电容电感三相不平衡及无功治理装置及方法

电容电感三相不平衡及无功治理装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种电容电感治理三相不平衡治理装置及方法，相间电容三相不平衡治理装置包括主控制器、与主控制器输入端相连的电流采集装置和电压采集装置、与主机控制器输出端相连的精细无功补偿单元，所述精细无功补偿单元包括相间补偿电路和相零间补偿电路，可以有效的治理三相电网的不平衡现象，利用相间调节支路可以有效的转移有功，相零间调节支路可以有效治理无功，调节更加精细，也可以防止过补的现象发生。
【专利说明】
电容电感H相不平衡及无功治理装置及方法
技术领域
[0001] 本发明设及=相不平衡治理领域，具体的说，设及一种相间电容=相不平衡与无 功治理装置及方法。
【背景技术】
[0002] 随着社会的进步，技术的发展，大量电力电子设备被投入到电网中使用，虽然运些 设备给用户带来了技术上的优势和经济效益，却给电网造成了严重的污染，严重威胁到其 他电力设备的安全运行。运些电力电子设备造成的污染主要分为W下几类。
[0003] 无功功率：电力电子设备在使用过程会从电网中吸收大量的无功，并且由于使用 了数字控制技术，提高控制精度和响应时间的同时带来了无功的剧烈波动。大量的无功会 造成系统电压降低，变压器损耗增加，设备使用率低下，剧烈波动的无功会造成电压闪变。
[0004] =相不平衡相不平衡问题会引起旋转电机的附加发热，导致W负序分量为启 动分量的多种保护装置发生误动作，同时缩短用电设备的寿命;设备负载率低下，会造成设 备容量资源的浪费。但长期W来低压系统除了尽量合理分配负荷外，几乎没有什么行之有 效的手段进行合理调整。
[0005] =相不平衡一直是困扰供电单位的主要问题之一，造成变压器损耗和线路损耗大 幅增加，给低压电网运行和电气设备造成较大的不良影响。
[0006] 针对现有技术的缺陷，本发明提供一种电容电感=相不平衡及无功治理装置及方 法，可W有效治理=相电网的不平衡现象，避免给电网和电气设备造成的不良影响。

【发明内容】

[0007] 为了解决所述技术问题，本发明采用的技术方案是：电容电感=相不平衡及无功 治理装置，包括主控制器、与主控制器输入端相连的电流采集装置和电压采集装置、与主机 控制器输出端相连的精细无功补偿单元，电流采集装置、电压采集装置采集=相电的电流、 电压值，将其传入主控制器进行处理运算，所述精细无功补偿单元包括相间补偿电路和相 零间补偿电路，所述相间补偿电路采用电容补偿，所述的相零间补偿电路采用电容或电感 补偿，相间补偿电路包括连接在=相电之间的多个电容调节支路，相零间补偿电路包括分 别连接在=相电与零线之间的多个电容调节支路与多个电感调节支路，所述电容调节支路 包括串联在一起的电容、复合开关和烙断器，所述电感调节支路包括串联在一起的电感、复 合开关和烙断器，相间补偿电路、相零间补偿电路与立相电和零线之间连接有电抗器;主控 制器的输出端还连接有防止精细无功补偿单元溫度过高的溫度传感器和风扇电机、显示= 相电治理状态的显示器。
[000引进一步的，所述显示器上设有GPRS天线接口和SIM卡插槽。
[0009]进一步的，=相电的每一相与零线间设有5路电容调节支路与5路电感调节支路， =相电的每两相之间设有5路电容调节支路;所述相间补偿电路和相零间补偿电路的调节 支路电容器与电感器容量为倍数关系，A、B相，B、C相，C、A相，A、零相，B、零相，C、零相，最小 调节支路容量为X，第n路支路容量为2" X X。
[0010] 进一步的，所述电流采集装置为电流互感器。
[0011] 进一步的，所述电流检测装置位于补偿接入点与负荷之间。
