一種低壓配網(wǎng)線路無功補償裝置及補償方法
【專利摘要】本發(fā)明一種低壓配網(wǎng)線路無功補償裝置，包括并聯(lián)在低壓配電網(wǎng)中的低壓線路上的補償單元，以及控制補償單元投切的控制單元；補償單元包括依次連接在低壓線路上的選相開關(guān)和電容器；控制單元包括用于接收上位機發(fā)出的低壓配電網(wǎng)無功功率日負荷曲線數(shù)據(jù)的無線通信電路；用于處理曲線數(shù)據(jù)并發(fā)出時間投切信號的FPGA中央處理電路；用于儲存曲線數(shù)據(jù)的存儲器；用于根據(jù)投切信號對選相開關(guān)進行投切控制的驅(qū)動電路。本發(fā)明無功補償方法，包括如下步驟，1)發(fā)出時間投切信號并計算出需補償?shù)臅r間無功功率；2）發(fā)出比較投切信號并計算出需補償?shù)谋容^無功功率；3）發(fā)出請求投切信號和請求無功功率；4）選擇執(zhí)行一個投切信號；5）選擇投入電容器數(shù)量。
【專利說明】一種低壓配網(wǎng)線路無功補償裝置及補償方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種供配電領(lǐng)域中的電氣控制裝置，具體為低壓配網(wǎng)線路無功補償裝置及補償方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于低壓配網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，現(xiàn)有技術(shù)中低壓無功補償產(chǎn)品種類少，都通過無功需要量、電壓和電流值為考慮參數(shù)進行自動投切，且電容器補償容量大，分組少，當(dāng)測量到無功需要量大于IOkvar時，才能進行投切，一方面農(nóng)村地區(qū)負荷的波動頻繁，導(dǎo)致低壓無功補償裝置投切不穩(wěn)定，容易出現(xiàn)過補償，而且同時產(chǎn)品的價格較高，補償效果不理想。
[0003]另一方面，在山區(qū)境內(nèi)低壓配網(wǎng)線路的無功補償中，存在線路過長，末端電壓較低，無功缺額較大，補償時反應(yīng)有延后，不能提前滿足低壓配電網(wǎng)用電端的需求，線路末端的大用戶的大功率設(shè)備往往難以正常啟動運轉(zhuǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明解決的問題在于提供一種低壓配網(wǎng)線路無功補償裝置及補償方法，能夠?qū)崿F(xiàn)按需補償和提前補償，及時滿足終端負載的功率需求。
[0005]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0006]本發(fā)明一種低壓配網(wǎng)線路無功補償裝置，包括并聯(lián)在低壓配電網(wǎng)中的低壓線路上的補償單元，以及控制補償單元投切的控制單元；所述的補償單元包括依次連接在低壓線路上的選相開關(guān)和電容器；所述的控制單元包括用于接收上位機發(fā)出的低壓配電網(wǎng)無功功率日負荷曲線數(shù)據(jù)的無線通信電路；用于處理曲線數(shù)據(jù)并發(fā)出時間投切信號的FPGA中央處理電路；用于儲存曲線數(shù)據(jù)的存儲器；用于根據(jù)投切信號對選相開關(guān)進行投切控制的驅(qū)動電路。
[0007]優(yōu)選的，還包括用于采集低壓配電網(wǎng)無功功率的采集單元；所述的采集單元包括用于測量低壓配電網(wǎng)中任意兩相間電壓的電壓采集電路，用于采集低壓配電網(wǎng)中剩余一相電流的電流采集電路，用于將電流信號和電壓信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號的AD轉(zhuǎn)換電路，用于根據(jù)電流信號和電壓信號測量功率因數(shù)的功率因素測量電路;AD轉(zhuǎn)換電路和功率因數(shù)測量電路的輸出端與FPGA中央處理電路的輸入端連接。
[0008]進一步，存儲器還用于儲存采集單元輸入的采集數(shù)據(jù)和上位機輸入的投切基準數(shù)據(jù)，F(xiàn)PGA中央處理電路還包括將采集數(shù)據(jù)與投切基準數(shù)據(jù)進行對比并發(fā)出比較投切信號的邏輯比較電路。
