一种具有动态调压功能的电气智能开关柜的制作方法

1.本发明属于开关柜技术领域，特别涉及一种具有动态调压功能的电气智能开关柜。


背景技术：

2.电网频率作为电能质量的重要指标之一，反映了发电有功功率和负荷之间的平衡关系，是电力系统运行的重要控制参数。频率偏差的长期积累效应会影响用电设备的正常工作，所以保证电网频率的稳定是电力系统稳定运行的基础。
3.由于传统电网的运行方式调整裕度小，输变电设备重载和过载问题严重，对地区电网调度产生巨大压力。近些年，随着智能电网建设的推进以及需求响应、能效管理等技术的发展与应用，商业中央空调、普通居民电器等可调节的用户侧多元电压敏感型负荷快速增长并形成了新的可调度资源，这为地区电网调度运行带来了新的变化。需求响应与降压节能技术(conservation voltage reduction，cvr)是常见的负荷控制方式。需求响应通过电价或者激励的方式，引导用户自主地改变负荷功率，这在正常运行时十分有效。但在大停电期间，由于电力成为稀缺资源，可能会无用户响应。与需求响应不同，cvr作为一种非侵入式的负荷控制策略，可在保证电压合格的前提下，利用负荷电压特性，通过降低节点电压直接减少负荷功率。由于cvr只涉及到电网层面的操作，在大停电期间仍然有效。传统的cvr通过操作变压器分接头档位与电容器实现电压控制从而改变负荷功率，随着电力电子器件的快速发展，动态电压恢复器作为一种潜在的设备也可以参与cvr调节。
4.对10kv配电网来说，其作为连接110kv、220kv及以上高压供电侧和380v、220v低压用电侧的重要枢纽和通道，在电力系统保证供电可靠性中具有举足轻重的作用。10kv开关柜作为一种金属封闭式的开关电力设备，在配电网中扮演着重要角色。高压金属封闭开关设备集负荷开关、隔离开关、互感器、电容器、避雷器、断路器、接触器、熔断器、母线以及相应的二次设备如控制、连锁、保护、监测、通信装置等于一个长方柜形的金属外壳内，变为一种组合式电器，这样不仅减少了这些电力设备占地面积和所占的空间，还相应地提高了变电站的效率，设备在运行情况下也会有更多的安全保障，极大程度上提高了经济效益。
5.因此，如何通过开关柜来实现不影响用户体验的前提下，将区域用户侧的负荷纳入可调度资源，提高电力系统运行经济性和稳定性，本领域技术人员亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

