低压动态跨相无功补偿装置的制作方法

本实用新型涉及低压无功补偿技术领域，具体涉及一种低压动态跨相无功补偿装置。

背景技术：

汽车工业点焊设备绝大多数是用380V电源，在点焊机的焊接制造中，当负荷变化极为快速时，将引发大量的无功功率，由二相供电(L1—L2、L2—L3或L3—L1),通常三相负载的平衡问题在工厂供电设计时就已经考虑，把点焊机的供电布局接近平衡，避免因三相不平衡而出现零序电流，所以在这种情况下通常采用三相平衡就可以了。但是在实际生产过程中，点焊机的供电不平衡度通常为20％以下时，对供电网络采用无功功率平衡补偿无大碍，在不平衡度超过20％时，目前还没有一种有效的三相不平衡补偿方案。

现有的三相不平衡补偿系统实际为单相补偿装置，补偿电容器组额定电压为230V，为星形接法，分别连接在L1-N、L2-N、L3-N。首先由于电容器运行电压低，电容量为相对相接法的1/3，选取单只数量增多，导致安装困难、安全性降低；负荷点焊机分别连接的是L1-L2、L2-L3、L3-L1，由于补偿时负荷不平衡，极易造成中性点电位偏移，致使某相电压升高，某相电压降低，此时电容器的容量发生变化，补偿精度受到影响，尤其在出现严重不平衡时，电容器运行极不安全，如出现某相过补偿或欠补偿，将使零线电流太大导致保护开关误动作，影响配电系统的安全可靠性。

采用星形接法的三相不平衡系统的最大弊端为：通常我国低压采用三相四线制TN-C系统供电，其特点是工作中性线N与保护接地线PE合为一根PEN线，所有设备的外裸可导电部分均与PEN线相连。当三相不平衡时，PEN线上有电流通过。单相补偿时电容器频繁投切引起的三相不平衡合闸涌流，可使PEN线过负荷发热，引起零电位漂移，危及人身安全，影响用电设备的正常工作。

技术实现要素：

本实用新型所解决的技术问题是：以往三相不平衡补偿系统的安全性仍然存在隐患，有待进一步提高。

具体来说，本实用新型提出了如下技术方案：

一种低压动态跨相无功补偿装置，包括：控制器，以及和所述控制器连接的AB相补偿单元、BC相补偿单元、CA相补偿单元、电流互感器CT-A、电流互感器CT-B和电流互感器CT-C:

所述电流互感器CT-A，用于将采集的A相电流传输给所述控制器；

所述电流互感器CT-B，用于将采集的B相电流传输给所述控制器；

所述电流互感器CT-C，用于将采集的C相电流传输给所述控制器；

所述的控制器，用于采集AB相电压，根据AB相电压和A相电流计算出AB相的功率因数，根据所述AB相的功率因数和无功补偿策略判断是否启动所述AB相补偿单元对所述AB相的无功功率进行补偿；

采集BC相电压，根据BC相电压和B相电流计算出BC相的功率因数，根据所述BC相的功率因数和无功补偿策略判断是否启动所述BC相补偿单元对所述BC相的无功功率进行补偿；

采集CA相电压，根据CA相电压和A相电流计算出CA相的功率因数，根据所述CA相的功率因数和无功补偿策略判断是否启动所述CA相补偿单元对所述CA相的无功功率进行补偿。

进一步地，所述控制器包括K1控制器、K2控制器和K3控制器；

K1控制器和电流互感器CT-A、AB相补偿单元连接，采集AB相电压，根据AB相电压和A相电流计算出AB相的功率因数，根据所述AB相的功率因数和无功补偿策略判断是否启动所述AB相补偿单元对所述AB相的无功功率进行补偿；

K2控制器和电流互感器CT-B、BC相补偿单元连接，采集BC相电压，根据BC相电压和B相电流计算出BC相的功率因数，根据所述BC相的功率因数和无功补偿策略判断是否启动所述BC相补偿单元对所述BC相的无功功率进行补偿；

