专利名称：带谐振检测及谐波过流保护的无功补偿方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及配电网络技术领域，尤其涉及一种带谐振检测及谐波过流保护的无功补偿方法及其装置。
背景技术：
电网中的电力负荷大部分属于感性负荷，如电动机、变压器等，在运行过程中需向这些设备提供相应的无功功率。在电网中安装并联电容器等无功补偿设备以后，可以提供感性负载所消耗的无功功率，减少了电网电源向感性负荷提供、由线路输送的无功功率，由于减少了无功功率在电网中的流动，因此可以降低线路和变压器因输送无功功率造成的电能损耗。目前所使用的无功补偿装置的不足之处是1、核心部分用8或16位单片机，响应速度慢，精度低，数据处理能力差。2、选用cosct为检测量，然而cos Φ并不能准确地反映电网中无功分量大小。在重载时，虽然无功分量大，但由于在总负荷中占比重小，COSCj5也较大，甚至高于系统补偿的整定值，使装置作出不补偿的决定；在轻载时，无功分量不大，但功率因数有可能也小，使装置作出补偿的决定，投入后造成过补，又要切除电容造成投切振荡。同时一般装置的补偿盲区也会导致投切震荡。3、装置的投切电容器方式一般分为循环投切和编码投切。理论上说，编码投切电容的方式，可以最大限度的利用电容柜的空间和元件，使同样的电容柜，具有更细的补偿级数或更大的补偿范围。比如，同样是4组电容器，循环投切，只有0-4个单位电容的4个补偿级数，如果用编码投切，则可以完成0-15个单位电容的16个补偿级数。但是编码方式，要求知道柜子内部电容的情况，新的用户使用好办， 老用户自己改造，设定各种参数有些麻烦。4、市面上无功补偿装置的种类很多，有些只能进行一般的控制，不能存储数据和通信，从而不能很好地了解装置的投运情况，如投入装置以后系统平均功率因数达到多少等，装置也没有自检功能，有可能因为装置本身的缺陷造成事故的发生。
发明内容
本发明目的是针对以上不足之处，借助高速数字信号处理技术提出一种带谐振检测及谐波过流保护的无功补偿方法。为解决上述技术问题，本发明的技术方案是带谐振检测及谐波过流保护的无功补偿方法，包括步骤1)、采集电网的低压侧电压、母线侧电流和电容器侧电流数据；2)、利用快速傅立叶变换对步骤1)所采集的电量参数进行计算；3)、进行系统故障自检，如系统故障则进行告警，如系统无故障则进行步骤4) ；4)、进行电压判断，如电压超范围进行告警并进行步骤5)，如未超范围直接进行步骤5) ；5)、对当前电压下的电容器容量进行校准； 6)、采用自组织控制策略确定电容器投切的最佳组合；7)、根据当前电网条件判断是否满足电容器的投切条件；8)、进行谐振检测及谐振干扰控制；9)、根据步骤6)判断出的电容器投切最佳组合进行电容器的投切控制。作为进一步的改进，还包括在进行步骤4)之前计算电能和频率的步骤。
作为进一步的改进，步骤3)所述的系统故障自检方法是如果系统检测到Q2N <QlN/2，则说明系统有故障。作为进一步的改进，步骤幻所述对当前电压下的电容器容量进行校准是根据电容器的额定容量及额定电压校准当前电压下的电容器容量QN1，QNl = (UN1*UN1)/ [(Un*Un)/QN]0作为进一步的改进，步骤6)所述自组织控制策略包括以下步骤a、将N组电容器的容量根据实际情况排列；b、排列好之后将容量的二次值以定值的形式存储到装置的 EEPROM中；C、用0代表电容器切，用1代表电容器投，N组电容器则对应N位二进制数，所以共有2N种组合；d、根据检测到的所缺的无功量从所述256种组合中查找电容器投切的最佳组合。步骤d中所述的电容器投切的最佳组合的电容器容量之和应小于所缺的无功量。作为进一步的改进，步骤7)包括e、过电压检测，如果母线侧电压大于aUN，并且计算时间大于延时时间定值之后则投入的电容器全切，如果不大于α Un，则进行步骤f; f、欠电压检测，如果母线侧电压小于α Un，并且计算时间大于延时时间定值之后则投入的电容器全切，如果不小于α Un，则进行步骤g;g、谐波过电流检测，如果电容器侧电流大于 β In，并且计算时间大于延时时间定值之后则投入的电容器全切，如果不大于β ΙΝ，则进行步骤8)。作为进一步的改进，步骤8)所述的谐振检测及谐振干扰控制是当监测到设备已进入或邻近串、并联谐振状态，将实施谐振干扰控制，拉动设备偏离谐振状态。