本發(fā)明涉及電力抄表領域，具體涉及一種解決無功補償設備引起電力載波抄表問題的設備。

背景技術：

2016年國務院辦公廳、發(fā)改委聯(lián)合提出到2020年全國農村地區(qū)基本實現(xiàn)穩(wěn)定可靠的供電服務全覆蓋，農村電網供電可靠率達到99.8％，農網改造計劃投資7000億元；國家能源局也指出“十三五”配網改造投資超過2萬億元。配網改造中安全、優(yōu)質和低耗的電力供應是主要考核指標，當前，低壓配電網正大批量通過在配電臺區(qū)安裝基于電力電子的無功補償或者三相不平衡自動調節(jié)等電能質量優(yōu)化裝置，來進行諧波補償、無功補償和三相不平衡補償，從而治理當?shù)嘏潆娕_區(qū)電網質量存在的問題，提高配網安全可靠性，并達到節(jié)能的效果。電能質量綜合優(yōu)化裝置(簡稱MEC，指包含了基于電力電子的無功補償、三相不平衡補償以及諧波補償功能)正是在這樣的背景下迎來產業(yè)發(fā)展契機。

目前，我國低壓配電網還存在較大數(shù)量的臺區(qū)采用載波通信實現(xiàn)電力終端抄表,結合當前國網節(jié)能改造項目在配電臺區(qū)變壓器低壓出線側安裝基于電力電子的MEC裝置。MEC裝置直接掛網安裝后，由于裝置開關頻率通常為10k-50kHZ范圍，其產生的整數(shù)倍開關頻率噪聲信號會通過電力線疊加到載波通信頻率段附近(電力窄帶載波通信頻率主要有120kHz、270kHZ、410kHZ等)，干擾載波通信，使得抄表成功率下降，影響供電公司的抄表和計量收費：(1)部分供電公司以每天的臺區(qū)抄表合格率考核員工，所以設備必須保證不影響臺區(qū)抄表成功率；(2)供電公司的用電收費和電能數(shù)據(jù)監(jiān)測是通過抄表后臺進行統(tǒng)計與分析的，直接影響經濟效益和用戶切身利益，務必追求電力載波抄表數(shù)據(jù)的實時可靠性。因此，解決MEC裝置運行會影響臺區(qū)載波抄表問題，實用性強，需求迫切；從技術上是應用新問題，方案選擇和驗證方式有一定難度，國內尚無成熟方案。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種解決無功補償設備引起電力載波抄表問題的設備，可以有效解決針對載波通信的配電臺區(qū)在安裝基于電力電子的無功補償或者三相不平衡自動調節(jié)等設備后會引起電力載波抄表成功率下降的問題。

本發(fā)明解決上述技術問題的技術方案如下：一種解決無功補償設備引起電力載波抄表問題的設備，在配電變壓器與用戶電能表之間的三相四線制的線路上分別連接有MEC裝置和載波抄表集中器,包括抄表阻波裝置，所述抄表阻波裝置與所述MEC裝置串聯(lián)，且所述MEC裝置通過所述抄表阻波裝置連接在所述載波抄表集中器與用戶電能表之間的三相四線制的線路上。

本發(fā)明的有益效果是：在本發(fā)明一種解決無功補償設備引起電力載波抄表問題的設備中，抄表阻波裝置與MEC裝置串聯(lián)，可抑制MEC裝置對外發(fā)出的影響載波抄表的高頻信號，從而可以提高抄表成功率，解決了MEC類裝置大批量應用時影響電力載波抄表問題，并給出產業(yè)化實施方案，有利于電力系統(tǒng)節(jié)能改造和配電網升級。

在上述技術方案的基礎上，本發(fā)明還可以做如下改進。

進一步，所述MEC裝置包括三相逆變模塊和濾波模塊，所述三相逆變模塊的輸入端和輸出端均連接在所述抄表阻波裝置的輸入端上，所述濾波模塊的輸入端連接在所述三相逆變模塊的輸出端與所述抄表阻波裝置的輸入端之間的公共端上，所述濾波模塊的輸出端連接在所述三相逆變模塊的輸入端與所述抄表阻波裝置的輸入端之間的公共端上，所述抄表阻波裝置的輸出端連接在配電變壓器與用戶電能表之間的三相四線制的線路上。進一步，所述三相逆變模塊設有兩個，兩個所述三相逆變模塊并聯(lián)連接。

