內置arm芯片的農網支線末端電壓智能優化平衡裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公布了一種內置ARM芯片的農網支線末端電壓智能優化平衡裝置，安裝于支線末端，該裝置包括內置ARM芯片來同步調節電阻、電容和電感的復合同步開關（1）、內置ARM芯片的智能編碼開關（2）和IGBT無功補償控制器（3）。該裝置可用于供電質量差、電壓不穩定、三相不平衡的農村電網支線末端，可以完成電壓優化，有效平衡有功功率和無功功率，調整三相平衡等多項功能。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+就地無功補償技術+過補償技術結合使用，達到提升低電壓、三相平衡優化的目的，有效的解決農村配變臺區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】內置ARM芯片的農網支線末端電壓智能優化平衡裝置

【技術領域】
[0001 ] 本實用新型涉及智能配電領域，特別是一種內置ARM芯片的農網支線末端電壓智能優化平衡裝置。

【背景技術】
[0002]隨著新農村建設、農民收入水平提高、家電下鄉政策的推出，傳統農村電網的電壓質量存在不合格的問題也越來越突出，尤其是當村民集中使用220V單項供電時問題更加突出，對農村居民的生活用電帶來的影響也越來越大，但電力企業無力拿出大量的資金來解決這一問題的。尤其是對于一些因線路太長而造成后端用戶不能正常用電的臺區，在用電高峰期時期，末端用戶單項電壓可能低至110?150V，此時已不能保證用戶基本用電需求，如照明、看電視、啟動抽水機和碾米機等。
[0003]目前國內針對農村電網支線末端低電壓問題主要采取以下一種或多種手段解決:
[0004]A、改造臺區低壓線路，將截面較小的導線換成較大線徑的導線，或將單相供電改成三相四制供電。
[0005]B、延伸1kV線路、新增配電變壓器。
[0006]C、安裝低壓無功補償裝置，這對低壓臺區中感性負荷較重時，如抽水用電高峰時，適時、準確地投入無功補償裝置，提高電壓的效果較為明顯；如在低壓臺區中以電阻性負荷為主時，效果就不明顯了。
[0007]D、調整配電變壓器的電壓分接頭位置，但在負荷輕時，會造成首端電壓較高。
[0008]E、提高三相負荷的平衡度。


【發明內容】

[0009]為了在資金有限的情況下，逐步的解決好農村目前還存在的低電壓這一涉及到提高農村居民生活質量的問題，本實用新型提供了一種內置ARM芯片的農網支線末端電壓智能優化平衡裝置，通過相間有功和無功的智能轉移技術實現農網支線末端電壓優化和三相不平衡調節的智能配電；本實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，有效的解決農村配變臺區低壓線路中末端三相/單項電壓不合格和三相不平衡的問題，是一種解決農村電網末端三相/單項電壓過低和三相不平衡的較為經濟的途徑。
[0010]為實現上述目的，本實用新型提供如下技術方案:
[0011]一種內置ARM芯片的農網支線末端電壓智能優化平衡裝置，安裝于支線末端，該裝置包括內置ARM芯片來同步調節電阻、電容和電感的復合同步開關(I)、內置ARM芯片的智能編碼開關(2)和IGBT無功補償控制器(3)。
[0012]所述內置ARM芯片來同步調節電阻、電容和電感的復合同步開關(I)與內置ARM芯片的智能編碼開關(2)并聯后與IGBT無功補償控制器(3)串聯，并形成回路。
[0013]作為本實用新型進一步的方案:所述內置ARM芯片來同步調節電阻、電容和電感的復合同步開關(I)通過內置ARM芯片調節在兩相間跨接的電阻阻值實現在兩相間轉移無功。
[0014]作為本實用新型進一步的方案:所述內置ARM芯片來同步調節電阻、電容和電感的復合同步開關(I)通過內置ARM芯片調節在兩相間跨接的電感或者電容實現在兩相間轉移有功功率。
[0015]作為本實用新型進一步的方案:所述內置ARM芯片的智能編碼開關(2)通過內置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零線之間，即可抵消零線電流。
[0016]作為本實用新型進一步的方案:所述IGBT無功補償控制器(3)通過對電壓變化的監測，適時投切無功補償，對電壓形成有效補償。
[0017]與現有技術相比，本實用新型有益效果是:可用于供電質量差、電壓不穩定、三相不平衡的農村電網支線末端，可以完成電壓優化(根據需要升壓或降壓)，有效平衡有功功率和無功功率，調整三相平衡等多項功能。可大幅度提高農網支線末端的電壓合格率，保證良好的供電質量，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+就地無功補償技術+過補償技術結合使用，達到提升低電壓、三相平衡優化的目的，有效的解決農村配變臺區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本實用新型的進一步理解，構成本申請的一部分，并不構成對本實用新型的限定。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為利用無功補償對電壓二次優化的示意圖；
[0023]圖5為本實用新型的原理框圖。

