內(nèi)置arm芯片的農(nóng)網(wǎng)支線末端電壓智能優(yōu)化平衡裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公布了一種內(nèi)置ARM芯片的農(nóng)網(wǎng)支線末端電壓智能優(yōu)化平衡裝置，安裝于支線末端，該裝置包括內(nèi)置ARM芯片來同步調(diào)節(jié)電阻、電容和電感的復(fù)合同步開關(guān)（1）、內(nèi)置ARM芯片的智能編碼開關(guān)（2）和IGBT無功補(bǔ)償控制器（3）。該裝置可用于供電質(zhì)量差、電壓不穩(wěn)定、三相不平衡的農(nóng)村電網(wǎng)支線末端，可以完成電壓優(yōu)化，有效平衡有功功率和無功功率，調(diào)整三相平衡等多項(xiàng)功能。在不增加10kV線路、不新增加配電變壓器、不改造低壓線路的情況下，通過將有功功率移相技術(shù)+就地?zé)o功補(bǔ)償技術(shù)+過補(bǔ)償技術(shù)結(jié)合使用，達(dá)到提升低電壓、三相平衡優(yōu)化的目的，有效的解決農(nóng)村配變臺(tái)區(qū)低壓線路中末端電壓不合格和三相不平衡的問題。
【專利說明】?jī)?nèi)置ARM芯片的農(nóng)網(wǎng)支線末端電壓智能優(yōu)化平衡裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實(shí)用新型涉及智能配電領(lǐng)域，特別是一種內(nèi)置ARM芯片的農(nóng)網(wǎng)支線末端電壓智能優(yōu)化平衡裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著新農(nóng)村建設(shè)、農(nóng)民收入水平提高、家電下鄉(xiāng)政策的推出，傳統(tǒng)農(nóng)村電網(wǎng)的電壓質(zhì)量存在不合格的問題也越來越突出，尤其是當(dāng)村民集中使用220V單項(xiàng)供電時(shí)問題更加突出，對(duì)農(nóng)村居民的生活用電帶來的影響也越來越大，但電力企業(yè)無力拿出大量的資金來解決這一問題的。尤其是對(duì)于一些因線路太長(zhǎng)而造成后端用戶不能正常用電的臺(tái)區(qū)，在用電高峰期時(shí)期，末端用戶單項(xiàng)電壓可能低至110?150V，此時(shí)已不能保證用戶基本用電需求，如照明、看電視、啟動(dòng)抽水機(jī)和碾米機(jī)等。
[0003]目前國內(nèi)針對(duì)農(nóng)村電網(wǎng)支線末端低電壓?jiǎn)栴}主要采取以下一種或多種手段解決:
[0004]A、改造臺(tái)區(qū)低壓線路，將截面較小的導(dǎo)線換成較大線徑的導(dǎo)線，或?qū)蜗喙╇姼某扇嗨闹乒╇姟?br> [0005]B、延伸1kV線路、新增配電變壓器。
[0006]C、安裝低壓無功補(bǔ)償裝置，這對(duì)低壓臺(tái)區(qū)中感性負(fù)荷較重時(shí)，如抽水用電高峰時(shí)，適時(shí)、準(zhǔn)確地投入無功補(bǔ)償裝置，提高電壓的效果較為明顯；如在低壓臺(tái)區(qū)中以電阻性負(fù)荷為主時(shí)，效果就不明顯了。
[0007]D、調(diào)整配電變壓器的電壓分接頭位置，但在負(fù)荷輕時(shí)，會(huì)造成首端電壓較高。
[0008]E、提高三相負(fù)荷的平衡度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]為了在資金有限的情況下，逐步的解決好農(nóng)村目前還存在的低電壓這一涉及到提高農(nóng)村居民生活質(zhì)量的問題，本實(shí)用新型提供了一種內(nèi)置ARM芯片的農(nóng)網(wǎng)支線末端電壓智能優(yōu)化平衡裝置，通過相間有功和無功的智能轉(zhuǎn)移技術(shù)實(shí)現(xiàn)農(nóng)網(wǎng)支線末端電壓優(yōu)化和三相不平衡調(diào)節(jié)的智能配電；本實(shí)用新型可以在不增加1kV線路、不新增加配電變壓器、不改造低壓線路的情況下，有效的解決農(nóng)村配變臺(tái)區(qū)低壓線路中末端三相/單項(xiàng)電壓不合格和三相不平衡的問題，是一種解決農(nóng)村電網(wǎng)末端三相/單項(xiàng)電壓過低和三相不平衡的較為經(jīng)濟(jì)的途徑。