采用上述進一步方案的有益效果是：兩個所述三相逆變模塊并聯(lián)連接，可以提高MEC裝置的功率密度和控制性能。

進一步，所述三相逆變模塊包括三相逆變單元、電容單元、電感單元和并網緩沖單元，

所述三相逆變單元包括關開管T1-T6，所述開關管T1的E極與所述開關管T2的C極相連，所述開關管T3的E極與所述開關管T4的C極相連，所述開關管T5的E極與所述開關管T6的C極相連，所述開關管T1的C極與所述開關管T3的C極，所述開關管T2的E極與所述開關管T4的E極相連，所述開關管T5的C極與所述開關管T3的C極，所述開關管T6的E極與所述開關管T4的E極相連，所述開關管T1-T6上分別對應配設有二極管D1-D6，所述二極管D1-D6的正極對應連接在所述開關管T1-T6的E極上，所述二極管D1-D6的負極對應連接在所述開關管T1-T6的C極上；

所述電容單元包括串聯(lián)的直流電解電容Cdc1-Cdc2，所述直流電解電容Cdc1的一端連接在所述開關管T5的C極上，所述直流電解電容Cdc1的另一端連接在所述直流電解電容Cdc2的一端上，所述直流電解電容Cdc2的另一端連接在所述開關管T6的E極上；

所述電感單元包括電感La、Lb和Lc，所述電感La的一端連接在開關管T1與開關管T2之間的公共端上，所述電感Lb的一端連接在開關管T3與開關管T4之間的公共端上，所述電感Lc的一端連接在開關管T5與開關管T6之間的公共端上，所述電感La、Lb和Lc的另一端連接在所述并網緩沖單元上；

所述并網緩沖單元包括緩沖電阻Ra、緩沖電阻Rc和三相輸出接觸器KM，所述三相輸出接觸器KM的一端對應連接在所述電感La、Lb和Lc上，所述三相輸出接觸器KM的另一端連接在所述抄表阻波裝置的輸入端上，所述緩沖電阻Ra的一端連接在所述電感La與三相輸出接觸器KM之間的公共端上，所述緩沖電阻Ra的另一端通過繼電器JDa連接在所述三相輸出接觸器KM與抄表阻波裝置之間的公共端上，所述緩沖電阻Rc的一端連接在所述電感Lc與三相輸出接觸器KM之間的公共端上，所述緩沖電阻Rc的另一端通過繼電器JDc連接在所述三相輸出接觸器KM與抄表阻波裝置之間的公共端上。

采用上述進一步方案的有益效果是：并網緩沖單元可以避免并網瞬間三相逆變單元直流側的直流電解電容短路特性而造成電流過大的問題。

進一步，所述抄表阻波裝置包括電感LA、LB、LC和LN，所述電感LA、LB和LC的一端對應的連接在所述三相輸出接觸器KM上，所述電感LA、LB和LC的另一端對應連接在配電變壓器與用戶電能表之間的三相四線制的三根火線上，所述電感LN的一端連接在所述直流電解電容Cdc1和直流電解電容Cdc2之間的公共端上，所述電感LN的另一端連接在配電變壓器與用戶電能表之間的三相四線制的零線上。

采用上述進一步方案的有益效果是：抄表阻波裝置根據(jù)串聯(lián)電感和對地寄生電容組成LC低通濾波器原理可衰減高頻干擾信號，同時限制電流過大；另外抄表阻波裝置相比于采用LC并聯(lián)等復雜方式進行阻波具有較低的成本，實際操作可行性高。

進一步，所述電感LA、LB、LC和LN的磁芯均為鐵硅磁心。

采用上述進一步方案的有益效果是：鐵硅磁心，選用高磁通NPF250060，其具有0～400攝氏度范圍良好的磁導率-溫度特性，磁通密度基本不變化，具有良好的磁導率-頻率特性、衰減小，損耗小、穩(wěn)定性高；此外，鐵硅磁心有很好的直流偏置特性。

進一步，所述濾波模塊包括依次串聯(lián)的三相電阻R3、三相電感L3和三相電容C3，且所述三相電阻R3的三個連接端對應連接在所述三相輸出接觸器KM與電感LA、LB和LC之間對應的公共端上，所述三相電容C3的三個連接端均連接在所述直流電解電容Cdc1和直流電解電容Cdc2之間的公共端上。進一步，所述MEC裝置還包括控制器，所述控制器用于通過弱電控制所述三相逆變模塊的工作。

采用上述進一步方案的有益效果是：控制器是通過弱電控制所述三相逆變模塊的工作的核心，可以保證系統(tǒng)的正常運行。

進一步，所述MEC裝置內還設有溫度調節(jié)器，所述溫度調節(jié)器與所述控制器電連接，其用于在所述控制器的控制下對所述MEC裝置進行降溫。

采用上述進一步方案的有益效果是：溫度調節(jié)器可以保證MEC裝置運行在最佳狀態(tài)，保證了系統(tǒng)的可靠性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種解決無功補償設備引起電力載波抄表問題的設備的結構框圖圖；

