一种低压台区电能质量综合治理配电装置的制作方法

本实用新型涉及电能质量治理领域，特别涉及一种低压台区电能质量综合治理配电装置。

背景技术：

在低压三相四线制的城市居民和农网供电系统中，由于用电户多为单相负荷或单相和三相负荷混用，并且负荷大小不同和用电时间的不同。所以，电网中三相间的不平衡电流是客观存在的，并且这种用电不平衡状况无规律性，也无法事先预知。导致了低压供电系统三相负载的长期性不平衡，它不仅会影响到用户用电，还会加大供电企业变压器损耗，给电力企业造成经济损失。因此，现阶段治理三相不平衡是非常重要的。

现有的三相不平衡治理装置多采用人工手动换相或者在综合配电箱(JP柜)中加入静止无功补偿发生器(SVG)模块来实现。无功补偿发生器(SVG)可以进行无功补偿以及调节三相不平衡。无功补偿发生器(SVG)并联于电网中，相当于一个可控的无功电流源，其无功电流可以快速地跟随负荷无功电流的变化而变化，自动补偿电网系统所需无功功率，对电网无功功率实现动态无功补偿，同时对电网电压进行动态稳定调节，能够有效调节SVG到变压器侧的三相电流，降低变压器损耗，但无功补偿发生器(SVG)只能将设备前端的电压调整到三相平衡状态，无法调整SVG之后到用户侧的三相不平衡问题，甚至会加剧末端的三相不平衡状态，无法从根源上解决三相不平衡的问题。

另外，要使得治理三相不平衡的效果明显，不仅要解决设备前端不平衡的问题，同时也要解决设备后端的不平衡问题。解决设备后端的问题必须考虑到前端和后端的同步性，能够通过控制的方式合理分配三相的负载。在做三相负载分配的同时还要保证不影响用户的用电，不能出现跳电的现象。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本实用新型的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种低压台区电能质量综合治理配电装置，从而克服现有静止无功发生器SVG无法解决末端的三相不平衡的缺点。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种低压台区电能质量综合治理配电装置，包括：进线端，其与三相电网连接；出线端，其通过线路与所述进线端连接，其中，所述进线端与所述出线端之间设有第一取电流端及取电压端；主控制器，其与第一取电流端连接；调节补偿模块，其包括：静止无功发生器，其取样端与所述主控制器连接；无功补偿控制器，其两个取样端分别与所述第一取电流端、取电压端连接；及串联电容，其补偿输出端通过控制开关与所述静止无功发生器的调节输出端并联接入所述线路，其中，所述控制开关与所述无功补偿控制器的控制端连接；

换相器，其包括：子控制器、交流接触器、双向可控硅及第二子取电流端；三组并联连接的所述交流接触器及双向可控硅；每组所述交流接触器及双向可控硅的一端连接三相电网的一个相线，另一端相互串联作为输出端；三个所述第二子取电流端分别设于一个输出端处，所述子控制器分别与所述交流接触器、双向可控硅、第二子取电流端及主控制器连接。

优选地，上述技术方案中，所述静止无功发生器包括：PWM信号发生器，其输入端与所述主控制器的输出端连接；及三相逆变桥，其控制端与所述PWM信号发生器的输出端连接，输出端接入所述线路。

优选地，上述技术方案中，连接所述进线端、出线端、静止无功发生器的调节输出端及串联电容的补偿输出端的线路上均设有塑料外壳式断路器。

优选地，上述技术方案中，还包括多功能电能表，其第一取样端接入所述第一取电流端处，第二取样端与所述取电压端连接。

优选地，上述技术方案中，所述第一取电流端和第二取电流端设有电流互感器。

优选地，上述技术方案中，连接所述控制开关、静止无功发生器的调节输出端及串联电容的补偿输出端的线路上均设有微型断路器。

优选地，上述技术方案中，所述进线端设有总开关。

优选地，上述技术方案中，还包括自动调节三相不平衡综合配电箱设有避雷针。

优选地，上述技术方案中，还包括一显示屏，该显示屏分别与所述主控制器、无功补偿控制器连接。

优选地，上述技术方案中，所述换相器为多个。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型提供了一种集三相不平衡自动调节、谐波治理、电能分配、计量、保护、控制、动态无功补偿等功能于一体的新型配电装置。该装置在设备前端的配电装置内安装一个总的控制器，能够自动快速跟踪瞬时计算台区所需的补偿无功功率大小和三相不平衡所需电流波形，自动精准补偿无功功率及调整电流不平衡度，使之符合电网标准，解决设备前端及用户侧的三相不平衡的问题，另外，在设备后端三相支路上安装能够切换相位的换相开关，控制器通过对电网不平衡度的判断来控制换相开关切换相位，从而实现前端后端同步调节三相不平衡的问题，同时还能解决谐波干扰等一些严重影响电能质量的问题。

