[发明专利]低压配网电能质量综合治理装置

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统电力电子技术领域，具体涉及低压配电网中具有零序滤波、无功补偿、低压防雷功能的低压配网电能质量综合治理装置。

技术背景

在低压配电网系统中，三相四线制供电方式是最主要的供电方式。随着城市化的快速发展，出现了大量的大型商厦和写字楼，在这些建筑中存在着大量的个人计算机等办公自动化设备、变频空调等家用电器、照明电源及不间断电源等。这些设备都会在电网中产生大量的零序谐波电流，即使它们的单台功率较小，但因其总数庞大，所带来的谐波污染是极其严重的。零序谐波电流，特别是三次谐波电流在中线上会相互叠加，使得中线电流中的谐波状况异常严重。电力系统谐波一方面使得中性线中的电流大大超过了它的设计值，造成中线故障；另一方面还会使得公用配电变压器噪声和有功损耗增加，加速绝缘老化，使故障隐患增大。电力系统谐波同时还会影响电网的电压质量，谐波电流流过系统阻抗时会产生谐波电压降，从而使电压波形发生畸变，进而影响其它用户的电力设备，并且谐波电流与各次谐波电压还会形成谐波有功和谐波无功，占用电力线路和电力设备的容量，降低供电系统的功率因素，同时随着电力电子技术发展和电力电子产品推广应用，配电网系统中不断出现大量谐波，对系统造成的危害逐年增加。 

在配电网线路中安装无功补偿电容器是补偿无功功率的重要手段，其中用接触器投切电力电容器，去补偿用户无功功率，得到了普及。但是由于接触器投切电力电容器时，由于合闸涌流和关断过电压的存在，现在已经不合适宜了；并且在配电网线路中，由于谐波的存在，当谐波作用于电力电容器时，一方面，将造成电力电容器的谐波过电流、过电压和过负荷，引发电力电容器局部放电强度增大、绝缘老化、温度升高而过热，缩短电力电容器寿命和极板的机械谐波，导致电力电容器损坏；另一方面，电力电容器在谐波的作用下，将造成谐波谐振和谐波放大，给电网和电力电容器造成危害，进而降低了电力电子设备的使用寿命，严重时将毁坏整个电力电子设备。因此，在补偿电网无功功率的同时，抑制电网谐波也是无功补偿装置必需实现的一个重要功能。

另外，随着极端气候的频繁出现，雷电活动频繁，以及用户操作过电压等，低压配电网的二次防雷任务也相当重要。伴随雷电所产生的雷电电磁脉冲以及开关动作或接地短路等故障造成的过电压、过电流对电子设备将产生严重的危害。这也说明，单靠传统的避雷针、避雷带等外部避雷设施已不足以防护雷电、操作过电压对电子设备的冲击。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种集成零序滤波、无功补偿、低压防雷三大功能为一体，将注入低压配网系统侧的零序谐波电流最大限度减小，并能够针对配电网无功变化的跟踪快速响应，实现实时动态无功补偿，同时通过结合二次防雷技术提高低压配电网中的各类装置可靠性，优化配电网的电能质量的低压配网电能质量综合治理装置。

为了实现上述目的，本发明提供的低压配网电能质量综合治理装置，包括零序滤波电抗器，通过连接变压器接入配电网，用于对配电网中产生的零序电流进行滤波；无功补偿模块，通过连接变压器接入配电网，用于对配电网中的无功功率进行补偿；以及，分别连接在变压器与大地之间、所述零序滤波电抗器与大地之间、所述无功补偿模块与大地之间的低压防雷模块，用于将雷电流泄入大地，保护配电网中设备不受雷电冲击。

进一步地，所述零序滤波电抗器包括三根平行设置的铁心柱，所述三根铁心柱在空间中呈品字形布置，三根铁心柱的中心点连线在同一平面上并且为等边三角形，每根铁心柱上设有两组匝数相同的绕组，三根铁心中柱每根铁心柱上的两组绕组顺次反极性连接。

进一步地，所述无功补偿模块包括用于采集配电网无功电流数据的电流互感器，以及控制器、二极管、可控硅和电容器组，所述电流互感器的一次侧与配电网输电线路连接，所述电流互感器的二次侧与控制器，所述控制器与可控硅的触发端连接，所述可控硅与二极管反向并联，所述电容器组与所述二极管的阴极连接。

再进一步地，所述控制器包括测量单元、同步触发单元和推动单元，所述测量单元的输入端与电流互感器的二次侧连接，所述测量单元的输出端与同步触发单元的输入端连接，所述同步触发单元的输出端与推动单元的输入端连接，所述推动单元的输出端与可控硅的触发端连接。

更进一步地，所述测量单元包括与所述电流互感器的二次侧连接输出端连接的运算放大器、与运算放大器输出端连接的编码器，所述编码器的输出端连接同步触发单元，所述推动单元包括与同步触发单元输出端相连接的光耦合器、与光耦合器输出端相连接的脉冲变压器，所述脉冲变压器的输出端与可控硅的触发端连接。