三相四线配电网补偿设备直流电容检测方法、装置及系统与流程

本申请涉及电力技术领域，尤其涉及一种三相四线配电网补偿设备直流电容检测方法、装置及系统。

背景技术：

在三相四线配电网中，大量单相用电负荷和三相用电负荷混用，易导致配电网输电线路负载不平衡问题严重，影响变压器出力能力和输电线路损耗，严重时甚至会烧毁变压器。对此，业内通常利用开关投切电容器组，对三相四线配电网负载不平衡的问题进行治理。但是，开关投切电容器组只能实现级调节，且在电容器组投切的过程中会对配电网的电压和电流造成严重冲击，严重时可能导致其他设备损坏。随着技术的发展，业内出现了一种对三相四线配电网负载不平衡的问题进行治理的新方法，即将三相四线配电网补偿设备并联在三相四线配电网上，对三相四线配电网无功电流、不平衡电流和谐波电流进行综合治理，从而提高配电网电能质量和用电安全性，同时可显著改进配电网输电能力，降低输电线路损耗。

请参阅图1至图3，目前，三相四线配电网补偿设备的电路结构主要包括，二极管钳位三电平拓扑型，以及分裂电容式三电平拓扑型，其中，二极管钳位三电平拓扑型包括i型二极管钳位三电平拓扑型和t型二极管钳位三电平拓扑型。三相四线配电网补偿设备采用电解电容支撑直流电压，当对三相四线制配电网进行零序电流补偿时，电解电容中会流过较大的基波交流电流，同时，三相四线配电网补偿设备的高频开关电流也要通过直流电容流通，而三相四线配电网补偿设备长时间运行后，电解电容值会明显降低，导致三相四线配电网补偿设备的补偿功能受到影响，因此，为了及时发现三相四线配电网补偿设备直流电容的异常，以便采取相关措施，对三相四线配电网补偿设备的直流电容进行监测变得非常重要。现有的对三相四线配电网补偿设备的直流电容值的监测方法，通常在三相四线配电网补偿设备启动或停止的瞬间，利用附加的检测设备，对三相四线配电网补偿设备的直流电容值进行监测。

然而，由于上述监测方法需要停止三相四线配电网补偿设备的运行，因此，会影响三相四线配电网补偿设备对三相四线配电网的补偿效果。

技术实现要素：

本申请提供一种三相四线配电网补偿设备直流电容检测方法、装置及系统，以解决现有监测方法会影响三相四线配电网补偿设备对三相四线配电网的补偿效果的问题。

第一方面，本申请实施例提供一种三相四线配电网补偿设备直流电容检测方法，所述方法包括如下步骤：

获取三相四线配电网补偿设备的三相补偿电流瞬时值，以及正负极直流电压瞬时值；

根据所述三相补偿电流瞬时值，计算零序补偿电流幅值；

根据所述正负极直流电压瞬时值，计算直流电压偏差基波幅值；

根据所述零序补偿电流幅值和所述直流电压偏差基波幅值，计算所述三相四线配电网补偿设备的直流电容。

可选的，根据所述三相补偿电流瞬时值，计算零序补偿电流幅值，包括：

根据

iz＝(ia+ib+ic)/3

计算补偿电流中的零序电流，其中，iz是补偿电流中的零序电流，ia、ib、ic是三相补偿电流瞬时值；

根据所述补偿电流中的零序电流，计算所述零序补偿电流幅值。

可选的，根据所述正负极直流电压瞬时值，计算直流电压偏差基波幅值，包括：

根据

udc_err＝udc1-udc2

计算正负极直流电压差，其中，udc_err是正负极直流电压差，udc1是正极直流电压瞬时值，udc2是负极直流电压瞬时值；

根据所述正负极直流电压差，计算所述直流电压偏差基波幅值。

可选的，根据所述零序补偿电流幅值和所述直流电压偏差基波幅值，计算所述三相四线配电网补偿设备的直流电容，包括：

如果所述三相四线配电网补偿设备的电路结构类型为二极管钳位三电平拓扑型，根据

计算所述三相四线配电网补偿设备的直流电容，其中，c是三相四线配电网补偿设备的直流电容，iz_mag是零序补偿电流幅值，uerr_mag是直流电压偏差基波幅值，ma是控制系统调制比，ω是基波角频率；

