一种配电变压器无功补偿装置

摘要

本发明提供了一种配电变压器无功补偿装置，包括单片机控制模块、显示模块和电量釆集模块，单片机控制模块包含计算分析模块和补偿控制单元，单片机由晶振电路，电源电路，通信电路和显示接口构成。电量采集模块对采集到的电参量信号处理，将采集的变压器低压侧电参量数字信号送入由单片机控制模块。通过单片机控制模块的计算分析模块，得出配电变压器各相所需无功补偿量。最后，由补偿控制单元通过无功电容柜对配电变压器进行无功补偿，显示模块将该变压器所需无功补偿量进行实时显示。该无功补偿装置能减少一般无功补偿装置过补或欠补情况，可极大的提高设备的利用率，降低电能损耗，实现了很高的应用价值和经济效益。

说明书

技术领域

本发明涉及供电技术领域，更具体的说，涉及一种配电变压器无功补偿装置。

背景技术

当前，在我国低压配电网的无功功率补偿中，广泛采用静止无功补偿装置该装置的工作原理是：通过在电网中配置适量能够产生容性及感性无功的电容器或者电抗器实现无功补偿，提高功率因数。一般情况下在配电变压器负荷侧安装无功补偿装置，因为大多数无功功率是由用户产生，在负荷侧配置无功补偿设备，更加直接有效的提高系统功率因数以及降低配电变压器的有功损耗当前，国内的无功补偿装置主要参考《国家电网公司电力系统无功补偿配置技术原则》配置容量，配电变压器的无功补偿设备容量配置有以下两种方式：(1)根据20％-40％的变压器容量配置；(2)根据配电变压器按最大负载75％，变压器为最大负荷运行时，高压侧功率因数应达到大于0.95，负荷自然功率因数取0.85。但是经过调查研究可知，实际工作中许多电容器在系统负载低的时候并没有在运行状态，从而引起无功补偿装置效率低下。这是因为没有理想的无功补偿分析计算标准，无法对无功补偿装置提供可靠、准确的补偿量。所以在实际的配电网中普遍存在这下面两种现象：(1)配电变压器并未安装无功补偿装置；(2)无功补偿装置没有在起到理想的作用，过补或欠补，在一定程度上造成了资源的浪费。

综上所述，对实际配电网中变压器无功补偿状况进行深层次的挖掘，根据配电变压器负荷情况，研制一套有效无功补偿装置，彻底改善配电变压器电能质量就显得很有必要。将无功补偿装置在实际配电变压器中试运行，根据运行参数，进而提出更加合理有效的配置方案。

发明内容

本发明旨在于解决现有配电变压器没有一种有效的无功补偿装置的技术问题。

本发明一种配电变压器无功补偿装置的目的与功效，由以下具体技术手段所达成：

一种配电变压器无功补偿装置，包括单片机控制模块、显示模块和电量釆集模块以及软件系统，其特征在于：所述单片机控制模块包含计算分析模块和补偿控制单元，所述单片机由晶振电路，电源电路，通信电路和显示接口构成。所述电量采集模块对采集到的电参量信号处理，将采集的变压器低压侧电参量数字信号送入由单片机控制模块。通过单片机控制模块的计算分析模块，得出配电变压器各相所需无功补偿量。最后，由补偿控制单元通过无功电容柜对配电变压器进行无功补偿，显示模块将该变压器所需无功补偿量进行实时显示；

所述软件系统包括基本电量信号采集程序、数据提取与控制程序、无功补偿量算法程序以及无功补偿量显示程序。

优选的，所述电量采集模块通过串口通信，将采集的数据发送给单片机控制模块，所使用的通信协议是Modbus。

优选的，所述显示模块采用OLED12864G显示模块，用来各相电量数据，OLED12864G显示模块图像点阵：480×RGB×800行；视域尺寸：46.08*76.8mm。

优选的，所述单片机控制模块中的核心单片机采用ATmega32A型芯片。

优选的，所述晶振电路选择震荡模式为XT模式的晶振电路，晶振电路的晶振大小为11.0592M，所述电源电路采用WRB2415CS-3W元件实现24V输入，5V输出，所述通信电路输出模式为RS-485。