[0010]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供如下技術(shù)方案:
[0011]一種內(nèi)置ARM芯片的農(nóng)網(wǎng)支線末端電壓智能優(yōu)化平衡裝置，安裝于支線末端，該裝置包括內(nèi)置ARM芯片來同步調(diào)節(jié)電阻、電容和電感的復(fù)合同步開關(guān)(I)、內(nèi)置ARM芯片的智能編碼開關(guān)(2)和IGBT無功補(bǔ)償控制器(3)。
[0012]所述內(nèi)置ARM芯片來同步調(diào)節(jié)電阻、電容和電感的復(fù)合同步開關(guān)(I)與內(nèi)置ARM芯片的智能編碼開關(guān)(2)并聯(lián)后與IGBT無功補(bǔ)償控制器(3)串聯(lián)，并形成回路。
[0013]作為本實(shí)用新型進(jìn)一步的方案:所述內(nèi)置ARM芯片來同步調(diào)節(jié)電阻、電容和電感的復(fù)合同步開關(guān)(I)通過內(nèi)置ARM芯片調(diào)節(jié)在兩相間跨接的電阻阻值實(shí)現(xiàn)在兩相間轉(zhuǎn)移無功。
[0014]作為本實(shí)用新型進(jìn)一步的方案:所述內(nèi)置ARM芯片來同步調(diào)節(jié)電阻、電容和電感的復(fù)合同步開關(guān)(I)通過內(nèi)置ARM芯片調(diào)節(jié)在兩相間跨接的電感或者電容實(shí)現(xiàn)在兩相間轉(zhuǎn)移有功功率。
[0015]作為本實(shí)用新型進(jìn)一步的方案:所述內(nèi)置ARM芯片的智能編碼開關(guān)(2)通過內(nèi)置ARM芯片將需要的電阻、電容和電感元件智能編組接在不同的相線對(duì)零線之間，即可抵消零線電流。
[0016]作為本實(shí)用新型進(jìn)一步的方案:所述IGBT無功補(bǔ)償控制器(3)通過對(duì)電壓變化的監(jiān)測(cè)，適時(shí)投切無功補(bǔ)償，對(duì)電壓形成有效補(bǔ)償。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型有益效果是:可用于供電質(zhì)量差、電壓不穩(wěn)定、三相不平衡的農(nóng)村電網(wǎng)支線末端，可以完成電壓優(yōu)化(根據(jù)需要升壓或降壓)，有效平衡有功功率和無功功率，調(diào)整三相平衡等多項(xiàng)功能?？纱蠓忍岣咿r(nóng)網(wǎng)支線末端的電壓合格率，保證良好的供電質(zhì)量，在不增加1kV線路、不新增加配電變壓器、不改造低壓線路的情況下，通過將有功功率移相技術(shù)+就地?zé)o功補(bǔ)償技術(shù)+過補(bǔ)償技術(shù)結(jié)合使用，達(dá)到提升低電壓、三相平衡優(yōu)化的目的，有效的解決農(nóng)村配變臺(tái)區(qū)低壓線路中末端電壓不合格和三相不平衡的問題。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]此處所說明的附圖用來提供對(duì)本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的限定。在附圖中:
[0019]圖1為兩相間跨接電阻的裝置原理示意圖；
[0020]圖2為兩相間跨接電容的裝置原理示意圖；
[0021]圖3為兩相間跨接電感的裝置原理示意圖；
[0022]圖4為利用無功補(bǔ)償對(duì)電壓二次優(yōu)化的示意圖；
[0023]圖5為本實(shí)用新型的原理框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0024]為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合安裝方案對(duì)本實(shí)用新型的作進(jìn)一步的說明。在此，本實(shí)用新型的示意性實(shí)施方式及其說明用于解釋本實(shí)用新型，但并不作為對(duì)本實(shí)用新型的限定。
[0025]一種內(nèi)置ARM芯片的農(nóng)網(wǎng)支線末端電壓智能優(yōu)化平衡裝置，包括:
