一种农网低电压治理装置

摘要

一种农网低电压治理装置，包括动态无功补偿装置和动态调压装置，所述动态无功补偿装置的交流侧连接到配电变压器的输出母线上，直流侧连接储能电容，所述储能电容还作为动态调压装置的直流侧储能环节，所述动态调压装置的逆变桥将直流电压转换为可调的交流电压，并串联变压器将电压按比例叠加在配电变压器的输出母线上。本发明的装置就为近端、远端用户提供了不同的供电电压，同时根据远端负荷电流的变化动态调节供电电压，使远端用户电压尽可能稳定在标准限定的范围以内。

权利要求

1.一种农网低电压治理装置，包括动态无功补偿装置和动态调压装置，其特征在于：所述动态无功补偿装置的交流侧连接到配电变压器的输出母线上，直流侧连接储能电容，所述储能电容还作为动态调压装置的直流侧储能环节，所述动态调压装置的逆变桥将直流电压转换为可调的交流电压，并通过串联变压器将电压按比例叠加在配电变压器的输出母线上；

近端用户的分支电缆连接到配电变电器的输出端，远端用户的分支电缆连接到串联变压器的输出端；

由三个单相装置并行组成，每个单相装置中所述动态无功补偿装置由4个三极管构成H桥的IGBT桥组成，交流侧通过电抗器连接到配电变压器的输出母线上注入补偿电流，直流侧为直流电容，所述动态调压装置由4个三极管构成H桥作为IGBT桥，输出通过滤波电抗器连接到串联变压器上。

2.根据权利要求1所述的农网低电压治理装置，其特征在于：所述动态无功补偿装置由

6只绝缘栅双极型晶体管IGBT构成的三相IGBT桥，交流侧通过3个电抗器连接到配电变压器的输出母线上，直流侧为直流电容，所述动态调压装置由6只绝缘栅双极型晶体管IGBT构成的三相桥组成，输出通过3个滤波电抗器连接到串联变压器上，根据远端用户的负荷电流，动态地调节所述动态调压装置三极管的SPWM波形，输出到串联变压器的电压用于补偿远端用户的电缆上损失的压降。

3.根据权利要求2所述的农网低电压治理装置，其特征在于：根据检测到的总负荷电流中三相不平衡成分、无功成分、谐波成分的大小，控制所述动态无功补偿装置三相桥的SPWM波形，使得通过电抗器向配电变压器输出母线上注入的电流波形能够补偿三相不平衡、无功成分、谐波成分。

4.根据权利要求1所述的农网低电压治理装置，其特征在于：所述动态无功补偿装置由可控硅投切的电容器构成，6个二极管构成不控整流桥产生直流电压，连接直流电容，所述动态调压装置由6只IGBT构成的三相桥组成，输出通过3个滤波电抗器连接到串联变压器上，根据远端用户的负荷电流，动态地调节所述动态调压装置三极管的SPWM波形，输出到串联变压器的电压用于补偿远端用户的电缆上损失的压降。

5.根据权利要求1所述的农网低电压治理装置，其特征在于：所述动态无功补偿装置由三电平结构的三相桥构成，每个桥臂由4只IGBT和2只二极管构成，交流侧通过电抗器连接到配电变压器的输出母线上，直流侧为直流电容，所述动态调压装置由6只IGBT构成的三相桥组成，输出通过3个滤波电抗器连接到串联变压器上，根据远端用户的负荷电流，动态地调节所述动态调压装置三极管的SPWM波形，输出到串联变压器的电压用于补偿远端用户的电缆上损失的压降。

说明书

一种农网低电压治理装置

技术领域

[0001] 本发明低压配电领域，特别是涉及农村电网的低压配电场合低电压治理的装置。

背景技术

[0002] 目前我国的农村电网存在用户分布广，负荷分散，线路长，线损大的特点，而且负荷的峰谷时段差异、季节性差异非常明显。例如在昼间，农网负荷普遍偏低，近乎于空载；在夜间18:00-21:00期间，负荷普遍较重，近乎于满负荷。农闲时，农网负荷偏低；农忙及春节期间，负荷又异常偏高。这种峰谷差异导致远离配电变压器的用户在用电高峰时段电压偏低。为解决此问题抬高变压器的输出电压，又会导致近端用户电压偏高，而在负荷较低的时段，所有用户的电压都偏高，影响用户侧电器的安全性和使用寿命。

