无功补偿装置、电力供电系统的制作方法

本实用新型涉及电力调节领域，尤其涉及无功补偿装置以及电力供电系统。

背景技术：

目前，用电需求的不断增大，用电环境也越来越复杂化，连接的方式也越来越多，如单相用电环境、三相三线的用电环境、三相四线的用电环境中。但在电能通过以上的用电环境输送到负载的过程中，存在过补、欠补、不平衡补偿、三相不平衡问题，浪费了电能，甚至会带来用电危险。现有的无功补偿装置虽能进行电容投切，在一定程度上解决上述的问题，但现有的无功补偿装置在使用电容投切进行无功补偿时，无法根据不同的输电线路行，进行精确快速的电容投切。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种无功补偿装置及电力供电系统，能够根据输电线路进行更精确快速的电容投切。

一种无功补偿装置，应用于电力供电系统中，所述无功补偿装置包括检测电路、电容投切开关、投切电容器组及控制芯片；所述投切电容器组包括若干电容器，所述电容投切开关与所述若干电容器选择性地电性导通以将相应的所述电容器在所述电力供电系统中进行投切；所述检测电路用于检测基于电力供电系统中的输电线路连接方式检测相应相线总电流和总功率因数、以及负载电流以及负载功率因素；所述控制芯片与所述检测电路电性连接，根据所述相应的总电流、总功率因数、负载电流、以及负载功率因素控制所述电容投切开关依次选择不同的电容器在所述电力供电系统中进行电容投切；当每次电容投切所述电力供电系统时，所述检测电路还用于检测相线的总电流；所述控制芯片还用于控制相线的总电流最小时所选择的电容器投切方式在所述电力供电系统中进行电容投切。

进一步地，当所述输电线路连接方式为单相方式，所述总电流包括第一总电流，所述总功率因数包括第一总功率因数，所述负载电流包括第一负载电流，所述负载功率因素包括第一负载功率因数。

进一步地，当所述输电线路连接方式为三相三线方式；所述总电流包括各相线的第二总电流，所述总功率因数包括各相线的第二功率因数，所述负载电流包括各相线的第二负载电流，所述负载功率因数包括各相线的第二负载功率因数。

进一步地，当所述输电线路连接方式为三相四线方式；所述总电流包括各相线的第三总电流和零线的第四总电流，所述总功率因数包括各相线的第三功率因数和零线的第四总电流，所述负载电流包括各相线的第三负载电流和零线的第四电流，所述负载功率因数包括各相线的第三负载功率因数和零线的第四负载功率因数。

进一步地，所述检测电路还包括传感器单元与信号转换单元，所述传感器单元与信号转换单元电连接，所述传感器单元检测相线的所述总电流、负载电流，所述传感器单元还检测相线的负载电压、以及负载电压；所述检测电路还包括信号转换单元，用于根据所述传感器单元检测的电流电压检测所述相线相应的所述总功率因数，负载功率因数。

进一步地，所述电容投切开关包括若干驱动单元，所述控制芯片根据所述总电流、总功率因数、负载电流、以及负载功率因数选择功耗最小的驱动单元进行电容器的投切。

进一步地，所述驱动单元包括第一驱动单元，第二驱动单元。

进一步地，所述无功补偿装置还包括电源模块，用于为所述无功补偿装置提供电能。

进一步地，所述无功补偿装置还包括过零检测电路，所述过零检测电路与所述控制芯片电性连接；用于检测输电线路的交流电的电流、电压的信号经过零位的时刻。

一种电力供电系统，所述电力供电系统包括电源输入端和负载端，其特征在于，所述电力供电系统包括上述任意一种无功补偿装置，所述无功补偿装置接入所述电源输入与所述负载之间。

相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：能够根据具体的输电线路情况，快速有效的选择投切电容，使电容投切的选择更有针对性，缩短了系统反应时间，且能够适应更多的用电环境，进一步减少电容投切过程中功率的消耗。

