专利名称：低压电容补偿系统及控制方法
技术领域：
本发明涉及电力系统的无功补偿领域，尤其是涉及一种能够实现电容量的准确补偿、电容使用寿命高并具有远程报警功能的低压电容补偿系统及控制方法。
背景技术：
低压电容无功功率补偿柜已广泛应用在工业电力系统中，可以适用于电机、变压器、电焊机等的生产设备线路。通常的电容补偿方式存在的如下缺点
现有的低压电容无功功率补偿柜通常采用三相电容同时投切补偿，具有投切的补偿电容量与电容缺额之间差距较大，补偿效果差的缺点；无远程告警功能，控制室内的监控人员无法及时发现低压电容无功功率补偿柜的异常故障，无法第一时间对故障进行干预。并且具有一部分电容经常被投切，另外的电容经常处于切除状态；从而造成经常投切的电容积累热量不易散失，影响其使用寿命，并进一步导致低压电容无功功率补偿系统经常出现故障的缺点。中国专利授权公开号CN101510692A，
公开日2009年8月19日，公开了一种无功功率补偿控制器和投切电容的方法，该方法包括检测并记录与自身相连的S路电容；根据检测结果，确定分补路数N、共补路数M以及用于分补的N路中的每一路电容、用于共补的M路中的每一路电容；根据分补路数、共补路数以及用于分补的N路中的每一路电容、用于共补的M路中的每一路电容，统计多种可用于投切的电容容量之和及其对应的各种电容器组合方式，并存储统计结果；检测无功缺额，当需要投切电容时，根据存储的统计结果和需要投切的电容容量，进行投切；其中，S=N+M，N彡1,M彡0，或者N彡0，M彡I。该控制器包括检测记录模块、确定模块、统计存储模块、投切模块。该发明没有对电容的轮换投切进行控制，具有电容使用寿命低的缺点。中国专利授权公开号CN102738806A，
公开日2012年10月17日，公开了一种基于无线数传组网的智能电容投切设备，该装置包括通信接口，所述通信接口包括无线射频通信单元和GPRS无线通信单元，所述无线射频通信单元与CPU主控系统相连，所述GPRS无线通信单元的信号输入端与CPU主控系统的信号输出端相连。该发明提供了电容投切的无线数据传输系统，缺点为价格昂贵。
发明内容
本发明是为了克服现有技术中的电容补偿不够准确、电容容易损坏、没有远程报警功能的不足，提供了能够实现电容量的准确补偿、电容使用寿命高并具有远程报警功能的低压电容补偿系统及控制方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方式
一种低压电容补偿系统，包括功率补偿控制器、功率因数表、若干个电容器、交流接触器和继电器；电容器与继电器、交流接触器依次电连接；功率补偿控制器与各个交流接触器分别电连接；功率因数表与功率补偿控制器电连接。
功率因数表用于测量电路中的功率因数，功率补偿控制器根据功率因数及需要补偿的电容量对交流接触器进行闭合及断开的操作，熔断器及继电器对系统提供过流、超压、欠压、缺相、漏电和短路等保护。作为优选，所述功率补偿控制器内设有第一寄存器、第二寄存器、第三寄存器和第四寄存器；还设有检测模块、计算模块、计时模块和投切模块，各模块依次连接。作为优选，还包括手动/自动转换开关，手动/自动转换开关与各个交流接触器电连接。作为优选，所述继电器通过通信电缆与设于控制室内的计算机电连接；所述计算机与报警灯及音箱电连接。 作为优选，各电容器的电容容量分为若干·个等级。作为优选，继电器为电子式热继电器，用于提供过流保护、堵转保护、三相不平衡保护、缺相保护、漏电保护、短路保护和超压、欠压保护。电子式热继电器具有测量参数直观、反应灵敏、动作及时可靠并可提供远程监控的功能的优点。电子式热继电器与普通热继电器相比热继电器起到保护线路的作用，当线路中用电的负荷突然增大并且负载的变换很不稳定的情况下，会出现过载电流，此时热继电器动作起到保护电容器的功能。一旦热继电器故障动作后，此回路的补偿功能失效。控制室内的计算机通过检测发现故障，监控人员第一时间发现故障并及时解决故障，提高用户用电安全，也提高了电容的使用寿命。一种低压电容补偿系统的控制方法，包括如下步骤
(1)N路电容器分别对应“投切”和“切除”两种状态，各个电容器的状态分别存储在第一寄存器内，控制器的检测模块每隔一定时间间隔查询第一寄存器内的各个电容器对应的状态；