[0003] 传统的治理农网低电压问题的手段是采用有载分接开关，根据负荷的轻重切换到不同的变压器抽头上，改变输出电压，但农网用户分散，单纯的调节变压器输出电压，对远近不同的用户产生不同的调节效果，难以远近兼顾。或者采用无功补偿装置，在电压偏低时增加容性无功的成分，使变压器电压抬升，效果和有载分接开关类似，也难以兼顾远近不同的用户；况且农网中远距离用户的电压偏低本质上是负荷电流在长电缆上引发的压降，其中有功电流的分量更重一些，所以单纯的补无功也难以收到满意的效果。而大规模的对农网的线路进行改造，增加变压器数量和容量，增大电缆截面，虽然能够取得较好的效果，但投资巨大，而农村电网本身的用电量很有限，电费收入不高，经济上不合算。

[0004] 因此，目前急需一种配电场合低电压治理的装置，解决农网中负荷分布不均匀，三相不平衡的问题。

发明内容

[0005] 本发明的目的是提供一种农网低电压治理装置，根据用户侧电流中无功、谐波、不平衡的程度，动态的进行补偿，使得变压器输出电压更加稳定。

[0006] 为实现上述发明目的，本发明提供的技术方案是：

[0007] 一种农网低电压治理装置，包括动态无功补偿装置和动态调压装置，所述动态无功补偿装置的交流侧连接到配电变压器的输出母线上，直流侧连接储能电容，所述储能电容还作为动态调压装置的直流侧储能环节，所述动态调压装置的逆变桥将直流电压转换为可调的交流电压，并通过串联变压器将电压按比例叠加在配电变压器的输出母线上；

[0008] 近端用户的分支电缆连接到配电变电器的输出端，远端用户的分支电缆连接到串联变压器的输出端。

[0009] 进一步地，所述动态无功补偿装置由6只绝缘栅双极型晶体管IGBT构成的三相IGBT桥，交流侧通过3个电抗器连接到配电变压器的输出母线上，直流侧为直流电容，所述动态调压装置由6只绝缘栅双极型晶体管IGBT构成的三相桥组成，输出通过3个滤波电抗器连接到串联变压器上，根据远端用户的负荷电流，动态地调节所述动态调压装置三极管的SPWM波形，输出到串联变压器的电压用于补偿远端用户的电缆上损失的压降。

[0010] 进一步地，根据检测到的总负荷电流中三相不平衡成分、无功成分、谐波成分的大小，控制所述动态无功补偿装置三相桥的SPWM波形，使得通过电抗器向配电变压器输出母线上注入的电流波形能够补偿三相不平衡、无功成分、谐波成分。

[0011] 进一步地，所述动态无功补偿装置由可控硅投切的电容器构成，6个二极管构成不控整流桥产生直流电压，连接直流电容，所述动态调压装置由6只IGBT构成的三相桥组成，输出通过3个滤波电抗器连接到串联变压器上，根据远端用户的负荷电流，动态地调节所述动态调压装置三极管的SPWM波形，输出到串联变压器的电压用于补偿远端用户的电缆上损失的压降。

[0012] 进一步地，所述动态无功补偿装置由三电平结构的三相桥构成，每个桥臂由4只IGBT和2只二极管构成，交流侧通过电抗器连接到配电变压器的输出母线上，直流侧为直流电容，所述动态调压装置由6只IGBT构成的三相桥组成，输出通过3个滤波电抗器连接到串联变压器上，根据远端用户的负荷电流，动态地调节所述动态调压装置三极管的SPWM波形，输出到串联变压器的电压用于补偿远端用户的电缆上损失的压降。

[0013] 进一步地，由三个单相装置并行组成，每个单相装置中所述动态无功补偿装置由4个三极管构成H桥的IGBT桥组成，交流侧通过电抗器连接到配电变压器的输出母线上注入补偿电流，直流侧为直流电容，所述动态调压装置由4个三极管构成H桥作为IGBT桥，输出通过滤波电抗器连接到串联变压器上。

[0014] 采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

[0015] 第一，本发明的装置为近端、远端用户提供了不同的供电电压，同时根据远端负荷电流的变化动态调节供电电压，当负荷较重时，抬高串联变压器的输出电压，补偿线路上的压降；反之则降低串联变压器的输出电压，使远端用户电压尽可能稳定在标准限定的范围以内。

[0016] 第二，本发明的装置可以根据用户侧电流中无功、谐波、不平衡的程度，动态的进行补偿，使得变压器输出电压更加稳定，零线电流尽可能维持在较低水平，而不至于产生较大压降，进一步改善低电压的问题。