[0026]I)內(nèi)置ARM芯片來同步調(diào)節(jié)電阻、電容和電感的復(fù)合同步開關(guān)(I)；
[0027]1.1)該內(nèi)置ARM芯片來同步調(diào)節(jié)電阻、電容和電感的復(fù)合同步開關(guān)(I)通過內(nèi)置ARM芯片調(diào)節(jié)在兩相間跨接的電阻阻值實(shí)現(xiàn)在兩相間轉(zhuǎn)移無功；其工作原理如圖1所示:
[0028]圖1中的電阻R跨接在A相與B相之間，電阻R兩端為線電壓。從A相看，電阻的電流為Ira, Ira與線電壓Uab同相位,超前A相電壓Ua 30° , Ira可以分解成兩部分,一部分為超前Ua 90°的容性電流Iac，一部分為與Ua方向相同的有功電流Iar。從B相看，電阻的電流為Irb，Irb與線電壓Uba同相位，滯后B相電壓Ub 30°，Ibr可以分解成兩部分，一部分為滯后Ub 90°的感性電流IbL, —部分為與Ub方向相同的有功電流Ibr。因而可以確定電阻R將A相的一部分無功轉(zhuǎn)移到了 B相，于是A相變成容性，B相變成感性。
[0029]因此我們可以說，在A相與B相之間跨接電阻，不但在A相與B相出現(xiàn)有功電流，而且可以將一部分無功電流從A相轉(zhuǎn)移到B相。
[0030]1.2)該內(nèi)置ARM芯片來同步調(diào)節(jié)電阻、電容和電感的復(fù)合同步開關(guān)(I)通過內(nèi)置ARM芯片調(diào)節(jié)在兩相間跨接的電感或者電容實(shí)現(xiàn)在兩相間轉(zhuǎn)移有功功率；其工作原理如圖2和圖3所示:
[0031]圖2中的電容C跨接在A相與B相之間，電容C兩端為線電壓。從A相看，電容C的電流Ica超前線電壓Uab 90°，Ica可以分解成兩部分，一部分為超前Ua 90°的容性電流Iac，一部分為與Ua方向相反的有功電流Iar，意味著A相的有功電流減少。從B相看，電容C的電流Icb超前線電壓Uba 90°，Icb可以分解成兩部分，一部分為超前Ub 90°的容性電流Ibc，一部分為與Ub方向相同的有功電流Ibr，意味著B相的有功電流增力卩。因此我們可以說，在A相與B相之間跨接電容，不但在A相與B相出現(xiàn)容性無功電流，而且可以將一部分有功電流從A相轉(zhuǎn)移到B相。
[0032]圖3中的電感可以在兩相間轉(zhuǎn)移有功，電感L跨接在A相與B相之間，電感L兩端為線電壓。從A相看，電感L的電流ILa滯后線電壓Uab 90° , ILa可以分解成兩部分,一部分為滯后Ua 90°的感性電流IaL，一部分為與Ua方向相同的有功電流Iar，意味著A相的有功電流增加。從B相看，電感L的電流ILb滯后線電壓Uba 90°，ILb可以分解成兩部分，一部分為滯后Ub 90°的感性電流IbL，一部分為與Ub方向相反的有功電流Ibr，意味著B相的有功電流減少。因此我們可以說，在A相與B相之間跨接電感，不但在A相與B相出現(xiàn)感性無功電流，而且可以將一部分有功電流從B相轉(zhuǎn)移到A相。
[0033]2)內(nèi)置ARM芯片的智能編碼開關(guān)(2)，其通過內(nèi)置ARM芯片將需要的電阻、電容和電感元件智能編組接在不同的相線對(duì)零線之間，即可抵消零線電流。不論負(fù)荷是什么情況，零線電流就是角度為(Γ360°之間的一個(gè)向量，要抵消零線電流就需要一個(gè)與其大小相等方向相反的向量。
[0034]設(shè)A相電壓向量為O°方向，B相電壓向量為120°方向，C相電壓向量為240°方向。在使用兩個(gè)電阻的情況下，如果將電阻I接在A相與零線之間電阻2接在B相與零線之間，由于電阻的電流與電壓同相，因此電阻I產(chǎn)生0°方向的電流向量，電阻2產(chǎn)生120°方向的電流向量，根據(jù)平面向量局部定理1:選擇這兩個(gè)電阻的阻值，則可以合成(Γ120°方向的任何電流向量，因此可以用來抵消18(Γ300°方向的零線電流。如果將電阻I接在B相與零線之間電阻2接在C相與零線之間，則選擇這兩個(gè)電阻的阻值可以合成12(Γ240°方向的任何電流向量，因此可以用來抵消30(Γ60°方向的零線電流。如果將電阻I接在C相與零線之間電阻2接在A相與零線之間，則選擇這兩個(gè)電阻的阻值可以合成24(Γ0°方向的任何電流向量，因此可以用來抵消6(Γ180°方向的零線電流。因此，通過內(nèi)置ARM芯片的復(fù)合同步開關(guān)(I)恰當(dāng)調(diào)整所選擇兩個(gè)電阻的值，并將這兩個(gè)電阻通過內(nèi)置ARM芯片的智能編碼開關(guān)(2)恰當(dāng)?shù)慕釉诓煌南嗑€對(duì)零線之間，即可以抵消零線電流。
