电网无功功率无级补偿电路及补偿方法与流程

本发明涉及电网无功补偿技术，更具体地说，它涉及一种电网无功功率无级补偿电路、补偿方法。

背景技术：

在配电网中，电力发电机所发的无功功率和输电线的功率常常不足以满足网中大量的电机、变压器、电抗器、荧光灯等感性负载的无功需求以及系统中无功的损耗，因而往往造成电网功率因数下降、电网系统利用率降低。为了减少有功损失和电压降落、减少电力输送中的损耗，更为了电网的安全、经济、高效地运行，提高电力输送的容量和质量，通常都要进行就近的无功功率补偿或者调节。目前广泛采用通过投切并联电容器（组）的方式进行无功补偿，其原理是先通过监测线路电压与电流，计算功率因数；如果功率因数滞后则投入电容，如果功率因数超前则切除电容。

然而，采用这种补偿方式，存在一定的弊端，由于电容器的容量是固定不变的，其在并入电网后，只能对电网的功率因数进行定量补偿，但电网的当前状态可能只需要一半电容器的容量，如果将电容器投入，就会出现过补偿的情况，因而传统的补偿方式在这个时候就显得不适用。

目前，也有采用多组电容器的方案，根据电网的无功功率的大小级别，选择投入一组或多组电容器；但是，即使是采用这种补偿方式，其也存在匹配性差的问题，因为电网的无功功率是不可预测的变量，进而仍然会存在一定的误差（欠补或过补）。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明的第一个目的在于提供一种电网无功功率无级补偿电路，能够根据电网的当前功率因数，对电网进行精确补偿。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种电网无功功率无级补偿电路，包括：

补偿电容组；

检测模块，与电网耦接，用于检测电网的电压值、电流值，并输出相应的电压检测信号、电流检测信号；

MCU控制电路，与所述检测模块耦接，用于：

接收所述电压检测信号和电流检测信号，并据此计算出电网的功率因数；

将计算结果与预设值进行比较，并根据比较结果输出调整信号；

以及电压调节电路，耦接于电网与补偿电容组之间，并与MCU控制电路耦接，用于响应于所述调整信号以调整电网加载于补偿电容组上的电压。

优选地，所述电压调节电路包括第一IGBT、第二IGBT、第一电阻以及第二电阻；其中，所述第一IGBT和第二IGBT的栅极均耦接于MCU控制电路以接收所述调整信号；所述第一IGBT的集电极耦接于电网，发射极耦接于第二IGBT的发射极；所述第二IGBT的集电极耦接于补偿电容组；所述第一电阻与第二电阻串联，且第一电阻的另一端耦接于第一IGBT的栅极，第二电阻的另一端耦接于第二IGBT的栅极，第一电阻与第二电阻的连接点耦接于第一IGBT和第二IGBT的发射极。

优选地，所述第一IGBT的集电极与电网之间还耦接有一电抗器。

优选地，还包括一电容器，所述电容器的一端耦接于所述第一IGBT的集电极，另一端耦接于第二IGBT的集电极。

本发明的第二个目的在于提供一种电网无功功率无级补偿方法，能够根据电网的当前功率因数，对电网进行精确补偿。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种电网无功功率无级补偿方法，包括：

在补偿电容与电网之间耦接一电压调节电路；

检测电网的电压值、电流值；

根据检测结果计算出电网的功率因数；

将计算结果与预设值进行比较，并根据比较结果控制所述电压调节电路的输出，以调节电网加载于补偿电容组上的电压。

与现有技术相比，本发明的优点是：能够实时地根据电网的功率因数，并通过调整电网加载于补偿电容组上的电流，进而实现调整补偿电容组投入到电网的实际容量；如此，即不会不出欠补偿或过补偿的情况。

附图说明

图1为实施中电网无功功率无级补偿电路的模块原理图；

图2为实施例中电压检测电路、电压过零检测电路的电路图；

图3为实施例中电流检测电路、电流过流检测电路的电路图；

图4为实施例中电压调节电路的电路图。

附图标记：100、电压检测电路；200、电压过零检测电路；300、电流检测电路；400、电流过流检测电路；500、电压调节电路。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不仅限于此。

