电能质量综合治理装置的制作方法

本实用新型涉及电能质量治理装置，尤其涉及一种配电系统中电网末端电能质量综合治理装置。

背景技术：

我国农村幅员辽阔，用电负荷具有小型、分散等特点。农网供电半径较大，线径较小，负荷季节性波动较大，造成末端的用户电能质量不能保证。现今农村发展快速，电气化设备日渐增多，如果配网线路末端电压低于允许范围，将使得许多设备如洗衣机、空调等非照明负荷难以正常运转。而现在的电器特别是电动机等负荷比较大，它们在消耗有功功率时，也吸收大量无功功率，这样降低了配网线路的供电能力。在一部分地区，又会出现相反情况，由于小水电密集，丰水期发电量大，造成附近线路电压过高，容易引起用户设备损坏，造成纠纷。

目前，解决电压过低这一问题，一般是扩大变压器的容量和加大配电线路的线径，从而提高台区的供电能力。但是这一方法投资大、工期长，同时线路末端的无功功率都由变电站或开关站集中补偿系统提供，无功电流使输电线路的效率更低。

技术实现要素：

本实用新型为了解决现有技术的问题，提供一种电能质量综合治理装置。

本实用新型提供的电能质量综合治理装置，安装于电网输电线末端，靠近负载的上端，所述电能质量综合治理装置包括

串联端口，所述串联端口与所述电网输电线的火线串联，为所述电网输电线提供电压补偿；

并联端子，所述并联端子与所述电网输电线的火线并联，为所述电网输电线提供无功和谐波补偿；

电压补偿模块，所述电压补偿模块包括一变压器，所述变压器的原边从所述电网输电线的火线上取电，所述变压器的副边具有第一端子、中间端子、第二端子，所述变压器副边的第一端子与所述串联端口的第一端子串联，所述变压器副边的第一端子、中间端子、第二端子分别经过第一调节开关、中间调节开关和第三调节开关和串联端口的第二端子串联，通过所述第一调节开关、中间调节开关和第三调节开关的开通或关断实现补偿电压的调节；

无功谐波补偿模块，所述无功谐波补偿模块包括多个电容，每个所述电容的第一端经过一控制开关与所述并联端子连接，每个所述电容的第二端与电网输电线的零线并联；

综合控制模块，所述综合控制模块采样所述电网输电线的火线上的电压和电流信号，并输出控制第一调节开关、中间调节开关、第三调节开关和控制开关的控制信号。

上述电压补偿模块还包括第一断路器，所述第一断路器包括第一触点和第二触点，所述变压器原边的第一端子和所述变压器副边的第一端子并联后与所述第一断路器的第一触点的第一端串联，所述第一断路器的第一触点的第二端与所述串联端口的第一端子串联，所述变压器副边的第一端子、中间端子、第二端子分别经过第一调节开关、中间调节开关和第二调节开关后并联，再与所述第一断路器的第二触点的第一端串联，所述第一断路器的第二触点的第二端和所述串联端口的第二端子串联。

上述电压补偿模块还包括第二断路器，所述第二断路器跨接在所述第一断路器的第一和第二触点的第一端之间。

上述述变压器原边的第一端子经过第三调节开关和所述变压器副边的第一端子并联。

上述第三调节开关和所述第一调节开关互补导通或关断，所述第三调节开关是第一继电器开关的常开触点，所述第一调节开关是第一继电器开关的常闭触点。

上述中间调节开关和所述第二调节开关互补导通或关断，所述中间调节开关是第二继电器开关的常闭触点，所述第二调节开关是第二继电器开关的常开触点。

上述综合控制模块输出控制信号控制第一继电器和第二继电器。

上述电能质量综合治理装置应用于三相电网输电系统，所述电能质量综合治理装置具有三相串联端口和三相并联端子，所述电能质量综合治理装置包括三个所述电压补偿装置，分别与三相串联端口连接。