(2)如果N路电容器的状态均为“投切”并且功率因数低于标准范围的下限值，则控制室内的计算机通过音箱及报警灯发出声、光信号，提示系统提供的电容容量不足，需要人工干预，维护人员将手动/自动转换开关达到手动档位进行，并进行人工维修及更换电容器的操作；
(3)当功率因数低于标准范围的下限值并且处于“切除”状态的电容器路数彡N/ 3路时；计算模块在处于“切除”状态的M路电容器中任选I至S路电容器，S < M < N，计算每种选择所得到的电容容量和L ;并使L与电容器组合方式相关联；计算结果按照L的大小顺序在第二寄存器内排列存储；
计算模块根据电压、电流计算出无功功率和应该投入的电容缺额I，当I > N路中的最
小电容器的电容容量时，选择最接近I的 Isgfcf所对应的电容器组合方式中的一种作为投切的电容器组合；
(4)当功率因数低于标准范围的下限值并且处于“切除”状态的电容器路数<N / 3路时；计算模块在N路电容器中任选I至S路电容器，S < M < N，计算每种选择所得到的电容容量和J ;并使J与电容器组合方式相关联；统计结果按照J的大小顺序在第三寄存器内排列存储；
计算模块根据电压、电流计算出无功功率和应该投入的电容缺额I，将I与已经投切的电容量相加，得到总电容缺额H，选择最接近H的J纖所对应的电容器组合方式中的一种
作为投切的电容器组合；
(5)投切模块根据选定的电容器组合方式控制各个交流接触器闭合，从而使选定的各路电容器的电容投切入电路中；
(6)计时模块从每个电容器投切开始时，对每个电容器的投切时间进行计时；计算模块计算各个电容器的累计投切时间，累计投切时间存储于第四寄存器内；
(7)当功率因数低于标准范围的下限值时，结合第四寄存器存储的累计投切时间长度，
重复(3)至(4)的操作过程，并选择所对应的电容器组合方式中的一种作为投切的
电容器组合；或者选择及Si所对应的电容器组合方式中的一种作为投切的电容器组合；进行投切电容器组合方式的选择。作为优选，当电压、电流出现异常或缺相时，报警灯及音箱分别发出光、声报警信号。本发明采用功率因数法与无功功率相结合的控制方法对电容投切进行控制，兼具二者的优点；根据功率因数的标准范围选择进行投切的时机，根据电压、电流值计算出无功功率和应该投入的电容缺额，将电容缺额与已经投切的电容量相加，得到总电容缺额H ;并进一步确定投切的电容器组合方式，电容器组合方式不断进行更新，并且保证不同的电容可以轮换投切，从而确保电容器不易损坏，整个系统的稳定性好。作为优选，当电压、电流出现异常或缺相时，报警灯及音箱分别发出光、声报警信号。因此，本发明具有如下有益效果(1)提高电容补偿的准确性，节省电能；(2)通过电子式热继电器更全面的保护电容器；(3)能够及时进行故障报警以便及时确认处理，减少应故障带来的损失。
图1是本发明的一种原理框 图2是本发明的实施例的一种流程图。图中功率补偿控制器1、功率因数表2、电容器3、交流接触器4、继电器5、第一寄存器6、第二寄存器7、第三寄存器8、第四寄存器9、检测模块10、计算模块11、计时模块12、投切模块13、手动/自动转换开关14、通信电缆15、计算机16、报警灯17、音箱18。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明做进一步的描述。如图1所示的实施例是一种低压电容补偿系统，包括功率补偿控制器1、功率因数表2、10个电容器3、10个交流接触器4和10个继电器5 ；电容器与继电器、交流接触器依次电连接；功率补偿控制器与各个交流接触器分别电连接；功率因数表与功率补偿控制器电连接。功率补偿控制器内设有第一寄存器6、第二寄存器7、第三寄存器8和第四寄存器9 ;还设有检测模块10、计算模块11、计时模块12和投切模块13。还包括手动/自动转换开关14，手动/自动转换开关与各个交流接触器电连接。继电器通过通信电缆15与设于控制室内的计算机16电连接；计算机与报警灯17及音箱18电连接。继电器为电子式热继电器，用于提供过流保护、堵转保护、三相不平衡保护、缺相保护、漏电保护、短路保护和超压、欠压保护。各电容器的电容容量分为4个等级。分别为第I路5 kvar、第2路5 kvar、第3路 20 kvar、第 4 路 20 kvar、第 5 路 30 kvar、第 6 路 30 kvar、第 I 路 35 kvar、第 8 路 35kvar、第 9 路 45 kvar、第 10 路 45 kvar。继电器为电子式热继电器，用于提供过流保护、堵转保护、三相不平衡保护、缺相保护、漏电保护、短路保护和超压、欠压保护。功率因数的标准范围设定为0. 9至0. 99，N=10。如图2所示，一种低压电容补偿系统的控制方法，包括如下步骤