附图说明

图1是根据本实用新型的低压台区电能质量综合治理配电装置的电路连接图。

图2是根据本实用新型的换相器的电路连接图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

图1至图2显示了根据本实用新型优选实施方式的低压台区电能质量综合治理配电装置的结构示意图。

如图1和图2所示，低压台区电能质量综合治理配电装置包括：进线端、出线端、主控制器、调节补偿模块以及换相器；主控制器、调节补偿模块作为主控装置安装于台区的三相支路前端，治理台区主线路的电能质量问题，该实施例中，主控制器选用的型号为YY-DVS-220C，换相开关则安装在分支路后端上，用来合理分配支路的负载。其中，该装置的进线端与三相电网连接，进线端设有总开关(QS)；该装置的出线端通过线路与进线端连接，出线端用于通过换相器连接用户或负载，其中，进线端与出线端之间设有第一取电流端(其为计量CT和取样CT)及取电压端；多功能电能表10的第一取样端通过电流互感器(即计量CT)接入第一取电流端处，第二取样端与取电压端连接，用于测量、统计综合箱的运行参数。

继续参考图1，主控制器的输入端与第一取电流端(取样CT)连接；调节补偿模块包括：静止无功发生器、无功补偿控制器、串联电容、及显示屏；其中，静止无功发生器包括：PWM信号发生器及三相逆变桥；PWM信号发生器的输入端与主控制器的输出端连接；三相逆变桥的控制端与PWM信号发生器的输出端连接。无功补偿控制器的两个取样端分别与第一取电流端(取样CT)、取电压端连接，其中，无功补偿控制器、主控制器分别通过电流互感器(即取样CT)接入第二取电流端处；串联电容通过控制开关与三相逆变桥的输出端(即静止无功发生器的调节输出端)并联接入线路，控制开关FK优选采用复合开关，控制开关FK与无功补偿控制器的控制端连接；其中，连接进线端、出线端、静止无功发生器的调节输出端以及串联电容的补偿输出端的线路上均设有塑料外壳式断路器(QF1、QF2、QF3、QF4)，连接控制开关、静止无功发生器的调节输出端及串联电容的补偿输出端的线路上均设有微型断路器(ZK)；显示屏分别与主控制器、无功补偿控制器连接，用于显示系统数据、运行数据、电网波形、历史故障信息等，如电网频率、电网电压谐波总畸变率、电网电流谐波总畸变率、负载电流谐波总畸变率、电网功率因素、电网波形等。此外，自动调节三相不平衡综合配电箱设有避雷针F，具体原理图参见图1。

进一步参考图1，一个或多个换相开关分别接在输出端的三相线路上的各单相分接点，其中，换相器包括：子控制器、交流接触器K1,K2,K3、双向可控硅SCR1,SCR2,SCR3及第二子取电流端TA；该实施例中子控制器选用的型号为YY-HXKG-220C，三组并联连接的交流接触器K1、K2、K3及双向可控硅SCR1、SCR2、SCR3，由主控器信号控制换相开关内子控制器进行控制，接触器和双向可控硅相互协调动作，完成相线切换，同时第三交流接触器带载能力强，保证了换相器的带载能力，也能很好地避免发生相间短路的现象；每组交流接触器及双向可控硅的一端连接出线端的三相电网的一个相线，另一端相互串联作为输出端，分别连接多个负载；三个第二子取电流端TA分别设于一个输出端处，第二子取电流端TA设有电流传感器，用于检测输出端火线电流值，子控制器分别与交流接触器K1、K2、K3、双向可控硅SCR1、SCR2、SCR3、第二子取电流端TA的电流传感器连接，主控制器的输出端通过电力载波信号与子控制器的受控端连接，主控制器经过测量主线上的三相负荷情况，控制换相器切换到负荷小的相线上，实现调节三相不平衡。

下面，对低压台区电能质量综合治理配电装置的各功能原理进行详细阐述：

1、无功补偿功能

主控制器通过取样电流互感器(取样CT)实时检测系统电流，将检测到的电流信息进行分析。主控制器从检测到的电流当中提取出基本无功分量，然后对PWM信号发生器发出指令，控制三相逆变桥的IGBT模块动作，从而使得SVG模块(静止无功发生器)发出与系统基波无功分量大小相等方向相反的无功电流，达到消除系统无功电流的目的。装置采用SVG动态无功补偿与串联电容协同工作的方式，串联电容提供有级的基础无功补偿，SVG模块提供波动无功的动态无功补偿。当系统中存在的无功电流较小时，SVG模块单独工作产生精确足量无功补偿电流；当系统中存在的无功电流较大时，SVG模块不能提供足量的无功补偿电流，电容无功补偿控制器控制复合开关动作，串联电容补偿开始投入与动态无功补偿模块协同工作，串联电容提供大容量的无功补偿，而SVG模块则对补偿的精度和响应速度负责。