[0009]進一步，還包括通過無線通信電路向FPGA中央處理電路發(fā)送請求投切信號的用戶終端。
[0010]再進一步，補償單元中的選相開關(guān)相互并聯(lián)后通過熔斷器和斷路器連接在低壓線路上；每個選相開關(guān)分別與驅(qū)動電路連接，且分別控制并聯(lián)的兩個電容器。
[0011]本發(fā)明一種再進一步所述無功補償裝置的低壓配網(wǎng)線路無功補償方法，包括如下步驟，
[0012]I)根據(jù)上位機發(fā)出的低壓配電網(wǎng)無功功率日負荷曲線數(shù)據(jù)，通過FPGA中央處理電路對數(shù)據(jù)的處理，在日負荷曲線上超過總負荷30%時對應(yīng)的時間發(fā)出時間投切信號并計算出需補償?shù)臅r間無功功率；
[0013]2)根據(jù)采集單元采集的電流信號、電壓信號和功率因數(shù)信號，通過FPGA中央處理電路計算得出實時需求的無功功率，一路對應(yīng)采集時間儲存到存儲器中，一路通過和儲存器中投切基準數(shù)據(jù)進行對比，當(dāng)實時需求的無功功率超出投切基準數(shù)據(jù)時發(fā)出比較投切信號并計算出需補償?shù)谋容^無功功率；
[0014]3)通過用戶終端向FPGA中央處理電路發(fā)出請求投切信號，F(xiàn)PGA中央處理電路計算出需補償?shù)恼埱鬅o功功率；
[0015]4)根據(jù)由FGPA中央處理電路在步驟I)中產(chǎn)生的時間投切信號或在步驟2)中產(chǎn)生的比較投切信號或在步驟3)中接收到的請求投切信號，F(xiàn)PGA中央處理電路向驅(qū)動電路發(fā)出投切信號；當(dāng)同時產(chǎn)生和接收到至少兩個信號時，根據(jù)信號的優(yōu)選等級選擇發(fā)出最高等級的信號和對應(yīng)需要補償?shù)臒o功功率；時間投切信號、比較投切信號和請求投切信號的優(yōu)先等級依次降低；
[0016]5)驅(qū)動電路根據(jù)投切信號向相互并聯(lián)的選相開關(guān)發(fā)出投入控制指令，根據(jù)投切信號對應(yīng)的需要補償?shù)臒o功功率的大小選擇投入選相開關(guān)的之路和投入選相開關(guān)控制的電
容器數(shù)量。
[0017]優(yōu)選的，還包括通過FPGA中央處理電路將每日采集到的無功功率數(shù)據(jù)經(jīng)無線通信電路發(fā)送到上位機的步驟。
[0018]優(yōu)選的，還包括通過上位機在每日O點之前，對低壓配電網(wǎng)無功功率日負荷曲線數(shù)據(jù)經(jīng)無線通信電路和FPGA中央處理電路進行更新的步驟。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果:
[0020]本發(fā)明所述無功補償裝置，通過經(jīng)上位機輸入儲存在存儲器中的低壓配電網(wǎng)無功功率日負荷曲線數(shù)據(jù)作為投切選相開關(guān)，選擇電容器投切的數(shù)據(jù)參數(shù)，能夠在負載端進行使用之前就實現(xiàn)無功功率的補償，避免了現(xiàn)有技術(shù)當(dāng)中先檢測后補償時出現(xiàn)的投切不穩(wěn)定和過補償問題，由于是參考曲線數(shù)據(jù)做提前投入，不采集負載的電流和電壓信號作為參考，因此不會受到低壓配電網(wǎng)負載頻繁波動的影響，投切穩(wěn)定，保證末端負載的正常運行。
[0021]進一步的，通過采集實時的負載的無功功率狀況，通過電壓、電流檢測裝置測得的兩相間電壓和剩余項電流，通過功率因素測量電路得出功率因數(shù)，與電壓電流一同輸入到FPGA中央處理電路中進行實時無功功率的計算，通過與投切基準數(shù)據(jù)的對比，能夠發(fā)出比較投切信號，滿足了負載使用中出現(xiàn)需求增大的狀況，完善了投切功能。
[0022]進一步的，通過用戶終端發(fā)送請求，能夠在大功率重負載使用前，實現(xiàn)功率的提前補償，解決了重負載用戶的電機不能正常啟動的問題，從而降低了線路損耗。
[0023]進一步的，通過斷路器和熔斷器實現(xiàn)了對投切電容的總控制和投切單元的保護，并且充分的利用選相開關(guān)，分別控制兩個電容器，降低了裝置的成本，提高了投切效率。