K3控制器和电流互感器CT-C、CA相补偿单元连接。采集CA相电压，根据CA相电压和A相电流计算出CA相的功率因数，根据所述CA相的功率因数和无功补偿策略判断是否启动所述CA相补偿单元对所述CA相的无功功率进行补偿。

进一步地，所述AB相补偿单元、BC相补偿单元、CA相补偿单元并联连接，所述AB相补偿单元、BC相补偿单元、CA相补偿单元中包括依次串联连接的熔断器、晶闸管、电抗器和电容器单元。

进一步地，在所述AB相补偿单元中,A相交流电经过刀开关后，接入熔断器组,并接入避雷器,该避雷器另一端接地，经熔断器后接入晶闸管，经晶闸管后接入电抗器,经电抗器后接入电容器,再经刀开关后接至系统三相交流电的B相。

进一步地，在所述BC相补偿单元中，B相交流电经过刀开关后，接入熔断器,并接入避雷器,该避雷器另一端接地，经熔断器RD后接入晶闸管，经晶闸管后接入电抗器,经电抗器后接入电容器,再经刀开关后接至系统三相交流电的C相。

进一步地，在CA相补偿单元中，C相交流电经过刀开关后，接入熔断器组,并接入避雷器,该避雷器另一端接地，经熔断器后接入晶闸管，经晶闸管后接入电抗器,经电抗器后接入电容器,再经刀开关后接至系统三相交流电的A相。

进一步地，所述的电流互感器CT-A设置在LA1和LA2之间，LA1是用于CA相补偿的低压无功补偿装置与A相的主母排线的连接点，LA2是用于AB相补偿的低压无功补偿装置与A相的主母排线的连接点，电流互感器CT-A按照设定的时间间隔采集A相电流，，并将A相电流传输给控制器；

所述CT-B电流互感器设置在LB1和LB2之间，LB1是用于AB相补偿的低压无功补偿装置与B相的主母排线的连接点，LB2是用于BC相补偿的低压无功补偿装置与B相的主母排线的连接点，电流互感器CT-B按照设定的时间间隔采集B相电流并将B相电流传输给控制器；

所述CT-C电流互感器设置在LC1和LC2之间，LC1是用于BC相补偿的低压无功补偿装置与C相的主母排线的连接点，LC2是用于CA相补偿的低压无功补偿装置与C相的主母排线的连接点，电流互感器CT-C按照设定的时间间隔采集B相电流并将C相电流传输给控制器。

进一步地，所述的K1控制器，用于根据AB相电压U_AB、A相电流I_AB计算出有功功率P_AB、无功功率视在功率为S_AB；

有功功率P_AB＝U_ABI_AB cosφ；

无功功率Q_AB＝U_ABI_AB sinφ；

视在功率为S_AB＝U_ABI_AB；

Φ为AB相电压U_AB与A相电流I_AB之间的相角差；

并计算出

当功率因数小于预先设定的功率因数阈值时，则控制器触发AB相补偿单元中的晶闸管的投切，晶闸管触发工作后，通过AB相补偿单元中的电容器来补偿AB相主母排上的无功功率；直到下次计算出的功率因数不小于预先设定的功率因数阈值，则控制器触发AB相补偿单元中的晶闸管关断，停止晶闸管工作，停止功率补偿。

进一步地，所述的K2控制器，用于控制器根据BC相电压U_BC、B相电流I_BC计算出有功功率P_BC、无功功率视在功率为S_BC；

有功功率P_BC＝U_BCl_BC cosφ；

无功功率Q_BC＝U_BCI_BC sinφ；

视在功率为S_BC＝U_BCI_BC；

Φ为AB相电压U_BC与A相电流I_BC之间的相角差；

并计算出

当功率因数小于预先设定的功率因数阈值时，则控制器触发BC相补偿单元中的晶闸管的投切，晶闸管触发工作后，通过BC相补偿单元中的电容器来补偿BC相主母排上的无功功率；直到下次计算出的功率因数不小于预先设定的功率因数阈值，则控制器触发BC相补偿单元中的晶闸管关断，停止晶闸管工作，停止功率补偿。