上述无功谐波补偿装置包括多组星形连接的电容和多组三角形连接的电容，所述电容均经过所述控制开关和所述并联端子连接。

相较于现有技术，本实用新型的电能质量综合治理装置的优点如下：

本实用新型的电能质量综合治理装置可同时治理电网输电线末端的电能质量问题，提高了电网输电线末端的功率因数和电压质量，在相同的供电能力下，电能质量综合治理装置可提高供电质量，节约线路投资，提升经济效益。

附图说明

图1为本实用新型电能治理综合治理装置示意图。

图2为本实用新型电能治理综合治理装置第一具体实施例框图。

图3为本实用新型图2所示具体实施例的电路示意图。

图4为本实用新型的能治理综合治理装置第二具体实施例框图。

图5为本实用新型图4所示具体实施例的电路示意图。

各元件名称及其标号：

L-电网输电线的火线；N-电网输电线的零线；L1-串联端口的第一端子；L2- 串联端口的第二端子；L3-并联端子；20,30,40,50-电能质量综合治理装置； 21,31,41,51-电压补偿模块；22,32,42,52-无功谐波补偿模块；23,33,43,53-综合控制模块；PT-电压互感器；CT-电流互感器；u-电压信号；i-电流信号；S1-第一开关控制信号；S2-第二开关控制信号；331-电压补偿控制器；332-无功谐波补偿控制器；QF1-第一断路器；QF2-第二断路器；QF1-1第一断路器第一触点； QF1-2第一断路器第二触点；T-变压器；N1-变压器T原边绕组；N2-变压器T 副边绕组；P11-变压器T原边绕组N1的第一端子；P12-变压器T原边绕组N1 的第二端子；N2-变压器T副边绕组；S21-变压器T副边绕组的第一端子；S22- 变压器T副边绕组的中间端子；S23-变压器T副边绕组的第二端子；KM1-2-第一调节开关；KM2-2-中间调节开关；KM2-1-第二调节开关；KM1-1-第三调节开关；KM1-第一继电器；KM2-第二继电器；K-控制开关。

具体实施方式

下面将对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，为本实用新型电能质量综合治理装置10示意图。所述电能质量综合治理装置10具有第一端子L1和第二端子L2组成的串联端口，并联端子 L3，所述串联端口的第一端子L1和第二端子L2串联在电网输电线的火线L上，并位于负载端之前，且靠近负载，所述电能质量综合质量装置10通过串联端口的第一端子L1和第二端子L2稳定电网输电线的火线L末端的电压。并联端子 L3与所述电网输电线的火线L并联，并位于负载端之前，且靠近负载，所述电能质量综合治理装置10通过并联端子L3为电网输电线末端提供谐波和无功补偿。

所述电能质量综合治理装置10安装过程中，需要电网输电线的火线L断电。电能质量综合治理装置10安装位置应该尽量靠近负载，并在负载上端。

如图2所示为本实用新型第一具体实施例框图，本实施例中所述电能质量治理装置20包括电压补偿模块21、无功谐波补偿模块22和综合控制模块23，所述综合控制模块23通过电压互感器PT检测电网输电线的火线L上的电压信号u，通过电流互感器CT检测电网输电线的火线L上的电流信号i，所述综合控制模块23根据检测到的电压信号u和电流信号i进行运算和判断，并输出第一开关控制信号S1给所述电压补偿模块21和第二开关控制信号S2给无功谐波补偿模块22，控制所述电压补偿模块21和所述无功谐波补偿模块22中开关器件的开通或者关断，所述电压补偿模块21与电能质量治理装置20的串联端口的第一和第二端子L1/L2连接，为所述电网输电线的火线L提供电压补偿，所述无功谐波补偿模块22与电能治理装置20的并联端子L3连接，为所述电网输电线的火线L提供无功谐波补偿。

