專利名稱：一種三相不平衡負(fù)荷自動調(diào)補(bǔ)的實(shí)驗(yàn)裝置及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于輸配電技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種三相不平衡負(fù)荷自動調(diào)補(bǔ)的實(shí)驗(yàn)裝置及其控制方法。
背景技術(shù)：
三相負(fù)荷不平衡對電力系統(tǒng)有諸多不利影響，目前，對于輸配電系統(tǒng)三相不平衡負(fù)荷補(bǔ)償?shù)难芯坑泻芏?，主要集中在對于無功補(bǔ)償裝置本體設(shè)計(jì)、無功補(bǔ)償裝置控制策略和方法，由于諸多限制條件，許多先進(jìn)算法和控制策略還是停留在理論推導(dǎo)和計(jì)算機(jī)仿真階段，少數(shù)的能夠進(jìn)行實(shí)地試驗(yàn)，都需要進(jìn)行大量的準(zhǔn)備工作，成本較高。因此，通用的三相不平衡負(fù)荷自動調(diào)補(bǔ)實(shí)驗(yàn)平臺成為進(jìn)行各種不平衡補(bǔ)償策略試驗(yàn)合適的選擇，實(shí)驗(yàn)平臺必須要有負(fù)載裝置才能夠?qū)崿F(xiàn)其功能。無功補(bǔ)償主要針對工業(yè)中的電弧爐，電焊機(jī)，電氣化鐵路等負(fù)載，這些負(fù)載能在短時(shí)間內(nèi)對系統(tǒng)造成無功沖擊，造成系統(tǒng)嚴(yán)重三相不平衡，在實(shí)驗(yàn)平臺上模擬此類負(fù)載，需要快速、準(zhǔn)確的控制負(fù)荷的變化。同時(shí)，電力系統(tǒng)中大量存在的單相用電設(shè)備，隨機(jī)性和不確定性強(qiáng)，因此一種能將感性、容性和電阻負(fù)載以多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、 快速準(zhǔn)確的投切于系統(tǒng)的負(fù)載模擬實(shí)驗(yàn)裝置具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種用于三相不平衡負(fù)荷自動調(diào)補(bǔ)的實(shí)驗(yàn)裝置及其控制方法，以便在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下對各種實(shí)際工業(yè)和民用負(fù)載進(jìn)行模擬，并且能夠很好的評估自動調(diào)補(bǔ)裝置的調(diào)補(bǔ)效果，模擬真實(shí)性強(qiáng)，成本較低，易于實(shí)現(xiàn)。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案本發(fā)明的三相不平衡負(fù)荷自動調(diào)補(bǔ)的實(shí)驗(yàn)裝置包括自動調(diào)補(bǔ)裝置部分，負(fù)載模擬部分和檢測、顯示與控制部分。所述自動調(diào)補(bǔ)裝置部分包括電力電容器和智能編組負(fù)荷開關(guān)；所述負(fù)載模擬部分包括組分相同的A 相、B相、C相，開關(guān)電源，模擬量輸出模塊和繼電器輸出模塊，ABC三相中每相包括阻抗固定的單相非線性電抗器、單相阻抗可調(diào)的磁控電抗器、單相電容器、單相電阻、單相交流接觸器、反并聯(lián)晶閘管和中間繼電器，上述A相、B相、C相模擬負(fù)載通過塑殼斷路器接入電網(wǎng)； 所述檢測、顯示與控制部分包括電流互感器、塑殼斷路器、三相數(shù)顯電流表、三相電力監(jiān)測儀表、協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊G85轉(zhuǎn)以太網(wǎng)模塊)、485總線、以太網(wǎng)網(wǎng)線和上位機(jī)。上位機(jī)通過運(yùn)行負(fù)載模擬算法來控制負(fù)載模擬部分各相模擬負(fù)載的投切來評估自動調(diào)補(bǔ)裝置部分的調(diào)補(bǔ)效果。電路連接所述負(fù)載模擬部分與電網(wǎng)連接，自動調(diào)補(bǔ)裝置部分與電網(wǎng)連接，且與負(fù)載模擬部分并聯(lián)，且位于負(fù)載模擬部分前面，檢測、顯示與控制部分的三相數(shù)顯電流表與負(fù)載模擬側(cè)電網(wǎng)電流互感器連接，檢測、顯示與控制部分的三相電力監(jiān)測儀表與自動調(diào)補(bǔ)裝置部分接入點(diǎn)電網(wǎng)連接。所述自動調(diào)補(bǔ)裝置部分包括電力電容器和智能編組負(fù)荷開關(guān)，電力電容器的兩端
