无功补偿控制器及三相不平衡无功补偿装置的制作方法

本实用新型涉及无功补偿技术领域，涉及无功补偿控制器及三相不平衡无功补偿装置。

背景技术：

在我国城乡电网中，大量采用三相四线制配电方式，配电变压器通常为Y/Yno接线。由于负荷侧存在大量的单相、不对称、非线性、冲击性负荷，配电变压器运行不平衡的问题十分显著，不仅增加线路及变压器的损耗，降低变压器的运行效率，也导致中线电流增大，降低供电可靠性，影响配电系统的安全运行。

对于无功功率不足的问题，在我国通常采用配置低压无功补偿电容器的方法，其补偿大多为共补、分补无功补偿的控制方式，其工作原理为，用于共补的角接电容器采取三相等值投入，投入数值由三相所需无功补偿的最小值来确定，在减去共补量后，其余两相所需无功量则由分补的方式进行补偿。该方法仅仅对电网缺少的无功进行了补偿，却没有考虑到如何改善三相不平衡的问题，在投切不当时反而会增加三相不平衡度。若将三相四线制配电网中的不平衡电流分解为正序分量、负序分量和零序分量，该种方法也未对零序电流补偿的问题给予考虑，甚至会使零序电流更大，严重影响电网的运行安全。

其他的无功补偿装置例如同步调相机、静止无功补偿装置和并联电容器，均不能有效解决低压配电网中三相不平衡问题，给电网的安全运行造成隐患。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供了无功补偿控制器及三相不平衡无功补偿装置，通过对电容器组的合理投切，优化补偿了电网中的无功功率和零序电流，减少了三相不平衡度，降低了电网损耗，提高了电能质量。

第一方面，本实用新型提供了一种无功补偿控制器，包括：采样模块、处理器、显示模块和开出口；

所述采样模块，与所述处理器相连接，用于获取配电网中的电气参数信号，并向所述处理器发送所述电气参数信号；

所述处理器，与所述显示模块相连接，用于根据所述电气参数信号向所述显示模块发送驱动信号，以使所述显示模块显示当前电网状态信息；

所述显示模块，与所述处理器相连接，用于根据所述驱动信号显示所述当前电网状态信息，以及获取人工设置信号，并将所述人工设置信号发送给所述处理器，以使所述处理器对所述开出口进行控制；

所述开出口，与复合投切开关相连接，用于向所述复合投切开关发送开关控制信号，以使所述复合投切开关改变开关状态。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述开关控制信号包括第一开关控制信号，所述开出口包括第一开出口，所述第一开出口用于向角接开关发送所述第一开关控制信号以投切角接电容器。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述开关控制信号还包括第二开关控制信号，所述开出口还包括第二开出口，所述第二开出口用于向星接开关发送所述第二开关控制信号以投切星接电容器。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，用于记录电容器组的投切，每相电流、电压值以及所述电压值对应的时刻。

第二方面，本实用新型实施例提供了一种三相不平衡无功补偿装置，包括如上所述的无功补偿控制器，还包括复合投切开关和电容器组；

所述无功补偿控制器，与所述复合投切开关相连接，用于测量配电网中的电气参数，并根据所述电气参数向所述复合投切开关发送开关控制信号；

所述复合投切开关，与所述电容器组相连接，用于根据所述开关控制信号对所述电容器组进行投切；

所述电容器组，与所述复合投切开关相连接，用于进行不等值投切以补偿三相电路中的无功功率，或进行分补投切以补偿配电网中的零序电流。

结合第二方面，本实用新型实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，所述开关控制信号包括第一开关控制信号，所述复合投切开关包括多个角接开关，所述电容器组包括多个角接电容器，所述角接开关根据所述第一开关控制信号对所述角接电容器进行不等值投切，以使所述角接电容器补偿三相电路中各相所需的所述无功功率。

结合第二方面的第一种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，所述开关控制信号还包括第二开关控制信号，所述复合投切开关还包括多个星接开关，所述电容器组还包括多个星接电容器，所述星接开关根据所述第二开关控制信号对所述星接电容器进行分补投切，以使所述星接电容器提供的两相合成电容电流补偿所述零序电流。

结合第二方面的第一种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第二方面的第三种可能的实施方式，其中，所述角接电容器包括多组单相电容器，所述单相电容器包括第一单相电容器C1、第二单相电容器C2和第三单相电容器C3，所述角接开关包括第一角接开关K1、第二角接开关K2、第三角接开关K3、第四角接开关K4、第五角接开关K5和第六角接开关K6，所述第一单相电容器C1的一端与C相线路相连接，所述第一单相电容器C1的另一端与所述第一角接开关K1和所述第二角接开关K2的一端相连接，所述第一角接开关K1和所述第二角接开关K2的另一端分别与A相线路和B相线路相连接；所述第二单相电容器C2的一端与B相线路相连接，所述第二单相电容器C2的另一端分别与所述第三角接开关K3和所述第四角接开关K4的一端相连接，所述第三角接开关K3和所述第四角接开关K4的另一端分别与所述A相线路和所述C相线路相连接；所述第三单相电容器C3的一端与A相线路相连接，所述第三单相电容器C3的另一端与所述第五角接开关K5和所述第六角接开关K6的一端相连接，所述第五角接开关K5和所述第六角接开关K6的另一端与分别与所述B相线路和所述C相线路相连接。