如果所述三相四线配电网补偿设备的电路结构类型为分裂电容式三电平拓扑型，根据

计算所述三相四线配电网补偿设备的直流电容，其中，c是三相四线配电网补偿设备的直流电容，iz_mag是零序补偿电流幅值，uerr_mag是直流电压偏差基波幅值，ω是基波角频率。

第二方面，本申请实施例还提供一种三相四线配电网补偿设备直流电容检测装置，所述装置包括：

获取单元，用于获取三相四线配电网补偿设备的三相补偿电流瞬时值，以及正负极直流电压瞬时值；

第一计算单元，用于根据所述三相补偿电流瞬时值，计算零序补偿电流幅值；

第二计算单元，用于根据所述正负极直流电压瞬时值，计算直流电压偏差基波幅值；

第三计算单元，用于根据所述零序补偿电流幅值和所述直流电压偏差基波幅值，计算所述三相四线配电网补偿设备的直流电容。

可选的，所述第一计算单元包括：

第一计算子单元，用于根据

iz＝(ia+ib+ic)/3

计算补偿电流中的零序电流，其中，iz是补偿电流中的零序电流，ia、ib、ic是三相补偿电流瞬时值；

第二计算子单元，用于根据所述补偿电流中的零序电流，计算所述零序补偿电流幅值。

可选的，所述第二计算单元包括：

第三计算子单元，用于根据

udc_err＝udc1-udc2

计算正负极直流电压差，其中，udc_err是正负极直流电压差，udc1是正极直流电压瞬时值，udc2是负极直流电压瞬时值；

第四计算子单元，用于根据所述正负极直流电压差，计算所述直流电压偏差基波幅值。

可选的，所述第三计算单元用于：

如果所述三相四线配电网补偿设备的电路结构类型为二极管钳位三电平拓扑型，根据

计算所述三相四线配电网补偿设备的直流电容，其中，c是三相四线配电网补偿设备的直流电容，iz_mag是零序补偿电流幅值，uerr_mag是直流电压偏差基波幅值，ma是控制系统调制比，ω是基波角频率；

如果所述三相四线配电网补偿设备的电路结构类型为分裂电容式三电平拓扑型，根据

计算所述三相四线配电网补偿设备的直流电容，其中，c是三相四线配电网补偿设备的直流电容，iz_mag是零序补偿电流幅值，uerr_mag是直流电压偏差基波幅值，ω是基波角频率。

由以上技术方案可知，本申请实施例提供的一种三相四线配电网补偿设备直流电容检测方法、装置及系统，通过获取三相四线配电网补偿设备的三相补偿电流瞬时值，以及正负极直流电压瞬时值；根据三相补偿电流瞬时值，计算零序补偿电流幅值；根据正负极直流电压瞬时值，计算直流电压偏差基波幅值；根据零序补偿电流幅值和直流电压偏差基波幅值，计算三相四线配电网补偿设备的直流电容；该方法所需的参数为三相四线配电网补偿设备的三相补偿电流瞬时值，以及正负极直流电压瞬时值，这些参数是三相四线配电网正常运行时必需检测的参数，而不需要增加其他的检测和测试设备，因此不会增加额外成本；该方法仅利用补偿电流中的零序分量和直流电压检测值进行计算，不需要停止三相四线配电网补偿设备运行，更不需要增加其他额外输出分量，因此不会影响三相四线配电网正常运行和补偿效果；此外，该方法是在三相四线配电网补偿设备正常运行的过程中通过算法监测直流电容值，而不是在三相四线配电网补偿设备启动或停止的瞬间对直流电容值进行监测，因此能够对直流电容值进行持续性监测，以便在电容值下降明显，可能影响设备正常运行时及时报警提示。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为i型二极管钳位三电平拓扑型三相四线配电网补偿设备的电路结构图。