6分別和智能編組負(fù)荷開關(guān)連接，智能編組負(fù)荷開關(guān)和電網(wǎng)連接。所述負(fù)載模擬部分包括組分相同的A相、B相、C相，開關(guān)電源，模擬量輸出模塊和繼電器輸出模塊，ABC三相中每相包括阻抗固定的單相非線性電抗器、單相阻抗可調(diào)的磁控電抗器、單相電容器、單相電阻、單相交流接觸器、反并聯(lián)晶閘管和中間繼電器。所述A相、 B相和C相模擬負(fù)載采用三相四線制星形連接，且每相由四個(gè)支路并聯(lián)組成，電路連接為C 相單相阻抗可調(diào)的磁控電抗器一端和單相交流接觸器連接，單相交流接觸器的另一端連接反并聯(lián)晶閘管的一端，反并聯(lián)晶閘管的另一端連接中間繼電器觸點(diǎn)一端；阻抗固定的單相非線性電抗器一端連接到單相交流接觸器一端，單相交流接觸器另一端和中間繼電器觸點(diǎn)一端連接；單相電容器一端連接到單相交流接觸器一端，單相交流接觸器的另一端和中間繼電器觸點(diǎn)一端連接；單相電阻一端連接到單相交流接觸器一端，單相交流接觸器的另一端和中間繼電器觸點(diǎn)一端連接；單相阻抗可調(diào)的磁控電抗器的另一端和阻抗固定的單相非線性電抗器的另一端，單相電容器的另一端以及單相電阻的另一端連接在一起；中間繼電器觸點(diǎn)的另一端連接在一起且和中性線連接。所述A相、B相電路連接和C相完全相同。 最后A相、B相和C相組成星形連接通過塑殼斷路器接至電網(wǎng)。所述檢測、顯示與控制部分包括電流互感器、塑殼斷路器、三相數(shù)顯電流表、三相電力監(jiān)測儀表、協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊G85轉(zhuǎn)以太網(wǎng)模塊)、485總線、以太網(wǎng)網(wǎng)線和上位機(jī)。上位機(jī)采用以太網(wǎng)通訊方式由以太網(wǎng)網(wǎng)線連接至協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊G85轉(zhuǎn)以太網(wǎng)模塊)的以太網(wǎng)接口，協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊G85轉(zhuǎn)以太網(wǎng)模塊)再通過485總線分別連接到三相電力監(jiān)測儀表、三相數(shù)顯電流表和負(fù)載模擬部分的模擬量輸出模塊、繼電器輸出模塊的485通訊接線端子。 三相電力監(jiān)測儀表的輸入端和塑殼斷路器以及電流互感器的輸出端連接，塑殼斷路器以及電流互感器的輸入端連接到電網(wǎng)；三相數(shù)顯電流表的輸入端和電流互感器的輸出端連接， 電流互感器的輸入端和電網(wǎng)連接；負(fù)載模擬部分的模擬量輸出模塊的輸出端連接到A相、B 相和C相的反并聯(lián)晶閘管的控制端，負(fù)載模擬部分的繼電器輸出模塊連接到A相、B相和C 相的各個(gè)支路的中間繼電器的線圈上；負(fù)載模擬部分的開關(guān)電源的輸入端由微型斷路器接到電網(wǎng)，其輸出端連接到模擬量輸出模塊和繼電器輸出模塊的電源接線端。本發(fā)明的控制部分主要完成兩部分的工作，控制模擬負(fù)載的投切和檢測電氣量進(jìn)行參數(shù)計(jì)算。