附图说明

图1为本实用新型无功补偿装置实施例的结构示意图；

图2为本实用新型电力供电系统的实施例的结构示意图；

图3为本实用新型三相四线方式的实施例的连接示意图；

图中：100、无功补偿装置；200、电源输入端；300、负载端；110、检测电路；111、传感器单元；112、信号转化单元；120、控制芯片；130、电容投切开关；131、第一驱动单元；132、第二驱动单元；133、投切电容器组；140、电源模块；150、过零检测电路；400、断路器；500、电表；101、第四总电流； 102、第四负载电流。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

请参阅图1和图2，图1和图2分别是无功补偿装置实施例的结构示意图以及包括无功补偿装置的电力供电系统实施例的结构示意图。无功补偿装置100 接入电路系统中电源输入端200和负载端300之间，通过根据用电环境，进行电容投切，以改变电路的电流和功率因数，提高电路中电能的利用效率。具体的，无功补偿装置100的应用的电力供电系统可以是高压用电环境，也可是家庭用电环境甚至工厂配电网等各种需要省电的用电环境。

无功补偿装置100包括检测电路110、电容投切开关130、投切电容器组133 以及控制芯片120。投切电容器组133中包括若干电容量不同的电容器，通过投切开关130驱动电容器组133实现电容器在电力供电系统中的投切。检测电路 110和电容投切开关130分别电连接控制芯片120。检测电路110分别检测电源输入端200和负载端300的总电流和总功率因数、以及负载电流以及负载功率因素，将检测到的总电流和总功率因数、以及负载电流以及负载功率因素发送控制芯片120，以供控制芯片120识别当前的无功补偿装置100所处的输电线路的用电环境。具体的，用电环境还可以包括：由控制芯片120通过检测电路120 的检测信息计算得到的输电线路的有功功率、视在功率、谐波、频率、畸变等。控制芯片120内保存有针对不同用电环境的多种电容器投切方式，根据当前的用电环境，控制电容投切开关130依次选择不同的电容器在电力供电系统中进行投切，进行投切电容，控制输电线路的总功率因数保持在预设的阈值内，以使输电线路的电能利用率最大化。优选的，总功率因数预设的阈值在0.95-0.99 为最佳范围。进行投切电容的同时，控制芯片120通过检测电路110检测总电流，并选择总电流最小的电容器投切方式作为电力供电系统最终的电容器组合。在一些实施例中，控制芯片120通过检测电路110检测的总电流变化的与否，判断无功补偿装置100是否正常工作运行，若无法检测到电流变化，发出报错提醒，以警示无功补偿装置出现问题。

具体的，当电力供电系统的输电线路连接方式为单相线路方式时，检测的总电流为第一总电流，总功率因数为第一总功率因数，负载电流为第一负载电流，负载功率因数为第一负载功率因数。控制芯片120根据检测到的第一总功率因数、第一总电流、第一负载功率因数以及第一负载电流，判断当前的输电线路的用电环境，选择相对应的电容器投切方式，以使得总功率因数在预设的阈值内，当存在多种电容器的投切方式在预设阈值内时，选择总电流最小的一种，作为最终的电容器组合。

当电力供电系统的输电线路连接方式为三相三线方式时，检测电路110分别检测到三相线路的第二总电流、第二总功率因数、第二负载电流以及第二负载功率因数，共检测有3个总电流、3个总功率因数、3个第二负载电流以及3 个第二负载功率因数。根据每一相的第二总电流、第二总功率因数、第二负载电流以及第二功率因数，分别判断当前每一相的输电线路的用电环境，并选择相对应的电容器投切，以使得每一相的总功率因数都在预设的阈值内，当存在多种电容器的投切方式在预设阈值内时，选择总电流最小的一种，作为最终的电容器组合。具体的，三相三线不平衡用电环境和三相三线平衡用电环境均采用上述方法，在此不再赘述。

