一种可变电容装置以及用于该装置的电容值控制方法

本发明涉及电容控制的，特别是涉及一种可变电容装置以及用于该装置的电容值控制方法。

背景技术：

1、随着可再生能源(如太阳能和风能)的广泛并网使用，电网需要更加灵活和高效的电力电子设备来保证能量的有效分配和利用。高压可变电容器通过调整容值，可以快速响应电网需求的变化，提高电网的适应性和稳定性，其可在调节和平衡不稳定的可再生能源输出方面发挥重要作用，对能量的高效转换和控制至关重要。而电容值的控制自由度则能优化系统的功率因数和谐波管理，从而提高整个电力电子化电力系统的效率和稳定性。

2、此外，随着电力电子技术的进步，电力电子设备趋向于小型化和集成化。高压可变电容器的研究有助于开发更紧凑、更高效的电力电子系统，尤其是在空间受限的应用中非常重要。同时，为了最大化高压可变电容器的性能，需要研究适配的控制策略。现有的高压可变电容器通常只能在较小的容值范围内调节，且现有的高压可变电容器为实现相同电容值时可组合的参数选择有限，这限制了它们在不同电网条件下的适应性和应用范围。同时，现有高压可变电容器往往通过复杂的内部物理结构实现，高压环境下的运行可靠性、高效热管理系统开发以及较高的生产工艺要求和成本限制了其大规模推广应用。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决由于现有高压可变电容器的容值调整范围小，且达到目标电容值可设置参数有限的技术问题，提出一种可变电容装置以及用于该装置的电容值控制方法。

2、本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：

3、一种用于可变电容装置的电容值控制方法，所述可变电容装置包括第一电极和第二电极，所述方法包括如下步骤：s1：接收输入的目标容值；s2：快速调节容值：所述第一电极沿着改变所述第一电极与所述第二电极间的间距的方向移动，并实时测量所述第一电极处于第一当前位置时的第一当前容值，直至所述第一当前容值与所述目标容值的差值在第一预设值内；s3：精确调节容值：所述第二电极沿着改变所述第一电极与所述第二电极间的正对面积的方向移动，并实时测量所述第二电极处于第二当前位置时的第二当前容值，直至所述第二当前容值与所述目标容值的差值在第二预设值内。

4、在一些实施例中，在步骤s1中还包括：计算所述目标容值与所述可变电容装置的最大容值之比得到第一比较值，比较所述第一比较值与第三预设值，所述第三预设值用于衡量所述目标容值与所述最大容值的接近程度；若所述第一比较值小于等于所述第三预设值，则执行步骤s2，否则，跳过步骤s2直接执行步骤s3。

5、在一些实施例中，还包括步骤s0，空间极限位置遍历用于确定所述可变电容装置的最大容值与最小容值，包括如下内容：所述第一电极处于使所述第一电极与所述第二电极间的间距最大点dmax，所述第二电极沿着改变所述第一电极与所述第二电极间的正对面积的方向移动，实时测量并记录所述正对面积从最大到最小改变过程中所述可变电容装置的电容值，该过程中电容值的最小值为所述可变电容装置能达到的最小容值，并将最小容值时所述第二电极的位置设为第二电极点lmin；所述第一电极处于使所述第一电极与所述第二电极间的间距最小点dmin，所述第二电极沿着改变所述第一电极与所述第二电极间的正对面积的方向移动，实时测量并记录所述正对面积从最小到最大改变过程中所述可变电容装置的电容值，该过程中电容值的最大值即为所述可变电容装置能达到的最大容值，并将最大容值时所述第二电极的位置设为第二电极点lmax。

6、在一些实施例中，步骤s1中，所述目标容值不在所述可变电容装置能达到的所述最大容值与所述最小容值范围内时，重新输入新的目标容值；步骤s2中，所述第一电极从所述间距最小点dmin处开始移动；所述第二电极移动时，所述第一电极的位置保持不变；步骤s3中，所述第二电极从其位置为所述第二电极点lmax处开始移动。

