本發(fā)明涉及電力領(lǐng)域，尤其涉及一種不平衡無(wú)功補(bǔ)償智能電容器及其方法。

背景技術(shù)：

隨著我國(guó)各行各業(yè)的迅速崛起和發(fā)展，人民的生活水平越來(lái)越高，配電系統(tǒng)日益擴(kuò)大，日益復(fù)雜，沖擊性、非對(duì)稱性負(fù)荷不斷增加，這些負(fù)荷系統(tǒng)會(huì)引起配電系統(tǒng)中功率因數(shù)低，三相不平衡度大等電能質(zhì)量問(wèn)題。當(dāng)供電系統(tǒng)中存在著大量的無(wú)功功率流動(dòng)，三相不平衡度超過(guò)一定范圍時(shí)，將會(huì)影響系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

在實(shí)際中低壓配電網(wǎng)系統(tǒng)中，三相不平衡和無(wú)功功率經(jīng)常同時(shí)出現(xiàn)，但現(xiàn)有的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，如分補(bǔ)電容、共補(bǔ)電容等，雖然實(shí)現(xiàn)了無(wú)功補(bǔ)償功能，但是未考慮如何改善和補(bǔ)償三相不平衡，如果投切不當(dāng)，反而會(huì)增加不平衡情況。三相不平衡補(bǔ)償裝置，如零線電流補(bǔ)償方法、有功轉(zhuǎn)移開(kāi)關(guān)等，不能實(shí)現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償。有些動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置，如svg、apf等，雖然能夠同時(shí)補(bǔ)償無(wú)功和三相不平衡，但是設(shè)備龐大，成本昂貴或者存在現(xiàn)場(chǎng)接線安裝復(fù)雜等問(wèn)題。

傳統(tǒng)電容器只能單一實(shí)現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償或不平衡補(bǔ)償，或者多臺(tái)分補(bǔ)電容、共補(bǔ)電容和相補(bǔ)電容組合進(jìn)行補(bǔ)償，更有甚者需要通過(guò)控制器、復(fù)合開(kāi)關(guān)等控制設(shè)備進(jìn)行控制，但是存在現(xiàn)場(chǎng)安裝復(fù)雜，體積龐大，運(yùn)行成本高等問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種克服以往傳統(tǒng)電容器的上述不足，提供一種新型不平衡無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)在智能電容器上的應(yīng)用產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)智能電容器小型化、智能化，提高使用的便捷性，提高單位體積的電容容量。

本發(fā)明技術(shù)方案是：一種不平衡無(wú)功補(bǔ)償智能電容器，包括主控mcu處理單元、數(shù)據(jù)采集單元、過(guò)零投切控制單元、以及由分補(bǔ)、相補(bǔ)電容組成電容器組件組成，所述數(shù)據(jù)采集單元電連接主控mcu處理單元，所述主控mcu處理單元通過(guò)過(guò)零投切控制單元電連接電容器組件，所述數(shù)據(jù)采集單元包括交流采樣單元和溫度采樣單元，所述交流采樣單元采集電網(wǎng)測(cè)母線的電壓、電流信號(hào)，通過(guò)溫度傳感器采集電容器組件本體的溫度信號(hào)，并將電壓、電流信號(hào)以及溫度信號(hào)傳送到主控mcu處理單元；主控mcu處理單元根據(jù)電壓、電流信號(hào)以及溫度信號(hào)計(jì)算出電網(wǎng)側(cè)采樣數(shù)據(jù)，再根據(jù)電網(wǎng)側(cè)采樣數(shù)據(jù)，優(yōu)先進(jìn)行不平衡補(bǔ)償方案，再進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償方案，并通過(guò)過(guò)零投切控制單元實(shí)現(xiàn)分補(bǔ)電容器組或相補(bǔ)電容器組的選擇，從而實(shí)現(xiàn)不平衡補(bǔ)償調(diào)度或無(wú)功補(bǔ)償調(diào)度。

