一種帶有三相有功平衡與無功補償功能的智能綜合配電柜的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種帶有三相有功平衡與無功補償功能的智能綜合配電柜，包括綜合控制單元，以及分別與所述綜合控制單元電連接的電能計量單元、配電單元、無線通信單元、無功補償單元和三相有功平衡單元，所述綜合控制單元通過無線通信單元與后臺服務器無線連接。本實用新型一種帶有三相有功平衡與無功補償功能的智能綜合配電柜，具有計量、配電、無功補償、三相有功平衡、無線通信五種基本功能；同時通過無線數(shù)據(jù)傳輸，本實用新型可以將各區(qū)監(jiān)測的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)傳至后臺服務器進行統(tǒng)一控制與管理，能在農(nóng)網(wǎng)改造中大面積推廣。
【專利說明】
一種帶有三相有功平衡與無功補償功能的智能綜合配電柜
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種綜合配電柜，具體的涉及一種帶有三相有功平衡與無功補償功能的智能綜合配電柜。
【背景技術】
[0002]綜合配電柜簡稱JP柜，作為一種標準化的小型戶外式低壓配電裝置，主要適用于城網(wǎng)、農(nóng)網(wǎng)等低壓配電系統(tǒng)中，具有配電、保護、電能計量以及無功補償?shù)榷囗椆δ堋Ｓ绕潆S著農(nóng)網(wǎng)改造的深入，越來越多的JP柜被用于農(nóng)村電力線路及各配電臺區(qū)中。由于農(nóng)網(wǎng)供電線路長并且點多面廣，三相不平衡以及無功問題會產(chǎn)生過大的電能損耗并且降低輸配電設備的效率、影響設備壽命和供電企業(yè)的經(jīng)濟效益；負荷高峰甚至出現(xiàn)低電壓等影響用戶正常生產(chǎn)生活的現(xiàn)象，嚴重影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。
[0003]隨著生活質(zhì)量的提高，農(nóng)村用戶對供電的穩(wěn)定性以及供電質(zhì)量的要求也越來越高，為保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定及經(jīng)濟運行，必須對無功功率及三相不平衡進行補償與控制。綜合配電柜(JP柜)能夠滿足農(nóng)網(wǎng)改造過程中對供電的需求，但現(xiàn)有技術的綜合配電裝置一般沒有三相有功平衡功能，而且無功補償僅僅是采用的投切電容器的方式，存在動態(tài)響應時間較慢等缺點；同時，分散的JP柜各自獨立，并沒有互聯(lián)，不便于統(tǒng)一管理。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型所要解決的技術問題是提供一種便于統(tǒng)一管理、帶三相有功平衡與無功補償功能的智能綜合配電柜。
[0005]本實用新型解決上述技術問題的技術方案如下:一種帶有三相有功平衡與無功補償功能的智能綜合配電柜，包括綜合控制單元，以及分別與所述綜合控制單元電連接的電能計量單元、配電單元、無線通信單元、無功補償單元和三相有功平衡單元，所述綜合控制單元通過無線通信單元與后臺服務器無線連接。
[0006]本實用新型的有益效果是:本實用新型一種帶有三相有功平衡與無功補償功能的智能綜合配電柜，具有計量、配電、無功補償、三相有功平衡、無線通信五種基本功能；同時通過無線數(shù)據(jù)傳輸，本實用新型可以將各區(qū)監(jiān)測的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)傳至后臺服務器進行統(tǒng)一控制與管理，能在農(nóng)網(wǎng)改造中大面積推廣。
[0007]在上述技術方案的基礎上，本實用新型還可以做如下改進。
