组合电容补偿装置及连接方法与流程

本发明涉及感性负载高频大电流供电系统技术领域，尤其是涉及一种组合电容补偿装置及连接方法。

背景技术：

感性负载高频大电流供电系统工作时，由于电缆上存在的分布电感和负载电感会导致高频电流下降，通常可使用电容补偿装置用来抵消感性负载退高频电流的阻碍作用，在组建rlc谐振网络时，电容补偿网络有很多种选择，本技术方案旨在提出一种通过电容补偿支路的串并联任意组合得到最接近满足谐振要求的等效电容值，同时尽量采用电容串联方式组建的电容补偿网络，以减小对电容耐压值的要求，满足电容补偿装置对设备成本和设备安装的要求。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于尽可能多的采用电容串联连接方式的电容补偿网络，以减小对单个电容耐压值的要求。

第一方面，本发明实施例提供了一种组合电容补偿装置，包括设置于系统供电总线上的电容补偿网络及控制单元。

电容补偿网络包括多个电容补偿支路。

电容补偿支路包括：一个电容器、至少三个继电器开关，电容器的一个极板连接有输入线端子、第一串并联端子，电容器的另一个极板连接有输出线端子、第二串并联端子，输入线端子用于与系统供电总线的输入线连接，输出线端子用于与系统供电总线的输出线连接，第一串并联端子用于与相邻电容补偿支路的第二串并联端子连接，第二串并联端子用于与相邻电容补偿支路的第一串并联端子连接。

控制单元包括处理器，处理器用于计算电容补偿网络的连接方式并控制电容补偿支路接入系统供电总线的方式。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述电容补偿支路中的至少三个继电器开关包括：设置于电容器与输入线端子之间的第一继电器，设置于电容器与输出线端子之间的第二继电器，设置于电容器与第一串并联端子之间的第三继电器。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述电容补偿支路中的至少三个继电器开关包括：设置于电容器与输入线端子之间的第一继电器，设置于电容器与输出线端子之间的第二继电器，设置于电容器与第二串并联端子之间的第三继电器。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，电容补偿支路还包括与控制单元的连接器连接的第一控制信号传输线、与控制单元的连接器连接的第二控制信号传输线、与控制单元的连接器连接的第三控制信号传输线，处理器通过第一控制信号传输线控制第一继电器的开关状态，处理器通过第二控制信号传输线控制第二继电器的开关状态，处理器通过第三控制信号传输线控制第三继电器的开关状态。

结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，第一控制信号传输线、第二控制信号传输线、第三控制信号传输线通过磁耦合或光耦合的隔离方式控制继电器开关的开关状态。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，处理器还包括串行口，控制单元通过处理器的串行口接收系统供电总线的发射机发送的设置数据，所述设置数据包括系统供电总线需要插入的目标电容值。

控制单元还通过处理器的串行口将工作状态数据发送至系统供电总线的发射机中，该工作状态数据包括组合电容补偿装置是否设置成功信号、最终实现的电容补偿网络的实际等效电容值。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，每个电容补偿支路中的电容器均相同。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，多个电容补偿支路中的电容器为无感电容。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，所述多个电容补偿支路接入系统供电总线的可能的接入方式包括：串联接入、并联接入、短路连接和旁路连接。

第二方面，本发明实施例还提供一种组合电容补偿装置的连接方法，包括：多个电容补偿支路中的电容器的电容值均为c，电容补偿支路的个数为n，目标电容值为cx。

电容补偿网络中的串联支路的个数为np，每个串联支路中的电容补偿支路数为ns，第p个串联支路中的第s个电容补偿支路为bps，第bps个电容补偿支路的继电器开关分别为kps1、kps2、kps3，与该继电器开关箱配合的控制信号传输线分别为sps1、sps2、sps3。

计算每个串联支路内串接的电容器的数量ns：

其中，ns为1到n之间可取的最大自然数。

计算串联支路的数量np：

np为保证npns<n的最大整数。

根据ns和np计算电容补偿网络所实现的实际等效电容值cy。

如果cy>cx，则依次将剩余未接入的电容器串联入电容补偿网络的串联支路中，直至cy与cx的差值最小时停止串入。

如果cy<cx，则依次减少电容补偿网络中串联支路中串联入的电容器数量，直至cy与cx的差值最小时停止减少。

本发明实施例带来了以下有益效果：本装置在系统供电总线上设置电容补偿网络，电容补偿网络与系统供电总线形成rlc谐振网络，作为电容补偿网络的基本单元，电容补偿支路具有良好的扩展结构及灵活精确的接入控制方法，处理器计算电容补偿网络的连接方式并控制电容补偿支路接入系统供电总线的方式时，优先考虑的串联电容器数量的计算，因而可实现尽可能多的电容器串联的接入方式，对电容补偿网络内的单个电容器的耐压值要求较低，进而可实现设备整体小体积和低成本的目的。