[0035]在使用兩個(gè)電容的情況下，如果將電容I接在A相與零線之間電容2接在B相與零線之間，由于電容的電流超前電壓90°，因此電容I產(chǎn)生270°方向的電流向量，電容2產(chǎn)生30°方向的電流向量，根據(jù)平面向量局部定理1:選擇這兩個(gè)電容的容量，則可以合成270^30°方向的任何電流向量，因此可以用來抵消9(Γ210°方向的零線電流。如果將電容I接在B相與零線之間電容2接在C相與零線之間，則選擇這兩個(gè)電容的容量可以合成3(Γ150°方向的任何電流向量，因此可以用來抵消21(Γ330°方向的零線電流。如果將電容I接在C相與零線之間電容2接在A相與零線之間，則選擇這兩個(gè)電容的容量可以合成15(Γ270°方向的任何電流向量，因此可以用來抵消33(Γ90°方向的零線電流。因此，通過內(nèi)置ARM芯片的復(fù)合同步開關(guān)(I)調(diào)整的選擇兩個(gè)電容的容量，并將這兩個(gè)電容通過內(nèi)置ARM芯片的智能編碼開關(guān)(2)恰當(dāng)?shù)慕釉诓煌南嗑€對(duì)零線之間，即可以抵消零線電流。
[0036]3) IGBT無功補(bǔ)償控制器(3)，其通過對(duì)電壓變化的監(jiān)測(cè)，適時(shí)投切無功補(bǔ)償，對(duì)電壓形成有效補(bǔ)償，當(dāng)集中電力負(fù)荷直接從電力線路受電時(shí)，典型接線和向量圖如圖4:
[0037]線路電壓降Λ U的簡(jiǎn)化計(jì)算如式(1-1)。
[0038]沒有無功補(bǔ)償裝置時(shí)，線路電壓降為Λ U1:
[0039]Δ U1= (PR+QX) /U (1-1)
[0040]式中:P、Q分別為負(fù)荷有功和無功功率；R、X分別為線路等值電阻和電抗；U為線路額定電壓。
[0041]安裝無功補(bǔ)償裝置Q。后，線路電壓降為Λ U2
[0042]Λ U2= (PR+ (Q-Qc) X) /U(1-2)
[0043]顯然U2U1，一般情況下，因X?R，QX?PR,因此安裝無功補(bǔ)償裝置Q。后，引起母線的穩(wěn)態(tài)電壓升聞為:
[0044]Δ U= Δ U1 -Δ U2= QCX/U(1-3)
[0045]若補(bǔ)償裝置連接處母線三相短路容量為SK，則X=U2/SK，代入上得:
[0046]Δ U/U= Qc / Sk (1-4)
[0047]式中:Λ U—投入并聯(lián)電容器裝置的電壓升高值，kV ；
[0048]U—并聯(lián)電容器裝置未投入時(shí)的母線電壓，kV ；
[0049]Q。一并聯(lián)電容器裝置容量，MVAR ;
[0050]Sk—并聯(lián)電容器裝置連接處母線三相短路容量，MVA。
[0051]由上式可見，Q。愈大，Sk愈小，Λ U愈大，即升壓效果越顯著，而與負(fù)荷的有功功率，無功功率關(guān)系不大。因此越接近線路末端，系統(tǒng)短路容量Sk愈小的場(chǎng)合，安裝并聯(lián)電容器裝置的效果愈顯著。統(tǒng)計(jì)資料表明，用電電壓升高1%，可平均增產(chǎn)0.5% ;電網(wǎng)電壓升高1%，可使送變電設(shè)備容量增加1.5%,降低線投2% ;發(fā)電機(jī)電壓升聞1%，可挖掘電源輸出1%。
[0052]4)用于遠(yuǎn)程抄報(bào)數(shù)據(jù)和組網(wǎng)通信模塊(4)，該部分為現(xiàn)有技術(shù)，其接收數(shù)據(jù)采集模塊的數(shù)據(jù)處理結(jié)果和原始傳感數(shù)據(jù)并通過網(wǎng)絡(luò)將信號(hào)送出到手持計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行配對(duì)分析和異常/故障診斷，形成報(bào)告。
[0053]本實(shí)用新型的核心在于:通過ARM芯片智能調(diào)節(jié)相間電阻、電容、電感等元件實(shí)現(xiàn)相間有功和無功的智能轉(zhuǎn)移，對(duì)農(nóng)網(wǎng)支線末端三相/單項(xiàng)電壓優(yōu)化和三相不平衡調(diào)節(jié)，在不增加1kV線路、不新增加配電變壓器、不改造低壓線路的情況下，有效的解決農(nóng)村配變臺(tái)區(qū)低壓線路中末端三相/單項(xiàng)電壓不合格和三相不平衡的問題，作為現(xiàn)有低電壓解決方案的有效補(bǔ)充。
