一种基于有效输出容量的电容补偿装置及其控制方法与流程

本发明属于电容补偿装置技术领域，特别是涉及一种基于有效输出容量的电容补偿装置及其控制方法。

背景技术：

为了提高电力系统的功率因数，减少线路损耗，越来越多的无功补偿装置被应用到电力系统中。目前无论在低压系统无功补偿还是在高压系统无功补偿，特别是分组投切并联电力电容器的补偿装置，其中的某一组电容回路基本都是投切开关，串联电抗器，电力电容器组成，即使设计的硬件电容器分组容量较细，在实际投切过程中并不能准确投切所需电容器，无法满足实际需求，原因主要是控制单元并没有按有效输出容量来进行投切判断，具体体现有以下几点：一般情况下，控制单元都是依据电容额定安装容量进行投切，忽略了电容额定电压较高带来的变化，电容额定电压越高实际输出无功功率越小；忽略了有串联电抗器抵消部分容性无功功率的部分，不同的电抗率抵消的容性无功功率大小不一样；忽视了系统的电压实时变化带来的有效输出容量的变化。此装置及其控制方法适用于高低压系统。。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于有效输出容量的电容补偿装置及其控制方法，通过通过控制单元实时采样并计算电容的投切的实时有效输出容量，并根据系统实时无功需求量情况投切合适的电容器，使系统进线功率因数接近目标设定值；基于有效输出容量方法控制电容的自动投切实现系统的精确无功补偿。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明为一种基于有效输出容量的电容补偿装置，包括：控制单元、投切开关、熔丝、串联电抗器、并联电力电容器；

所述控制单元由电压电流检测电路、人机接口电路、核心处理器、开关控制电路及其外围电路组成；

其中，所述电压电流检测电路由三组电压互感器、三组电流互感器、多个滤波电路及a/d转换器组成；

其中，所述电压互感器跨接于低压主母线与地线之间，所述电流互感器串联于系统进线的电流互感器二次输入端，所述电压互感器和电流互感器分别经各自的滤波电路连接至相应的a/d转换器的模拟信号输入端，各所述a/d转换器的数字信号输出端分别与cpu的ad口连接；

其中，所述人机接口电路由触摸屏及rs485通讯线组成，所述人机接口电路与核心处理器通过rs485通讯线连接；

所述核心处理器由cpu及其必须外围电路组成，所述核心处理器根据采样的数据进行分析、处理、判断、存储，并生成控制命令进行动态无功补偿控制；

所述控制单元根据电压电流检测电路检测的数据信息来控制投切开关的分合；

所述开关控制电路由cpu的i/o口与光耦组成；

所述投切开关跨接在熔丝与电抗器之间；所述投切开关的分合由控制单元进行控制；其中，所述控制单元的输出控制回路连接投切开关，控制单元根据有效输出容量控制方法控制投切开关的投或切；

所述熔丝一端接系统母线，另一端接在投切开关的上端；

所述串联电抗器是一电感元件，跨接在投切开关与电力电容器之间；主要是为了限制涌流和抗谐波作用；

所述并联电力电容器通过串联电抗器并联接入母线，补偿系统无功功率。

进一步地，所述投切开关采用接触器或光电开关。

一种基于有效输出容量的电容补偿装置的动态补偿控制方法，包括以下步骤：

(1)控制单元通过电压电流检测电路实时检测进线电流及母线电压数据信息，并计算系统实时无功功率需求量；

(2)工作人员通过人机接口在控制单元上设定串联电抗的电抗率，以及电力电容器的额定电压和额定容量；

(3)控制单元正常工作时，控制单元可通过计算母线实时电压，结合电抗率，电容器的额定电压、额定容量来实时计算每组电容的若此时投切的实时有效输出容量，并根据系统实时无功需求量情况投切合适的电容器，使系统进线功率因数接近目标设定值。

本发明具有以下有益效果：

本发明通过控制单元实时采样并计算电容的投切的实时有效输出容量，并根据系统实时无功需求量情况投切合适的电容器，使系统进线功率因数接近目标设定值；基于有效输出容量方法控制电容的自动投切实现系统的精确无功补偿。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为一种基于有效输出容量的电容补偿装置的结构示意图；

图2为一种基于有效输出容量的电容补偿装置的动态补偿控制方法的原理图；

图3为一种基于有效输出容量的电容补偿装置的动态补偿控制方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“中”、“内”、“四周”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件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发明的限制。

