, 袁建州, 郝福忠, 陈楠 申请人:河南省电机工程学会技术咨询服务部