優(yōu)選的，還包括人機(jī)交互單元，所述人機(jī)交互單元包括液晶顯示器、led指示燈和按鍵，所述液晶顯示器、led指示燈和按鍵分別電連接主控mcu處理單元，實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)、控制狀態(tài)、閉鎖保護(hù)信息以及運(yùn)行參數(shù)顯示和設(shè)置功能。

優(yōu)選的，還包括通信單元，所述通信單元電連接主控mcu處理單元，通信單元用于與其他外部設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互。

優(yōu)選的，所述交流采樣單元包括電壓互感器和電流互感器，所述電壓互感器和電流互感器分別采集電網(wǎng)測(cè)母線的電壓、電流信號(hào)。

本發(fā)明還涉及一種不平衡無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆椒?，交流采樣單元采集電網(wǎng)測(cè)母線的電壓、電流信號(hào)，通過(guò)溫度傳感器采集電容器組件本體的溫度信號(hào)，并將電壓、電流信號(hào)以及溫度信號(hào)傳送到主控mcu處理單元，主控mcu處理單元根據(jù)電壓、電流信號(hào)以及溫度信號(hào)計(jì)算出電網(wǎng)側(cè)采樣數(shù)據(jù)，再根據(jù)電網(wǎng)側(cè)采樣數(shù)據(jù)，優(yōu)先進(jìn)行不平衡補(bǔ)償方案，再進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償方案，并通過(guò)過(guò)零投切控制單元實(shí)現(xiàn)分補(bǔ)電容器組或相補(bǔ)電容器組的選擇，從而實(shí)現(xiàn)不平衡補(bǔ)償調(diào)度或無(wú)功補(bǔ)償調(diào)度。

優(yōu)選的，所述電網(wǎng)側(cè)采樣數(shù)據(jù)包括各相電路的電壓ux、電流ix、電壓電流相位角φx、有功功率px、無(wú)功功率qx、功率因數(shù)cosφx、補(bǔ)償前的電流不平衡度ε、補(bǔ)償后的電流不平衡度εn，補(bǔ)償前的電流不平衡度i²以及補(bǔ)償后的電流不平衡度in²。

優(yōu)選的，優(yōu)先進(jìn)行不平衡補(bǔ)償方案，再進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償方案的方法具體為：若電網(wǎng)側(cè)不平衡度εn＞電流不平衡度限值εlim，則進(jìn)行不平衡補(bǔ)償方案；若電網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)cosφx≤目標(biāo)功率因數(shù)cosφl(shuí)im，則進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償方案。

優(yōu)選的，所述不平衡補(bǔ)償方案包括：如果電網(wǎng)側(cè)電流不平衡度ε≤電流不平衡度限值εlim，則無(wú)需補(bǔ)償；如果電網(wǎng)側(cè)電流不平衡度ε≤補(bǔ)償后電流不平衡度εn的最小值，則無(wú)需補(bǔ)償；如果電網(wǎng)側(cè)電流不平衡度ε＞補(bǔ)償后電流不平衡度εn的最小值，則選擇補(bǔ)償后電流不平衡度εn的最小值進(jìn)行不平衡補(bǔ)償補(bǔ)償調(diào)度。

優(yōu)選的，所述無(wú)功補(bǔ)償方案包括：若電網(wǎng)側(cè)電流平方和i²≤補(bǔ)償后電流平方和in²的最小值，則不需要補(bǔ)償；若電網(wǎng)側(cè)電流平方和i²＞補(bǔ)償后電流平方和in²的最小值，則選補(bǔ)償后電流平方和in²的最小值進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償調(diào)度。

優(yōu)選的，還包括投切控制單元接收到投切控制命令后，則檢測(cè)電壓過(guò)零投入信號(hào)或電流過(guò)零切除信號(hào)，實(shí)現(xiàn)控制電容器的投入和切除控制功能。