[0012] 本发明还公布了一种电容电感=相不平衡及无功治理方法，电流采集装置、电压 采集装置采集电网各相的电流电压，并将电流电压信号传入主控制器，主控制器计算各相 有功功率和无功功率，根据无功功率和平衡补偿的需要计算各相间、相零需要补偿的容量 值，决定需要投入或切除的电容调节支路与电感调节支路，并输出至电容调节支路与电感 调节支路，电容与电感调节支路接到控制命令后，投入或切除电容与电感调节支路，将有功 功率通过相间补偿电路由超前相转移至滞后相，通过相零间补偿电路对无功功率进行补 偿。
[0013] 进一步的，主控制器通过相间电容调节支路调节S相有功不平衡后，当系统中原 有感性无功无法抵消由=相有功不平衡治理所带来的容性无功，则投入相零间电感补偿支 路与系统感性无功共同抵消=相有功不平衡治理所带来的容性无功，当=相有功不平衡治 理后所带来的容性无功不足W抵消系统中原有感性无功，则投入相零间电容补偿支路，通 过=相有功不平衡治理后所带来的容性无功与相零间电容补偿支路共同补偿系统中原有 感性无功，进一步的，主控制器根据电流电压信号计算决定需要投入或切除的调节支路的 过程为:首先定义在A相、B相间投入电容容量Qab，在B相、C相间投入电容容量化C，在C相、A相 间投入电容容量舶a，A相有功电流Iar, B相有功电流Ibr,讨目有功电流IcR，平均有功电流Iav, Iar-Iav= A IaJbr-Iav= A IbJcr-Iav= A Ic,A相无功电流Ial,B相无功电流Ibl,C相无功电流 Icl,有功电流不平衡电流口限Inr,投切延时设定值为TcU满足所有投切条件的实际延时为 t，线电压为U;当Iar>Ibr>Icr时，当A Ia^Inr,根据A Ia计算出Qab,根据A Ia+A Ib,计算出 化C，根据预投入相间电容后A、B、C =相的无功值，计算A、B、C需投入的电容电感容量，根据 Qab、化C值，A、B、C需投入的电容电感容量，计算投入支路，控制原所有投入支路切除动作， 进行新投入支路投入动作，当Icr^ Iar> Ibr或Ibr^ IcR> Iar时均按上述过程进行调整；当Iar >IcR>IBR时，当IcR>IAV且AIA>INR，根据AIc计算出化A，根据AIc+AIA计算出QAB，根据预 投入相间电容后A、B、C^相的无功值，计算A、B、C需投入的电容电感容量，根据Qca、Qab值，A、 B、C需投入的电容电感容量，计算投入支路，控制原所有投入支路切除动作，进行新投入支 路投入动作，当Iav^ Icr且A Ia^ Inr,根据A Ia计算出Qab,根据A Ia+A Ib,此时A Ib为负值， 计算出化C，根据预投入相间电容后A、B、C=相的无功值，计算A、B、C需投入的电容电感容量， 根据Qab、Qbc值，A、B、C需投入的电容电感容量，计算投入支路，控制原所有投入支路切除动 作，进行新投入支路投入动作，当Icr^ Ibr> Iar或Ibr^ Iar> Icr时均按上述过程进行调整；当 Inr>Iar且Inr>Ibr且Inr>Icr相时，切除所有相间电容，根据A、B、CS相的无功值，计算A、B、C 需投入的电容电感容量，根据A、B、C需投入的电容电感容量，计算投入支路，控制原所有投 入支路切除动作后进行新投入支路投入动作；当确认系统缺相后，主控制器直接切除所有 电容电感调节支路。
[0014] 进一步的，主控制器计算出各补偿电路需要投入电容电感的容值，选择需要投入 的支路，选择过程为:设每一补偿电路共有n路补偿支路，主控制器计算出需要的容值为Z， 则该补偿电路补偿支路投切状态共有2"种可能，将每一种可能按容量大小排列，第y种可能 为Ty,如果Ty+l>Z ^Ty，则选择Ty所对应的支路投切状态。