[0008]進一步，所述綜合控制單元包括信號調(diào)理電路、模數(shù)變換器、FPGA芯片、DSP芯片、PWM輸出電路、EEPROM、SRAM、復位保護電路、觸摸屏和調(diào)試上位機，所述信號調(diào)理電路、模數(shù)變換器、FPGA芯片、DSP芯片和HVM輸出電路依次電連接，所述EEPROM、SRAM、復位保護電路、觸摸屏和調(diào)試上位機均分別與所述DSP芯片電連接。
[0009]進一步，所述調(diào)理電路的輸入端上連接有外部電流和電壓信號，所述外部電流和電壓信號包括直流母線電壓、三相電網(wǎng)電壓、三相負載電流和三相輸出電流。
[0010]進一步，所述無線通信單元的一端與所述FPGA芯片電連接，所述無線通信單元的另一端與后臺服務器無線連接，所述無功補償單元和三相有功平衡單元均分別與所述PWM輸出電路電連接。。
[0011]進一步，所述無線通信單元采用GPRS/4G的無線數(shù)據(jù)傳輸模式。
[0012]進一步，所述無功補償單元包括無功補償電路和投切電容器組，所述無功補償電路和投切電容器組均并聯(lián)接入電網(wǎng)，所述投切電容器組的投切由綜合控制單元統(tǒng)一控制與管理。
[0013]采用上述進一步技術方案的有益效果為:所述投切電容器組的投切由綜合控制單元統(tǒng)一控制與管理，可以避免出現(xiàn)系統(tǒng)不穩(wěn)、電容頻繁投切等問題。
[0014]進一步，所述投切電容器組為三相共補或單相分補。
[0015]進一步，所述無功補償單元的核心主電路的拓撲結構與所述三相有功平衡單元的核心主電路的拓撲結構一致。
[0016]進一步，所述無功補償單元的核心主電路的拓撲結構和所述三相有功平衡單元的核心主電路的拓撲結構均為依次連接的驅動電路、主電路和控制指令輸出電路組成，所述驅動電路由依次連接的電源、驅動芯片和PWM輸出電路構成，所述主電路包括電壓型三相橋式逆變電路和儲能電路，所述儲能電路包括兩組直流電容器組和兩個均壓電阻，兩組所述直流電容器組串聯(lián)連接在所述電壓型三相橋式逆變電路的兩端，每組所述直流電容器組的兩端均分別連接有一個所述均壓電阻，每組所述直流電容器組均分別由若干只大小相同和容量相同的直流電容器并聯(lián)組成。
【附圖說明】
[0017]圖1為本實用新型一種帶有三相有功平衡與無功補償功能的智能綜合配電柜的主體單元組成框圖；
[0018]圖2為本實用新型一種帶有三相有功平衡與無功補償功能的智能綜合配電柜的綜合控制單元的電路結構框圖；
[0019]圖3為本實用新型一種帶有三相有功平衡與無功補償功能的智能綜合配電柜中無功補償單元的主體框架圖；
[0020]圖4為本實用新型一種帶有三相有功平衡與無功補償功能的智能綜合配電柜中三相有功平衡單元和無功補償單元的核心主電路的拓撲結構的主電路結構示意圖。
【具體實施方式】
[0021]以下結合附圖對本實用新型的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本實用新型，并非用于限定本實用新型的范圍。
[0022]如圖1所示，一種帶有三相有功平衡與無功補償功能的智能綜合配電柜，包括綜合控制單元，以及分別與所述綜合控制單元電連接的電能計量單元、配電單元、無線通信單元、無功補償單元和三相有功平衡單元，所述綜合控制單元通過無線通信單元與后臺服務器無線連接。
[0023]圖2為綜合控制單元的電路結構框圖，綜合控制單元的主控制芯片采用DSP芯片和FPGA芯片;FPGA芯片主要進行采集信號、擴展接口、輸出PffM信號、風扇調(diào)速以及處理系統(tǒng)保護;DSP芯片則主要完成采樣到信號的分析與計算，控制產(chǎn)生PffM驅動信號。所述綜合控制單元包括信號調(diào)理電路、模數(shù)變換器、FPGA芯片、DSP芯片、PffM輸出電路、EEPROM、SRAM、復位保護電路、觸摸屏和調(diào)試上位機，所述信號調(diào)理電路、模數(shù)變換器、FPGA芯片、DSP芯片和PffM輸出電路依次電連接，所述EEPROM、SRAM、復位保護電路、觸摸屏和調(diào)試上位機均分別與所述DSP芯片電連接，EEPROM為電可擦可編程只讀存儲器，SRAM為靜態(tài)隨機存取存儲器。所述調(diào)理電路的輸入端上連接有外部電流和電壓信號，所述外部電流和電壓信號包括直流母線電壓、三相電網(wǎng)電壓、三相負載電流和三相輸出電流。所述無線通信單元的一端與所述FPGA芯片電連接，所述無線通信單元的另一端與后臺服務器無線連接，所述無功補償單元和三相有功平衡單元均分別與所述PWM輸出電路電連接。所述無線通信單元采用GPRS/4G的無線數(shù)據(jù)傳輸模式。