结合第二方面的第二种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第二方面的第四种可能的实施方式，其中，所述星接电容器包括多组单相电容器，所述单相电容器包括第四单相电容器C4、第五单相电容器C5和第六单相电容器C6，所述星接开关包括第一星接开关K7、第二星接开关K8、第三星接开关K9、第四星接开关K10和第五星接开关K11，所述第一星接开关K7的一端与C相线路相连接，所述第一星接开关K7的另一端与所述第四单相电容器C4的一端、所述第四星接开关K10的一端相连接；所述第二星接开关K8的一端与B相线路相连接，所述第二星接开关K8的另一端与所述第四星接开关K10的另一端、所述第五单相电容器C5的一端和所述第五星接开关K11的一端相连接；所述第三星接开关K9的一端与A相线路相连接，所述第三星接开关K9的另一端与所述第五星接开关K11的另一端、所述第六单相电容器C6的一端相连接，所述第四单相电容器C4的另一端、所述第五单相电容器C5的另一端和所述第六单相电容器C6的另一端所形成的公共点与零线相连接。

结合第二方面的第一种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第二方面的第五种可能的实施方式，其中，所述角接电容器还用于转移相间有功功率，以使三相有功负荷平衡。

本实用新型提供了无功补偿控制器及三相不平衡无功补偿装置，包括无功补偿控制器、复合投切开关和电容器组，无功补偿控制器与复合投切开关相连接，用于测量配电网中的电气参数，如果该电气参数表征出电网中无功功率的欠缺，则无功补偿控制器向复合投切开关发送开关控制信号；复合投切开关与电容器组相连接，根据开关控制信号对电容器组进行投切；电容器组用于进行不等值投切以补偿三相电路中的无功功率，或进行分补投切以补偿配电网中的零序电流。本实用新型通过复合投切开关对电容器组的合理投切，有效补偿了电网中的无功功率和零序电流，减少了三相不平衡度，降低了电网损耗，提高了电能质量。

本实用新型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，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型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。

为使本实用新型的上述目的、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实用新型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实用新型的一些实施方式，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为本实用新型实施例提供的无功补偿控制器结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的无功补偿控制器接线原理图；

图3为本实用新型实施例提供的三相不平衡无功补偿装置结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的角接电容器的接线原理图；

图5为本实用新型实施例提供的星接电容器的接线原理图；

图6为本实用新型实施例提供的零序电流补偿向量图。

图标：10-无功补偿控制器；20-复合投切开关；30-电容器组；11-处理器；12-采样模块；13-显示模块；14-开出口；21-角接开关；22-星接开关；31-角接电容器；32-星接电容器。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

目前的常规无功补偿装置在补偿配电网无功功率的同时不能有效解决三相不平衡的问题，严重影响电能质量和电网安全运行，基于此，本实用新型实施例提供的无功补偿控制器及三相不平衡无功补偿装置，可以通过对电容器组的合理投切，有效补偿电网中的无功功率和零序电流，减少了三相不平衡度，降低了电网损耗，提高了电能质量。

为便于对本实施例进行理解，首先对本实用新型实施例所公开的无功补偿控制器进行详细介绍。

图1为本实用新型实施例提供的无功补偿控制器结构示意图。

参照图1，无功补偿控制器包括处理器11、采样模块12、显示模块13和开出口14；

采样模块12，与处理器11相连接，用于获取配电网中的电气参数信号，并向处理器11发送电气参数信号；

其中，对配电网中的电气参数测量包括测量A、B、C三相电压、电流、有功、无功和功率因数，并且包括对正反向有功电能和无功电能的计量，配备完整的数据统计存储功能。

处理器11，与显示模块13相连接，用于根据电气参数信号向显示模块13发送驱动信号，以使显示模块13显示当前电网状态信息；

显示模块13，与处理器11相连接，用于根据驱动信号显示当前电网状态信息，以及获取人工设置信号，并将人工设置信号发送给处理器11，以使处理器11对开出口14进行控制；