请参阅图1所示，本发明为一种基于有效输出容量的电容补偿装置，包括：控制单元2、投切开关5、熔丝4、串联电抗器6、并联电力电容器7；

控制单元2由电压电流检测电路、人机接口电路、核心处理器、开关控制电路及其外围电路组成；

其中，电压电流检测电路由三组电压互感器、三组电流互感器、多个滤波电路及a/d转换器组成；

其中，电压互感器跨接于低压主母线与地线之间，电流互感器串联于系统进线的电流互感器二次输入端，电压互感器和电流互感器分别经各自的滤波电路连接至相应的a/d转换器的模拟信号输入端，各a/d转换器的数字信号输出端分别与cpu的ad口连接；

其中，人机接口电路由触摸屏及rs485通讯线组成，人机接口电路与核心处理器通过rs485通讯线连接；

核心处理器由cpu及其必须外围电路组成，核心处理器根据采样的数据进行分析、处理、判断、存储，并生成控制命令进行动态无功补偿控制；

控制单元根据电压电流检测电路检测的数据信息来控制投切开关5的分合；

开关控制电路由cpu的i/o口与光耦组成；

投切开关5跨接在熔丝4与电抗器6之间；投切开关5的分合由控制单元2进行控制；控制单元2的输出控制回路连接投切开关5，控制单元2根据有效输出容量控制方法控制投切开关5的投或切；

熔丝4一端接系统母线1，另一端接在投切开关5的上端；

串联电抗器6是一电感元件，跨接在投切开关5与电力电容器7之间；主要是为了限制涌流和抗谐波作用；

并联电力电容器7通过串联电抗器6并联接入母线1，补偿系统无功功率。

其中，投切开关5采用接触器或光电开关。

实施例1：

本实施例提供的一种基于有效输出容量的电容补偿装置，如图1所示，该装置包括控制单元2、并联连接在母线1上的若干个电容支路3。

如图1所示，每个电容支路3都由熔丝4、投切开关5、串联电抗器6、并联电容器7串联连接后并联在系统母线1上。每一个电容支路3的连接方式都一样，每一电容支路的投入或切除主要看投切开关5是闭合状态还是分断状态，投切开关5的分合命令来自于控制单元2依据有效输出容量的控制方法；

母线1电压或电压pt二次侧、进线电流ct的二次侧分别接入控制单元2的模拟量采样及处理电路，控制单元2的输出控制回路连接投切开关5，控制单元2根据有效输出容量控制方法控制投切开关5的投或切；

熔丝4一端接系统母线1，另一端接在投切开关5的上端；投切开关5串联在4与5之间，上端连接在熔丝4的下端，下端连接电抗器6的上端；串联电抗器6跨接在5与7之间；电力电容器7并联接入串联电抗器6的下端。

实施例2：

本实施例提供的一种基于有效输出容量的电容补偿装置的动态补偿控制方法；包括以下步骤：

如图2所示中，qcn：电容器额定功率；qo：电容器支路有效输出功率；ic：电容器回路投入实际输出电流；ucn：电容器额定端电压(电容器出厂则额定电压已经确定)；un：系统工作电压；p:电抗率(电抗器出厂则电抗率已经确定)。

由于串联电抗器6的存在，电容器支路3不仅只是容抗xc，还有电抗器的6感抗xl。

由欧姆定律得电容器回路投入实际的支路电流：

由节点功率定义得电容器支路有效输出功率：

结合电容器额定参数得出

进一步化简可得其中固定系数此计算式说明了一组电容器支路实际输出容性无功功率不等于电容器的额定安装容量，qo大小不仅与相对固定值ucn、qcn、p有关，而且与实际系统的实时电压un有密切关系。

本发明的控制方法就是利用上述计算式，在装置上电初始化过程中，则把三个固定值ucn、qcn、p全部整定到系统中，软件保存好定值后，立即根据整定值就计算出固定系数k。控制单元2在自动运行过程中，实时采样电源进线电流及母线1的电压，并计算系统进线实时的无功功率需求，再根据实时计算每一回路电容器的对应时刻投入的实际输出无功功率大小，软件根据实时qo与系统进线实时无功功率需求对比，这样可更准确判断是否投入对应回路电容。

实施例3：

如图3所示，本实施例提供一种基于有效输出容量的电容补偿装置的动态补偿控制方法，包括以下步骤：

(1)控制单元通过电压电流检测电路实时检测进线电流及母线电压数据信息，并计算系统实时无功功率需求量；

(2)工作人员通过人机接口在控制单元上设定串联电抗的电抗率，以及电力电容器的额定电压和额定容量；

(3)控制单元正常工作时，控制单元可通过计算母线实时电压，结合电抗率，电容器的额定电压、额定容量来实时计算每组电容的若此时投切的实时有效输出容量，并根据系统实时无功需求量情况投切合适的电容器，使系统进线功率因数接近目标设定值。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。