[0024]圖3為無功補償單元的主體框架圖，所述無功補償單元包括無功補償電路和投切電容器組，所述無功補償電路和投切電容器組均并聯(lián)接入電網(wǎng)，所述投切電容器組包括反并聯(lián)的晶閘管、電抗器、電容器，所述晶閘管一端接電網(wǎng)，另一端與電抗器的一端連接，所述電抗器的另一端與電容器相連，所述晶閘管的控制線連接綜合控制單元，由綜合控制單元統(tǒng)一控制與管理電容器組的投切。所述投切電容器組為三相共補或單相分補。
[0025]所述無功補償單元的核心主電路的拓撲結構與所述三相有功平衡單元的核心主電路的拓撲結構一致;而不同的是，無功補償單元只提取系統(tǒng)中的無功分量，而三相有功平衡單元則提取系統(tǒng)中的負序和零序分量。
[0026]所述無功補償單元的核心主電路的拓撲結構和所述三相有功平衡單元的核心主電路的拓撲結構均為依次連接的驅動電路、主電路和控制指令輸出電路組成，所述驅動電路由依次連接的電源、驅動芯片和PWM輸出電路構成，圖4為三相有功平衡單元和無功補償單元的核心主電路的拓撲結構的主電路結構示意圖，所述主電路包括電壓型三相橋式逆變電路和儲能電路，所述儲能電路包括兩組直流電容器組和兩個均壓電阻，兩組所述直流電容器組串聯(lián)連接在所述電壓型三相橋式逆變電路的兩端，每組所述直流電容器組的兩端均分別連接有一個所述均壓電阻，每組所述直流電容器組均分別由若干只大小相同和容量相同的直流電容器并聯(lián)組成。所述控制指令輸出電路主要用于電流電壓等信號采樣與提取、監(jiān)測電網(wǎng)狀態(tài)選擇運行模式以及指令電流計算的功能。
[0027]在本實用新型一種帶有三相有功平衡與無功補償功能的智能綜合配電柜工作時，電能計量單元用于電能的計量，配電單元為用戶進行配電，無功補償單元能夠實現(xiàn)智能補償無功，三相有功平衡單元使三相有功達到平衡，無線通信單元實現(xiàn)無線通信傳輸數(shù)據(jù)、綜合控制單元完成電能計量單元、配電單元、無功補償單元、三相有功平衡單元和無線通信單元的統(tǒng)一控制。
[0028]無功補償單元可以有效地降低補償成本，另外融合了投切電容器組，投切電容器組的容量與組數(shù)不限于圖3中所示，可以為三相共補，也可以為單相分補；由于投切電容器組的響應速度的不同，為避免出現(xiàn)系統(tǒng)不穩(wěn)、電容器頻繁投切等問題，電容器組的投切由綜合控制單元統(tǒng)一控制與管理，避免出現(xiàn)系統(tǒng)不穩(wěn)、電容七組頻繁投切等問題。
[0029]本實用新型的無線通信單元的無線通信主要基于GPRS/4G進行數(shù)據(jù)傳輸，實時監(jiān)測系統(tǒng)的運行狀況，將各區(qū)電能質(zhì)量數(shù)據(jù)傳至后臺服務器，并可以在PC端或移動手機或平板客戶端非常便捷地進行統(tǒng)一控制與管理。在本實用新型中，無功補償和三相有功平衡單元均為模塊化設計，可根據(jù)現(xiàn)場的容量調(diào)整無功補償和三相有功平衡單元的個數(shù)。
[0030]同時，本實用新型一種帶有三相有功平衡與無功補償功能的智能綜合配電柜采用標準的JP柜柜型，安裝制造方便，能在農(nóng)網(wǎng)改造中大面積推廣。
[0031]本實用新型提供的一種新型的帶三相有功平衡與無功補償?shù)闹悄芫C合配電柜，其主要作用如下:
