用于具有差分补偿变化和减少的线瞬态噪声的无源功率因素补偿方法的算法
【专利说明】用于具有差分补偿变化和减少的线瞬态噪声的无源功率因 轰补偿方法的算法
[000。 版权声明
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[0003] 要求的优先权
[0004]本申请要求2013年3月30日提交的美国临时专利申请No. 61/806, 868的优先权， 其内容在此通过参照全部合并到本文中。
技术领域
[0005]本发明整体上设及电力的生成与分配。特别地，本发明设及电力质量补偿方法和 系统。
【背景技术】
[0006]在加入有许多不同的现代电器和电子设备的电源配电系统中，电力质量的问题日 益突出。在交流（AC)电源电器系统中，因为国家的不同，存在着50或60Hz的频率的交替 的正的和负的正弦波电压。在AC系统中，电流也具有正弦波形，不过具有和电压波形有关 的特别的相位角。众所周知，因为电感负荷连接至电气系统，因此，电源由于电感负荷的电 抗而开始滞后于电压波形。电压与电流之间的相位差被表述为功率因素（P巧。当电压和电 流同相位时，PF等于1(PF= 1)。由于电感负荷的增加，随着电流开始滞后于电压波形，PF 降低。运在供电成本方面造成了严重的后果，并且引起了低的PF会征收的税，运增加了发 电和输电的成本。例如，在PF<0. 7的情况下，繁重的征税和额外的付费会转而变成开给最 终用户的账单。
[0007] 存在无源电力质量补偿设备，运些设备依赖于在穿过电力系统相位的各种线电容 器中进行切换而对电感负荷进行补偿，并且将PF校正回更接近于1的较高的水平，从而恢 复电力质量。通过运些无源电力质量补偿设备，首先，测量了PF;其次，通过例如从查阅表、 最小和最大限值等进行推导之类的各种方式计算了所需的电容量；最终，接入了该电容量。
【发明内容】
[0008] 现要求保护的发明的目的是提供一种基于差分电容器变化的无源功率因素补偿 的计算机可实现的算法。现要求保护的发明的另一目的是提供一种能够减少差分电容器变 化过程中的线瞬态噪声的算法。
[0009]根据各种实施方式，本发明利用了测量如下数值的计算机可实现的控制算法：1) 无功功率；对PF;3)电压；W及4)线频率。计算机可实现的控制算法计算或为正（要增加 的电容）或为负（要减去的电容）的差分补偿电容。而且，该算法还考虑所需的差分电容 的限值，如果在最小限值之内，则该算法将不会继续改变任何电容，并且该算法的运一部分 限制了电容器的切换频率。
[0010] 一旦确定了或为正（要增加的电容）或为负（要减去的电容）的所需的差分补偿 电容，并且该差分补偿电容也在最小限值之外时，则根据差分补偿电容与当前补偿电容之 和或差计算得出新的补偿电容。该算法将用于当前补偿电容的电容器切换位模式与用于新 的补偿电容的电容器切换位模式进行比较，并相应地选择电容器切换位映射。用于新的补 偿电容的电容器切换组合根据该电容器切换位映射递增地切换。为了达到所选择的电容器 切换组合，每次仅切换一个开关W使得线瞬态噪声最小化。该算法的此部分一直持续至PF 被修正为止，其中使得电容器切换W每次延迟毫秒间隔的方式被接通/切断W使得线瞬态 噪声最小化。
[0011] 每隔15分钟，该算法再次测量：1)无功功率；2)PF诚电压；化及4)线频率。该 算法再次运行运个例程并且考虑差分电容值的最小限值，W及考虑是否需要进入电容器模 式变化。
[0012] 可W可选地进行线功率的电压过零检测。将测定继电器的接通和切断的瞬间的 时间W使得继电器触点在电力线的瞬时电压近于零时打开或闭合，W便进一步减小切换干 扰。
【附图说明】
[0013] 在后文中参照附图更详细地描述了本发明的实施方式，附图中：