[0015] 本发明的有益效果:本发明可有效的治理=相电网的不平衡与无功过大现象，利 用相间电容调节支路，可W对=相不平衡进行有效的治理，并且在相零间连接多个电容或 电感调节支路，对系统内的无功进行有效的治理，调节更加精细，也可W防止过补的现象发 生。精细无功补偿单元与=相电之间连接电抗器可W滤除谐波，溫度传感器及风扇电机可 W防止精细无功补偿单元溫度过高影响工作，显示器上设有GPRS天线接口和SIM卡插槽， SIM卡插槽上插入SIM卡W后进行GPRS通讯，可W对该装置进行远程控制，使用更加方便。
【附图说明】
[0016] 图1是本发明电容电感=相不平衡及无功治理装置的原理图； 图2是本发明精细无功补偿单元一次系统图； 图3是本发明的外部接线图； 图中：1、主控制器，2、显示器，3、风扇电机，4、溫度传感器，5、精细无功补偿单元，6、相 零间补偿电路，6-1、相零间电感补偿电路，6-2、相零间电容补偿电路，7、相间补偿电路，8、 电抗器，9、烙断器，10、复合开关，11-1、电容，11-2、电感，12、SIM插槽，13、GPRS天线接口。
【具体实施方式】
[0017] 下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明和限定。
[0018] 如图1所示，为本发明相间电容=相不平衡治理装置的原理图，所述相间电容=相 不平衡治理装置包括主控制器1、与主控制器1输入端Bl相连的电流采集装置、与主控制1输 入端Al相连的电压采集装置W及与主控制器1输出端Dl、D2相连的精细无功补偿单元5，电 流采集装置、电压采集装置采集=相电的电流、电压值，将其传入主控制器1进行处理运算， 然后根据运算结果控制精细无功补偿电路的工作。主控制器1的B2输出端连接有溫度传感 器4和风扇电机3,溫度传感器4检测精细无功补偿单元5的实时溫度，并在其溫度过高时启 动风扇电机3,给精细无功补偿单元5降溫。主控制器1的A2输出端连接有显示器2,显示器2 显示S相电网的工作状态，并且显示器2上设有GPRS接口 13和SIM卡插槽12，如图3所示，图3 上省略了 A1、B1、B2端口与电流采集装置、电压采集装置W及溫度传感器、风扇电机的连接， 显示器2安装上GPRS天线和SIM卡后可与外界进行通讯，也可W对该装置进行远程控制，使 用更加方便。
[0019] 如图2所示，为本发明精细无功补偿单元的一次系统图，精细无功补偿单元5包括 相间补偿电路7和相零间补偿电路6,相零间补偿电路包括相零间电感补偿电路6-1，相零间 电容补偿电路6-2,所述相间补偿电路7采用电容补偿，所述相零间电感补偿电路6-1采用电 感补偿，所述相零间电容补偿电路6-2采用电容补偿，相间补偿电路7包括连接在S相电之 间的多个电容调节支路，相零间补偿电路6包括分别连接在=相电与零线之间的多个电容 调节支路，所述的电感调节支路包括串联在一起的电感11-1、复合开关10和烙断器9,所述 电容调节支路包括串联在一起的电容11-2、复合开关10和烙断器9,由万思定理可知，在A O 相、B相相间投入电容容量为Qab的相间电容，可W在A、B相产生、容性无功，并将A相值为 2 Q文巧 -；；…气#有功转移至B相。B相、C相，C相、A相相间电容与其相同，系统通过相间电容调节支路 调节=相有功不平衡后，当系统中原有感性无功无法抵消由=相有功不平衡治理所带来 的容性无功，则投入相零间电感补偿支路与系统感性无功共同抵消=相有功不平衡治理所 带来的容性无功，当=相有功不平衡治理后所带来的容性无功不足W抵消系统中原有感性 无功，则投入相零间电容补偿支路，通过=相有功不平衡治理后所带来的容性无功与相零 间电容补偿支路共同补偿系统中原有感性无功，W达到=相平衡的目的，相间补偿电路7、 相零间补偿电路6与S相电和零线之间连接有电抗器8,电抗器8可W滤除谐波，防止谐波对 电网和用电负载的影响，同时也起到保护电容器的作用。