步骤100 :10路电容器分别对应“投切”和“切除”两种状态，各个电容器的状态分别存储在第一寄存器内，控制器的检测模块每隔5秒查询第一寄存器内的各个电容器对应的状态；
步骤200 :如果10路电容器的状态均为“投切”并且功率因数低于0.9时，则控制室内的计算机通过音箱及报警灯发出声、光信号，提示系统提供的电容容量不足，需要人工干预，维护人员将手动/自动转换开关达到手动档位进行，并进行人工维修及更换电容器的操作；
步骤300:当功率因数为0.85，处于“切除”状态的电容器路数为7路>10 / 3路；步骤350 :计算模块在处于“切除”状态的7路电容器中任选I至3路电容器，计算每种选择所得到的电容容量和L ;并使L与电容器组合方式相关联；计算结果按照L的大小顺序在第二寄存器内排列存储；
步骤380 :应该投入的电容缺额I为20 kvar,已经投切的电容器为第8、第9和第10路；需要补偿的总电容容量为156kvar，已经补偿了 125 kvar，在剩下的7路电容器中采用7路中取I至7路的排列组合方式，计算模块计算各种组合方式的电容量之和，取其中最接近31kvar的组合方式为第5路或第6路电容器。则选择第5路或第6路的电容器。步骤500 :投切模块根据选定的电容器组合方式控制各个交流接触器闭合，从而使选定的各路电容器的电容投切入电路中；
步骤600 :计时模块从每个电容器投切开始时，对每个电容器的投切时间进行计时；并将各个电容器的累计投切时间长度存储于第四寄存器内；第四寄存器的各电容器累计投切时间数据每一个月清零一次，然后重新进行累计计算。步骤700 :检测模块读取第四寄存器内存储的第5路和第6路电容器的累计投切时间长度，第5路的累计投切时间长度为30小时，第6路的累计投切时间长度为20小时，则选择第6路作为投切电容器；投切模块将第6路电容器进行投切。步骤400 :当功率因数低于标准范围的下限值并且处于“切除”状态的电容器路数为3路< 10 / 3路时；计算模块在10路电容器中任选I至10路电容器，计算每种选择所得到的电容容量和J ;并使J与电容器组合方式相关联；统计结果按照J的大小顺序在第三寄存器内排列存储；
步骤450 :计算模块根据电压、电流计算出无功功率和应该投入的电容缺额I，将I与已经投切的电容量相加，得到总电容缺额H，
当应该投入的电容缺额I为23 kvar,已经投切的电容为第1、第2、第3路、第4路、第5路、第6路、第7路；计算模块将23与第1、第2、第3路、第4路、第5路、第6路、第7路的电容值相加，得到需要补偿的总电容容量为168kvar，已经补偿了 145 kvar，则在10路电容器中采用10路中取I至10路的排列组合方式，计算各种组合方式的电容量之和，一共有1022种组合方式，取其中最接近168 kvar的组合方式为7路、8路、9路、10路、2路；或者7路、8路、9路、10路、I路；选择其中一种组合方式。步骤710 :检测模块读取第四寄存器内存储的第7路、8路、9路、10路、2路以及第7路、8路、9路、10路、I路电容器的累计投切时间长度，计算模块计算第7路、8路、9路、10路、2路的电容器的平均累计投切时间长度；计算模块计算第7路、8路、9路、10路、I路的平均累计投切时间长度；第7路、8路、9路、10路、2路的电容器组合方式的平均累计投切时间长度为30小时，第7路、8路、9路、10路、I路的平均累计投切时间长度为20小时，则选择第7路、8路、9路、10路、I路作为投切电容器组合方式；投切模块将第7路、8路、9路、10路、I路电容器进行投切。当电压、电流出现异常或缺相时，报警灯及音箱分别发出光、声报警信号。应理解，本实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
权利要求
1.一种低压电容补偿系统，其特征是，包括功率补偿控制器(I)、功率因数表(2)、若干个电容器(3)、交流接触器(4)和继电器(5);电容器与继电器、交流接触器依次电连接；功率补偿控制器与各个交流接触器分别电连接；功率因数表与功率补偿控制器电连接。
