专利名称：电容式电网局部电压提升的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明 涉及电力技术和电气控制技术领域，特别是一种电容式电网局部电压提升的方法及装置。
背景技术：
传统上电网电压的调节是通过转换变压器的分接开关来实现的，这种方法调节的是变压器输出之后整个电网的电压，不能单独调节某一支路及其某一局部的电压。为了解决电网局部电压低的问题，现在的通行做法就是在用电设备前端增加补偿式、磁饱和式等调压、稳压设备。这些调压、稳压设备不能提高电网电压，对电网来说，它们是感性的负载，这往往会进一步降低电网电压，消耗更多的无功，造成更大的线损，需要增加更多的无功补偿。尤其是对于冲击性负载，如电机起动，由于这类设备本身会产生电压损失，往往难以解决电网局部电压低的问题，甚至使电机启动更为困难。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种利用电力线路的感抗和容性电流在流过线路感抗时产生的电压相位与电容上的电压(由于电容与负载并联，因此电容电压也是负载电压)相位相反来把较低的线路电压提升到期望的线路输出电压的原理，通过检测线路电压确定投切适当的电容来提升电网局部电压的方法及装置。本发明的技术方案是一种电容式电网局部电压提升的方法，在需要提升电压的线路上接入一个电容式电网局部电压提升装置，根据实际电压和期望的输出电压需要来接入适量的电力电容，利用线路中的容性电流在流过线路感抗时产生的电压相位与电容上的电压相位相反来把较低的线路电压提升到期望的线路输出电压。电容式电网局部电压提升方法具体过程如下
电容式电网局部电压提升装置中的电压控制器A依据预设的期望输出电压和测量得到的线路电压及负载电流进行处理后按预定的投切方案投切一定组数的电力电容，使线路电压达到期望输出的电压。所投切电力电容的组数和每组的容量根据线路的电路参数来确定，电路参数包括线路电阻r、线路感抗X1和负载的具体情况以及预期的输出电压提升范围和精度。本发明提供的电容式电网局部电压提升方法的原理如下
附图I为没有负荷的电路模型，即空载的需要提升电压的线路的电路模型，由线路电阻r和线路感抗X1串联组成，线路的输入端电压为Utl，输出端电压为uA，当线路没有负载也没有提升电容时，uA= U00附图2为加了提升电容后的电路模型，由线路电阻r、线路感抗X1和提升容抗X。依次串联组成，X。为电容式电网局部电压提升装置的提升电容的容抗。附图3为附图2线路的相关电量的矢量图，uA为电容式电网局部电压提升装置输出端电压，i。为电容式电网局部电压提升装置电流，Ux为i。电流下的线路总压降，Uxl为i。电流下的线路感抗压降，为i。电流下的线路电阻压降。从附图3的矢量图明显可见，当在需要提升电压的线路上接入一个电容式电网局部电压提升装置后，电容式电网局部电压提升装置中的电力电容电流在线路感抗上的压降起到提升线路电压的作用。当然，在需要提升电压的线路上接入一个电容式电网局部电压提升装置后，对整个电网的电压提升也有一定的影响，只不过相对来说对线路，特别是对接入点的影响要大。在工程上，空载时接入电容后提升的电压A uk可近似为
A Uk=Uxl=IcX1(I)
式中Ic为i。的有效值。取A uk为空载时需要的提升电压，则空载时需要的提升电容为 Ck=3UeIc=3Ue A uk/Xi(2)
附图4为需要提升电压的线路带上负载后的电路模型。R为负载电阻，X为负载电抗。附图5为附图4线路的相关电量的矢量图。从附图5的矢量图可见，线路带了负载后会有·电压损失。工程上，负载在线路上损失的电压A uf可近似为A Uf=IRcos +IXsin(3)