7、在一些实施例中，步骤s3中还包括：实时测量所述第二电极从所述第二电极点lmax处移动至所述第二电极点lmin处过程中的第二当前容值，当所述第二当前容值与所述目标容值的差值不在第二预设值内时，将所述第二当前容值与所述目标容值的差值最小的位置作为所述第二电极的位置。

8、本发明还提出了一种可变电容装置，包括箱体、第一电极、第二电极、第一运动组件和第二运动组件，其中，所述第一电极、所述第二电极均位于所述箱体内部，所述第一电极设置在所述第一运动组件上，所述第二电极设置在所述第二运动组件上；所述第一运动组件驱动所述第一电极在所述箱体内运动，所述第一电极的运动用于改变所述第一电极与所述第二电极间的间距，所述第二运动组件驱动所述第二电极在所述箱体内运动，所述第二电极的运动用于改变所述第一电极与所述第二电极间的正对面积；以实现上述的用于可变电容装置的电容值控制方法。

9、在一些实施例中，所述第一运动组件包括第一驱动部和第一连接部，所述第一连接部穿出所述箱体的部分与所述第一驱动部连接，所述第一连接部位于所述箱体内的部分连接所述第一电极，所述第一驱动部用于提供动力驱动所述第一连接部运动从而带动所述第一电极运动；所述第二运动组件包括第二驱动部和第二连接部，所述第二连接部穿出所述箱体的部分与所述第二驱动部连接，所述第二连接部位于所述箱体内的部分连接所述第二电极，所述第二驱动部用于提供动力驱动所述第二连接部运动从而带动所述第二电极运动。

10、在一些实施例中，所述第一连接部与所述第二连接部相互垂直；所述第一电极与所述第二电极相互平行，所述第一电极运动的方向与所述第二电极运动的方向相互垂直。

11、在一些实施例中，还包括控制模块，所述控制模块分别连接所述第一驱动部和所述第二驱动部，用于对第一驱动部和所述第二驱动部输入驱动信号；所述箱体上还设置有电容器引脚孔，所述第一电极、所述第二电极外接导线穿过所述电容器引脚孔；所述箱体使用高分子非铁磁性材料以维持绝缘。

12、在一些实施例中，在所述第二电极运动的方向上，所述第一电极居中，所述箱体的边长是所述第二电极边长的120％至300％；所述第一电极靠近所述第二电极的表面设置有固态介质，和/或，所述第二电极靠近所述第一电极的表面设置有固态介质。

13、本发明与现有技术对比的有益效果包括：

14、本发明提出的可变电容装置以及用于该装置的电容值控制方法中，通过使用第一电极沿着改变第一电极与第二电极间的间距的方向移动，再通过使第二电极沿着改变第一电极与第二电极间的正对面积的方向移动，相较于只改变电极之间间距的结构，引入电极间的正对面积的变化增大了容值的可调整范围、且使为实现相同电容值提供了多组参数选择；且利用间距与电容的反比例关系实现快速电容追踪，利用正对面积与电容的正比例关系实现目标电容值的精准匹配，通过正对面积与间距的配合可使电容落在变化较平缓区域，减小外界条件波动对可变电容容值的影响，从而对电容装置的容值进行快速准确的自适应调节。

15、同时，本发明提出的可变电容装置，包括箱体、第一电极、第二电极、第一运动组件和第二运动组件，第一运动组件驱动第一电极在箱体内运动，第一电极的运动用于改变第一电极与第二电极间的间距，第二运动组件驱动第二电极在箱体内运动，第二电极的运动用于改变第一电极与第二电极间的正对面积，通过改变电极间的间距和正对面积，能够快速准确地实现容值自适应调节；且本发明内部的物理结构简单可靠，从而从根本上避免了高压条件下容易有不同回路被击穿的问题，且不需要过高的生产工艺要求，降低了生产成本。

16、在本发明的一些实施例中，通过设置第三预设值用于衡量所述目标容值与所述最大容值的接近程度，同时根据目标容值与最大容值得到第一比较值后，再通过比较第一比较值与第三预设值，判断进入快速调节目标容值步骤还是精确调节目标电容值步骤，能够有效的节约调节容值的步骤，从而进一步提高容值调节的效率。

17、本发明实施例中的其他有益效果将在下文中进一步述及。