2.根据权利要求1所述的低压电容补偿系统，其特征是，所述功率补偿控制器内设有第一寄存器(6)、第二寄存器(7)、第三寄存器(8)和第四寄存器(9);还设有检测模块(10)、计算模块(11)、计时模块(12 )和投切模块(13 )。
3.根据权利要求1所述的低压电容补偿系统，其特征是，还包括手动/自动转换开关(14)，手动/自动转换开关与各个交流接触器电连接。
4.根据权利要求1所述的低压电容补偿系统，其特征是，所述继电器通过通信电缆 (15)与设于控制室内的计算机(16)电连接；所述计算机与报警灯(17)及音箱(18)电连接。
5.根据权利要求1所述的低压电容补偿系统，其特征是，所述各电容器的电容容量分为若干个等级。
6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的低压电容补偿系统，其特征是，继电器为电子式热继电器，用于提供过流保护、堵转保护、三相不平衡保护、缺相保护、漏电保护、短路保护和超压、欠压保护。
7.根据权利要求1所述的一种低压电容补偿系统的控制方法，其特征是，包括如下步骤 (7-1) N路电容器分别对应“投切”和“切除”两种状态，各个电容器的状态分别存储在第一寄存器内，控制器的检测模块每隔一定时间间隔查询第一寄存器内的各个电容器对应的状态； (7-2)如果N路电容器的状态均为“投切”并且功率因数低于标准范围的下限值，则控制室内的计算机通过音箱及报警灯发出声、光信号，提示系统提供的电容容量不足，需要人工干预，维护人员将手动/自动转换开关达到手动档位进行，并进行人工维修及更换电容器的操作； (7-3)当功率因数低于标准范围的下限值并且处于“切除”状态的电容器路数彡N / 3路时；计算模块在处于“切除”状态的M路电容器中任选I至S路电容器，S < M < N，计算每种选择所得到的电容容量和L ;并使L与电容器组合方式相关联；计算结果按照L的大小顺序在第二寄存器内排列存储； 计算模块根据电压、电流计算出无功功率和应该投入的电容缺额I，当I > N路中的最小电容器的电容容量时，选择最接近I的所对应的电容器组合方式中的一种作为投切的电容器组合； (7-4)当功率因数低于标准范围的下限值并且处于“切除”状态的电容器路数< N / 3路时；计算模块在N路电容器中任选I至S路电容器，S < M < N，计算每种选择所得到的电容容量和J ;并使J与电容器组合方式相关联；统计结果按照J的大小顺序在第三寄存器内排列存储；计算模块根据电压、电流计算出无功功率和应该投入的电容缺额I，将I与已经投切的电容量相加，得到总电容缺额H，选择最接近H的所对应的电容器组合方式中的一种作为投切的电容器组合； (7-5)投切模块根据选定的电容器组合方式控制各个交流接触器闭合，从而使选定的各路电容器的电容投切入电路中； (7-6)计时模块从每个电容器投切开始时，对每个电容器的投切时间进行计时；计算模块计算各个电容器的累计投切时间，累计投切时间存储于第四寄存器内；(7-7)当功率因数低于标准范围的下限值时，结合第四寄存器存储的累计投切时间长度，重复(7-3)至(7-4)的操作过程，并选择Isgi所对应的电容器组合方式中平均累计投切时间最短的一种电容器组合方式作为投切的电容器组合；或者选择占《￡所对应的电容器组合方式中的平均累计投切时间最短的一种电容器组合方式作为投切的电容器组合；重复(7-5)。
8.根据权利要求7所述的低压电容补偿系统的控制方法，其特征是，当电压、电流出现异常或缺相时，报警灯及音箱分别发出光、声报警信号。
全文摘要
本发明公开了一种低压电容补偿系统及控制方法，包括功率补偿控制器、功率因数表、若干个电容器、交流接触器和继电器；电容器与继电器、交流接触器依次电连接；功率补偿控制器与各个交流接触器分别电连接；功率因数表与功率补偿控制器电连接。所述功率补偿控制器内设有第一寄存器、第二寄存器、第三寄存器和第四寄存器；还设有检测模块、计算模块、计时模块和投切模块。本发明具有提高电容补偿的准确性，节省电能；通过电子式热继电器更全面的保护电容；能够及时进行故障报警以便及时确认处理，减少应故障带来的损失的特点。
文档编号H02H3/04GK103050980SQ20121047234
公开日2013年4月17日 申请日期2012年11月21日 优先权日2012年11月21日
发明者周永品, 景建良, 陈波, 徐鹏 申请人:杭州万禾电力科技有限公司