图2为t型二极管钳位三电平拓扑型三相四线配电网补偿设备的电路结构图。

图3为分裂电容式三电平拓扑型三相四线配电网补偿设备的电路结构图。

图4为本申请实施例提供的三相四线配电网补偿设备直流电容检测方法的流程图。

图5为本申请实施例提供的三相四线配电网补偿设备直流电容检测装置的结构图。

图6为本申请实施例提供的三相四线配电网补偿设备直流电容检测系统的示意图。

具体实施方式

如图4所示，为本申请实施例提供的一种三相四线配电网补偿设备直流电容检测方法的流程图，该方法包括如下步骤：

步骤s1，获取三相四线配电网补偿设备的三相补偿电流瞬时值，以及正负极直流电压瞬时值。

在实际的三线四线配电网中，为了保证三线四线配电网的正常稳定运行，通常需要三相补偿电流瞬时值和正负极直流电压瞬时值，也就是说，三相补偿电流瞬时值和正负极直流电压瞬时值是三线四线配电网正常运行时必需检测的参数，因此，本步骤可以直接获取三线四线配电网正常运行时所检测的参数，需要额外增设检测设备，不会增加检测成本。

步骤s2，根据三相补偿电流瞬时值，计算零序补偿电流幅值。

具体地，根据三相补偿电流瞬时值，计算零序补偿电流幅值，包括：

根据

iz＝(ia+ib+ic)/3

计算补偿电流中的零序电流，其中，iz是补偿电流中的零序电流，ia、ib、ic是三相补偿电流瞬时值。

根据补偿电流中的零序电流，计算零序补偿电流幅值iz_mag。

其中，可以通过单相dq变换和低通滤波算法，或者单相dq变换和快速傅立叶变换(英文：fastfouriertransform，缩写：fft)算法，得到零序补偿电流幅值iz_mag。

步骤s3，根据正负极直流电压瞬时值，计算直流电压偏差基波幅值。

具体地，根据正负极直流电压瞬时值，计算直流电压偏差基波幅值，包括：

根据

udc_err＝udc1-udc2

计算正负极直流电压差，其中，udc_err是正负极直流电压差，udc1是正极直流电压瞬时值，udc2是负极直流电压瞬时值。

根据正负极直流电压差，计算直流电压偏差基波幅值uerr_mag。

其中，可以通过单相dq变换和低通滤波算法，或者单相dq变换和fft算法，得到直流电压偏差基波幅值uerr_mag。

步骤s4，根据零序补偿电流幅值和直流电压偏差基波幅值，计算三相四线配电网补偿设备的直流电容。

目前，三相四线配电网补偿设备的电路结构通常是i型二极管钳位三电平拓扑型、t型二极管钳位三电平拓扑型或者分裂电容式三电平拓扑型。不同电路结构的三相四线配电网补偿设备中，计算直流电容的方法也略有不同。

对于i型二极管钳位三电平拓扑结构的三相四线配电网补偿设备来说，可通过检测三相四线配电网三相输入电流，即可计算出零序补偿电流幅值，再通过检测三相四线配电网补偿设备两端电压，即可估算出三相四线配电网补偿设备直流电容值。

对于t型二极管钳位三电平拓扑结构的三相四线配电网补偿设备来说，计算直流电容的方法与i型二极管钳位三电平拓扑结构的三相四线配电网补偿设备类似。

对于分裂电容式三电平拓扑结构的三相四线配电网补偿设备来说，当三相四线配电网运行时，输入零序基波电流与流过直流电容的零序基波电流相等，因此，直流电容值的计算方法与i型二极管钳位三电平拓扑结构和t型二极管钳位三电平拓扑结构有所不同，但基于的原理相同，都是通过基波电流流过直流电容时产生基波电压波动进行计算。

具体地，当三相四线配电网补偿设备的电路结构类型是i型二极管钳位三电平拓扑型，或者t型二极管钳位三电平拓扑型时，流过三相四线配电网补偿设备正极和负极的电容电流基波幅值，均为0.95·iz_mag·ma左右，该值是发明人通过仿真和理论分析得出，其中ma为控制系统调制比。

根据电路原理，当正负极直流电容值均为c时，正极和负极直流电容会产生幅值为δu的基波电压波动，波动大小如下式所示：

其中ω＝314，为基波角频率。由于正负极电压波动幅值基本相等且相位相反，则可得检测到的直流电压偏差基波幅值：

从而，可计算出计算三相四线配电网补偿设备的直流电容为：

因此，根据零序补偿电流幅值和直流电压偏差基波幅值，计算三相四线配电网补偿设备的直流电容，包括：

如果三相四线配电网补偿设备的电路结构类型为二极管钳位三电平拓扑型，根据

计算三相四线配电网补偿设备的直流电容，其中，c是三相四线配电网补偿设备的直流电容，iz_mag是零序补偿电流幅值，uerr_mag是直流电压偏差基波幅值，ma是控制系统调制比，ω是基波角频率。