为使得在实现上述方法时产生最佳的效果，本发明还公开了一种带谐振检测及谐波过流保护的无功补偿装置，包括模拟量采集板，包括电压互感器、电流互感器、电压跟随器及外围的相关的基准电路和滤波电路；开出控制板，包括串转并的输出控制模块；，包括电源模块；显示板，包括LCD显示电路、LED显示电路和按键识别电路；所述模拟量采集板、 开出控制板、电源板和显示板均与CPU主板连接。作为进一步的改进，所述CPU主板包括电源模块、模拟量采集模块、时钟模块、存储模块、显示与按键控制模块、开入开出控制模块、及通讯模块，上述各模块均与DSP芯片连接。本发明的有益效果在于本发明在进行各路模拟量采集时，首先通过交流采样及 FFT变换技术，对每一路模拟量进行谐波分析，在精确获得基波量的同时分解出2-31次谐波量的实时值，并基于此精确获取各分相及总的实时基波有功功率、无功功率及基波功率因数，完全克服了电网谐波、三相不平衡等因素的影响，为实现高效的补偿控制与保护奠定了基石出。本发明的系统自检功能从根本上避免设备在复杂的电网工况下进入异常运行状态，并有效防止在异常电网状况下设备相关元件遭受损害，是整套设备实现安全、可靠、长期有效运行的有力保障。本发明采用自组织控制策略来确实电容器组的投切组合，是利用二进制的突出特点，使电容器的控制更方便快捷，避免了传统电容器循环投切补偿级数的限值以及编码投切维修改造方面的麻烦。本发明采用电压等作为电容器投切的约束条件，可以防止在电压临近边界时出现电容器的投切震荡。
本发明采用的谐振预测及谐振干扰控制可以避免设备损坏及其它严重后果的发生。本发明的电能累计及频率计算功能可以为客户提供更直接、快速的评价依据。综上所述，本发明所述的方法具有响应速度快，可避免电网谐波及三相不平衡对无功补偿计算所造成的影响，能够准确快速的确定电佳的电容器组补偿组合，并可避免在电容器组进行投切时产生的振荡，同时对设备的安全运行提供了可靠的保障。采用所述方法的装置具有硬件电路简单，实时性好，功能完善，有较高的可靠性和抗干扰能力。
图1是本发明中电容器投切条件框图； 图2是本发明中电容器组状态框图；图3是本发明中过电压检测原理框图；图4是本发明中欠电压检测原理框图；图5是本发明中谐波过电流检测原理框图；图6是本发明的结构框图；图7是本发明的主程序流程图；图8是本发明的中断程序流程图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。一种带谐振检测及谐波过流保护的无功补偿方法，包括以下步骤1)、采集电网的低压侧电压、母线侧电流和电容器侧电流数据；2)、利用快速傅立叶变换对步骤1)所采集的电量参数进行计算；3)、进行系统故障自检，如系统故障则进行告警，如系统无故障则进行步骤4) ；4)、进行电压判断，如电压超范围进行告警，如未超范围进行步骤6) ；5)、对当前电压下的电容器容量进行校准；6)、采用自组织控制策略确定电容器投切的最佳组合；7)、 根据当前电网条件判断是否满足电容器的投切条件；8)、进行谐振检测及谐振干扰控制； 9)、根据步骤6)判断出的电容投切最佳组合进行电容器的投切控制。与传统方法不同，本发明是采用32位高速数字信号处理器(DSP)为硬件平台的。1)、首先对三相交流电压(UeuWKUC)、三相系统总电流(IaS、rtS、IcS)、三相无功补偿电流(IaUb、Ic)进行实时采集。三相交流电压采集的是低压侧电压，三相系统总电流采集的是母线侧电流，三相无功补偿电流采集的是电容器侧电流。2)、对各路模拟量的采集均采用快速交流采样技术及快速傅里叶变换技术(FFT) 获取，实时有功功率、无功功率、功率因数均基于瞬时功率理论计算，这从本质上克服了传统采样技术的缺陷。特别的一点，在进行各路模拟量采集时，首先通过交流采样及FFT变换技术，对每一路模拟量进行谐波分析，在精确获得基波量的同时分解出2-31次谐波量的实时值，并基于此精确获取各分相及总的实时基波有功功率、无功功率及基波功率因数，完全克服了电网谐波、三相不平衡等因素的影响。为了客户能够更直接、快捷的得到评价依据，还对四象限的电能累计及频率进行了计算。
3)、系统故障自检，此步骤的具体工作原理如下实际投入的电容器容量QlN实际采集的电容器无功量Q2N如果系统检测到Q2N < Q1N/2，说明系统有故障(如电容器工作不正常，过零触发板未输出触发信号)，这时装置会出现告警信息，为系统安全、可靠地长期运行提供了保障。4)、电压判断，包括过电压判断及欠电压判断。如图3所示，过电压是指工频下交流电压均方根值升高，超过额定值的10%，并且持续时间大于1分钟的长时间电压变动现象；过电压的出现通常是负荷投切的结果，例如 切断某一大容量负荷或者是向电容器组增能，也就是无功补偿过剩都可以导致过电压。反映电容器耐压性能的指标过电压倍数