式中I为负载相电流的有效值，小为负载的功率因数角。设线路需要补偿负载时的电压损失，根据式I和2，负载时需要的提升电容为 Cf=3UeIc=3Ue A UfA1=SUe (IRcos 小 +IXsin ￠)/ X1 (4)
在确定了需要提升的总电压A u之后，按式2可得总提升电容为 C=3UeIc=3Ue A u/Xx(5)
以上的近似运算比实际需要略小一点。在实际运用时，考虑到这一点和适当的余量，可增加20%至50%的总电容量。至于所投切的电力电容分组，根据要提升的电压总量和提升和补偿精度来分，分为6到N组，要提升的电压高，精度高分组就多，否则就少。上述电压提升方法所采用的电容式电网局部电压提升装置由复数组并联连接的电力电容投切装置、电压控制器A、第一浪涌保护器RV1、第二浪涌保护器RV2、第三浪涌保护器RV3、开关Q和第一电流互感器TAl、第二电流互感器TA2、第三电流互感器TA3组成。所述的电力电容投切装置由电容器组C、热继电器FR、电容投切接触器KM、第一限流电抗器LC1、第二限流电抗器LC2、第三限流电抗器LC3和第一熔断器FU1、第二熔断器FU2、第三熔断器FU3组成。电容器组C由第一电力电容Cl、第二电力电容C2和第三电力电容C3串联组成，热继电器FR的第一热元件FRl的一端与电容器组C的第一电力电容Cl、第三电力电容C3连接，热继电器FR的第一热元件FRl的另一端与电容投切接触器KM第一极KMl连接，电容投切接触器KM第一极KMl的另一端与第一限流电抗器LCl连接，第一限流电抗器LCl的另一端与第一熔断器FUl连接。热继电器FR的第二热元件FR2的一端与电容器组C的第一电力电容Cl、第二电力电容C2连接，热继电器FR的第二热元件FR2的另一端与电容投切接触器KM第二极KM2连接，电容投切接触器KM第二极KM2的另一端与第二限流电抗器LC2连接，第二限流电抗器LC2的另一端与第一熔断器FU2连接。热继电器FR的第三热元件FR3的一端与电容器组C的第二电力电容C2、第三电力电容C3连接，热继电器FR的第三热元件FR3的另一端与电容投切接触器KM的第三极KM3连接，电容投切接触器KM的第三极KM3的另一端与第三限流电抗器LC3连接，第三限流电抗器LC3的另一端与第三熔断器FU3连接。所述的电压控制器A的主要功能是根据测得的电压、电流来控制电力电容的投切，另外还有过流保护和电压电流显示功能。所述的电容投切接触器KM也可以采用无触点开关，如可控硅、固态继电器等。在电容式电网局部电压提升装置中，第一组电力电容投切装置中的第一熔断器FUl的另一端与第一浪涌保护器RVl连接，第一浪涌保护器RVl的另一端接地并与第一电流互感器TAl 二次线圈、第二电流互感器TA2 二次线圈、第三电流互感器TA3 二次线圈的一端连接。第二熔断器FU2的另一端与第二浪涌保护器RV2连接，第二浪涌保护器RV2的另一端接地并与第一电流互感器TAl 二次线圈、第二电流互感器TA2 二次线圈、第三电流互感器TA3 二次线圈的一端连接。第三熔断器FU3的另一端与第三浪涌保护器RV3连接，第三浪涌保护器RV3的另一端接地并与第一电流互感器TAl 二次线圈、第二电流互感器TA2 二次线 圈、第三电流互感器TA3 二次线圈的一端连接。以此类推，第二组电力电容投切装置 第N组电力电容投切装置的连接方式与第一组电力电容投切装置的连接方式相同。开关Q第一极Ql的一端与第一浪涌保护器RV1、第一熔断器FUl连接，开关Q第二极Q2的一端与第二浪涌保护器RV2、第二熔断器FU2连接，开关Q第三极Q3的一端与第三浪涌保护器RV3、第三熔断器FU3连接。