[0020] 本发明通过采集电流电压，控制复合开关过零投切，避免过电压、火花和干扰。复 合开关的基本工作原理是将可控娃开关与磁保持继电器并接，实现电压过零导通和电流过 零切断，使复合开关在接通和断开的瞬间具有可控娃开关的优点，而在正常接通期间又具 有接触器开关无功耗的优点。其实现方法是:投入时在电压过零瞬间可控娃先过零触发，稳 定后再将磁保持继电器吸合导通;而切出时是先将磁保持继电器断开，可控娃延时过零断 开，从而实现电流过零切除。
[0021] 本实施例中，S相电的每一相与零线间设有5路电容调节支路与5路电感调节支 路，=相电的每两相之间设有5路电容调节支路;所述相间补偿电路和相零间补偿电路的调 节支路电容器与电感器容量为倍数关系，A、B相，B、C相，C、A相，A、零相，B、零相，C、零相，最 小调节支路容量为X，第n路支路容量为2" X X，调节更加精细，也可W防止过补的现象发生。
[0022] 本实施例中，所述电流采集装置为电流互感器。
[0023] 本实施例中，所述电流检测装置位于不平衡治理点与负载之间。
[0024] 本发明还公布了一种电容电感治理=项不平衡及无功的控制方法，电流采集装 置、电压采集装置采集电网各相的电流电压，并将电流电压信号传入主控制器，主控制器计 算各相有功功率和无功功率，根据无功功率和平衡补偿的需要计算各相间、相零需要补偿 的容量值，决定需要投入或切除的电容调节支路与电感调节支路，并输出至电容调节支路 与电感调节支路，电容与电感调节支路接到控制命令后，投入或切除电容与电感调节支路， 将有功功率通过相间补偿电路由超前相转移至滞后相，通过相零间补偿电路对无功功率进 行补偿。
[0025] 主控制器根据电流电压信号计算决定需要投入或切除的调节支路的过程为:首先 定义在A相、B相间投入电容容量Qab,在B相、C相间投入电容容量化C，在C相、A相间投入电容 容量舶a，A相有功电流Iar,B相有功电流Ibr,讨目有功电流Icr,平均有功电流Iav, Iar-Iav= A IaJbr-Iav= A IbJcr-Iav= A Ic,A相无功电流Ial,B相无功电流Ibl,C相无功电流Ia,有功电 流不平衡电流口限Inr,投切延时设定值为TcU满足所有投切条件的实际延时为t，线电压为 U;当Iar^ Ibr> Icr时，当A Ia^ Inr，根据A Ia计算出Qab，根据A Ia+A Ib，计算出化C，根据预投 入相间电容后A、B、C^相的无功值，计算A、B、C需投入的电容电感容量，根据Qab、Qbc值，A、B、 C需投入的电容电感容量，计算投入支路，控制原所有投入支路切除动作，进行新投入支路 投入动作，当Icr^ Iar> Ibr或Ibr^ IcR> Iar时均按上述过程进行调整；当Iar^ IcR> Ibr时，当 Icr>Iav且A Ia^Inr,根据A Ic计算出Qca,根据A Ic+A Ia计算出Qab,根据预投入相间电容后 A、B、C^相的无功值，计算A、B、C需投入的电容电感容量，根据Qca、Qab值，A、B、C需投入的电 容电感容量，计算投入支路，控制原所有投入支路切除动作，进行新投入支路投入动作，当 Iav^Icr且A Ia^Inr,根据A Ia计算出Qab,根据A Ia+A Ib,此时A Ib为负值，计算出化C，根据 预投入相间电容后A、B、C=相的无功值，计算A、B、C需投入的电容电感容量，根据Qab、化C值， A、B、C需投入的电容电感容量，计算投入支路，控制原所有投入支路切除动作，进行新投入 支路投入动作，当Icr^ Ibr> Iar或Ibr^ Iar> Icr时均按上述过程进行调整；当Inr> Iar且Inr> Ibr且Inr> Icr相时，切除所有相间电容，根据A、B、C=相的无功值，计算A、B、C需投入的电容 电感容量，根据A、B、C需投入的电容电感容量，计算投入支路，控制原所有投入支路切除动 作后进行新投入支路投入动作；当确认系统缺相后，主控制器直接切除所有电容电感调节 支路。