[0032]I)滿足農(nóng)網(wǎng)改造過程中對供電的需求;2)降低線路和變壓器損耗并提高變壓器利用率;3)提高供電設備使用壽命與維護成本;4)無線通信使JP柜子能實現(xiàn)遠程監(jiān)測與控制。
[0033]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【主權項】
1.一種帶有三相有功平衡與無功補償功能的智能綜合配電柜，其特征在于:包括綜合控制單元，以及分別與所述綜合控制單元電連接的電能計量單元、配電單元、無線通信單元、無功補償單元和三相有功平衡單元，所述綜合控制單元通過無線通信單元與后臺服務器無線連接。2.根據(jù)權利要求1所述的一種帶有三相有功平衡與無功補償功能的智能綜合配電柜，其特征在于:所述綜合控制單元包括信號調(diào)理電路、模數(shù)變換器、FPGA芯片、DSP芯片、PffM輸出電路、EEPROM、SRAM、復位保護電路、觸摸屏和調(diào)試上位機，所述信號調(diào)理電路、模數(shù)變換器、FPGA芯片、DSP芯片和P麗輸出電路依次電連接，所述EEPROM、SRAM、復位保護電路、觸摸屏和調(diào)試上位機均分別與所述DSP芯片電連接。3.根據(jù)權利要求2所述的一種帶有三相有功平衡與無功補償功能的智能綜合配電柜，其特征在于:所述調(diào)理電路的輸入端上連接有外部電流和電壓信號，所述外部電流和電壓信號包括直流母線電壓、三相電網(wǎng)電壓、三相負載電流和三相輸出電流。4.根據(jù)權利要求2所述的一種帶有三相有功平衡與無功補償功能的智能綜合配電柜，其特征在于:所述無線通信單元的一端與所述FPGA芯片電連接，所述無線通信單元的另一端與后臺服務器無線連接，所述無功補償單元和三相有功平衡單元均分別與所述PWM輸出電路電連接。5.根據(jù)權利要求4所述的一種帶有三相有功平衡與無功補償功能的智能綜合配電柜，其特征在于:所述無線通信單元采用GPRS/4G的無線數(shù)據(jù)傳輸模式。6.根據(jù)權利要求2至5任一項所述的一種帶有三相有功平衡與無功補償功能的智能綜合配電柜，其特征在于:所述無功補償單元包括無功補償電路和投切電容器組，所述無功補償電路和投切電容器組均并聯(lián)接入電網(wǎng)，所述投切電容器組的投切由綜合控制單元統(tǒng)一控制與管理。7.根據(jù)權利要求6所述的一種帶有三相有功平衡與無功補償功能的智能綜合配電柜，其特征在于:所述投切電容器組為三相共補或單相分補。8.根據(jù)權利要求2至5任一項所述的一種帶有三相有功平衡與無功補償功能的智能綜合配電柜，其特征在于:所述無功補償單元的核心主電路的拓撲結構與所述三相有功平衡單元的核心主電路的拓撲結構一致。9.根據(jù)權利要求8所述的一種帶有三相有功平衡與無功補償功能的智能綜合配電柜，其特征在于:所述無功補償單元的核心主電路的拓撲結構和所述三相有功平衡單元的核心主電路的拓撲結構均為依次連接的驅動電路、主電路和控制指令輸出電路組成，所述驅動電路由依次連接的電源、驅動芯片和PWM輸出電路構成，所述主電路包括電壓型三相橋式逆變電路和儲能電路，所述儲能電路包括兩組直流電容器組和兩個均壓電阻，兩組所述直流電容器組串聯(lián)連接在所述電壓型三相橋式逆變電路的兩端，每組所述直流電容器組的兩端均分別連接有一個所述均壓電阻，每組所述直流電容器組均分別由若干只大小相同和容量相同的直流電容器并聯(lián)組成。
【文檔編號】H02J3/18GK205681135SQ201620569036
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月13日 公開號201620569036.6, CN 201620569036, CN 205681135 U, CN 205681135U, CN-U-205681135, CN201620569036, CN201620569036.6, CN205681135 U, CN205681135U
【發(fā)明人】杜小剛, 鄭重, 潘毅, 徐沖
【申請人】武漢武新電氣科技股份有限公司