本發(fā)明的負(fù)載模擬與效果控制檢測方法包括以下步驟步驟1:開始；步驟2 檢查通訊是否正常，正常則執(zhí)行步驟3，否則繼續(xù)等待；步驟3 通過三相電力監(jiān)測儀表和三相數(shù)顯電流表實(shí)時(shí)采集補(bǔ)償接入點(diǎn)和和負(fù)荷端的三相相電壓和三相線電流；步驟4 將采集到的三相相電壓和三相線電流參數(shù)通過485轉(zhuǎn)以太網(wǎng)模塊傳送到上位機(jī)；步驟5 在上位機(jī)執(zhí)行“參數(shù)計(jì)算子流程”，此處參數(shù)計(jì)算指利用已測三相相電壓和三相線電流瞬時(shí)值，計(jì)算出三相相電壓有效值，各相有功功率，無功功率，視在功率，功率因數(shù)，總有功功率，總無功功率，總視在功率，總功率因數(shù)，三相電壓不平衡度，諧波失真度；步驟6 將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，此處數(shù)據(jù)包括步驟5所計(jì)算的各參數(shù)，還有一定時(shí)間段內(nèi)各相電壓、電流瞬時(shí)值，用于諧波分析和效能評估。步驟7 通過上位機(jī)選擇需要模擬的實(shí)際負(fù)荷類型；步驟8 根據(jù)步驟7的選擇結(jié)果執(zhí)行“負(fù)載模擬控制流程”，運(yùn)行負(fù)載模擬算法；步驟9 判斷上位機(jī)是否有新的模擬負(fù)荷選擇輸入，若有，則跳轉(zhuǎn)到步驟8，否則執(zhí) 行步驟10 ；步驟10:結(jié)束。在步驟5 “參數(shù)計(jì)算子流程”中，采用瞬時(shí)無功功率理論計(jì)算各相的有功功率，無 功功率，視在功率，功率因數(shù)和三相總有功功率，總無功功率，總視在功率，總功率因數(shù)。瞬時(shí)無功功率理論是建立在瞬時(shí)值的基礎(chǔ)上的，它不僅適用于正弦穩(wěn)態(tài)，而且適 用于非正弦暫態(tài)的情況。傳統(tǒng)功率理論是建立在平均值的基礎(chǔ)上的，只適用于正弦穩(wěn)態(tài)的 情況，本發(fā)明裝置采用瞬時(shí)無功功率理論，可根據(jù)三相瞬時(shí)電壓和電流計(jì)算出上述參數(shù)。設(shè)采樣到三相相電壓和三相線電流分別為ua、ub, u。、ia、ib、i。，經(jīng)過A、B、C三相到 a-^兩相的變換后，得到ua、U0和ia、ie。
權(quán)利要求
1.一種三相不平衡負(fù)荷自動調(diào)補(bǔ)的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，包括自動調(diào)補(bǔ)裝置部分、負(fù)載模擬部分和檢測、顯示與控制部分，所述自動調(diào)補(bǔ)裝置部分包括電力電容器和智能編組負(fù)荷開關(guān)；所述負(fù)載模擬部分包括組分相同的A相、B相、C相，開關(guān)電源，模擬量輸出模塊和繼電器輸出模塊，ABC三相中，每相包括阻抗固定的單相非線性電抗器、單相阻抗可調(diào)的磁控電抗器、單相電容器、單相電阻、單相交流接觸器、反并聯(lián)晶閘管和中間繼電器，上述A 相、B相、C相模擬負(fù)載通過塑殼斷路器接入電網(wǎng)；所述檢測、顯示與控制部分包括電流互感器、塑殼斷路器、三相數(shù)顯電流表、三相電力監(jiān)測儀表、協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊、485總線、以太網(wǎng)網(wǎng)線和上位機(jī)；電路連接為所述負(fù)載模擬部分與電網(wǎng)連接，自動調(diào)補(bǔ)裝置部分與電網(wǎng)連接，且與負(fù)載模擬部分并聯(lián)，且位于負(fù)載模擬部分前面，檢測、顯示與控制部分的三相數(shù)顯電流表與負(fù)載模擬側(cè)電網(wǎng)電流互感器連接，檢測、顯示與控制部分的三相電力監(jiān)測儀表與自動調(diào)補(bǔ)裝置部分接入點(diǎn)電網(wǎng)連接。
2.如權(quán)利要求1所述的三相不平衡負(fù)荷自動調(diào)補(bǔ)的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述A相、 B相和C相模擬負(fù)載采用三相四線制星形連接，且每相由四個(gè)支路并聯(lián)組成，電路連接為C 相單相阻抗可調(diào)的磁控電抗器一端和單相交流接觸器連接，單相交流接觸器的另一端連接反并聯(lián)晶閘管的一端，反并聯(lián)晶閘管的另一端連接中間繼電器觸點(diǎn)一端；阻抗固定的單相非線性電抗器一端連接到單相交流接觸器一端，單相交流接觸器另一端和中間繼電器觸點(diǎn)一端連接；單相電容器一端連接到單相交流接觸器一端，單相交流接觸器的另一端和中間繼電器觸點(diǎn)一端連接；單相電阻一端連接到單相交流接觸器一端，單相交流接觸器的另一端和中間繼電器觸點(diǎn)一端連接；單相阻抗可調(diào)的磁控電抗器的另一端和阻抗固定的單相非線性電抗器的另一端，單相電容器的另一端以及單相電阻的另一端連接在一起；中間繼電器觸點(diǎn)的另一端連接在一起且和中性線連接；所述A相、B相電路連接和C相完全相同， 最后A相、B相和C相組成星形連接通過塑殼斷路器接至電網(wǎng)。