此外，由于组合电容补偿装置需要根据供电电流及工作频率的变化而经常调整实际等效电容值，本装置的电容补偿支路接入系统供电总线的方式灵活可选且控制速度快、控制精准度高，可快速实现实际等效电容值最接近于目标电容值，具有控制简单、rlc谐振补偿效果好、实际等效电容值调整速度快及适用范围广泛等优点。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的组合电容补偿装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的电容补偿支路的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的电容补偿网络的连接结构示意图；

图4为本发明实施例提供的供电网络的示意图；

图5为本发明实施例提供的三个电容补偿支路的连接电路图；

图6为本发明实施例提供的三个电容补偿支路的连接电路图；

图7为本发明实施例提供的三个电容补偿支路的连接电路图；

图8为本发明实施例提供的三个电容补偿支路的连接电路图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图4所示，系统供电总线包括输入线和输出线，标记输入线为lineh，标记输出线为linel，供电网络包括lineh、linel、供电电缆及发射机。本发明实施例提供的组合电容补偿装置设置在lineh和linel之间。

lineh、linel的供电电缆上有分布电感，分布电感会导致供电电流随工作频率的升高而快速下降，通过测量供电电流的减小量可以测算出分布电感的数值，根据该分布电感的数值及供电电流的频率可计算出目标电容值，该目标电容值可由发射机发送至控制单元的处理器中；

高频供电补偿的原理是在系统供电总线中串入电容补偿网络组成rlc谐振网络，该rlc谐振网络的谐振频率等于或最大程度的接近于工作频率时，整个供电网络对供电电源表现出纯电阻特性，且电阻最小、供电电流最大。整个供电网络的电阻r、电感l在网络谐振时，在高频段的网络品质因数q值最大，需要串入的电容小，在低频段的网络品质因数q值小，需要串入的电容大。接入电容补偿网络两端的电压等于q与供电电压的乘积，在满足谐振要求的条件下，组合电容补偿装置的连接方法应尽量采用电容串联的方式，以减小对单个电容耐压值的要求。

基于上述要求，本发明实施例提供的一种组合电容补偿装置及连接方法，其目的在于：尽可能多的采用电容串联连接方式的电容补偿网络，以减小对单个电容耐压值的要求。

实施例一：

如图1所示，本发明实施例提供了一种组合电容补偿装置，包括设置于系统供电总线上的电容补偿网络及控制单元。

电容补偿网络包括多个电容补偿支路，电容补偿网络中的串联支路的个数为np，每个串联支路中的电容补偿支路数为ns，第p个串联支路中的第s个电容补偿支路为bps，第bps个电容补偿支路的继电器开关分别为kps1、kps2、kps3，与该继电器开关箱配合的控制信号传输线分别为sps1、sps2、sps3，附图1中为了简化表述，仅用s1、s2、s3示意。

电容补偿支路包括：一个电容器、至少三个继电器开关，电容器的一个极板连接有输入线端子、第一串并联端子，电容器的另一个极板连接有输出线端子、第二串并联端子，输入线端子用于与系统供电总线的输入线连接，输出线端子用于与系统供电总线的输出线连接，第一串并联端子用于与相邻电容补偿支路的第二串并联端子连接，第二串并联端子用于与相邻电容补偿支路的第一串并联端子连接。

电容器的一个极板连接有输入线端子(h端子)、第一串并联端子(mh端子)，电容器的另一个极板连接有输出线端子(l端子)、第二串并联端子(ml端子)。

控制单元包括处理器，处理器用于计算电容补偿网络的连接方式并控制电容补偿支路接入系统供电总线的方式。

本装置在系统供电总线上设置电容补偿网络，电容补偿网络与系统供电总线形成rlc谐振网络，作为电容补偿网络的基本单元，电容补偿支路具有良好的扩展结构及灵活精确的接入控制方法，处理器计算电容补偿网络的连接方式并控制电容补偿支路接入系统供电总线的方式时，优先考虑的串联电容器数量的计算，因而可实现尽可能多的电容器串联的接入方式，对电容补偿网络内的单个电容器的耐压值要求较低，进而可实现设备整体小体积和低成本的目的。

此外，由于组合电容补偿装置需要根据供电电流及工作频率的变化而经常调整实际等效电容值，本装置的电容补偿支路接入系统供电总线的方式灵活可选且控制速度快、控制精准度高，可快速实现实际等效电容值最接近于目标电容值，具有控制简单、rlc谐振补偿效果好、实际等效电容值调整速度快及适用范围广泛等优点。

实施例二：

如图1-3所示，本实施例提供了一种组合电容补偿装置的较佳的实施例，包括设置于系统供电总线上的电容补偿网络及控制单元。

电容补偿网络包括多个电容补偿支路，电容补偿网络中的串联支路的个数为np，每个串联支路中的电容补偿支路数为ns，第p个串联支路中的第s个电容补偿支路为bps，第bps个电容补偿支路的继电器开关分别为kps1、kps2、kps3，与该继电器开关箱配合的控制信号传输线分别为sps1、sps2、sps3，附图1-2中为了简化表述，仅用s1、s2、s3示意。