2、三相不平衡调节功能

前端调节：主控制器通过取样电流互感器实时检测系统电流，并将系统电流信息发送给主控制器进行处理分析，以判断系统是否处于不平衡状态，同时计算出达到平衡状态时各相所需转换的电流值，然后将信号发送给内部IGBT模块并驱动其动作，将不平衡电流从电流大的相转移到电流小的相，最后达到三相平衡状态。

后端调节：主控制器通过取样电流互感器检测三相总电流，各换相器中的子控制器通过电流互感器TA检测所在单相分支线路的电流。当主控制器检测到三相电流不平衡时，主控制器会根据前端总电流及末端换相器所在的单相分支电流计算出最合理的换相方案，通过载波通信的方式将换相信号发送给末端换相器，换相器接受并执行换相指令，有载动态调节三相不平衡度，利用可控硅导通速度快的优点，保证了换相速度，并且，换相过程中首先断开接触器，接通可控硅，然后再断开可控硅，最后接通需要切换到的相线的接触器，以这种切换方式来保证整体的换相时间，换相过程中断电时间小于10ms，不会造成用户电气设备断电或重启

其中，当换相器中的子控制器收到主控制器发来的换相命令时(例如从A相切换到C相)，双向可控硅SCR1先导通，接着断开K1，K1断开后，再断开SCR1，之后导通SCR3，再导通K3，K3导通后断开SCR3，最后K3保持导通直至下一次收到从主控制器发来的换相信号，换相过程在十分短暂的时间内完成。

3、谐波治理功能

采用SPWM(正弦脉宽调制)，或SHEPWM(特定消谐脉宽调制)，通过优化开关频率或优化三相逆变桥的IGBT模块开关以极大降低谐波含量，有效利用直流侧电压、减小对电网的污染和装置自身损耗，并能做到短时有功及谐波补偿。

当SVG模块在补偿谐波时，只需要在补偿电流的指令信号中增加与负载电流的谐波分量反极性的成分，就可以实现补偿负载谐波的目的。

4、在线监测功能

安装多功能电子表作为配变终端进行配变及综合箱运行参数测量、统计，并通过与远程主站系统的数据交互实现配变在线监测功能，主要包括(根据应用需求配置)：

(1)采集三相电压、电流，实现电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、有功电量、无功电量、电压、电流谐波的测量。

(2)采集电能表的数据。

(3)统计电压合格率、功率因数合格率。

(4)统计供电时间、停电时间，记录停/上电起止时间。

5、剩余电流动作保护功能

具备剩余电流动作保护功能(即漏电保护)功能。由配变终端采集剩余电流，并根据剩余电流值控制断路器动作。

6、过载和短路保护功能

具备过载或短路保护功能，当过载或短路时，对应的微型断路器或塑料外壳式断路器分断以达到保护功能。

7、欠压保护功能

进线端或者出线端的电压下降到指定范围时，塑料外壳式断路器内的欠压脱扣器将分断断路器，起到欠压保护功能。

综上，低压台区电能质量综合治理配电装置是一种集电能分配、三相不平衡自动调节、计量、保护、控制、无功补偿于一体的新型配电装置。与传统的综合配电箱相比，该装置增加了SVG动态无功补偿模块，能够调节设备前端线路不平衡情况。同时集多种治理电能质量的功能与一体，减少了安装成本。并增加了换相开关模块，可以从最接近居民用户的后端线路进行调节三相不平衡，均匀分配各相线负载，从根本上解决三相不平衡的问题。

同时，该装置在无功补偿方面由动态补偿装置和常规补偿电容结合，能实现双向性补偿和分相补偿，方式更灵活，补偿更可靠、精确。与人工手动切换相相比，低压台区电能质量综合治理配电装置能够自动检测相线负载情况，自动合理切换相，换相过程不影响用户用电。解决了人工换相的盲目性，需断电，时间长等难题。且该装置还能有效进行谐波治理，保证设备的接入不对电网原始设备产生影响，同时减少电网中的谐波，保证电网载波通信的良好性。

前述对本实用新型的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本实用新型限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本实用新型的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本实用新型的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本实用新型的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。