3.如權(quán)利要求1所述的三相不平衡負(fù)荷自動調(diào)補(bǔ)的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述檢測、 顯示與控制部分，上位機(jī)采用以太網(wǎng)通訊方式由以太網(wǎng)網(wǎng)線連接至協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊的以太網(wǎng)接口，協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊再通過485總線分別連接到三相電力監(jiān)測儀表、三相數(shù)顯電流表和負(fù)載模擬部分的模擬量輸出模塊、繼電器輸出模塊的485通訊接線端子；三相電力監(jiān)測儀表的輸入端和塑殼斷路器以及電流互感器的輸出端連接，塑殼斷路器以及電流互感器的輸入端連接到電網(wǎng)；三相數(shù)顯電流表的輸入端和電流互感器的輸出端連接，電流互感器的輸入端和電網(wǎng)連接；負(fù)載模擬部分的模擬量輸出模塊的輸出端連接到A相、B相和C相的反并聯(lián)晶閘管的控制端，負(fù)載模擬部分的繼電器輸出模塊連接到A相、B相和C相的各個(gè)支路的中間繼電器的線圈上；負(fù)載模擬部分的開關(guān)電源的輸入端由微型斷路器接到電網(wǎng)，其輸出端連接到模擬量輸出模塊和繼電器輸出模塊的電源接線端。
4.如權(quán)利要求1所述的三相不平衡負(fù)荷自動調(diào)補(bǔ)的實(shí)驗(yàn)裝置的控制方法，其特征在于，包括以下步驟步驟1 開始；步驟2 檢查通訊是否正常，正常則執(zhí)行步驟3，否則繼續(xù)等待；步驟3 通過三相電力監(jiān)測儀表和三相數(shù)顯電流表實(shí)時(shí)采集補(bǔ)償接入點(diǎn)和和負(fù)荷端的三相相電壓和三相線電流；步驟4 將采集到的三相相電壓和三相線電流參數(shù)通過485轉(zhuǎn)以太網(wǎng)模塊傳送到上位機(jī)；步驟5 在上位機(jī)執(zhí)行“參數(shù)計(jì)算子流程”，此處參數(shù)計(jì)算指利用已測三相相電壓和三 相線電流瞬時(shí)值，計(jì)算出三相相電壓有效值，各相有功功率，無功功率，視在功率，功率因 數(shù)，總有功功率，總無功功率，總視在功率，總功率因數(shù)，三相電壓不平衡度，諧波失真度；步驟6 將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，此處數(shù)據(jù)包括步驟5所計(jì)算的各參數(shù)，還有一定時(shí)間段內(nèi) 各相電壓、電流瞬時(shí)值，用于諧波分析和效能評估；步驟7 通過上位機(jī)選擇需要模擬的實(shí)際負(fù)荷類型；步驟8 根據(jù)步驟7的選擇結(jié)果執(zhí)行“負(fù)載模擬控制流程”，運(yùn)行負(fù)載模擬算法； 步驟9 判斷上位機(jī)是否有新的模擬負(fù)荷選擇輸入，若有，則跳轉(zhuǎn)到步驟8，否則執(zhí)行步 驟10 ；步驟10 結(jié)束。
5.如權(quán)利要求4所述的三相不平衡負(fù)荷自動調(diào)補(bǔ)的實(shí)驗(yàn)裝置的控制方法，其特征在 干，在所述步驟(5)中，參數(shù)計(jì)算子流程的執(zhí)行步驟為 步驟1 開始；步驟2 采集三相相電壓和三相線電流的瞬時(shí)值，計(jì)算電壓有效值； 步驟3 計(jì)算三相總瞬時(shí)有功功率P、總瞬時(shí)無功功率q、總瞬時(shí)視在功率s和總瞬時(shí)功 率因數(shù)cose