进一步地，所述的K3控制器，用于根据CA相电压U_CA、B相电流I_BC计算出有功功率P_CA、无功功率视在功率为S_CA；

有功功率P_CA＝U_CAI_CA cosφ；

无功功率Q_CA＝U_CAI_CA sinφ；

视在功率为S_CA＝U_CAI_CA；

Φ为CA相电压U_CA与A相电流I_CA之间的相角差；

并计算出

当功率因数小于预先设定的功率因数阈值时，则控制器触发CA相补偿单元中的晶闸管的投切，晶闸管触发工作后，通过CA相补偿单元中的电容器来补偿CA相主母排上的无功功率；直到下次计算出的功率因数不小于预先设定的功率因数阈值，则控制器触发CA相补偿单元中的晶闸管关断，停止晶闸管工作，停止功率补偿。

下面结合附图和各个具体实施方式，对本实用新型及其有益技术效果进行详细说明。本实用新型的低压动态跨相无功补偿装置通过设置AB相补偿单元、BC相补偿单元、CA相补偿单元，控制器根据实时计算出的功率因数判断是否启动补偿单元对无功功率进行补偿，实现了自动测量电网参数，自动计算功率因数，自动调节电容器的投切，使功率因数稳定在目标值以上。可以有效地改善低压供电系统的三相功率不平衡，无功功率缺失大，负荷变化快的情况，具有安全可靠，科学合理，使用方便等优点。

附图说明

图1为本实用新型提供的一种低压动态跨相无功补偿装置的结构框图；

图2本实用新型提供的一种低压动态跨相无功补偿装置的具体实现电路图；

附图标记说明

QP1-QP5 刀开关 CT-A CT-B CT-C 电流互感器

K1 K2 K3 控制器 J 晶闸管

RD 熔断器 L 电抗器

C 电容器 FV 避雷器

V 电压表 A 电流表。

具体实施方式

如上所述，本实用新型的目的在于提供一种安全可靠，科学合理，使用方便，有效改善三相功率不平衡，无功功率缺失大，负荷变化快的低压供电系统的动态无功补偿系统。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种低压动态跨相无功补偿装置的结构框图如图1所示，包括：控制器，以及和所述控制器连接的AB相补偿单元、BC相补偿单元、CA相补偿单元、电流互感器CT-A、电流互感器CT-B和电流互感器CT-C

所述电流互感器CT-A，用于将采集的A相电流传输给所述控制器；

所述电流互感器CT-B，用于将采集的B相电流传输给所述控制器；

所述电流互感器CT-C，用于将采集的C相电流传输给所述控制器；

所述的控制器，用于采集AB相电压，根据AB相电压和A相电流计算出AB相的功率因数，根据所述AB相的功率因数和无功补偿策略判断是否启动所述AB相补偿单元对所述AB相的无功功率进行补偿；

采集BC相电压，根据BC相电压和B相电流计算出BC相的功率因数，根据所述BC相的功率因数和无功补偿策略判断是否启动所述BC相补偿单元对所述BC相的无功功率进行补偿；

采集CA相电压，根据CA相电压和A相电流计算出CA相的功率因数，根据所述CA相的功率因数和无功补偿策略判断是否启动所述CA相补偿单元对所述CA相的无功功率进行补偿。

其中，控制器包括K1控制器、K2控制器和K3控制器。

K1控制器和电流互感器CT-A、AB相补偿单元连接，采集AB相电压，根据AB相电压和A相电流计算出AB相的功率因数，根据所述AB相的功率因数和无功补偿策略判断是否启动所述AB相补偿单元对所述AB相的无功功率进行补偿；