圖2為本發(fā)明一種解決無功補償設備引起電力載波抄表問題的設備中MEC裝置與抄表阻波裝置的具體連接框圖；

圖3為本發(fā)明一種解決無功補償設備引起電力載波抄表問題的設備的的電路原理圖；

圖4為現(xiàn)有技術中不采用抄表阻波裝置時MEC裝置產生的N線干擾噪聲圖；

圖5為本發(fā)明一種解決無功補償設備引起電力載波抄表問題的設備采用抄表阻波裝置時MEC裝置產生的N線干擾噪聲圖。

具體實施方式

以下結合附圖對本發(fā)明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。

如圖1所示，一種解決無功補償設備引起電力載波抄表問題的設備，在配電變壓器與用戶電能表之間的三相四線制的線路上分別連接有MEC裝置和載波抄表集中器,包括抄表阻波裝置，所述抄表阻波裝置與所述MEC裝置串聯(lián)，且所述MEC裝置通過所述抄表阻波裝置連接在所述載波抄表集中器與用戶電能表之間的三相四線制的線路上。低壓配電網的每個臺區(qū)是通過一臺配電變壓器輸出380V的三相交流電，且是A、B、C、N三相四線出線方式，輸出的交流電提供給用戶負載；為了統(tǒng)計每個用戶用電情況和電能質量數(shù)據(jù)，通過在臺區(qū)配電變壓器附近低壓側并聯(lián)安裝一個三相四線進線的載波抄表集中器，與安裝在這個臺區(qū)用戶末端的各個用戶電能表定時進行載波通信，完成用電量數(shù)據(jù)統(tǒng)計，接著由載波抄表集中器通過GPRS通信等方式將臺區(qū)用戶終端用電量數(shù)據(jù)上傳供電公司運維部門的管理后臺數(shù)據(jù)庫，用于電費繳存計算依據(jù)和供電管理維護的數(shù)據(jù)支持。這里，用戶電能表的取電與載波通信都取自于相線A、B、C中的一根相線和零線N，供電頻率是低頻50HZ左右，載波通信頻率是高頻，本發(fā)明的具體實施例中主要是270kHZ或421kHZ載波通信頻點；在靠近載波抄表集中器的低壓電線路上并聯(lián)接MEC裝置(基于電力電子的電能質量綜合優(yōu)化裝置)，MEC裝置用于補償負載的不平衡電流，使得配電變壓器出線側輸出電流呈現(xiàn)三相平衡效果，起到保護配電變壓器安全和系統(tǒng)節(jié)能的目的。當不具備綜合阻波功能時，由于MEC裝置是基于10kHZ～50kHZ開關頻率的電力電子裝置，在裝置運行時將產生開關頻率次整數(shù)倍的高頻干擾信號，疊加在電力線上，衰減甚至擾亂正常的載波通信信號，使得載波抄表集中器的電力載波抄表成功率下降，低于100％，因此，本發(fā)明還通過抄表阻波裝置隔離干擾，完成安全節(jié)能的同時，還具備系統(tǒng)可靠性。

在本具體實施例中，MEC裝置與抄表阻波裝置的具體結構和連接關系如下：

如圖2所示，所述MEC裝置包括三相逆變模塊和濾波模塊，所述三相逆變模塊的輸入端和輸出端均連接在所述抄表阻波裝置的輸入端上，所述濾波模塊的輸入端連接在所述三相逆變模塊的輸出端與所述抄表阻波裝置的輸入端之間的公共端上，所述濾波模塊的輸出端連接在所述三相逆變模塊的輸入端與所述抄表阻波裝置的輸入端之間的公共端上，所述抄表阻波裝置的輸出端連接在配電變壓器與用戶電能表之間的三相四線制的線路上。所述三相逆變模塊設有兩個，兩個所述三相逆變模塊并聯(lián)連接。本具體實施例中設有兩個三相逆變模塊，兩個三相逆變模塊的工作原理類似于田徑2*100米，可以提高MEC裝置的功率密度和控制性能。當然，在另外的具體實施例中，實際應用時也可只包含一個三相逆變模塊。三相逆變模塊是采用載波移相技術。