优选的，所述基本电量信号采集程序使用CE-A系列模块对配电变压器电参量进行釆集，输出是十六进制形式，每100ms刷新一次，可以采集的数据为：变压器的功率因数、每相电流(电流的范围是：0～5A)及每相电压(电压的范围是：0～250V)。

优选的，所述数据提取与控制程序的流程是一个闭环流程：请求→判断→应答，具体规则为：①首先是数据初始化，单片机传送请求的指令至电量采集模块，此通信是使用USART串口实现的；②电量采集模块接收到单片机发出的指令，这时候首先要进行判断，判断指令是否正确：③若正确，这时就要将采集到的电参量传送回至单片机，进行无功计算控制投切。

有益效果：

本无功补偿装置能够有效改善电能质量，提高运行稳定性和安全性，对配网电能质量提高和节能减损有重要意义。并且为配电电力现场工作有效准确并合理的配置无功补偿装置提供了参考，减少无功补偿装置过补或欠补情况，可极大的提髙设备的利用率，降低电能损耗，实现了很高的应用价值和经济效益。

附图说明

图1为本发明的原理框图；

图2为本发明的无功补偿装置功能设计图；

图3为本发明的单片机晶振电路图；

图4为本发明的单片机电源电路原理图；

图5为本发明的单片机通信电路图；

图6为本发明的单片机控制程序系统流程图；

图7为本发明的基本电量信号采集程序输出数据格式图；

图8为本发明的数据提取程序框图；

图9为本发明的实施例补偿前负载参数图；

图10为本发明的实施例无功补偿装置投切无功量图；

图11为本发明的实施例理论计算的无功补偿量图；

图12为本发明的实施例补偿前后的功率因数图；

图13为本发明的实施例补偿前后的功率因数对比图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种技术方案：一种配电变压器无功补偿装置，具体包括以下实施例。

实施例

首先断开配变电压器高低压侧开关，防止安装补偿装置触电，将本发明的无功补偿装置接入系统，接线前，应验明变压器高低压侧确无电压，安装接地线。全部安装完成后，对装置送电，通过调节负载柜中各相负荷参数，分别记录负载的参数和补偿装置投切的无功量。请参阅图9，图中数据为负载参数，数据中，感性功率为负值，容性功率为正值。由图9可以看出，补偿前负载参数中由较大的无功功率需求，功率因数较低，无法满足电网电能质量要求。为了验证无功补偿装置能够正确计算分析系统所需无功量，能够正确控制无功投切，増加补偿装置投切数据与理论计算数据对比分析。理论计算的无功补偿量如图11所示，对比图10和图11中数据，系统测试结果与理论计算结果除第一组数据略有差异，其余显示结果基本相同，分析其存在的原因：控制模块对负荷电参量分析计算时，丢精度造成的计算误差，进一步导致无功量投切误差；其他可能由于采集模块数模转换、或者数据传输时的不准确或受外界干扰造成。但由于该装置显示精度为lvar，本发明设计的补偿装置最小调节单位也为1kvar，因此测试结果个位上差异在实际工程中可以忽略不计。

由此可得，本发明中的配电变压器无功补偿装置能够按照预想设计要求，进行配电变压器电参量釆集，进行分析计算无功投切，能够达到预期效果，为系统提供所需无功，提高功率因数，改善电能质量。

然后按照无功补偿装置调节的无功补偿量进行控制补偿，无功控制单位为1kvar，配电变压器功率因数数据在补偿前后对比如图12所示，然后根据图2制作出图13，请参阅图13，由图13对比可得，补偿前后，功率因数由补偿前最低0.839，通过无功补偿，功率因数接近于1，在补偿之前功率因数097的情况，补偿后，功率因数更趋近于1，由此可知，通过加装本发明设计的无功补偿装置，配电变压器的功率因数有明显的提高，电能质量得到了明显改善，对于维持电网稳定有着明显的作用。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。