本發(fā)明的有益效果是：可實(shí)現(xiàn)單獨(dú)分補(bǔ)電容補(bǔ)償、相補(bǔ)，同時(shí)控制共補(bǔ)電容補(bǔ)償或分補(bǔ)和相補(bǔ)混合補(bǔ)償?shù)妊a(bǔ)償形式；即實(shí)現(xiàn)了不平衡補(bǔ)償，又實(shí)現(xiàn)了無(wú)功補(bǔ)償，還提高了智能電容的利用空間。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

圖1為本發(fā)明不平衡無(wú)功補(bǔ)償智能電容系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明不平衡無(wú)功補(bǔ)償模型示意圖；

圖3為本發(fā)明不平衡無(wú)功補(bǔ)償流程圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的描述，但本發(fā)明并不限于這些實(shí)施例。

結(jié)合附圖1，一種不平衡無(wú)功補(bǔ)償智能電容器，包括主控mcu處理單元、數(shù)據(jù)采集單元、過(guò)零投切控制單元、以及由分補(bǔ)、相補(bǔ)電容組成電容器組件組成，所述數(shù)據(jù)采集單元電連接主控mcu處理單元，所述主控mcu處理單元通過(guò)過(guò)零投切控制單元電連接電容器組件，所述數(shù)據(jù)采集單元包括交流采樣單元和溫度采樣單元，所述交流采樣單元采集電網(wǎng)測(cè)母線的電壓、電流信號(hào)，通過(guò)溫度傳感器采集電容器組件本體的溫度信號(hào)，并將電壓、電流信號(hào)以及溫度信號(hào)傳送到主控mcu處理單元；主控mcu處理單元根據(jù)電壓、電流信號(hào)以及溫度信號(hào)計(jì)算出電網(wǎng)側(cè)采樣數(shù)據(jù)，再根據(jù)電網(wǎng)側(cè)采樣數(shù)據(jù)，優(yōu)先進(jìn)行不平衡補(bǔ)償方案，再進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償方案，并通過(guò)過(guò)零投切控制單元實(shí)現(xiàn)分補(bǔ)電容器組或相補(bǔ)電容器組的選擇，從而實(shí)現(xiàn)不平衡補(bǔ)償調(diào)度或無(wú)功補(bǔ)償調(diào)度。

進(jìn)一步的，還包括人機(jī)交互單元，所述人機(jī)交互單元包括液晶顯示器、led指示燈和按鍵，所述液晶顯示器、led指示燈和按鍵分別電連接主控mcu處理單元，實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)、控制狀態(tài)、閉鎖保護(hù)信息以及運(yùn)行參數(shù)顯示和設(shè)置功能。

進(jìn)一步的，還包括通信單元，所述通信單元電連接主控mcu處理單元，通信單元用于與其他外部設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互。

具體的，所述交流采樣單元包括電壓互感器和電流互感器，所述電壓互感器和電流互感器分別采集電網(wǎng)測(cè)母線的電壓、電流信號(hào)。

本發(fā)明還涉及一種不平衡無(wú)功補(bǔ)償智能電容器的補(bǔ)償方法，交流采樣單元采集電網(wǎng)測(cè)母線的電壓、電流信號(hào)，通過(guò)溫度傳感器采集電容器組件本體的溫度信號(hào)，并將電壓、電流信號(hào)以及溫度信號(hào)傳送到主控mcu處理單元，主控mcu處理單元根據(jù)電壓、電流信號(hào)以及溫度信號(hào)計(jì)算出電網(wǎng)側(cè)采樣數(shù)據(jù)，再根據(jù)電網(wǎng)側(cè)采樣數(shù)據(jù)，優(yōu)先進(jìn)行不平衡補(bǔ)償方案，再進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償方案，并通過(guò)過(guò)零投切控制單元實(shí)現(xiàn)分補(bǔ)電容器組或相補(bǔ)電容器組的選擇，從而實(shí)現(xiàn)不平衡補(bǔ)償調(diào)度或無(wú)功補(bǔ)償調(diào)度。