电压控制器A端口 Al与第一浪涌保护器RVl连接，电压控制器A端口A2与第二浪涌保护器RV2连接，电压控制器A端口 A3与第三浪涌保护器RV3连接，电压控制器A端口 A4与第一电流互感器TAl 二次线圈、第二电流互感器TA2 二次线圈和第三电流互感器TA3 二次线圈的一端连接，电压控制器A端口 A5与第三电流互感器TA3 二次线圈的另一端连接，电压控制器A端口 A6与第二电流互感器TA2 二次线圈的另一端连接，电压控制器A端口 A7与第一电流互感器TAl 二次线圈的另一端连接。使用时，电压提升装置的开关Q第一极Q1、第二极Q2、第三极Q3分别通过第一电流互感器TA1、第二电流互感器TA2、第三电流互感器TA3的一次线圈与需要提升电压的三相电力线路L1、L2、L3连接，L11、L21、L31分别为提升电压后的三相电力线路电压输出端。本发明提供的电容式电网局部电压提升装置进一步的技术方案是在电容式电网局部电压提升装置中增加用来检测负载电流的第四电流互感器TA4、第五电流互感器TA5和第六电流互感器TA6，第四电流互感器TA4 二次线圈、第五电流互感器TA5 二次线圈和第六电流互感器TA6 二次线圈的一端与电压控制器A端口 A4连接，第四电流互感器TA4 二次线圈的另一端与电压控制器A端口 AlO连接，第五电流互感器TA5 二次线圈的另一端与电压控制器A端口 A9连接，第六电流互感器二次线圈TA6的另一端与电压控制器A端口 AS连接。使用时，第四电流互感器TA4 —次线圈、第五电流互感器TA5 —次线圈和第六电流互感器TA6—次线圈的一端分别与需要提升电压的三相电力线路L1、L2、L3连接，第四电流互感器TA4 —次线圈、第五电流互感器TA5 —次线圈和第六电流互感器TA6 —次线圈的另一端分别连接电压输出端L11、L21、L31。本发明与现有技术相比具有如下特点
本发明与现有电压提升方法相比，其有益效果是电压提升装置不但不会增加电网无功，而且电压提升电容可以兼起到无功补偿的作用。特别适用于线路末端和有较大感性冲击负载点的电压提升。
以下结合附图和具体实施方式
对本发明的详细结构作进一步描述。
附图I为没有负荷的，即空载的需要提升电压的线路的电路模型；
附图2为在附图I的线路中加了提升电容后的电路模型；
附图3为附图2线路的相关电量的矢量 附图4为需要提升电压的线路带上负载后的电路模型；
附图5为附图4线路的相关电量的矢量 附图6为需要提升电压的线路带上负载和电压提升电容后的电路模型；
附图7为电容式电网局部电压提升装置线路结构示意图；·
附图8为加有电流互感器组TA4 TA6的电容式电网局部电压提升装置线路结构示意图。
具体实施例方式实施例一、一种电容式电网局部电压提升的方法，在需要提升电压的线路上接入一个电容式电网局部电压提升装置，根据实际电压和期望的输出电压需要来接入适量的电力电容，利用线路中的容性电流在流过线路感抗时产生的电压相位与电容上的电压相位相反来把较低的线路电压提升到期望的线路输出电压。电容式电网局部电压提升方法具体过程如下
电容式电网局部电压提升装置中的电压控制器A依据预设的期望输出电压和测量得到的线路电压及负载电流进行处理后按预定的投切方案投切一定组数的电力电容，使线路电压达到期望输出的电压。所投切电力电容的组数和每组的容量根据线路的电路参数来确定，电路参数包括线路电阻r、线路感抗X1和负载的具体情况以及预期的输出电压提升范围和精度。上述电压提升方法所采用的电容式电网局部电压提升装置由六组并联连接的电力电容投切装置、电压控制器A、第一浪涌保护器RV1、第二浪涌保护器RV2、第三浪涌保护器RV3、开关Q和第一电流互感器TAl、第二电流互感器TA2、第三电流互感器TA3组成。