开出口14，与复合投切开关20相连接，用于向复合投切开关20发送开关控制信号，以使复合投切开关20改变开关状态。

其中，开出口为32路，无触点输出，完全隔离。前16路为角接开出，后16路为星接开出。

根据本实用新型的示例性实施例，开关控制信号包括第一开关控制信号，开出口14包括第一开出口，第一开出口用于向角接开关21发送第一开关控制信号以投切角接电容器31。

根据本实用新型的示例性实施例，开关控制信号还包括第二开关控制信号，开出口14还包括第二开出口，第二开出口用于向星接开关22发送第二开关控制信号以投切星接电容器32

根据本实用新型的示例性实施例，还包括统计单元，用于记录电容器组30的投切，每相电流、电压值以及该电压值对应的时刻。

其中，统计单元包括对电容器组30的投切记录以及动作前后的平均电压、电流、功率因数的记录，对月补偿总量和每组电容器的累计投入时间进行记录，还包括对每相电流、电压值以及该电压值对应的时刻进行记录，在这里，该电压值包括最大电压值和最小电压值。并且，该控制器还具备通讯功能，预留标准通讯接口，配置标准通讯规约，通过手抄器或无线(GPRS/CDMA/GSM)方式抄收数据。

图2为本实用新型实施例提供的无功补偿控制器接线原理图。

参照图2，Q1至Q32为32路隔离开出，其中，Q1-Q16为角接开出，即为第一开出口，Q17-Q32为星接开出，即为第二开出口。CT1、CT2和CT3为电流互感器，用于测量配电网中的电气参数，采样电流为AC0～5A，采样电压为AC220V±20％。

本实用新型实施例提供的无功补偿控制器，包括采样模块、处理器、显示模块和开出口；采样模块与处理器相连接，用于获取配电网中的电气参数信号并向处理器发送电气参数信号；处理器与显示模块相连接，用于根据电气参数信号向显示模块发送驱动信号，以使显示模块显示当前电网状态信息；显示模块还用于获取人工设置信号，并将人工设置信号发送给处理器，以使处理器对开出口进行控制；开出口与复合投切开关相连接，用于向复合投切开关发送开关控制信号以使复合投切开关改变开关状态。本实用新型提供的一种无功补偿控制器，针对配电网的运行状态对复合投切开关进行控制，对电容器组合理投切以满足补偿无功功率和在相间转移负荷的需要。

图3为本实用新型实施例提供的三相不平衡无功补偿装置结构示意图。

参照图3，三相不平衡无功补偿装置包括：无功补偿控制器10、复合投切开关20和电容器组30；

无功补偿控制器10，与复合投切开关20相连接，用于测量配电网中的电气参数，并根据电气参数向复合投切开关20发送开关控制信号；

复合投切开关20，与电容器组30相连接，用于根据开关控制信号对电容器组30进行投切；

其中，复合投切开关20采用智能复合开关，零电压投入、零电流切除，投切时无涌流，工作时无功耗，不需再选用限流电抗器，降低了成套装置成本。

电容器组30，与复合投切开关相连接，用于进行不等值投切以补偿三相电路中的无功功率，或进行分补投切以补偿配电网中的零序电流。

具体地，本装置还包括A/D转换器、电流互感器、交流插件和执行机构，以配合无功补偿控制器、复合投切开关和电容器组完成投切任务。

根据本实用新型的示例性实施例，开关控制信号包括第一开关控制信号，复合投切开关20包括多个角接开关21，电容器组30包括多个角接电容器31，角接开关21根据第一开关控制信号对角接电容器31进行不等值投切，以使角接电容器31补偿三相电路中各相所需的无功功率。

根据本实用新型的示例性实施例，开关控制信号还包括第二开关控制信号，复合投切开关20还包括多个星接开关22，电容器组30还包括多个星接电容器32，星接开关22根据第二开关控制信号对星接电容器32进行分补投切，以使星接电容器32提供的两相合成电容电流补偿零序电流。

根据本实用新型的示例性实施例，角接电容器包括多组单相电容器，参照图4，单相电容器包括第一单相电容器C1、第二单相电容器C2和第三单相电容器C3，角接开关包括第一角接开关K1、第二角接开关K2、第三角接开关K3、第四角接开关K4、第五角接开关K5和第六角接开关K6，第一单相电容器C1的一端与C相线路相连接，第一单相电容器C1的另一端与第一角接开关K1和第二角接开关K2的一端相连接，第一角接开关K1和第二角接开关K2的另一端分别与A相线路和B相线路相连接；第二单相电容器C2的一端与B相线路相连接，第二单相电容器C2的另一端分别与第三角接开关K3和第四角接开关K4的一端相连接，第三角接开关K3和第四角接开关K4的另一端分别与A相线路和C相线路相连接；第三单相电容器C3的一端与A相线路相连接，第三单相电容器C3的另一端与第五角接开关K5和第六角接开关K6的一端相连接，第五角接开关K5和第六角接开关K6的另一端与分别与B相线路和C相线路相连接。