如圖3所示，所述三相逆變模塊包括三相逆變單元、電容單元、電感單元和并網緩沖單元，所述三相逆變單元包括關開管T1-T6，所述開關管T1的E極與所述開關管T2的C極相連，所述開關管T3的E極與所述開關管T4的C極相連，所述開關管T5的E極與所述開關管T6的C極相連，所述開關管T1的C極與所述開關管T3的C極，所述開關管T2的E極與所述開關管T4的E極相連，所述開關管T5的C極與所述開關管T3的C極，所述開關管T6的E極與所述開關管T4的E極相連，所述開關管T1-T6上分別對應配設有二極管D1-D6，所述二極管D1-D6的正極對應連接在所述開關管T1-T6的E極上，所述二極管D1-D6的負極對應連接在所述開關管T1-T6的C極上；所述電容單元包括串聯(lián)的直流電解電容Cdc1-Cdc2，所述直流電解電容Cdc1的一端連接在所述開關管T5的C極上，所述直流電解電容Cdc1的另一端連接在所述直流電解電容Cdc2的一端上，所述直流電解電容Cdc2的另一端連接在所述開關管T6的E極上；所述電感單元包括電感La、Lb和Lc，所述電感La的一端連接在開關管T1與開關管T2之間的公共端上，所述電感Lb的一端連接在開關管T3與開關管T4之間的公共端上，所述電感Lc的一端連接在開關管T5與開關管T6之間的公共端上，所述電感La、Lb和Lc的另一端連接在所述并網緩沖單元上；所述并網緩沖單元包括緩沖電阻Ra、緩沖電阻Rc和三相輸出接觸器KM，所述三相輸出接觸器KM的一端對應連接在所述電感La、Lb和Lc上，所述三相輸出接觸器KM的另一端連接在所述抄表阻波裝置的輸入端上，所述緩沖電阻Ra的一端連接在所述電感La與三相輸出接觸器KM之間的公共端上，所述緩沖電阻Ra的另一端通過繼電器JDa連接在所述三相輸出接觸器KM與抄表阻波裝置之間的公共端上，所述緩沖電阻Rc的一端連接在所述電感Lc與三相輸出接觸器KM之間的公共端上，所述緩沖電阻Rc的另一端通過繼電器JDc連接在所述三相輸出接觸器KM與抄表阻波裝置之間的公共端上。在本發(fā)明的系統(tǒng)中，主要通過電感單元實現(xiàn)電壓源逆變器控制并網電流，通過接觸器KM實現(xiàn)并網，通過電阻Ra、Rc、繼電器JDa和繼電器JDc實現(xiàn)并網的緩沖上電，避免并網瞬間直流電解電容短路而造成電流過大的問題。

如圖3所示，所述抄表阻波裝置包括電感LA、LB、LC和LN，所述電感LA、LB和LC的一端對應的連接在所述三相輸出接觸器KM上，所述電感LA、LB和LC的另一端對應連接在配電變壓器與用戶電能表之間的三相四線制的三根火線上，所述電感LN的一端連接在所述直流電解電容Cdc1和直流電解電容Cdc2之間的公共端上，所述電感LN的另一端連接在配電變壓器與用戶電能表之間的三相四線制的零線上。抄表阻波裝置通過串聯(lián)電感和對地寄生電容組成LC低通濾波器原理可衰減高頻干擾信號，同時限制電流過大。其中，抄表阻波裝置可以是由兩個三相四線電感串聯(lián)組成的一個集成裝置，也可以是由一個三相三線電感集成在MEC裝置內部和一個N線電感安裝在MEC裝置的外部組成的分體裝置。在抄表阻波裝置中，所述電感LA、LB、LC和LN的磁芯必須選擇為鐵硅磁心，具體選用高磁通NPF250060，其具有0～400攝氏度范圍良好的磁導率-溫度特性，磁通密度基本不變化；而且具有良好的磁導率-頻率特性，衰減極??；相比于傳統(tǒng)的鐵粉芯損耗更小更穩(wěn)定；而鐵氧體磁心也是衰減很厲害，不適用此場合；此外，鐵硅磁心有很好的直流偏置特性，本發(fā)明實例直流電阻控制在10毫歐以內；在抄表阻波裝置的電感參數(shù)中，相線電感量結合濾波要求控制在70uH～400uH之間，且電感值越大從抑制干擾上效果越好，但太大了會造成過流保護和損耗偏大，太小會造成抑制效果弱；且應主要以濾除差模干擾為主，且電感LA、LB、LC和LN采用各自磁心，不共用。