当三相四线配电网补偿设备的电路结构类型是分裂电容式三电平拓扑型时，流过三相四线配电网补偿设备正极和负极电容电流基波幅值均为3·iz_mag/2，同理，可计算出三相四线配电网补偿设备的直流电容

因此，根据零序补偿电流幅值和直流电压偏差基波幅值，计算三相四线配电网补偿设备的直流电容，包括：

如果三相四线配电网补偿设备的电路结构类型为分裂电容式三电平拓扑型，根据

计算三相四线配电网补偿设备的直流电容，其中，c是三相四线配电网补偿设备的直流电容，iz_mag是零序补偿电流幅值，uerr_mag是直流电压偏差基波幅值，ω是基波角频率。

由本申请实施例提供的一种三相四线配电网补偿设备直流电容检测方法可知，该方法通过获取三相四线配电网补偿设备的三相补偿电流瞬时值，以及正负极直流电压瞬时值；根据三相补偿电流瞬时值，计算零序补偿电流幅值；根据正负极直流电压瞬时值，计算直流电压偏差基波幅值；根据零序补偿电流幅值和直流电压偏差基波幅值，计算三相四线配电网补偿设备的直流电容；该方法所需的参数为三相四线配电网补偿设备的三相补偿电流瞬时值，以及正负极直流电压瞬时值，这些参数是三相四线配电网正常运行时必需检测的参数，而不需要增加其他的检测和测试设备，因此不会增加额外成本。

该方法仅利用补偿电流中的零序分量和直流电压检测值进行计算，不需要停止三相四线配电网补偿设备运行，更不需要增加其他额外输出分量，因此不会影响三相四线配电网正常运行和补偿效果。

此外，该方法是在三相四线配电网补偿设备正常运行的过程中通过算法监测直流电容值，而不是在三相四线配电网补偿设备启动或停止的瞬间对直流电容值进行监测，因此能够对直流电容值进行持续性监测。

如图5所示，本申请实施例还提供一种三相四线配电网补偿设备直流电容检测装置400，装置400用于执行本申请实施例提供的三相四线配电网补偿设备直流电容检测方法，装置400包括：

获取单元401，用于获取三相四线配电网补偿设备的三相补偿电流瞬时值，以及正负极直流电压瞬时值。

第一计算单元402，用于根据三相补偿电流瞬时值，计算零序补偿电流幅值。

第二计算单元403，用于根据正负极直流电压瞬时值，计算直流电压偏差基波幅值。

第三计算单元404，用于根据零序补偿电流幅值和直流电压偏差基波幅值，计算三相四线配电网补偿设备的直流电容。

具体地，第一计算单元402包括：

第一计算子单元4021，用于根据

iz＝(ia+ib+ic)/3

计算补偿电流中的零序电流，其中，iz是补偿电流中的零序电流，ia、ib、ic是三相补偿电流瞬时值。

第二计算子单元4022，用于根据补偿电流中的零序电流，计算零序补偿电流幅值。

具体地，第二计算单元403包括：

第三计算子单元4031，用于根据

udc_err＝udc1-udc2

计算正负极直流电压差，其中，udc_err是正负极直流电压差，udc1是正极直流电压瞬时值，udc2是负极直流电压瞬时值。

第四计算子单元4032，用于根据正负极直流电压差，计算直流电压偏差基波幅值。

具体地，第三计算单元404用于：

如果三相四线配电网补偿设备的电路结构类型为二极管钳位三电平拓扑型，根据

计算三相四线配电网补偿设备的直流电容，其中，c是三相四线配电网补偿设备的直流电容，iz_mag是零序补偿电流幅值，uerr_mag是直流电压偏差基波幅值，ma是控制系统调制比，ω是基波角频率。

如果三相四线配电网补偿设备的电路结构类型为分裂电容式三电平拓扑型，根据

计算三相四线配电网补偿设备的直流电容，其中，c是三相四线配电网补偿设备的直流电容，iz_mag是零序补偿电流幅值，uerr_mag是直流电压偏差基波幅值，ω是基波角频率。

