一种具备FC控制功能的APF综合控制系统的制作方法

本实用新型涉及电力系统设备领域，尤其涉及一种具备FC控制功能的APF综合控制系统。

背景技术：

随着电气时代的到来，工用和民用的用电负荷迅速增加，各种用电设备大量投运，使整个电网系统增加了大量的谐波电流和系统无功，而早期的无源谐波补偿方式已经无法满足生产需求，APF有源滤波器应运而生，APF有源滤波器简称APF（Active Power Filter），APF以电压源逆变技术为理论基础，采用瞬时无功功率理论，可以实时的对系统中谐波包含的非正弦波形进行校正。

专利号为“201720948574.0”的实用新型专利中提到：APF同时具备无功补偿与谐波治理两大功能，且可以设置优先级，将APF与SVG的功能融为一体，响应时间小于10ms，对于APF的应用有了很大的推动作用，但是其不足之处在于APF的补偿能力与其本身的容量大小息息相关，大容量的APF成本太高。《基于有源电力滤波器的无功补偿装置设计》论文中提到：通过晶闸管分相投切电容器TSC补偿基波和部分基波负序，通过小容量有源滤波器APF补偿谐波和部分基波负序，二者相互配合使用提高电能利用率，该方案的不足之处在于TSC的补偿精度取决于电容器的分组数，且为了提高稳定性，TSC必须实现无过渡过程的操作，即电容器需在峰值时投切，不易控制。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种具备FC控制功能的APF综合控制系统，提供一种无功补偿效果更好、更容易控制的APF综合控制系统，FC（Fixed Capacitor）即固定电容器组。为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：一种具备FC控制功能的APF综合控制系统，包括APF、预设数量的具备通讯功能的FC、485总线和485通讯线，所述APF包括控制模块、通讯模块、数据采集模块、FC投切控制模块，通讯模块、数据采集模块、FC投切控制模块与控制模块电连接，预设数量的具备通讯功能的FC通过485通讯线以并联的方式连接在一起，所述的具备通讯功能的FC通过485总线与通讯模块相连接。

进一步地，控制模块设置为嵌入FC控制算法的控制器。

进一步地，数据采集模块包括PT、CT信号采集合成板和调理电路，所述的PT、CT信号采集合成板与调理电路电连接。数据采集模块通过PT、CT信号采集合成板采集系统中的电流与电压数据，通过调理电路将采集到的系统电压与系统电流进行调理，将最终的模拟信号传输给控制模块进行处理。

进一步地，FC投切控制模块设置为输出信号采用干结点电平信号或脉冲信号的结构形式。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：APF与FC配合使用，不仅能满足电网的无功补偿与谐波治理，还能有效降低APF容量，APF与FC共用同一个控制器，控制过程更加简单，也降低了成本。

附图说明

以下结合附图对本实用新型做进一步详细描述。

附图1是本实用新型的结构示意图；

附图2是本实用新型APF的结构示意图；

附图3是FC投入使用时的逻辑结构示意图；

附图4是FC切除时的逻辑结构示意图；

附图中：1、控制模块，2、通讯模块，3、数据采集模块，4、FC投切控制模块。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图1、附图2、附图3、附图4及具体实施例对本实用新型作进一步的说明。

如附图1所示，一种具备FC控制功能的APF综合控制系统，包括APF、1#FC、2#FC、3#FC、485总线和485通讯线，所述的APF三相输入点分别与380V电网接入点依次相连接，所述的1#FC三相输入点分别与380V电网接入点依次相连接，所述的2#FC三相输入点分别与380V电网接入点依次相连接，所述的3#FC三相输入点分别与380V电网接入点对依次相连接，1#FC、2#FC、3#FC的通讯接口通过485通讯线以并联的方式连接在一起，APF通过485总线与1#FC的通讯接口相连接。