【具體實施方式】
[0024]為使本實用新型的目的、技術方案和優點更加清楚明白，下面結合安裝方案對本實用新型的作進一步的說明。在此，本實用新型的示意性實施方式及其說明用于解釋本實用新型，但并不作為對本實用新型的限定。
[0025]一種內置ARM芯片的農網支線末端電壓智能優化平衡裝置，包括:
[0026]I)內置ARM芯片來同步調節電阻、電容和電感的復合同步開關(I)；
[0027]1.1)該內置ARM芯片來同步調節電阻、電容和電感的復合同步開關(I)通過內置ARM芯片調節在兩相間跨接的電阻阻值實現在兩相間轉移無功；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相出現有功電流，而且可以將一部分無功電流從A相轉移到B相。
[0030]1.2)該內置ARM芯片來同步調節電阻、電容和電感的復合同步開關(I)通過內置ARM芯片調節在兩相間跨接的電感或者電容實現在兩相間轉移有功功率；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相出現容性無功電流，而且可以將一部分有功電流從A相轉移到B相。
[0032]圖3中的電感可以在兩相間轉移有功，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相出現感性無功電流，而且可以將一部分有功電流從B相轉移到A相。
[0033]2)內置ARM芯片的智能編碼開關(2)，其通過內置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零線之間，即可抵消零線電流。不論負荷是什么情況，零線電流就是角度為(Γ360°之間的一個向量，要抵消零線電流就需要一個與其大小相等方向相反的向量。
[0034]設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產生0°方向的電流向量，電阻2產生120°方向的電流向量，根據平面向量局部定理1:選擇這兩個電阻的阻值，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，通過內置ARM芯片的復合同步開關(I)恰當調整所選擇兩個電阻的值，并將這兩個電阻通過內置ARM芯片的智能編碼開關(2)恰當的接在不同的相線對零線之間，即可以抵消零線電流。
[0035]在使用兩個電容的情況下，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產生270°方向的電流向量，電容2產生30°方向的電流向量，根據平面向量局部定理1:選擇這兩個電容的容量，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，通過內置ARM芯片的復合同步開關(I)調整的選擇兩個電容的容量，并將這兩個電容通過內置ARM芯片的智能編碼開關(2)恰當的接在不同的相線對零線之間，即可以抵消零線電流。
[0036]3) IGBT無功補償控制器(3)，其通過對電壓變化的監測，適時投切無功補償，對電壓形成有效補償，當集中電力負荷直接從電力線路受電時，典型接線和向量圖如圖4:
[0037]線路電壓降Λ U的簡化計算如式(1-1)。
[0038]沒有無功補償裝置時，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,因此安裝無功補償裝置Q。后，引起母線的穩態電壓升聞為:
[0044]Δ U= Δ U1 -Δ U2= QCX/U(1-3)
[0045]若補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—投入并聯電容器裝置的電壓升高值，kV ；
[0048]U—并聯電容器裝置未投入時的母線電壓，kV ；
[0049]Q。一并聯電容器裝置容量，MVAR ;
[0050]Sk—并聯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，而與負荷的有功功率，無功功率關系不大。因此越接近線路末端，系統短路容量Sk愈小的場合，安裝并聯電容器裝置的效果愈顯著。統計資料表明，用電電壓升高1%，可平均增產0.5% ;電網電壓升高1%，可使送變電設備容量增加1.5%,降低線投2% ;發電機電壓升聞1%，可挖掘電源輸出1%。
[0052]4)用于遠程抄報數據和組網通信模塊(4)，該部分為現有技術，其接收數據采集模塊的數據處理結果和原始傳感數據并通過網絡將信號送出到手持計算機對數據進行配對分析和異常/故障診斷，形成報告。
[0053]本實用新型的核心在于:通過ARM芯片智能調節相間電阻、電容、電感等元件實現相間有功和無功的智能轉移，對農網支線末端三相/單項電壓優化和三相不平衡調節，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，有效的解決農村配變臺區低壓線路中末端三相/單項電壓不合格和三相不平衡的問題，作為現有低電壓解決方案的有效補充。
[0054]安裝注意事項:傳統的三相不平衡調節裝置一般安裝于變壓器側，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:對于一些因線路太長而造成后端用戶不能正常用電的臺區，在用電高峰期時期，末端用戶電壓可能低至110?150V，此時已不能保證用戶基本用電需求，如照明、看電視、啟動抽水機和碾米機等。針對這種情況，可將本實用新型的安裝在高峰期電壓為140?160V的位置，經本實用新型的升壓后，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:對于農網改造后線路不是很長，但新增電器較多等原因，使線路負荷加大，造成末端用戶在用電高峰期電壓僅為160?190V，使用電質量偏差，電壓合格率降低。針對這種情況，可將本實用新型安裝在電壓低于合格電壓198V的地方，如180?198V之間的點進行安裝，經本實用新型的升壓后，可將電壓提升到230V，保證末端用戶的用電質量和提高電壓合格率。
[0057]以上所述的【具體實施方式】，是對本實用新型的目的、技術方案、應用范圍和有益效果作了進一步的詳細說明，僅為本實用新型的【具體實施方式】而已，并不用于限定本實用新型的保護范圍，凡在本實用新型的精神和原則之內，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。
【權利要求】
1.一種內置ARM芯片的農網支線末端電壓智能優化平衡裝置，其特征在于，安裝于支線末端，該裝置包括內置ARM芯片來同步調節電阻、電容和電感的復合同步開關(I)、內置ARM芯片的智能編碼開關(2)和IGBT無功補償控制器(3)； 所述內置ARM芯片來同步調節電阻、電容和電感的復合同步開關(I)與內置ARM芯片的智能編碼開關(2)并聯后與IGBT無功補償控制器(3)串聯，并形成回路； 所述內置ARM芯片來同步調節電阻、電容和電感的復合同步開關⑴通過內置ARM芯片調節在兩相間跨接的電阻阻值實現在兩相間轉移無功； 所述內置ARM芯片來同步調節電阻、電容和電感的復合同步開關⑴通過內置ARM芯片調節在兩相間跨接的電感或者電容實現在兩相間轉移有功功率； 所述內置ARM芯片的智能編碼開關(2)通過內置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零線之間，即可抵消零線電流； 所述IGBT無功補償控制器(3)通過對電壓變化的監測，適時投切無功補償，對電壓形成有效補償。
【文檔編號】H02J3/26GK204103491SQ201420396337
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年7月18日 優先權日:2014年4月14日
【發明者】單義峰 申請人:北京中聯電科技術有限公司