K2控制器和电流互感器CT-B、BC相补偿单元连接，采集BC相电压，根据BC相电压和B相电流计算出BC相的功率因数，根据所述BC相的功率因数和无功补偿策略判断是否启动所述BC相补偿单元对所述BC相的无功功率进行补偿；

K3控制器和电流互感器CT-C、CA相补偿单元连接。采集CA相电压，根据CA相电压和A相电流计算出CA相的功率因数，根据所述CA相的功率因数和无功补偿策略判断是否启动所述CA相补偿单元对所述CA相的无功功率进行补偿。

所述AB相补偿单元、BC相补偿单元、CA相补偿单元并联连接，所述AB相补偿单元、BC相补偿单元、CA相补偿单元中包括依次串联连接的熔断器、晶闸管、电抗器和电容器单元。

在本实用新型的一种优选实施方式中，提供的一种低压动态跨相无功补偿装置的具体实现电路图如图2所示，在CA相补偿单元、AB相补偿单元和BC相补偿单元中都包括:熔断器，单相电容器，电抗器，晶闸管，避雷器。

在AB相补偿单元中,A相交流电的经过刀开关QP2后，接入熔断器组RD,并接入避雷器FV,避雷器另一端接地，经熔断器RD后接入晶闸管J(电容投切开关)，经晶闸管后接入电抗器L,经电抗器L后接入电容器单元C,再经刀开关QP1后分别接至系统三相交流电的B相。

在BC相补偿单元中，B相交流电经过刀开关QP2后，接入熔断器组RD,并接入避雷器FV,避雷器另一端接地，经熔断器RD后接入晶闸管J(电容投切开关)，经晶闸管后接入电抗器L,经电抗器L后接入电容器单元C,再经刀开关QP1后分别接至系统三相交流电的C相。

在CA相补偿单元中，C相交流电经过刀开关QP2后，接入熔断器组RD,并接入避雷器FV,避雷器另一端接地，经熔断器RD后接入晶闸管J(电容投切开关)，经晶闸管后接入电抗器L,经电抗器L后接入电容器单元C,再经刀开关QP1后分别接至系统三相交流电的A相。

图2所示的装置中还包括控制器K1、K2和K3、K1控制器和电流互感器CT-A、AB相补偿单元连接，K2控制器和电流互感器CT-B、BC相补偿单元连接，K3控制器和电流互感器CT-C、CA相补偿单元连接。

1：在进行AB相补偿时,分析AB两相的补偿的电流信号，电流互感器CT-A设置在LA1和LA2之间，LA1是用于CA相补偿的低压无功补偿装置与A相的主母排线的连接点，LA2是用于AB相补偿的低压无功补偿装置与A相的主母排线的连接点。根据基尔霍夫电流定律分析，电流互感器CT-A采集的LA1-LA2段的母线电流，此电流包括LA2-LA3段的负载电流(A相的负载电流)和LA2-LB1的容性电流(A相的容性电流)，A相的负载电流和A相的容性电流共同构成A相电流I_AB。电流互感器CT-A将采集的A相电流I_AB传输给控制器，控制器K1采集AB相电压U_AB。然后，控制器K1根据AB相电压U_AB、A相电流I_AB计算出有功功率P_AB、无功功率视在功率为S_AB。

有功功率P_AB＝U_ABI_AB cosφ；

无功功率Q_AB＝U_ABI_AB sinφ；

视在功率为S_AB＝U_ABI_AB；

Φ为AB相电压U_AB与A相电流I_AB之间的相角差。

并计算出

当功率因数小于预先设定的功率因数阈值时，则控制器触发AB相补偿单元中的晶闸管的投切，晶闸管触发工作后，通过AB相补偿单元中的电容器来补偿AB相主母排上的无功功率。直到下次计算出的功率因数不小于预先设定的功率因数阈值，则控制器触发AB相补偿单元中的晶闸管关断，停止晶闸管工作，停止功率补偿。