[0024]本發(fā)明所述的無功補償方法，通過對投切信號的分類，實現(xiàn)無功補償?shù)那爸眯?、及時性和按需分配，將時間補償、隨機補償和檢測補償有機的結(jié)合統(tǒng)一到了一起，保證了其廣泛的適應(yīng)性，以及無功補償?shù)挠行?，降低了線路的損耗，經(jīng)統(tǒng)計至少降低了 4個百分點的損耗，操作簡單，使用方便，對電網(wǎng)沖擊小。
[0025]進一步的，通過對實時無功功率的檢測和傳輸，為上位機提供了無功功率的及時數(shù)據(jù)，實現(xiàn)每日對曲線數(shù)據(jù)的更新和修訂，保證了時間補償?shù)臏蚀_性和目的性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明所述無功補償裝置的接線結(jié)構(gòu)示意框圖。
[0027]圖2為本發(fā)明實施例中所述的日負荷曲線。
【具體實施方式】
[0028]下面結(jié)合具體的實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明，所述是對本發(fā)明的解釋而不是限定。
[0029]本發(fā)明一種低壓配網(wǎng)線路無功補償裝置，如圖1所示，包括并聯(lián)在低壓配電網(wǎng)中的低壓線路上的補償單元，以及控制補償單元投切的控制單元；所述的補償單元包括依次連接在低壓線路上的選相開關(guān)和電容器；所述的控制單元包括用于接收上位機發(fā)出的低壓配電網(wǎng)無功功率日負荷曲線數(shù)據(jù)的無線通信電路；用于處理曲線數(shù)據(jù)并發(fā)出時間投切信號的FPGA中央處理電路；用于儲存曲線數(shù)據(jù)的存儲器；用于根據(jù)投切信號對選相開關(guān)進行投切控制的驅(qū)動電路。本優(yōu)選實施例中，投入日負荷曲線如圖2所示。
[0030]優(yōu)選的，如圖1所示，還包括用于采集低壓配電網(wǎng)無功功率的采集單元；所述的采集單元包括用于測量低壓配電網(wǎng)中任意兩相間電壓的電壓采集電路，用于采集低壓配電網(wǎng)中剩余一相電流的電流采集電路，用于將電流信號和電壓信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號的AD轉(zhuǎn)換電路，用于根據(jù)電流信號和電壓信號測量功率因數(shù)的功率因素測量電路;AD轉(zhuǎn)換電路和功率因數(shù)測量電路的輸出端與FPGA中央處理電路的輸入端連接。存儲器還用于儲存采集單元輸入的采集數(shù)據(jù)和上位機輸入的投切基準數(shù)據(jù)，F(xiàn)PGA中央處理電路還包括將采集數(shù)據(jù)與投切基準數(shù)據(jù)進行對比并發(fā)出比較投切信號的邏輯比較電路。還包括通過無線通信電路向FPGA中央處理電路發(fā)送請求投切信號的用戶終端。所述補償單元中的選相開關(guān)相互并聯(lián)后通過熔斷器和斷路器連接在低壓線路上；每個選相開關(guān)分別與驅(qū)動電路連接，且分別控制并聯(lián)的兩個電容器。本優(yōu)選實施例中，以第一、第二兩組選相開關(guān)并聯(lián)，每組選相開關(guān)控制兩個電容器的投入為例。
[0031]本發(fā)明一種基于以上優(yōu)選實施例所述無功補償裝置的低壓配網(wǎng)線路無功補償方法，包括如下步驟，
[0032]I)根據(jù)上位機發(fā)出的低壓配電網(wǎng)無功功率日負荷曲線數(shù)據(jù)，通過FPGA中央處理電路對數(shù)據(jù)的處理，在日負荷曲線上超過總負荷30%時對應(yīng)的時間發(fā)出時間投切信號并計算出需補償?shù)臅r間無功功率；
[0033]2)根據(jù)采集單元采集的電流信號、電壓信號和功率因數(shù)信號，通過FPGA中央處理電路計算得出實時需求的無功功率，一路對應(yīng)采集時間儲存到存儲器中，一路通過和儲存器中投切基準數(shù)據(jù)進行對比，當(dāng)實時需求的無功功率超出投切基準數(shù)據(jù)時發(fā)出比較投切信號并計算出需補償?shù)谋容^無功功率；