[0026] 本实施例中，主控制器计算出各补偿电路需要投入电容电感的容值，选择需要投 入的支路，选择过程为:设每一补偿电路共有n路补偿支路，主控制器计算出需要的容值为 Z，则该补偿电路补偿支路投切状态共有2"种可能，将每一种可能按容量大小排列，第y种可 能为Ty，如果Ty+l > Z > Ty，则选择Ty所对应的支路投切状态。
[0027] 支路投切选择如下表，设最小支路容量为Ikvar，则第2路为化var，第3路为4kvar， 第4路为Skvar，第5路为16kvar，如需要4.化var容量，则1'6> 4.2 > T日，选择T日支路投切方式， 即支路1至5的投切为切、切、投、切、切。
[002引
、、、、、、、、、、、、、4、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、4、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、4、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、C、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、a、、^、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、A、、、、a、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、4 、、、、、、、??、、、、、、、. W上描述的仅是本发明的优选实施例，本领域技术人员根据本发明作出的修改和等同 性替换，属于本发明的保护范围。
【主权项】
1. 电容电感三相不平衡及无功治理装置，其特征在于:包括主控制器、与主控制器输入 端相连的电流采集装置和电压采集装置、与主机控制器输出端相连的精细无功补偿单元， 电流采集装置、电压采集装置采集三相电的电流、电压值，将其传入主控制器进行处理运 算，所述精细无功补偿单元包括相间补偿电路和相零间补偿电路，所述相间补偿电路采用 电容补偿，所述的相零间补偿电路采用电容或电感补偿，相间补偿电路包括连接在三相电 之间的多个电容调节支路，相零间补偿电路包括分别连接在三相电与零线之间的多个电容 调节支路与多个电感调节支路，所述电容调节支路包括串联在一起的电容、复合开关和熔 断器，所述电感调节支路包括串联在一起的电感、复合开关和熔断器，相间补偿电路、相零 间补偿电路与三相电和零线之间连接有电抗器;主控制器的输出端还连接有防止精细无功 补偿单元温度过高的温度传感器和风扇电机、显示三相电治理状态的显示器。2. 根据权利要求1所述的电容电感三相不平衡及无功治理装置，其特征在于:所述显示 器上设有GPRS天线接口和S頂卡插槽。3. 根据权利要求1所述的电容电感三相不平衡及无功治理装置，其特征在于:三相电的 每一相与零线间设有5路电容调节支路与5路电感调节支路，三相电的每两相之间设有5路 电容调节支路;所述相间补偿电路和相零间补偿电路的调节支路电容器与电感器容量为倍 数关系，A、B相，B、C相，C、A相，A、零相，B、零相，C、零相，最小调节支路容量为X，第η路支路容 量为2 ηΧχ。4. 根据权利要求1所述的电容电感三相不平衡及无功治理装置，其特征在于:所述电流 采集装置为电流互感器。5. 根据权利要求1所述的电容电感三相不平衡及无功治理装置，其特征在于:所述电流 检测装置位于补偿接入点与负荷之间。6. 电容电感三相不平衡及无功治理方法，其特征在于：电流采集装置、电压采集装置采 集电网各相的电流电压，并将电流电压信号传入主控制器，主控制器计算各相有功功率和 无功功率，根据无功功率和平衡补偿的需要计算各相间、相零需要补偿的容量值，决定需要 投入或切除的电容调节支路与电感调节支路，并输出至电容调节支路与电感调节支路，电 容与电感调节支路接到控制命令后，投入或切除电容与电感调节支路，将有功功率通过相 间补偿电路由超前相转移至滞后相，通过相零间补偿电路对无功功率进行补偿。