参照图1，一种电网无功功率无级补偿电路，包括补偿电容组、检测模块、MCU控制电路以及电压调节电路500。

所述检测模块包括电流检测电路300、电流过流检测电路400、电压检测电路100、电压过零检测电路200；其中，电压检测电路100、电压过零检测电路200如图2所示，变压器A15的一次侧耦接于电网，二次侧的一路耦接于由运算放大器U5D、U5C构成的整流电路，进而变压器A15的二次侧的输出电压变为直流形式的电压检测信号U_IN。变压器A15的二次侧的另一路耦接于由运算放大器U5A构成的比较电路，当电网的电压由正半周过零到负半周时，运算放大器U5A的反相输入端电压高于同相输入端，运算放大器U5A输出高电平的过零检测信号U0，当电网的电压由负半周过零到正半周时，运算放大器U5A的反相输入端电压低于同相输入端，运算放大器U5A输出低电平的过零检测信号U0。

电流检测电路300、电流过零检测电路的电路图如图3所示，其检测原理与电压检测电路100、电压过零检测电路200的原理基本相同，因此不再赘述。

参照图4，电压调节电路500包括第一IGBT、第二IGBT、第一电阻R26以及第二电阻R27；其中，第一IGBT和第二IGBT的栅极均耦接于MCU控制电路以接收调整信号（PWM脉冲信号）；第一IGBT的集电极通过电抗器Lx耦接于电网（电抗器Lx用于滤除谐波），发射极耦接于第二IGBT的发射极；第二IGBT的集电极耦接于补偿电容组；第一电阻R26与第二电阻R27串联，且第一电阻R26的另一端耦接于第一IGBT的栅极，第二电阻R27的另一端耦接于第二IGBT的栅极，第一电阻R26与第二电阻R27的连接点耦接于第一IGBT和第二IGBT的发射极。还包括一电容器Cx，电容器Cx的一端耦接于第一IGBT的集电极，另一端耦接于第二IGBT的集电极。电容器Cx的作用是平滑电抗器Lx上面的电流和吸收电抗器Lx产生的高压。

电压调节电路500的工作原理是，当第一IGBT和第二IGBT接收到的栅极接收到PWM脉冲信号时，开关状态正好相反，即第一IGBT导通时，第二IGBT截止，此时电网的电流处于正半周，依次通过第一IGBT、第二IGBT上的二极管流向补偿电容组；当第一IGBT截止时，第二IGBT导通时，电流处于负半周，自补偿电容组依次通过第二IGBT、第一IGBT上的二极管流向电网。如此，在不同占空比的PWM脉冲信号的驱动下，第一IGBT和第二IGBT交替导通，能够调节电网加载于补偿电容组上的电压，也就相当于从而调节了流过电容器的电流，也就相当于改变了电容器的容量，实现了补偿电容组容量的无级调节。PWM脉冲信号的占空比为零时，补偿电容组的总容量相当于电容器Cx和补偿电容组串联的容量（小于Cx的容量），占空比为1的时候，补偿电容组的总容量相当于补偿电容组的容量（这里都忽略了电抗器，实际的容量要小一些）。

而PWM脉冲信号的占空比，则根据电网的当前功率因数来决定，具体是，MCU控制电路接收到电压检测信号U_IN、电流检测信号I_IN后，根据相应的算法，计算出当前电网的功率因数。当电网的功率因数小于预定值时，MCU控制电路采用PID算法输出具有相应占空比的PWM脉冲信号来驱动第一IGBT、第二IGBT。MCU控制电路还可以采用逐步逼近法进行调节，具体是，当电网的功率因数小于预定值时，MCU控制电路输出1%占空比的PWM脉冲信号，然后依次递增，直到电网的当前功率因数达到预定值，或者误差处于预定的范围内。

基于以上补偿电路，本发明还提供提供一种电网无功功率无级补偿方法，该方法包括：

在补偿电容与电网之间耦接一电压调节电路500；

检测电网的电压值、电流值；

根据检测结果计算出电网的功率因数；

将计算结果与预设值进行比较，并根据比较结果控制电压调节电路500的输出，以调节电网加载于补偿电容组上的电压。