所述的电压控制器A的主要功能是根据测得的电压、电流来控制电力电容的投切，另外还有过流保护和电压电流显示功能。所述的电力电容投切装置由电容器组C、热继电器FR、电容投切接触器KM、第一限流电抗器LC1、第二限流电抗器LC2、第三限流电抗器LC3和第一熔断器FU1、第二熔断器FU2、第三熔断器FU3组成。电容器组C由第一电力电容Cl、第二电力电容C2和第三电力电容C3串联组成，热继电器FR的第一热元件FRl的一端与电容器组C的第一电力电容Cl、第三电力电容C3连接，热继电器FR的第一热元件FRl的另一端与电容投切接触器KM第一极KMl连接，电容投切接触器KM第一极KMl的另一端与第一限流电抗器LCl连接，第一限流电抗器LCl的另一端与第一熔断器FUl连接。热继电器FR的第二热元件FR2的一端与电容器组C的第一电力电容Cl、第二电力电容C2连接，热继电器FR的第二热元件FR2的另一端与电容投切接触器KM第二极KM2连接，电容投切接触器KM第二极KM2的另一端与第二限流电抗器LC2连接，第二限流电抗器LC2的另一端与第一熔断器FU2连接。热继电器FR的第三热元件FR3的一端与电容器组C的第二电力电容C2、第三电力电容C3连接，热继电器FR的第三热元件FR3的另一端与电容投切接触器KM的第三极KM3连接，电容投切接触器KM的第三极KM3的另一端与第三限流电抗器LC3连接，第三限流电抗器LC3的另一端与第三熔断器FU3连接。在电容式电网局部电压提升装置中，第一组电力电容投切装置中的第一熔断器FUl的另一端与第一浪涌保护器RVl连接，第一浪涌保护器RVl的另一端接地并与第一电流互感器TAl 二次线圈、第二电流互感器TA2 二次线圈、第三电流互感器TA3 二次线圈的一端连接。第二熔断器FU2的另一端与第二浪涌保护器RV2连接，第二浪涌保护器RV2的另一端接地并与第一电流互感器TAl 二次线圈、第二电流互感器TA2 二次线圈、第三电流互感器TA3 二次线圈的一端连接。第三熔断器FU3的另一端与第三浪涌保护器RV3连接，第三浪涌保护器RV3的另一端接地并与第一电流互感器TAl 二次线圈、第二电流互感器TA2 二次线圈、第三电流互感器TA3 二次线圈的一端连接。以此类推，第二组电力电容投切装置 第六组电力电容投切装置的连接方式与第一组电力电容投切装置的连接方式相同。开关Q第一极Ql的一端与第一浪涌保护器RV1、第一熔断器FUl连接，开关Q第二极Q2的一端与第二浪涌保护器RV2、第二熔断器FU2连接，开关Q第三极Q3的一端与第三浪涌保护器RV3、第三熔断器FU3连接。电压控制器A端口 Al与第一浪涌保护器RVl连接，电压控制器A端口A2与第二浪涌保护器RV2连接，电压控制器A端口 A3与第三浪涌保护器RV3连接，电压控制器A端口 A4与第一电流互感器TAl 二次线圈、第二电流互感器TA2 二次线圈和第三电流互感器TA3 二次线圈的一端连接，电压控制器A端口 A5与第三电流互感器TA3 二次线圈的另一端连接，电压控制器A端口 A6与第二电流互感器TA2 二次线圈的另一端连接，电压控制器A端口 A7与第一电流互感器TAl 二次线圈的另一端连接。使用时，电压提升装置的开关Q第一极Q1、第二极Q2、第三极Q3分别通过第一电流互感器TA1、第二电流互感器TA2、第三电流互感器TA3的一次线圈与需要提升电压的三相电力线路L1、L2、L3连接，L11、L21、L31分别为提升电压后的三相电力线路电压输出端。在本实施例中，如线路主要负载是末端的20m3空压机，线路最低空载电压360V，加40kVar电容约升高20V，空压机启动过程电压不能低于360V。