如圖3所示，所述濾波模塊包括依次串聯(lián)的三相電阻R3、三相電感L3和三相電容C3，且所述三相電阻R3的三個連接端對應連接在所述三相輸出接觸器KM與電感LA、LB和LC之間對應的公共端上，所述三相電容C3的三個連接端均連接在所述直流電解電容Cdc1和直流電解電容Cdc2之間的公共端上。

在本具體實施例中，所述MEC裝置還包括控制器，所述控制器用于通過弱電控制所述三相逆變模塊的工作。所述MEC裝置內還設有溫度調節(jié)器，所述溫度調節(jié)器與所述控制器電連接，其用于在所述控制器的控制下對所述MEC裝置進行降溫。溫度調節(jié)器包含風扇控制和溫度檢測兩個功能，當溫度過高，高于溫度調節(jié)器設定的溫度限值時，啟動風扇運轉，進行抽風，實現(xiàn)降溫，否則控制風扇不工作；通常溫度調節(jié)器內設置溫度限制在50攝氏度。

在本發(fā)明中，MEC裝置內的控制器是通過弱電控制強電中三相逆變單元工作的核心。溫度調節(jié)器通過485或者數(shù)字開關量與MEC模塊的控制器連接，由MEC模塊的控制器進行狀態(tài)監(jiān)測或數(shù)字控制。抄表阻波裝置與MEC裝置串聯(lián)，可抑制MEC裝置對外發(fā)出的影響載波抄表的高頻信號，從而實現(xiàn)提高抄表成功率的效果。

圖4為現(xiàn)有技術中不采用抄表阻波裝置時MEC裝置產生的N線干擾噪聲圖。如圖4所示，不采用抄表阻波裝置時，通過LISN(Line Impedance Stabilization Network的縮寫，即線路阻抗穩(wěn)定網絡，LISN是電力系統(tǒng)中電磁兼容測試中的一項重要輔助設備，它可以隔離電波干擾，提供穩(wěn)定的測試阻抗，并起到濾波的作用)串在電網電線上測試MEC裝置發(fā)出的干擾情況；其中①為載波抄表集中器抄表成功的限制值，通過實測，MEC裝置發(fā)出固定5A無功電流時，噪聲幅度超過①，且270kHZ頻率點N線上平均干擾幅度為92.5dBuV，420kHZ頻率點N線上平均干擾幅度為96.5dBuV，從波形上和幅度上均會嚴重影響抄表；實際采用一塊鼎信421kHZ載波抄表集中器與6塊電能抄表終端驗證，且一塊加74dB衰減器，結果全部抄表失敗。

圖5為本發(fā)明一種解決無功補償設備引起電力載波抄表問題的設備采用抄表阻波裝置時MEC裝置產生的N線干擾噪聲圖。如圖5所示，采用抄表阻波裝置時，通過LISN串在電網電線上測試MEC裝置發(fā)出的干擾情況；其中①為載波抄表集中器抄表成功的限制值。通過實測MEC裝置發(fā)出固定5A無功電流時，平均噪聲幅度在紅線安全線以下；且270kHZ頻率點N線上平均干擾幅度為32.45dBuV，420kHZ頻率點N線上平均干擾幅度為49.42dBuV，從波形上和幅度上均不會嚴重影響抄表；實際采用一塊鼎信421kHZ載波抄表集中器與6塊電能抄表終端驗證，且一塊加74dB衰減器，結果全部抄表成功，成功率100％；且通過在270kHZ載波抄表臺區(qū)現(xiàn)場和421kHZ載波抄表臺區(qū)現(xiàn)場驗證均實現(xiàn)抄表成功率100％。

在本發(fā)明中，影響載波抄表的根本原因是差模干擾，干擾通過火線和零線。結合電力載波抄表集中器原理和LISN測試波形，并實際驗證，單獨在零線串電感依然不能徹底解決MEC裝置引起的載波通信干擾問題，必須結合相線和零線同時濾除載波頻率干擾信號。

根據(jù)MEC裝置輸出信號頻率要求和寄生電容，選擇抄表阻波裝置中電感值的范圍。

根據(jù)LC低通濾波器截止頻率方程選擇參數(shù)：

實際實施中，可選取抄表阻波裝置中電感值L＝70uH～400uH。

在抄表阻波裝置的電感磁心材料的選擇，考慮應用場合、頻率、溫度和負載電流綜合選擇并通過實際驗證。

本發(fā)明是通過綜合分析載波干擾問題根源，以性價比高的方案解決MEC裝置引起的抄表問題，實際操作可行性高，通過溫控也保證了可靠性；也解決了MEC類裝置大批量應用時影響電力載波抄表問題，并給出產業(yè)化實施方案，有利于電力系統(tǒng)節(jié)能改造和配電網升級。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。