权利要求
1.带谐振检测及谐波过流保护的无功补偿方法，其特征在于包括以下步骤1)、采集电网的低压侧电压、母线侧电流和电容器侧电流数据；2)、利用快速傅立叶变换对步骤1)所采集的电量参数进行计算；3)、进行系统故障自检，如系统故障则进行告警，如系统无故障则进行步骤4)；4)、进行电压判断，如电压超范围进行告警并进行步骤5)，如未超范围直接进行步骤5)；5)、对当前电压下的电容器容量进行校准；6)、采用自组织控制策略确定电容器投切的最佳组合；7)、根据当前电网条件判断是否满足电容器的投切条件；8)、进行谐振检测及谐振干扰控制；9)、根据步骤6)判断出的电容器投切最佳组合进行电容器的投切控制。
2.根据权利要求1所述的带谐振检测及谐波过流保护的无功补偿方法，其特征在于 还包括在进行步骤4)之前计算电能和频率的步骤。
3.根据权利要求1所述的带谐振检测及谐波过流保护的无功补偿方法，其特征在于 步骤3)所述的系统故障自检方法是如果系统检测到Q2N < Q1N/2,则说明系统有故障。
4.根据权利要求1所述的带谐振检测及谐波过流保护的无功补偿方法，其特征在于 步骤幻所述对当前电压下的电容器容量进行校准是根据电容器的额定容量及额定电压校准当前电压下的电容器容量QN1，QNl = (UNl^UNl)/[(UN*UN)/QN]。
5.根据权利要求1所述的带谐振检测及谐波过流保护的无功补偿方法，其特征在于 步骤6)所述自组织控制策略包括以下步骤a、将N组电容器的容量根据实际情况排列；b、排列好之后将电容器容量的二次值以定值的形式存储到EEPROM中；c、用0代表电容器切，用1代表电容器投，N组电容器则对应N位二进制数，所以共有 21中组合;d、根据检测到的所缺的无功量从所述2N种组合中查找电容器投切的最佳组合。
6.根据权利要求5所述的带谐振检测及谐波过流保护的无功补偿方法，其特征在于 步骤d中所述的电容器投切的最佳组合的电容器容量之和小于所缺的无功量。
7.根据权利要求1所述的带谐振检测及谐波过流保护的无功补偿方法，其特征在于 步骤7)包括以下步骤e、过电压检测，如果母线侧电压大于αUn并且计算时间大于延时时间定值之后则投入的电容器全切，如果不大于α Un，则进行步骤f;f、欠电压检测，如果母线侧电压小于αUn,并且计算时间大于延时时间定值之后则投入的电容器全切，如果不小于α Un，则进行步骤g;g、谐波过电流检测，如果电容器侧电流大于βΙΝ，并且计算时间大于延时时间定值之后则投入的电容器全切，如果不大于β In,则进行步骤8)。
8.根据权利要求1所述的带谐振检测及谐波过流保护的无功补偿方法，其特征在于 步骤8)所述的谐振检测及谐振干扰控制是当监测到设备已进入或邻近串、并联谐振状态， 将实施谐振干扰控制，拉动设备偏离谐振状态。
9.采用权利要求1所述带谐振检测及谐波过流保护的无功补偿方法的装置，其特征在于包括模拟量采集板，包括电压互感器、电流互感器、电压跟随器及外围的相关的基准电路和滤波电路；开出控制板，包括串转并的输出控制模块； 电源板，包括电源模块；显示板，包括LCD显示电路、LED显示电路和按键识别电路； 所述的模拟量采集板、开出控制板、电源板和显示板均与CPU主板连接。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于所述CPU主板包括电源模块、模拟量采集模块、时钟模块、存储模块、显示与按键控制模块、开入开出控制模块和通讯模块，上述各模块均与DSP芯片连接。
全文摘要
带谐振检测及谐波过流保护的无功补偿方法及其装置，涉及配电网络技术领域，包括步骤1)、采集电网的电量参数；2)、利用快速傅立叶变换对所采集的电量参数进行计算；3)、进行系统故障自检；4)、进行电压判断；5)、对当前电压下的电容器容量进行校准；6)、采用自组织控制策略确定电容器投切的最佳组合；7)、根据当前电网条件判断是否满足电容器的投切条件；8)、进行谐振检测及谐振干扰控制；9)、进行电容器的投切控制；采用所述方法的装置，包括CPU主板、模拟量采集板、电源板、开出控制板、显示板。本发明响应速度快，能够准确的确定电佳的电容器补偿组合，并可避免在电容器组进行投切时产生的振荡，同时对设备的安全运行提供了可靠的保障。
文档编号H02J3/18GK102347616SQ20111028219
公开日2012年2月8日 申请日期2011年9月21日 优先权日2011年9月21日
发明者孔凡华, 尹俐, 尹春杰, 张承慧, 王芳芳, 王鑫, 贺鹏 申请人:山东大学, 山东星锐电力科技有限公司