由本申请实施例提供的一种三相四线配电网补偿设备直流电容检测装置可知，该装置通过获取三相四线配电网补偿设备的三相补偿电流瞬时值，以及正负极直流电压瞬时值；根据三相补偿电流瞬时值，计算零序补偿电流幅值；根据正负极直流电压瞬时值，计算直流电压偏差基波幅值；根据零序补偿电流幅值和直流电压偏差基波幅值，计算三相四线配电网补偿设备的直流电容；该装置所需的参数为三相四线配电网补偿设备的三相补偿电流瞬时值，以及正负极直流电压瞬时值，这些参数是三相四线配电网正常运行时必需检测的参数，而不需要增加其他的检测和测试设备，因此不会增加额外成本。

该装置仅利用补偿电流中的零序分量和直流电压检测值进行计算，不需要停止三相四线配电网补偿设备运行，更不需要增加其他额外输出分量，因此不会影响三相四线配电网正常运行和补偿效果。

此外，该装置是在三相四线配电网补偿设备正常运行的过程中通过算法监测直流电容值，而不是在三相四线配电网补偿设备启动或停止的瞬间对直流电容值进行监测，因此能够对直流电容值进行持续性监测。

如图6所示，本申请实施例还提供一种三相四线配电网补偿设备直流电容检测系统，该系统包括：处理器400、与处理器400连接的三相电流检测器200，以及与处理器连接400的正负极直流电压检测器300。

三相电流检测器200接入三相四线配电网500，三相四线配电网补偿设备100并联在三相四线配电网500上，正负极直流电压检测器300连接于三相四线配电网补偿设备100正负极之间。

其中，三相电流检测器200，用于检测三相四线配电网补偿设备的三相补偿电流瞬时值。

正负极直流电压检测器300，用于检测三相四线配电网补偿设备的正负极直流电压瞬时值。

处理器400，包括：

获取单元401，用于借助三相电流检测器200，获取三相四线配电网补偿设备100的三相补偿电流瞬时值，借助正负极直流电压检测器300，获取三相四线配电网补偿设备100的正负极直流电压瞬时值。

第一计算单元402，用于根据三相补偿电流瞬时值，计算零序补偿电流幅值。

第二计算单元403，用于根据正负极直流电压瞬时值，计算直流电压偏差基波幅值。

第三计算单元404，用于根据零序补偿电流幅值和直流电压偏差基波幅值，计算三相四线配电网补偿设备100的直流电容。

由本申请实施例提供的一种三相四线配电网补偿设备直流电容检测系统可知，该系统包括：处理器、与处理器连接的三相电流检测器，以及与处理器连接的正负极直流电压检测器，可借助三相电流检测器，获取三相四线配电网补偿设备的三相补偿电流瞬时值，借助正负极直流电压检测器，获取三相四线配电网补偿设备的正负极直流电压瞬时值。根据三相补偿电流瞬时值，计算零序补偿电流幅值。根据正负极直流电压瞬时值，计算直流电压偏差基波幅值。根据零序补偿电流幅值和直流电压偏差基波幅值，计算三相四线配电网补偿设备的直流电容。该系统所检测的参数为三相四线配电网补偿设备的三相补偿电流瞬时值，以及正负极直流电压瞬时值，这些参数是三相四线配电网正常运行时必需检测的参数，而不需要增加其他的检测和测试设备，因此不会增加额外成本。

该系统仅利用补偿电流中的零序分量和直流电压检测值进行计算，不需要停止三相四线配电网补偿设备运行，更不需要增加其他额外输出分量，因此不会影响三相四线配电网正常运行和补偿效果。

此外，该系统是在三相四线配电网补偿设备正常运行的过程中通过算法监测直流电容值，而不是在三相四线配电网补偿设备启动或停止的瞬间对直流电容值进行监测，因此能够对直流电容值进行持续性监测。

具体实现中，本申请还提供一种计算机存储介质，其中，该计算机存储介质可存储有程序，该程序执行时可包括本发明提供的三相四线配电网补偿设备直流电容检测方法的各实施例中的部分或全部步骤。所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(英文：read-onlymemory，简称：rom)或随机存储记忆体(英文：randomaccessmemory，简称：ram)等。

本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明实施例中的技术可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明实施例中的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的。

本说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。尤其，对于三相四线配电网补偿设备直流电容检测装置实施例而言，由于其基本相似于实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见实施例中的说明即可。

以上所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。