如附图2所示，APF包括控制模块1、通讯模块2、数据采集模块3、FC投切控制模块4，通讯模块2、数据采集模块3、FC投切控制模块4与控制模块1电连接。控制模块1用于处理来自其他模块的数据并下发指令，数据采集模块3用于采集系统电流与电压信号，APF通过通讯模块2可同时读取1#FC、2#FC、3#FC当前装置信息及投切状态，通过控制模块1给FC投切控制模块4下发指令，控制相应FC的投入和切除。

进一步地，控制模块1设置为嵌入FC控制算法的控制器。

进一步地，数据采集模块3包括PT、CT信号采集合成板和调理电路，所述的PT、CT信号采集合成板与调理电路电连接。数据采集模块3通过PT、CT信号采集合成板采集系统中的电流与电压数据，通过调理电路将采集到的系统电压与系统电流进行调理，将最终的模拟信号传输给控制模块1进行处理。

进一步地，FC投切控制模块4设置为输出信号采用干结点电平信号或脉冲信号的结构形式。

如附图3、附图4所示，FC的投入与切除均按照特定的逻辑方案进行，以FC投入为例进行说明：先检测考核点无功功率是否满足FC投入要求，若满足则对1#FC状态进行判断，若1#FC没有故障，则经过短时间延时后，1#FC投入，继续检测考核点无功功率，若仍满足FC投入要求，则判断1#FC状态，若1#FC已投入，判断2#FC状态，若2#FC没有故障，则经过短时间延时后，2#FC投入，以此类推，直至考核点无功功率不满足FC投入要求。

本实用新型的工作原理和工作过程如下：数据采集模块3通过电流互感器测量系统侧电流数据，数据采集模块3的调理电路将相关数据转换成模拟信号，将模拟信号传送给控制模块1，控制模块1通过傅里叶变换计算出其中各个频次的谐波电流分量，计算出系统侧的谐波畸变率，同时可通过锁相环测量出系统电流中基波电流与电压之间的相位关系，计算出系统侧无功电流、有功电流及系统侧功率因数，控制模块1对数据进行判断，比如谐波畸变率是否超标、此时系统需补偿感性还是容性无功等，数据判断之后控制模块1通过PWM控制技术将控制指令传给IGBT，控制IGBT快速导通关断，将需补偿的谐波电流送入电网，与电网中的谐波电流相互抵消；数据判断的同时APF与FC之间通过通讯模块2建立通讯关系，通过FC控制模块4控制FC投切的数量，每一组FC都是固定容量，无法精确补偿无功，APF本身带有的部分无功补偿功能，可有效调理最终FC投入电网的容量，实现无功精确补偿。

下面以附图1为例，详细阐述以系统无功值为目标，APF与FC配合使用的控制方法。对于补偿系统中的谐波电流，补偿原则是在APF额定容量范围内谐波电流越小越好，对于系统中的无功补偿，补偿原则是将系统无功值控制在一定范围内即可，系统无功目标值设置为10kvar，该值可根据用户需要适当修改，FC配置容量分别为1#FC20kvar，2#FC30kvar，3#FC40kvar，数据采集模块3通过电流互感器采集系统侧电流，系统侧电压以380V为基准，数据采集模块3将电流与电压信号实时传输给控制模块1，若检测到此时系统侧无功值为15kvar，该值大于目标值10kvar，此时控制模块1下发1#FC投入指令，FC投切控制模块4接收到1#FC对应的干结点闭合信号，控制1#FC投入；若检测到此时系统侧无功值为40kvar，则1#FC与2#FC投入，多投入的无功值由APF进行补偿；当检测到系统无功值突降时，则控制相应FC切除。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：APF与FC配合使用，不仅能满足电网的无功补偿与谐波治理，还能有效降低APF容量，APF与FC共用同一个控制器，控制过程更加简单，也降低了成本。

利用本实用新型所述的技术方案，或本领域的技术人员在本实用新型技术方案的启发下，设计出类似的技术方案，而达到上述技术效果的，均是落入本实用新型的保护范围。