[0014] 图1示出了描绘了示例性的电源电路的电路图，该示例性的电源电路与根据现要 求保护的本发明的实施方式的用于基于差分电容器变化的无源功率因素补偿的计算机可 实现的控制算法相结合。
[0015] 图2A示出了描绘了另一示例性的电源电路的电路图，该示例性的电源电路与根 据现要求保护的本发明的另一实施方式的用于基于差分电容器变化的无源功率因素补偿 的计算机可实现的控制算法相结合。
[0016] 图2B描绘了示出用于图2A中所示的电源电路的电容器切换操作的流程图。
[0017] 图3A、图3B、图3C和图3D描绘了根据现要求保护的本发明的又一实施方式的用 于基于差分电容器变化的无源功率因素补偿的计算机可实现的控制算法的过程步骤的流 程图。
[0018] 图3E描绘了示出与补偿电容器的示例性接合相对应的位模式过度的表格。
[0019]图4描绘了示出了用于储存在外部非易失性存储器中的补偿电容值和参数的数 据结构的示例性实施方式的表格。
[0020] 图5A示出了罗列了现要求保护的本发明的示例性实施例的补偿电容值和参数W 及结果的表格；而图5B示出了电容器选择逻辑状态与无功功率的关系的图表。
【具体实施方式】
[0021] 在W下的描述中，W优选的示例阐明了结合了基于差分电容器变化的无源功率因 素补偿的计算机可实现的控制算法的方法和系统等。对本领域的一般技术人员而言显而易 见的是，在不背离本发明的范围和精神的情况下，可W做出包括增加和/或替换在内的改 型。可能省略了具体的细节W免难W理解本发明；然而，记载本公开是为了使得本领域的一 般技术人员能够无需过度的实验而实施本文的教导。
[0022] 图1示出了描绘了示例性的电源电路的电路图，该示例性的电源电路与根据现要 求保护的本发明的实施方式的用于基于差分电容器变化的无源功率因素补偿的计算机可 实现的控制算法相结合。该电源电路用于=相系统；然而，可W将类似的构造应用至另外的 双相系统。在该电源电路中，^个电容器。（106)八2(105)和〔3(104)能够根据电力质量补 偿所需的确定的补偿电容而通过它们对应的开关SW&。（103)、SW&1 (102)和SW&2 (101)单 独地被接入或断开。另外，测量模块（107)收集包括电压、电流、功率因素、实际功率和无功 功率在内的电力线质量数据。
[0023] 在该控制算法中能够W二进制形式表现开关的位置和状态。W下为一个示例性实 施方式：
[00幼表格1
[0026] 为了使线瞬态噪声最小化，为了达到所选择的电容器开关组合，每次仅切换一个 开关。参照W下的表格2。例如，如果所需的补偿电容将从25uF增加至62uF，则运S个开 关的状态的改变将按顺序经过状态3、状态4,最终至状态5。
[0029]表格 2
[0030] 作为示例选择了电容器的数量和它们的值是为了描述现要求保护的本发明的原 理的目的。为了现要求保护的本发明的实施，可W采用任何数量的电容器和任何的电容值。
[0031] 图2A示出了描绘了与计算机可实现的控制算法相结合的另一示例性的电源电路 的电路图。在该电源电路中，电容器开关与涌流继电器一起实施。图2B描绘了示出用于该 实施例的电容器切换操作的流程图。例如，为了接入电容器Cs,开关SW&2。（202)首先被接 通，等待一段延迟周期（例如30毫秒），接着接通开关SW&2 (201);为了断开电容器Cs,开关 SW&2 (201)首先被断开，等待一段延迟周期（例如30毫秒），接着断开开关SW&2。（202)。
[0032] 为了确定所需的补偿电容，基于W下的数学运算进行计算：
[0033]给定：
[0034] 觀CAC电源线电压 fl 线频率 PP 功率因素 P_ri3al. 实际功率 P_apparent