显然当线路空载电压处于最低时空压机是绝对无法启动的。通过试验和计算，添加240kVar电容可确保空压机顺利启动。在电容式电网局部电压提升装置安装6组电力电容投切装置，6组电力电容投切装置的电力电容为40kVar，电压控制器A按电压控制在390V 420V之间控制电力电容投切装置的投切。实际结果为根据线路空载电压不同，启动过程投入2到6组电力电容投切装置，启动后使用I到3组电力电容投切装置，功率因数-0. 9 +0. 9。实施例二、本实施例是在实施例一提供的电容式电网局部电压提升装置中增加第四电流互感器TA4、第五电流互感器TA5和第六电流互感器TA6，第四电流互感器TA4 二次线圈、第五电流互感器TA5 二次线圈和第六电流互感器TA6 二次线圈的一端与电压控制器A端口 A4连接，第四电流互感器TA4 二次线圈的另一端与电压控制器A端口 AlO连接，第五电流互感器TA5 二次线圈的另一端与电压控制器A端口 A9连接，第六电流互感器二次线圈TA6的另一端与电压控制器A端口 A8连接。、
使用时，第四电流互感器TA4 —次线圈、第五电流互感器TA5 —次线圈和第六电流互感器TA6—次线圈的一端分别与需要提升电压的三相电力线路L1、L2、L3连接，第四电流互感器TA4 —次线圈、第五电流互感器TA5 —次线圈和第六电流互感器TA6 —次线圈的另一端分别连接电压输出端L11、L21、L31。在电容式电网局部电压提升装置中增加第四电流 互感器TA4、第五电流互感器TA5和第六电流互感器TA6，可以提高电容式电网局部电压提升装置的智能化。
权利要求
1.一种电容式电网局部电压提升的方法，其特征是在需要提升电压的线路上接入一个电容式电网局部电压提升装置，根据实际电压和期望的输出电压需要来接入适量的电力电容，利用线路中的容性电流在流过线路感抗时产生的电压相位与电容上的电压相位相反来把较低的线路电压提升到期望的线路输出电压； 电容式电网局部电压提升方法具体过程如下 电容式电网局部电压提升装置中的电压控制器A依据预设的期望输出电压和测量得到的线路电压及负载电流进行处理后按预定的投切方案投切一定组数的电力电容，使线路电压达到期望输出的电压，所投切电力电容的组数和每组的容量根据线路的电路参数来确定，电路参数包括线路电阻r、线路感抗X1和负载的具体情况以及预期的输出电压提升范围和精度。
2.根据权利要求I所述的一种电容式电网局部电压提升装置，其特征是由复数组并 联连接的电力电容投切装置、电压控制器A、第一浪涌保护器RV1、第二浪涌保护器RV2、第三浪涌保护器RV3、开关Q和第一电流互感器TA1、第二电流互感器TA2、第三电流互感器TA3组成； 所述的电力电容投切装置由电容器组C、热继电器FR、电容投切接触器KM、第一限流电抗器LC1、第二限流电抗器LC2、第三限流电抗器LC3和第一熔断器FU1、第二熔断器FU2、第三熔断器FU3组成； 电容器组C由第一电力电容Cl、第二电力电容C2和第三电力电容C3串联组成，热继电器FR的第一热元件FRl的一端与电容器组C的第一电力电容Cl、第三电力电容C3连接，热继电器FR的第一热元件FRl的另一端与电容投切接触器KM第一极KMl连接，电容投切接触器KM第一极KMl的另一端与第一限流电抗器LCl连接,第一限流电抗器LCl的另一端与第一熔断器FUl连接； 热继电器FR的第二热元件FR2的一端与电容器组C的第一电力电容Cl、第二电力电容C2连接，热继电器FR的第二热元件FR2的另一端与电容投切接触器KM第二极KM2连接，电容投切接触器KM第二极KM2的另一端与第二限流电抗器LC2连接，第二限流电抗器LC2的另一端与第一熔断器FU2连接； 