2：在进行BC相补偿时,分析BC两相的补偿的电流信号，CT-B电流互感器设置在LB1和LB2之间，LB1是用于AB相补偿的低压无功补偿装置与B相的主母排线的连接点，LB2是用于BC相补偿的低压无功补偿装置与B相的主母排线的连接点。CT-B电流互感器采集的是LB2-LB3段的负载电流(B相的负载电流)和LB2-LC1(B相的容性电流)的容性电流之矢量和，B相的负载电流和B相的容性电流共同构成B相电流I_BC。电流互感器CT-B将采集的B相电流I_BC传输给控制器。控制器K2采集BC相电压U_BC。然后，控制器K2根据BC相电压U_BC、B相电流I_BC计算出有功功率P_BC、无功功率视在功率为S_BC。

有功功率P_BC＝U_BCI_BC cosφ；

无功功率Q_BC＝U_BCI_BC sinφ；

视在功率为S_BC＝U_BCI_BC；

Φ为AB相电压U_BC与A相电流I_BC之间的相角差。

并计算出

当功率因数小于预先设定的功率因数阈值时，则控制器触发BC相补偿单元中的晶闸管的投切，晶闸管触发工作后，通过BC相补偿单元中的电容器来补偿BC相主母排上的无功功率。直到下次计算出的功率因数不小于预先设定的功率因数阈值，则控制器触发BC相补偿单元中的晶闸管关断，停止晶闸管工作，停止功率补偿。

3：在进行CA相补偿时,分析CA两相的补偿的电流信号，CT-C电流互感器设置在LC1和LC2之间，LC1是用于BC相补偿的低压无功补偿装置与C相的主母排线的连接点，LC2是用于CA相补偿的低压无功补偿装置与C相的主母排线的连接点。CT-C电流互感器采集的是LC2-LC3段的负载电流(C相的负载电流)和LC2-LA1(C相的容性电流)的容性电流之矢量和，C相的负载电流和C相的容性电流共同构成C相电流I_CA。电流互感器CT-B将采集的C相电流I_CA传输给控制器。控制器K3采集CA相电压U_CA。然后，控制器K3根据CA相电压U_CA、B相电流I_BC计算出有功功率P_CA、无功功率视在功率为S_CA。

有功功率P_CA＝U_CAI_CA cosφ；

无功功率Q_CA＝U_CAI_CA sinφ；

视在功率为S_CA＝U_CAI_CA；

Φ为CA相电压U_CA与A相电流I_CA之间的相角差。

并计算出

当功率因数小于预先设定的功率因数阈值时，则控制器触发CA相补偿单元中的晶闸管的投切，晶闸管触发工作后，通过CA相补偿单元中的电容器来补偿CA相主母排上的无功功率。直到下次计算出的功率因数不小于预先设定的功率因数阈值，则控制器触发CA相补偿单元中的晶闸管关断，停止晶闸管工作，停止功率补偿。

在图2中，LB3为AB相负载链接点，LB4，LC3为BC相负载链接点，LA4，LC4为AC相负载链接点。

综上所述，本实用新型的低压动态跨相无功补偿装置通过设置AB相补偿单元、BC相补偿单元、CA相补偿单元，控制器根据实时计算出的功率因数判断是否启动补偿单元对无功功率进行补偿，实现了自动测量电网参数，自动计算功率因数，自动调节电容器的投切，使功率因数稳定在目标值以上。可以有效地改善低压供电系统的三相功率不平衡，无功功率缺失大，负荷变化快的情况，具有安全可靠，科学合理，使用方便等优点。

本实用新型的低压动态跨相无功补偿装置通过跨相补偿，使得低压无功补偿的方式更加广阔，可以有效地保障配电系统的安全可靠性，对于汽车类工业化的用电系统和用电质量得到大的改善。本实用新型的低压动态跨相无功补偿装置的分相连接方法可以稳定电压、消除闪变并能充分地利用现有的设备，提高电网质量，降低电能损耗，减少基本费用开支。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本实用新型所必须的。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。