[0034]3 )通過用戶終端向FPGA中央處理電路發(fā)出請求投切信號，F(xiàn)PGA中央處理電路計算出需補償?shù)恼埱鬅o功功率；[0035]4)根據(jù)由FGPA中央處理電路在步驟I)中產(chǎn)生的時間投切信號或在步驟2)中產(chǎn)生的比較投切信號或在步驟3)中接收到的請求投切信號，F(xiàn)PGA中央處理電路向驅(qū)動電路發(fā)出投切信號；當(dāng)同時產(chǎn)生和接收到至少兩個信號時，根據(jù)信號的優(yōu)選等級選擇發(fā)出最高等級的信號和對應(yīng)需要補償?shù)臒o功功率；時間投切信號、比較投切信號和請求投切信號的優(yōu)先等級依次降低；
[0036]5)驅(qū)動電路根據(jù)投切信號向相互并聯(lián)的選相開關(guān)發(fā)出投入控制指令，根據(jù)投切信號對應(yīng)的需要補償?shù)臒o功功率的大小選擇投入選相開關(guān)的之路和投入選相開關(guān)控制的電
容器數(shù)量。
[0037]還包括通過FPGA中央處理電路將每日采集到的無功功率數(shù)據(jù)經(jīng)無線通信電路發(fā)送到上位機的步驟，以及通過上位機在每日O點之前，對低壓配電網(wǎng)無功功率日負荷曲線數(shù)據(jù)經(jīng)無線通信電路和FPGA中央處理電路進行更新的步驟。
[0038]按照圖2所示的日負荷曲線進行投切控制時，第一電容器容量最小，在FPGA中央處理電路的控制下，全天二十四小時投入使用，按變壓器最低負荷時消耗的無功量確定第一電容器的補償容量，從而防止輕負荷時向農(nóng)配網(wǎng)倒送無功。第二、三、四電容器根據(jù)用電負荷曲線進行投切，每天用電負荷有三個高峰期，即高于滿負荷30%對應(yīng)的時間出現(xiàn)上午8時一 11時；下午16時一 18時；晚上19時一23時，第二、三、四電容器由FPGA中央處理電路進行按時間控制，當(dāng)達到時間點時，就發(fā)出時間投切信號，選相開關(guān)動作，選擇第二、三、四電容器投入，當(dāng)處在用電負荷低谷時間點時，負荷減小，選相開關(guān)斷開，投切電容器退出使用，只有第一電容器投切進行無功補償，避免了在用電負荷低谷時多組電容器同時投入出現(xiàn)過補償現(xiàn)象。
[0039]由于多數(shù)大功率用電設(shè)備呈感性，電動機是消耗無功最多的低壓用電設(shè)備，在長線路末端沒有重負荷時，電壓基本接近正常值，當(dāng)呈感性的重負荷投入時，電壓急劇下降，呈感性的負荷設(shè)備往往難以正常起動，投入使用，如果長時間處于不能正常起動狀態(tài)，往往導(dǎo)致燒毀電機，給用戶造成不小的經(jīng)濟損失，使用本發(fā)明所述的裝置和方法，對呈感性的重負荷在時間補償和對比補償還不能夠滿足要求的情況給下，進行集中的請求補償，繼續(xù)投入電容器，滿足啟動要求。
[0040]利用本優(yōu)選實例所述的無功補償裝置和無功補償方法在五個臺區(qū)進行試驗后的數(shù)據(jù)對比如表一所示，其補償效果和降損效果明顯。
[0041]表一
[0042]
【權(quán)利要求】
1.一種低壓配網(wǎng)線路無功補償裝置，其特征在于，包括并聯(lián)在低壓配電網(wǎng)中的低壓線路上的補償單元，以及控制補償單元投切的控制單元； 所述的補償單元包括依次連接在低壓線路上的選相開關(guān)和電容器； 所述的控制單元包括用于接收上位機發(fā)出的低壓配電網(wǎng)無功功率日負荷曲線數(shù)據(jù)的無線通信電路；用于處理曲線數(shù)據(jù)并發(fā)出時間投切信號的FPGA中央處理電路；用于儲存曲線數(shù)據(jù)的存儲器；用于根據(jù)投切信號對選相開關(guān)進行投切控制的驅(qū)動電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低壓配網(wǎng)線路無功補償裝置，其特征在于，還包括用于采集低壓配電網(wǎng)無功功率的采集單元；所述的采集單元包括用于測量低壓配電網(wǎng)中任意兩相間電壓的電壓采集電路，用于采集低壓配電網(wǎng)中剩余一相電流的電流采集電路，用于將電流信號和電壓信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號的AD轉(zhuǎn)換電路，用于根據(jù)電