6.如權(quán)利要求4所述的三相不平衡負(fù)荷自動調(diào)補(bǔ)的實(shí)驗(yàn)裝置的控制方法，其特征在于，在所述步驟(7)中，負(fù)載模擬控制流程執(zhí)行步驟為 步驟1 開始；步驟2 檢查實(shí)驗(yàn)平臺是否已經(jīng)投入補(bǔ)償，若是，則執(zhí)行步驟3，否則繼續(xù)等待； 步驟3 執(zhí)行“負(fù)載模擬子流程”，投入相應(yīng)負(fù)載，并記錄此時(shí)時(shí)刻t0 ； 步驟4:同時(shí)，通過三相電力監(jiān)測儀表和三相數(shù)顯電流表實(shí)時(shí)采集補(bǔ)償接入點(diǎn)和負(fù)載端的三相相電壓和三相線電流，并傳到上位機(jī)；步驟5 執(zhí)行“參數(shù)計(jì)算子程序”，并將所得參數(shù)存入數(shù)據(jù)庫；步驟6 判斷上位機(jī)是否有新的模擬負(fù)荷選擇輸入，若是，則跳轉(zhuǎn)到步驟3執(zhí)行，否則執(zhí)行步驟7 ；步驟7 判斷三相電壓電流是否已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，若是，則執(zhí)行步驟8，否則跳轉(zhuǎn)到步驟4執(zhí)行；步驟8:計(jì)算穩(wěn)態(tài)時(shí)的電壓不平衡度和電流不平衡度，并記錄此時(shí)時(shí)刻tl ； 步驟9 將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，包括無功補(bǔ)償調(diào)整時(shí)間、電壓不平衡度；步驟10 結(jié)束。
7.如權(quán)利要求6所述的三相不平衡負(fù)荷自動調(diào)補(bǔ)的實(shí)驗(yàn)裝置的控制方法，其特征在于，在所述步驟(3)中，負(fù)載模擬子流程執(zhí)行步驟為 步驟1 開始；步驟2 上位機(jī)根據(jù)其選擇的模擬負(fù)荷類型，向協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊發(fā)送信息；步驟3 協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊通過485總線向模擬量輸出模塊和繼電器輸出模塊發(fā)送控制命令；步驟4:繼電器輸出模塊向相應(yīng)的繼電器發(fā)出動作命令，模擬量輸出模塊向相應(yīng)的反并聯(lián)晶閘管發(fā)送移相觸發(fā)角命令，使繼電器和反并聯(lián)晶閘管動作投入相應(yīng)模擬負(fù)荷； 步驟5 結(jié)束。
全文摘要
一種三相不平衡負(fù)荷自動調(diào)補(bǔ)的實(shí)驗(yàn)裝置及其控制方法，該裝置包括自動調(diào)補(bǔ)裝置部分、負(fù)載模擬部分和檢測、顯示與控制部分。自動調(diào)補(bǔ)裝置部分包括電力電容器和智能編組負(fù)荷開關(guān)；檢測、顯示與控制部分包括電流互感器、塑殼斷路器、三相數(shù)顯電流表、三相電力監(jiān)測儀表、協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊、485總線、以太網(wǎng)網(wǎng)線和上位機(jī)；負(fù)載模擬部分包括按三相四線制星形連接的組分和電路連接完全相同的A相、B相、C相，開關(guān)電源，模擬量輸出模塊和繼電器輸出模塊。通過實(shí)時(shí)采集補(bǔ)償接入點(diǎn)和負(fù)荷端的三相相電壓和三相線電流，執(zhí)行參數(shù)計(jì)算子流程；選擇需要模擬的實(shí)際負(fù)荷類型，執(zhí)行負(fù)載模擬控制流程，完成負(fù)載模擬。本發(fā)明能在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境模擬實(shí)際工業(yè)的生產(chǎn)用負(fù)荷。
文檔編號G01R31/00GK102435869SQ20111024989
公開日2012年5月2日 申請日期2011年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月26日
發(fā)明者劉振偉, 劉鑫蕊, 周建國, 孫秋野, 張化光, 張晨, 曹志強(qiáng), 楊珺, 馬大中, 黃佑鐘 申請人:東北大學(xué)