如图3所示为本实用新型第一具体实施例的电路框图，该电路框图中，所述综合控制模块33包括电压补偿控制器331和无功谐波补偿控制器332，所述电压补偿控制器331和无功谐波补偿控制器332通过电压互感器PT检测电网输电线的火线L上近负载的电压信号u和电流互感器CT检测电网输电线的火线L 上近负载的电流信号i。所述电压补偿控制器331根据电压信号u和电流信号i 输出控制电压补偿模块31中开关器件的控制信号，所述无功谐波补偿控制器332 根据电压信号u和电流信号i，输出控制无功谐波补偿模块32中开关器件的控制信号。

所述电压补偿模块31包括第一断路器QF1和第二断路器QF2，所述断路器 QF1包含第一触点QF1-1和第二触点QF1-2，所述断路器QF1的第一触点QF1-1 和第二触点QF1-1的第一端分别与串联端口的第一端子L1和第二端子L2串联连接，所述断路器QF1闭合时，所述电压补偿模块31为电网输电线的火线L 提供电压补偿，所述断路器QF1断开时，所述电压补偿模块31停止为电网输电线的火线L提供电压补偿。

所述电压补偿模块31包括变压器T，所述变压器T包括原边绕组N1和副边绕组N2，所述原边绕组N1的第一端子P11经过开关KM1-1与断路器QF1 的第一触点QF1-1的第二端串联，所述原边绕组N1的第二端子P12与电网输电线的零线N连接。所述副边绕组N2的第一端子S21与断路器QF1的第一触点 QF1-1的第二端串联，所述副边绕组N2的第一端子S21、中间端子S22和第二端子S23分别经过第一调节开关KM1-2、中间调节开关KM2-2和第二调节开关 KM2-1与断路器QF1的第二触点QF1-2的第二端串联。

所述电压补偿模块31还包括断路器QF2，所述断路器QF2的两端分别与断路器QF1的第一触点QF1-1和第二触点QF1-2的第二端串联，所述断路器QF2 为一旁路开关，所述断路器QF2闭合时，所述电压补偿模块31被旁路，所述电压补偿模块31提供的补偿电压为零，当电压补偿模块31超过额定运行容量或额定电流时，所述断路器QF2闭合，所述电压补偿模块31被旁路。

当电压补偿控制器331根据检测到的电压信号u，判断电网输电线的火线L 的电压不低于第一阈值，例如198V时，所述第三调节开关KM1-1断开，所述第一调节开关KM1-2闭，所述第一调节开关KM1-2闭合时，所述电压补偿模块 31被内部控制旁路；判断电网输电线的火线L的电压低于第一阈值，例如198V 时，电压补偿控制器331控制电压补偿模块31进行电压升压补偿，开关信号S1 控制开关KM1-1闭合，开关KM1-2断开，并且，若电压信号u，低于第一阈值大于第二阈值时，例如低于198V大于183V时，开关KM2-2闭合，开关KM2-1 断开，电压补偿模块31为电网输电线的火线L提供第一补偿电压，例如15V，若电压信号u低于183V时，开关KM2-2断开，开关KM2-1闭合，电压补偿模块31为电网输电线的火线L提供第二补偿电压，例如30V。

本实用新型一优选实施例，所述开关KM1-1为继电器KM1的常开触点，所述开关KM1-2为继电器KM1的常闭触点；所述开关KM2-1和KM2-2互补导通或者关断，本实用新型一优选实施例，所述开关KM2-1为继电器KM2的常开触点，所述开关KM2-2为继电器KM2的常闭触点。所述开关信号s1为控制继电器KM1和KM2的线圈的电平信号。

所述无功谐波补偿模块32包括无功谐波补偿电容C1-Cn，所述无功谐波补偿电容C1-Cn一端分别经过控制开关K1-Kn与并联端子L31-L3n连接，另一端与并联端子N31-N3n连接，所述并联端子N31-N3n与电网输电线N并联。