具体地，根据算法，装置相间电容器组投入是不等值的，为了更合理地利用电容器组，采用图4所示的接线方法，通过复合投切开关K1～K6对角接电容器组进行不等值投切以补偿三相电路中的无功功率。

根据本实用新型的示例性实施例，星接电容器包括多组单相电容器，参照图5，单相电容器包括第四单相电容器C4、第五单相电容器C5和第六单相电容器C6，星接开关包括第一星接开关K7、第二星接开关K8、第三星接开关K9、第四星接开关K10和第五星接开关K11，第一星接开关K7的一端与C相线路相连接，第一星接开关K7的另一端与第四单相电容器C4的一端、第四星接开关K10的一端相连接；第二星接开关K8的一端与B相线路相连接，第二星接开关K8的另一端与第四星接开关K10的另一端、第五单相电容器C5的一端和第五星接开关K11的一端相连接；第三星接开关K9的一端与A相线路相连接，第三星接开关K9的另一端与第五星接开关K11的另一端、第六单相电容器C6的一端相连接，第四单相电容器C4的另一端、第五单相电容器C5的另一端和第六单相电容器C6的另一端所形成的公共点与零线相连接。

具体地，根据算法，装置的三相分相星接电容器组同时只有两相进行投切，另一相不投入使用，为了更合理地使用电容器组，采用图5的三组可以共用的接线方法，通过复合投切开关K7～K11对星接电容器组进行分补投切以补偿配电网中的零序电流，对零序电流的补偿原理可参看图6的零序电流补偿向量图

根据本实用新型的示例性实施例，角接电容器31还用于转移相间有功功率，以使三相有功负荷平衡。

其中，由于角接电容器31位于三相相间，因此补偿的电容电流向量与每相电压向量呈60°或120°，因此可以转移相间功率，平衡变压器三相间的有功复合，减少变压器的损耗。

另外，该三相不平衡无功补偿装置还包括保护功能，包括过压、欠压保护、断相保护、谐波保护功能等，并且各保护限值可自行设定。

需要说明的是，该三相不平衡无功补偿装置的角接电容器31采用6个接线端子的电容器，由3个单相电容器封装而成，复合投切开关中的角接开关21采用角内接线控制方式，投切方式为分别投切，即AB、BC、CA相间的电容器可进行相间电容量不等值投切，以此来满足三相线路中各相所需的无功功率补偿量。由于在三相系统中，相间电感或电容元件的电流相量与每相电压相量成60°或120°夹角，跨接在相线与相线之间的电容或电感元件具有转移相间功率、补偿无功的作用，因此该种投切方式在补偿各相无功功率的同时，还可以使变压器的负荷得到合理的均衡分配，并且不会产生投切震荡。

图6为本实用新型实施例提供的零序电流补偿向量图。

参照图6，根据配电网中的三相不平衡情况，可将三相不平衡系统分解为正序、负序和零序分量，在平衡的系统中，只存在正序分量，是不存在零序分量和负序分量的，因此应将零序、负序分量补偿掉，构成一个平衡的系统。

图6中，I₀为不平衡网络中的零序电流，U_A为A相相电压，U_B为B相相电压，U_C为C相相电压，I_b补与I_c补分别为对应于B相和C相的星接电容器分相补偿的电容电流。其中，I_b补应超前于U_B 90°，I_c补应超前于U_C 90°，-I₀为I_b补与I_c补的合成电容电流，可见-I₀与I₀等值反向，因此可以补偿掉零序电流分量。由此可见，星接电容器的由星接开关所控制的分补投切方式可以对零序电流进行补偿，根据零序电流的大小和方向，通过两相分补电容器的组合投入，合成一个与原零序电流大小相等、方向相反的电流分量进行补偿；而对于不平衡系统中的负序分量，由于负序分量的特性为三个大小相等的分量，且在相位上依次为前一个分量滞后于后一个分量120°的向量组，因此负序电流的补偿可以由相间电容器来补偿，即由角接开关所控制的角接电容器来补偿。

本实用新型提供了三相不平衡无功补偿装置，包括无功补偿控制器、复合投切开关和电容器组，无功补偿控制器与复合投切开关相连接，用于测量配电网中的电气参数，如果该电气参数表征出电网中无功功率的欠缺，则无功补偿控制器向复合投切开关发送开关控制信号；复合投切开关与电容器组相连接，根据开关控制信号对电容器组进行投切；电容器组用于进行不等值投切以补偿三相电路中的无功功率，或进行分补投切以补偿配电网中的零序电流。本实用新型通过复合投切开关对电容器组的合理投切，有效补偿了电网中的无功功率和零序电流，减少了三相不平衡度，降低了电网损耗，提高了电能质量。

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。

另外，在本实用新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

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，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本实用新型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)执行本实用新型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-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型揭露的技术范围内，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实用新型实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。