电容补偿支路包括：一个电容器、至少三个继电器开关，每个电容补偿支路中的电容器均相同，所述电容器为无感电容，电容器的一个极板连接有输入线端子、第一串并联端子，电容器的另一个极板连接有输出线端子、第二串并联端子，输入线端子用于与系统供电总线的输入线连接，输出线端子用于与系统供电总线的输出线连接，第一串并联端子用于与相邻电容补偿支路的第二串并联端子连接，第二串并联端子用于与相邻电容补偿支路的第一串并联端子连接。

电容器的一个极板连接有输入线端子(h端子)、第一串并联端子(mh端子)，电容器的另一个极板连接有输出线端子(l端子)、第二串并联端子(ml端子)。

所述电容补偿支路中的至少三个继电器开关包括：设置于电容器与输入线端子之间的第一继电器，设置于电容器与输出线端子之间的第二继电器，设置于电容器与第一串并联端子之间的第三继电器，第一控制信号传输线、第二控制信号传输线、第三控制信号传输线通过磁耦合或光耦合的隔离方式控制继电器开关的开关状态。

电容器的一个极板连接有输入线端子(h端子)、第一串并联端子(mh端子)，电容器的另一个极板连接有输出线端子(l端子)、第二串并联端子(ml端子)。

电容补偿支路还包括与控制单元的连接器连接的第一控制信号传输线、与控制单元的连接器连接的第二控制信号传输线、与控制单元的连接器连接的第三控制信号传输线，处理器通过第一控制信号传输线控制第一继电器的开关状态，处理器通过第二控制信号传输线控制第二继电器的开关状态，处理器通过第三控制信号传输线控制第三继电器的开关状态。

控制单元包括处理器，处理器用于计算电容补偿网络的连接方式并控制电容补偿支路接入系统供电总线的方式。

处理器还包括串行口，控制单元通过处理器的串行口接收系统供电总线的发射机发送的设置数据，所述设置数据包括系统供电总线需要插入的目标电容值，控制单元还通过处理器的串行口将工作状态数据发送至系统供电总线的发射机中，该工作状态数据包括组合电容补偿装置是否设置成功信号、最终实现的电容补偿网络的实际等效电容值。

实施例三：

本发明实施例还提供一种组合电容补偿装置的连接方法，包括：多个电容补偿支路中的电容器的电容值均为c，电容补偿支路的个数为n，目标电容值为cx。

如图3所示，电容补偿网络中的串联支路的个数为np，每个串联支路中的电容补偿支路数为ns，第p个串联支路中的第s个电容补偿支路为bps，第bps个电容补偿支路的继电器开关分别为kps1、kps2、kps3，与该继电器开关箱配合的控制信号传输线分别为sps1、sps2、sps3。

计算每个串联支路内串接的电容器的数量ns：

其中，ns为1到n之间可取的最大自然数。

计算串联支路的数量np：

np为保证npns<n的最大整数。

根据ns和np计算电容补偿网络所实现的实际等效电容值cy。

如果cy>cx，则依次将剩余未接入的电容器串联入电容补偿网络的串联支路中，直至cy与cx的差值最小时停止串入。

如果cy<cx，则依次减少电容补偿网络中串联支路中串联入的电容器数量，直至cy与cx的差值最小时停止减少。

处理器计算电容补偿网络的连接方式并控制电容补偿支路接入系统供电总线的方式时，优先考虑的串联电容器数量的计算，因而可实现尽可能多的电容器串联的接入方式，对电容补偿网络内的单个电容器的耐压值要求较低，进而可实现设备整体小体积和低成本的目的。

实施例四：

如图5所示，本发明实施例具体列举了电容补偿网络包括三个电容补偿支路的示例，本实施例中三个电容补偿支路的具体连接方法为：k11、k12、k13、k21、k22、k23、k31、k32、k33闭合，电容被旁路，lineh与linel短路接法。

在本实施例中电容补偿网络的实际等效电容为0uf。

实施例五：

如图6所示，本发明实施例具体列举了电容补偿网络包括三个电容补偿支路的示例，本实施例中三个电容补偿支路的具体连接方法为：k11、k12、k21、k22、k31、k32闭合，k13、k23、k23断开，c1、c2、c3并联接法。

在本实施例中电容补偿网络的实际等效电容为3c。

实施例六：

如图7所示，本发明实施例具体列举了电容补偿网络包括三个电容补偿支路的示例，本实施例中三个电容补偿支路的具体连接方法为：k11、k21、k22、k32、k33断开，k12、k13、k23、k31闭合，c1、c2、c3串联接法。

在本实施例中电容补偿网络的实际等效电容为1/3c。

实施例七

如图8所示，本发明实施例具体列举了电容补偿网络包括三个电容补偿支路的示例，本实施例中三个电容补偿支路的具体连接方法为：k11、k22、k23、k33断开，k12、k13、k21、k31、k32闭合，c1、c2串联，与c3并联接法。

在本实施例中电容补偿网络的实际等效电容为3/2c。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对步骤、数字表达式和数值并不限制本发明的范围。

本发明实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

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单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，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所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。