6.针对背景技术存在的问题，本发明提供一种可以动态调节馈线电压进而调节区域负荷功率的电气智能开关柜。
7.为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种具有动态调压功能的电气智能开关柜，开关柜包括手车式断路器、电流互感器、接地刀闸、带电显示装置、避雷器和零序电流互感器；开关柜的出线端串联一个调频模块，调频模块与一旁路机构并联；调频模块包括单输入多输出变压器、功率模块和lc滤波电路；功率模块包括多个功率单元级联，单输
入多输出变压器将电网电压变换为多路输出的三相电压，每一路输出电压接至一个功率单元的输入端；每个功率单元包括三相整流电路、单相逆变电路和直流电容，三相整流电路与直流电容并联，直流电容输出端与单相逆变电路并联；lc滤波电路包括一个电感和一个电容串联。
8.在上述具有动态调压功能的电气智能开关柜中，三相整流电路为以三相绕组通过连接六个igbt管组成的三相pwm整流电路，单相逆变电路为第一半桥igbt模块和第二半桥igbt模块组成的单相全桥pwm逆变电路；igbt模块由一igbt管和一续流二极管并联组成。
9.与现有技术相比，本发明的有益效果：将调频模块集成在开关柜中，使得开关柜通过调节馈线电压改变区域负荷吸收的有用功率大小，平衡发电侧与用电侧的功率，达到稳定系统频率的目的。功率单元内部采用常规igbt管构成pwm整流电路和pmw逆变电路，可以实现馈线电压的双向调节，当需要升高馈线电压时，功率单元可以从电网吸收能量，对馈线电压进行补偿；当需要降低馈线电压时，功率单元可以从馈线上吸收电压，由装置回馈到电网。功率单元的模块化使得设备便于维护，不同数量的功率单元输出端级联可以满足多种电压等级下的正常运行，使得开关柜的适用性更加广泛。
附图说明
10.图1为本发明一个实施例智能调频开关柜的接线示意图。
11.图2为本发明一个实施例智能调频开关柜中的功率单元的原理示意图。
12.图3为本发明一个实施例智能调频开关柜中的功率模块的原理示意图。
具体实施方式
13.下面将结合本发明实施例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作出创造性劳动的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。
14.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
15.下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
16.本实施例将调频模块集成在开关柜中，使得开关柜通过调节馈线电压改变区域负荷吸收的有用功率大小，平衡发电侧与用电侧的功率，达到稳定系统频率的目的。
17.本实施例是通过以下技术方案来实现的，一种具有动态调压功能的电气智能开关柜，在传统的开关柜的出线端串联一个调频模块，该调频模块与一旁路机构并联。开关柜包括手车式断路器，电流互感器，接地刀闸，带电显示装置，避雷器，零序电流互感器和调频模块。
18.并且，调频模块包括单输入多输出变压器，功率模块，lc滤波电路。单输入多输出变压器将电网电压变换为多路输出的三相电压，每一路输出电压接至一个功率单元的输入端。功率模块由多个功率单元级联组成，每个功率单元是由一交流-直流转换电路通过并联一个直流电容连接到另一直流-交流转换电路构成，lc滤波电路由一个电感和一个电容串联组成。
19.而且，功率单元包括以三相绕组通过连接六个igbt管组成的三相pwm整流电路，三相pwm整流电路并联一直流电容，直流电容的输出端并联一由一半桥igbt模块和一半桥igbt模块组成的单相全桥pwm逆变电路。三相pwm整流电路的六个igbt管以隔离变压器供电为输入信号向直流电容充电，直流电容的输出接单相pwm逆变电路，单相pwm逆变电路的输出端接至旁路机构两端。三相pwm整流电路和直流电容组成功率单元的储能装置。
20.功率单元内部采用常规igbt管构成pwm整流电路和pmw逆变电路，可以实现馈线电压的双向调节，当需要升高馈线电压时，功率单元可以从电网吸收能量，对馈线电压进行补偿；当需要降低馈线电压时，功率单元可以从馈线上吸收电压，由装置回馈到电网。
21.具体实施时，如图1所示，包括与10kv母线直接连接的手车式断路器，电流互感器进行测量和监视进线电路中的电流，将电路中的大电流按一定比例转换成小电流，供测量仪表和保护装置使用。接地刀闸和避雷器均为保护装置。带电显示装置为传感器信号装置，用来显示母线三相电压。零序电流互感器，用来采集三相电流是否平衡。调频模块与一旁路机构并联，当旁路机构闭合时，调频模块不参与运行，当旁路机构断开时，调频模块投入运行，利用单输入多输出变压器将母线电压变换为多个低于母线电压输出的三相电压，每一路输出电压接至一组功率单元的接入端。
22.如图2所示，功率单元包括以三相绕组a，b，c通过六个igbt模块组成三相pwm整流电路，igbt模块由一igbt管和一续流二极管并联组成，三相整流电路的输出端与一直流电容并联，共同组成储能装置。直流电容的输出端并联一由第一半桥igbt模块和第二半桥igbt模块组成的单相全桥pwm逆变电路。电路接通后，由检测电路板，运算电路板以及pwm信号发生电路板组成的控制系统控制pwm三相整流电路的六个igbt管给直流电容充电，保证直流电容电压的稳定。直流电容的输出端与单相pwm逆变电路连接，当需要升高馈线电压时，控制系统控制单相pwm逆变电路的四个igbt管产生逆变输出；当需要降低馈线电压时，控制系统控制四个igbt管吸收电压，通过pwm整流电路的六个igbt管将能量回馈电网。
23.功率单元的模块化使得设备便于维护，不同数量的功率单元输出端级联可以满足多种电压等级下的正常运行，使得开关柜的适用性更加广泛。如图3所示，以三个功率并联为例，每个功率模块各包括两个功率单元，每个功率模块的两个功率单元串联后输出，各功率模块均包括以单输入多输出变压器为输入信号，输入信号均与各功率模块的输入端连接，将两个功率单元的输出端串联后输出形成单相电，三个功率模块输出三相电与馈线电压串联达到调节馈线电压的目的。
24.该调频开关柜的工作模式主要有：旁路模式，调节模式。当与调频模块并联的旁路机构闭合时，调频模块不参与运行，此时可以对调频模块进行定期维护和检修，而不会影响正常供电。当旁路机构断开时，调频模块能根据监测到的系统频率调节馈线电压来改变负荷吸收的有功功率大小，达到频率稳定。
25.以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。