[0054]安裝注意事項(xiàng):傳統(tǒng)的三相不平衡調(diào)節(jié)裝置一般安裝于變壓器側(cè)，并非支線末端，而本裝置必須安裝于支線末端。
[0055]安裝方案1:對(duì)于一些因線路太長(zhǎng)而造成后端用戶不能正常用電的臺(tái)區(qū)，在用電高峰期時(shí)期，末端用戶電壓可能低至110?150V，此時(shí)已不能保證用戶基本用電需求，如照明、看電視、啟動(dòng)抽水機(jī)和碾米機(jī)等。針對(duì)這種情況，可將本實(shí)用新型的安裝在高峰期電壓為140?160V的位置，經(jīng)本實(shí)用新型的升壓后，可以將該位置的電壓由原來的140?160V提高到200?230V，線路末端電壓也能從原來的110?150V提高到170?210V，進(jìn)而保證了用戶的基本家用電器在用電高峰期能夠正常使用。
[0056]安裝方案2:對(duì)于農(nóng)網(wǎng)改造后線路不是很長(zhǎng)，但新增電器較多等原因，使線路負(fù)荷加大，造成末端用戶在用電高峰期電壓僅為160?190V，使用電質(zhì)量偏差，電壓合格率降低。針對(duì)這種情況，可將本實(shí)用新型安裝在電壓低于合格電壓198V的地方，如180?198V之間的點(diǎn)進(jìn)行安裝，經(jīng)本實(shí)用新型的升壓后，可將電壓提升到230V，保證末端用戶的用電質(zhì)量和提高電壓合格率。
[0057]以上所述的【具體實(shí)施方式】，是對(duì)本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案、應(yīng)用范圍和有益效果作了進(jìn)一步的詳細(xì)說明，僅為本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】而已，并不用于限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種內(nèi)置ARM芯片的農(nóng)網(wǎng)支線末端電壓智能優(yōu)化平衡裝置，其特征在于，安裝于支線末端，該裝置包括內(nèi)置ARM芯片來同步調(diào)節(jié)電阻、電容和電感的復(fù)合同步開關(guān)(I)、內(nèi)置ARM芯片的智能編碼開關(guān)(2)和IGBT無功補(bǔ)償控制器(3)； 所述內(nèi)置ARM芯片來同步調(diào)節(jié)電阻、電容和電感的復(fù)合同步開關(guān)(I)與內(nèi)置ARM芯片的智能編碼開關(guān)(2)并聯(lián)后與IGBT無功補(bǔ)償控制器(3)串聯(lián)，并形成回路； 所述內(nèi)置ARM芯片來同步調(diào)節(jié)電阻、電容和電感的復(fù)合同步開關(guān)⑴通過內(nèi)置ARM芯片調(diào)節(jié)在兩相間跨接的電阻阻值實(shí)現(xiàn)在兩相間轉(zhuǎn)移無功； 所述內(nèi)置ARM芯片來同步調(diào)節(jié)電阻、電容和電感的復(fù)合同步開關(guān)⑴通過內(nèi)置ARM芯片調(diào)節(jié)在兩相間跨接的電感或者電容實(shí)現(xiàn)在兩相間轉(zhuǎn)移有功功率； 所述內(nèi)置ARM芯片的智能編碼開關(guān)(2)通過內(nèi)置ARM芯片將需要的電阻、電容和電感元件智能編組接在不同的相線對(duì)零線之間，即可抵消零線電流； 所述IGBT無功補(bǔ)償控制器(3)通過對(duì)電壓變化的監(jiān)測(cè)，適時(shí)投切無功補(bǔ)償，對(duì)電壓形成有效補(bǔ)償。
【文檔編號(hào)】H02J3/26GK204103491SQ201420396337
【公開日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2014年7月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月14日
【發(fā)明者】單義峰 申請(qǐng)人:北京中聯(lián)電科技術(shù)有限公司