流信號和電壓信號測量功率因數(shù)的功率因素測量電路；AD轉(zhuǎn)換電路和功率因數(shù)測量電路的輸出端與FPGA中央處理電路的輸入端連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種低壓配網(wǎng)線路無功補償裝置，其特征在于，所述的存儲器還用于儲存采集單元輸入的采集數(shù)據(jù)和上位機輸入的投切基準數(shù)據(jù)，F(xiàn)PGA中央處理電路還包括將采集數(shù)據(jù)與投切基準數(shù)據(jù)進行對比并發(fā)出比較投切信號的邏輯比較電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種低壓配網(wǎng)線路無功補償裝置，其特征在于，還包括通過無線通信電路向FPGA中央處理電路發(fā)送請求投切信號的用戶終端。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種低壓配網(wǎng)線路無功補償裝置，其特征在于，所述補償單元中的選相開關(guān)相互并聯(lián)后通過熔斷器和斷路器連接在低壓線路上；每個選相開關(guān)分別與驅(qū)動電路連接，且分別控制并聯(lián)的兩個電容器。
6.一種基于權(quán)利要求5所述無功補償裝置的低壓配網(wǎng)線路無功補償方法，其特征在于，包括如下步驟，· 1)根據(jù)上位機發(fā)出的低壓配電網(wǎng)無功功率日負荷曲線數(shù)據(jù)，通過FPGA中央處理電路對數(shù)據(jù)的處理，在日負荷曲線上超過總負荷30%時對應(yīng)的時間發(fā)出時間投切信號并計算出需補償?shù)臅r間無功功率； 2)根據(jù)采集單元采集的電流信號、電壓信號和功率因數(shù)信號，通過FPGA中央處理電路計算得出實時需求的無功功率，一路對應(yīng)采集時間儲存到存儲器中，一路通過和儲存器中投切基準數(shù)據(jù)進行對比，當(dāng)實時需求的無功功率超出投切基準數(shù)據(jù)時發(fā)出比較投切信號并計算出需補償?shù)谋容^無功功率； 3)通過用戶終端向FPGA中央處理電路發(fā)出請求投切信號，F(xiàn)PGA中央處理電路計算出需補償?shù)恼埱鬅o功功率； 4)根據(jù)由FGPA中央處理電路在步驟I)中產(chǎn)生的時間投切信號或在步驟2)中產(chǎn)生的比較投切信號或在步驟3)中接收到的請求投切信號，F(xiàn)PGA中央處理電路向驅(qū)動電路發(fā)出投切信號；當(dāng)同時產(chǎn)生和接收到至少兩個信號時，根據(jù)信號的優(yōu)選等級選擇發(fā)出最高等級的信號和對應(yīng)需要補償?shù)臒o功功率；時間投切信號、比較投切信號和請求投切信號的優(yōu)先等級依次降低； 5)驅(qū)動電路根據(jù)投切信號向相互并聯(lián)的選相開關(guān)發(fā)出投入控制指令，根據(jù)投切信號對應(yīng)的需要補償?shù)臒o功功率的大小選擇投入選相開關(guān)的之路和投入選相開關(guān)控制的電容器數(shù)量。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種無功補償裝置的低壓配網(wǎng)線路無功補償方法，其特征在于，還包括通過FPGA中央處理電路將每日采集到的無功功率數(shù)據(jù)經(jīng)無線通信電路發(fā)送到上位機的步驟。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種無功補償裝置的低壓配網(wǎng)線路無功補償方法，其特征在于，還包括通過上位機在每日O點之前，對低壓配電網(wǎng)無功功率日負荷曲線數(shù)據(jù)經(jīng)無線通信電路和FPGA中央處理電路進行更新的`步驟。
【文檔編號】H02J3/18GK103715699SQ201310637386
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月2日
【發(fā)明者】楊李周, 楚文斌, 張永飛 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)陜西省電力公司商洛供電公司