请参看图3，图3为当电力供电系统的输电线路连接方式为三相四线方式时的连接示意图，与三相三线方式相比，线路中还包括零线。检测电路110分别检测到三相线路的第三总电流、第三总功率因数、第三负载电流以及第三负载功率因数。此外，还需检测零线的第四总电流101、计算零线的第四总功率因数、零线的第四负载电流102以及计算零线的第四负载功率因数。根据每一相以及零线的总电流、总功率因数、负载电流以及功率因数，分别判断当前每一相的输电线路以及零线的用电环境，并选择相对应的电容器投切，以使得每一相的总功率因数和零线的总功率因数都在预设的阈值内，当存在多种电容器的投切方式在预设阈值内时，选择总电流最小的一种，作为最终的电容器组合。在本实物图中，有两个断路器400，分别连接在输电线路中和输电线路和无功补偿装置100之间，起到电路保护作用，还有一电表500连接在电源输入端200处，做电路检查。

在本实施例中，检测电路110包括传感器单元111与信号转化单元112，通过传感器单元111与信号转化单元112。传感器单元111与信号转化单元112电连接。传感器单元111包括两个电流传感器和两个电压传感器，两电流传感器分别检测总电流、负载电流，两电压传感器分别检测总电压、负载电压。传感器单元111分别将检测到的电流和电压经转化发送至信号转换单元112，信号转换单元112根据总电流、总电压得到总功率因数，根据负载电流、负载电压得到负载功率因数。可以理解的，当输电线路为三相三线方式时，需要三个检测电路110，当输电线路为三相四线方式时，需要四个检测电路110。具体的，信号转化单元112具体可以是ADE7758芯片，该芯片支持多种标准，且兼容三相三线、三线四线及其他三相服务。

在本实施例中，电容投切开关130包括第一驱动单元131、第二驱动单元132。第一驱动单元131为快速驱动单元，第二驱动单元132为高速驱动单元。控制芯片120根据总电流、总功率因数、负载电流、以及负载功率因数，选择第一驱动单元131或第二驱动单元132其中一个驱动单元对电容器组的电容器进行投切。在保证无功补偿装置的在进行电容投切后，总功率因数需求的同时，减少电容投切开关130的电能消耗，能够避免多余的能耗，进一步减少能耗。同时，多种驱动的选择，为无功补偿装置能够适应多种不同的用电环境，使用范围更广泛。

在本实施例中，还包括过零检测电路110，过零检测电路110连接控制芯片 120。过零检测电路110包括电流过零检测单元以及电压过零检测单元。过零检测电路110通过控制芯片120收集的输送线路的电流、电压，并反馈结果至判断投切开关单元133的投切的时刻。具体的，根据电流过零检测单元检测电流经过零位的时刻驱动电容投切开关130控制接入的电容器，电压过零检测单元检测电压为零位的时刻驱动电容投切开关130控制接入的电容器。具体的，当使用的电容投切开关130进行电容投切时，为保护实现电容投切开关130的无涌流投入，就需要在输入端电压为零的时刻闭合。为实现开关节点的无电弧分段，需要在电流为零的时刻断开，进而减少电弧对电容投切开关130的伤害，增加电容投切开关130的使用寿命。过零检测在现有技术中已经成熟，在此不再累赘。在一些实施例中，过零检测可在控制芯片120通过检测电路110发送的电压、电流进行电压电流的过零检测。

优选的，检测电路110中的信号转化单元112的ADE7758芯片，控制芯片 120使用的STC15W4K60S4芯片。其中，无功补偿装置还包括电源模块140，为信号转化单元112和控制芯片120提供电能。具体地，电源模块140为检测电路110和控制芯片120的输入6V电压，以确保信号转化单元112和控制芯片 120正常运行。在需要检测多相的用电环境时，控制芯片120的STC15W4K60S4 芯片最多可同时与4个信号转化单元112的ADE7758芯片。

本实用新型提供的无功补偿装置200，能够根据具体的输电线路情况，快速有效的选择投切电容，使电容投切的选择更有针对性，缩短了系统反应时间，且能够适应更多的用电环境，进一步减少电容投切过程中功率的消耗。通过控制芯片120判断用电环境，使电容投切的选择更有针对性，缩短了系统反应时间，且能够适应更多的用电环境。且存在若干个驱动单元，让控制芯片120可以根据用电环境选择耗电量更小的驱动单元，进一步减少了功率的消耗。

上述实施方式仅为本实用新型的优选实施方式，不能以此来限定本实用新型保护的范围，本领域的技术人员在本实用新型的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本实用新型所要求保护的范围。