[0017] 第三，本发明在调压部分的设计时容量设计的非常小，即使整流桥运行中会产生一定的谐波，总谐波的恶化并不明显，同时可以降低系统的复杂度和造价。

附图说明

[0018] 图1为第一优选实施例中的结构示意图；

[0019] 图2为第二优选实施例中的结构示意图；

[0020] 图3为第三优选实施例中的结构示意图；

[0021] 图4为第四优选实施例中的结构示意图。

[0022] 图中各附图标记的含义如下：

[0023] T1表示配电变压器、T2表示串联变压器、L表示滤波电抗、Q表示三极管、D表示二极管，C表示电容。

具体实施方式

[0024] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的结构图及具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

[0025] 本发明涉及一种农网低电压治理装置，包括动态无功补偿装置和动态调压装置，动态无功补偿装置的交流侧连接到配电变压器的输出母线上，直流侧连接储能电容，储能电容还作为动态调压装置的直流侧储能环节，动态调压装置的逆变桥将直流电压转换为可调的交流电压，并串联变压器将电压按比例叠加在配电变压器的输出母线上；

[0026] 近端用户的分支电缆连接到配电变电器的输出端，远端用户的分支电缆连接到串联变压器的输出端。

[0027] 实施例1

[0028] 图1为本发明的第一个优选结构，如图1所示，T1是农网的配电变压器，本装置的动态无功补偿部分由三极管Q1—Q6构成三相IGBT桥，IGBT桥的交流侧通过电抗器L1—L3连接到配电变压器T1的输出母线上，IGBT桥的直流侧是直流电容C1、C2，Q7—Q12构成调压部分的三相IGBT桥，输出通过滤波电抗L4—L6连接到串联变压器T2上。根据远端用户的负荷电流，动态地调节Q7—Q12的SPWM波形，使输出到串联变压器的电压能够补偿远端用户的电缆上损失的压降，保证远端用户侧电压在标称电压的正负10％范围内。同时根据检测到的总负荷电流中三相不平衡成分、无功成分、谐波成分的大小，控制Q1—Q6的SPWM波形，使得通过L1—L3向T1输出母线上注入的电流波形能够补偿掉三相不平衡、无功成分、谐波成分，使得变压器T1的输出电压尽可能稳定。

[0029] 例如，远端用户的电缆的阻抗为0.3欧，远端用户负荷电流为100A时，电缆上总计有30V的压降，因此Q7-Q12需要输出一定幅度的SPWM波形，使得串联变压器的输出端电压比输入端高30V，用于补偿电缆上的压降损失，使得用户侧的电压稳定在220V左右。农网中的负荷分布不均匀，三相不平衡较为常见，通过Q1-Q6的调节，使得配电变压器T1的输出端，三相电流看起来是平衡的，能够最大限度的减少变压器的损耗，稳定变压器的输出电压。

[0030] 实施例2

[0031] 图2为本发明的第二个优选结构，如图2所示，动态无功补偿装置由可控硅投切的电容器构成，可进行无功和不平衡的分级投切治理；依靠二极管D1—D6构成的不控整流桥进行整流产生直流，Q7—Q12构成的调压部分的IGBT桥，和实施例1所示的方案相同，整流桥运行中会产生一定的谐波，但因为调压部分的容量非常小，因此总谐波的恶化并不明显，但可以降低系统的复杂度和造价。其中，L1、L2、L3表示滤波电抗。

[0032] 实施例3

[0033] 图3为本发明的第三个优选结构，如图3所示，动态无功补偿装置可以采用三电平结构的三相桥，即每个桥臂可以由Q1—Q4和D1、D2构成，采取这样的措施，可以降低半导体器件的电压等级，提高开关频率，从而降低L1—L3的容量和电抗器造价，动态调压装置与实施例1和2中一样，Q7—Q12构成的调压部分的IGBT桥，因为其输出容量较小，可以维持三个半桥的方案。

[0034] 实施例4

[0035] 图4为本发明的第四个优选结构，如图4所示，可采用三个单相的装置组合而成，以其中一相为例，Q1—Q4构成的H桥作为动态无功补偿部分的IGBT桥，通过L1向T1的变压器输出母线上注入补偿电流，直流侧的电压可控制在400V左右，Q7—Q10构成的H桥作为调压部分的IGBT桥，通过L4向T2输出调节电压。本实施例的结构的优点是所有的半导体器件都可以采用600V等级的器件，价格低廉且开关频率可以提高；三相都是相同的结构，因此可以进行模块化设计，便于维护。

[0036] 以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。