7. 根据权利要求6所述的电容电感三相不平衡及无功治理方法，其特征在于：主控制器 通过相间电容调节支路调节三相有功不平衡后，当系统中原有感性无功无法抵消由三相有 功不平衡治理所带来的容性无功，则投入相零间电感补偿支路与系统感性无功共同抵消三 相有功不平衡治理所带来的容性无功，当三相有功不平衡治理后所带来的容性无功不足 以抵消系统中原有感性无功，则投入相零间电容补偿支路，通过三相有功不平衡治理后所 带来的容性无功与相零间电容补偿支路共同补偿系统中原有感性无功。8. 根据权利要求6所述的电容电感三相不平衡及无功治理方法，其特征在于：主控制器 根据电流电压信号计算决定需要投入或切除的调节支路的过程为:首先定义在Α相、Β相间 投入电容容量Qab，在B相、C相间投入电容容量Q BC，在C相、A相间投入电容容量QCA，A相有功电 流Iar，B相有功电流IBR，C相有功电流Icr，平均有功电流^山1?-^=&1 /1，1册-1]?=&16，1?-Iav= Δ IC，A相无功电流Ial，B相无功电流Ibl，C相无功电流Ια，有功电流不平衡电流门限Inr， 投切延时设定值为Td，满足所有投切条件的实际延时为t，线电压为U;当Iar多I Br>Icr时，当 Α Ια彡Inr，根据Α Ια计算出Qab，根据A IA+A Ib，计算出Qbc，根据预投入相间电容后A、B、C三 相的无功值，计算A、B、C需投入的电容电感容量，根据QAB、QBC值，A、B、C需投入的电容电感容 量，计算投入支路，控制原所有投入支路切除动作，进行新投入支路投入动作，当Icr多Iar> Ibr或Ibr> Icr> Iar时均按上述过程进调整；当Iar> Icr> Ibr时，当Icr> Iav且Δ Ia^： Inr，根 据Λ Ic计算出Qca，根据Δ Ic+Δ IA计算出QAB，根据预投入相间电容后A、B、C三相的无功值，计 算A、B、C需投入的电容电感容量，根据Q CA、QAB值，A、B、C需投入的电容电感容量，计算投入支 路，控制原所有投入支路切除动作，进行新投入支路投入动作，当Iav多Icr且△ Ια多Inr，根据 Α Ια计算出QAB，根据Δ Ια+Δ Ib，此时Δ Ib为负值，计算出QBC，根据预投入相间电容后A、B、C三 相的无功值，计算A、B、C需投入的电容电感容量，根据Q AB、QBC值，A、B、C需投入的电容电感容 量，计算投入支路，控制原所有投入支路切除动作，进行新投入支路投入动作，当Icr多Ibr> Iar或Ibr> Iar>Icr时均按上述过程进彳丁调整；当Inr>Iar且Inr> Ibr且Inr> Icr相时，切除所有 相间电容，根据A、B、C三相的无功值，计算A、B、C需投入的电容电感容量，根据A、B、C需投入 的电容电感容量，计算投入支路，控制原所有投入支路切除动作后进行新投入支路投入动 作；当确认系统缺相后，主控制器直接切除所有电容电感调节支路。9.根据权利要求6所述的电容电感三相不平衡及无功治理方法，其特征在于： 主控制器计算出各补偿电路需要投入电容电感的容值，选择需要投入的支路，选择过 程为:设每一补偿电路共有η路补偿支路，主控制器计算出需要的容值为z，则该补偿电路补 偿支路投切状态共有2η种可能，将每一种可能按容量大小排列，第y种可能为T y，如果Ty+1>z 多Ty，则选择Ty所对应的支路投切状态。
【文档编号】H02J3/26GK106099957SQ201610398848
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月7日
【发明人】张帆, 单冠华, 王山磊, 曹文华, 刘鼎立
【申请人】山东电工电气集团新能科技有限公司