热继电器FR的第三热元件FR3的一端与电容器组C的第二电力电容C2、第三电力电容C3连接，热继电器FR的第三热元件FR3的另一端与电容投切接触器KM的第三极KM3连接，电容投切接触器KM的第三极KM3的另一端与第三限流电抗器LC3连接，第三限流电抗器LC3的另一端与第三熔断器FU3连接； 在电容式电网局部电压提升装置中，第一组电力电容投切装置中的第一熔断器FUl的另一端与第一浪涌保护器RVl连接，第一浪涌保护器RVl的另一端接地并与第一电流互感器TAl 二次线圈、第二电流互感器TA2 二次线圈、第三电流互感器TA3 二次线圈的一端连接；第二熔断器FU2的另一端与第二浪涌保护器RV2连接，第二浪涌保护器RV2的另一端接地并与第一电流互感器TAl 二次线圈、第二电流互感器TA2 二次线圈、第三电流互感器TA3二次线圈的一端连接；第三熔断器FU3的另一端与第三浪涌保护器RV3连接，第三浪涌保护器RV3的另一端接地并与第一电流互感器TAl 二次线圈、第二电流互感器TA2 二次线圈、第三电流互感器TA3 二次线圈的一端连接；第二组电力电容投切装置 第N组电力电容投切装置的连接方式与第一组电力电容投切装置的连接方式相同；开关Q第一极Ql的一端与第一浪涌保护器RV1、第一熔断器FUl连接，第二极Q2的一端与第二浪涌保护器RV2、第二熔断器FU2连接，第三极Q3的一端与第三浪涌保护器RV3、第三熔断器FU3连接；电压控制器A端口 Al与第一浪涌保护器RVl连接，电压控制器A端口 A2与第二浪涌保护器RV2连接，电压控制器A端口 A3与第三浪涌保护器RV3连接，电压控制器A端口 A4与第一电流互感器TAl 二次线圈、第二电流互感器TA2 二次线圈和第三电流互感器TA3 二次线圈的一端连接，电压控制器A端口 A5与第三电流互感器TA3 二次线圈的另一端连接，电压控制器A端口 A6与第二电流互感器TA2 二次线圈的另一端连接，电压控制器A端口 A7与第一电流互感器TAl 二次线圈的另一端连接。
3.根据权利要求2所述的一种电容式电网局部电压提升装置，其特征是在电容式电网局部电压提升装置中增加第四电流互感器TA4、第五电流互感器TA5和第六电流互感器TA6，第四电流互感器TA4 二次线圈、第五电流互感器TA5 二次线圈和第六电流互感器TA6二次线圈的一端与电压控制器A端口 A4连接，第四电流互感器TA4 二次线圈的另一端与电压控制器A端口 AlO连接，第五电流互感器TA5 二次线圈的另一端与电压控制器A端口 A9连接，第六电流互感器二次线圈TA6的另一端与电压控制器A端口 AS连接。
全文摘要
一种电容式电网局部电压提升的方法及装置，在需要提升电压的线路上接入一个电容式电网局部电压提升装置，装置由复数组并联连接的电力电容投切装置、电压控制器A、第一浪涌保护器RV1、第二浪涌保护器RV2、第三浪涌保护器RV3、开关Q和第一电流互感器TA1、第二电流互感器TA2、第三电流互感器TA3组成。电压控制器A依据预设的期望输出电压和测量得到的线路电压及负载电流进行处理后按预定的投切方案投切一定组数的电力电容，使线路电压达到期望输出的电压，所投切电力电容的组数和每组的容量根据线路的电路参数来确定，电路参数包括线路电阻r、线路感抗Xl和负载的具体情况以及预期的输出电压提升范围和精度。
文档编号H02J3/16GK102723718SQ201210157948
公开日2012年10月10日 申请日期2012年5月21日 优先权日2012年5月21日
发明者周小伟 申请人:湖南天雁机械有限责任公司