无功谐波补偿控制器332根据检测到的电压信号u和电流信号i计算出需要提供的无功补偿量，决定控制K1-Kn中的哪些开关开通。

如图4所示为本实用新型第二具体实施例框图，该实施例与第一具体实施例不同之处在于，该具体实施例应用于三相电网输电系统，所述三相电网输电系统包括电网输电线的火线La，Lb，Lc，N，相应的所述电能质量综合治理装置40具有三相串联端口La1/La2，Lb1/Lb2和Lc1/Lc2，以及三相并联端子 L31a/L31b/L31c-L3na/L3nb/L3nc，三相并联端子L'31a/L'31b/L'31c- L'3na/L'3nb/L'3nc，所述三相串联端口La1/La2，Lb1/Lb2和Lc1/Lc2分别串联在电网输电线的三相火线La，Lb，Lc，上，并位于负载端之前，且靠近负载，所述电能质量综合质量装置40通过三相串联端口La1/La2，Lb1/Lb2和Lc1/Lc2稳定电网输电线的火线La，Lb，Lc末端的电压。三相并联端子L31a/L31b/L31c- L3na/L3nb/L3nc和并联端子L'31a/L'31b/L'31c-L'3na/L'3nb/L'3nc分别与所述电网输电线的火线La，Lb，Lc并联，并位于负载端之前，且靠近负载，所述电能质量综合治理装置40通过所述三相并联端子L31a/L31b/L31c- L3na/L3nb/L3nc为电网输电线的火线La，Lb，Lc末端提供单相谐波和无功补偿，并结合三相并联端子L'31a/L'31b/L'31c-L'3na/L'3nb/L'3nc为电网输电线的火线 La，Lb，Lc末端提供相间谐波和无功补偿，同时具有三相不平衡治理效果。

所述电能质量综合治理装置40安装过程中，需要电网输电线的三相火线La， Lb，Lc断电。电能质量综合治理装置40安装位置应该尽量靠近负载，并在负载上端。

如图5所示为图4中第二具体实施例的电路框图，该具体实施例与图3所示具体实施例不同的是，该实施例中分别通过电压补偿模块51a，51b，51c进行对电网输电线的三相火线La，Lb，Lc进行电压补偿，每个电压补偿模块51a， 51b，51c的连接方式和工作原理与图3所示相同，在此不予赘述。

如图5所示的具体实施例中，还包括无功谐波治理模块52，所述无功谐波治理模块包括单相无功谐波治理电路521和相间无功谐波治理电路522，所述单相无功谐波补偿电路521包含n组星形连接的电容C1a/C1b/C1c-Cna/Cnb/Cnc，进行单相无功谐波补偿，所述相间无功谐波补偿电路522包含n组三角形连接的电容C'1a/C'1b/C'1c-C'na/C'nb/C'nc，进行相间无功谐波补偿，所述无功谐波治理模块52通过单相无功谐波治理电路521和相间无功谐波治理电路522的配合使用同时具有治理三相不平衡的功能。

n组所述星形连接的电容C1a/C1b/C1c-Cna/Cnb/Cnc，分别经过开关 k1a/k1b/k1c-kna/knb/knc，与并联端子L31a/L31b/L31c-L3na/L3nb/L3nc连接， n组所述星形连接的电容C1a/C1b/C1c-Cna/Cnb/Cnc的星形连接点N3并联后分别于电网输电线的零线N连接；n组所述三角形连接的电容C'1a/C'1b/C'1c -C'na/C'nb/C'nc，三角形连接点分别经过开关k'1a/k'1b/k'1c-k'na/k'nb/k'nc，与三相并联端子L'31a/L'31b/L'31c-L'3na/L'3nb/L'3nc连接。

本实用新型中，优选的，所述综合控制模块23或33或43或53中的电压补偿控制器331或531和无功谐波补偿控制器332或532通过控制器 MODKF-12-JD.D实现。

本实用新型的谐波发生装置的有效果是：

本实用新型的电能质量综合治理装置可同时治理电网输电线末端的电能质量问题，提高了电网输电线末端的功率因数和电压质量，在相同的供电能力下，电能质量综合治理装置可提高供电质量，节约线路投资，提升经济效益。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。