下面以三相四線電路進(jìn)一步進(jìn)行說(shuō)明。

交流采樣、溫度采樣單元通過(guò)電壓互感器、電流互感器將高壓、大電流信號(hào)通過(guò)采樣信號(hào)轉(zhuǎn)換及處理電路再經(jīng)過(guò)adc轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成5vadc采樣信號(hào)，通過(guò)溫度傳感器將電容器溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成adc采樣點(diǎn)信號(hào)，通過(guò)電壓比較器將電壓、電流過(guò)零信號(hào)轉(zhuǎn)化為上升或下降沿外部中斷信號(hào)。

主控mcu處理單元每間隔200ms計(jì)算出一組a、b、c三相電壓、電流和電容器溫度adc轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，并進(jìn)一步轉(zhuǎn)換成a、b、c三相電壓ua、ub、uc、電流ia、ib、ic和電容器溫度temp等數(shù)據(jù)，通過(guò)電壓、電流過(guò)零外部中斷時(shí)間差計(jì)算出a、b、c三相電壓、電流相位差φa、φb、φc等。

主控mcu處理單元根據(jù)采樣數(shù)據(jù)計(jì)算出電網(wǎng)側(cè)a、b、c三相電壓ux、電流ix、電壓電流相位角φx、有功功率px、無(wú)功功率qx、功率因數(shù)cosφx和三相電流不平衡度ε等電網(wǎng)側(cè)采樣數(shù)據(jù)。

若電網(wǎng)側(cè)不平衡度ε＞電流不平衡度限值εlim，則進(jìn)行不平衡補(bǔ)償方案。

根據(jù)補(bǔ)償模型(如圖2所示)和電路原理可得如下補(bǔ)償公式：

其中，補(bǔ)償模型計(jì)算公式中，分別為a相與b相、b相與c相，c相與a相間的相補(bǔ)電容等效容量，記作分別為a相、b相，c相與零線間的分補(bǔ)電容等效容量，記作pa、pb、pc和qa、qb、qc為補(bǔ)償前三相有功功率和無(wú)功功率，記作px和qx；pat、pbt、pct和qat、qbt、qct為補(bǔ)償后三相有功功率和無(wú)功功率，記作pxt和qxt。

補(bǔ)償后電流有效值計(jì)算公式如下所示：

將可投切控制操作的相補(bǔ)電容、分補(bǔ)電容分別帶入補(bǔ)償效果計(jì)算公式和補(bǔ)償后分相電流計(jì)算公式，可計(jì)算出補(bǔ)償后電流ia1、ib1、ic1～ian、ibn、icn。

電流不平衡度ε參考ieeestd112-1991定義的電壓不平衡度的計(jì)算方法計(jì)算三相電流不平衡度，計(jì)算公式如下：

a、b、c三相電流平方和計(jì)算公式如下：

具體的，將相補(bǔ)電容c1、c2、c3等效電容容量帶入補(bǔ)償計(jì)算公式(1)中，分解計(jì)算出補(bǔ)償后有功功率和無(wú)功功率pa1、pb1、pc1、qa1、qb1、qc1～pa3、pb3、pc3、qa3、qb3、qc3。

將補(bǔ)償后有功功率、無(wú)功功率帶入補(bǔ)償后電流計(jì)算公式(2)分別計(jì)算出補(bǔ)償后a、b、c三相電流ia1、ib1、ic1～ia3、ib3、ic3。

依據(jù)電流不平衡度計(jì)算公式(3)分別計(jì)算出補(bǔ)償前和補(bǔ)償后各方案下電流不平衡度ε、ε1～ε3。

如果電網(wǎng)側(cè)電流不平衡度ε≤補(bǔ)償后電流不平衡度min[ε1～ε3]，則無(wú)需進(jìn)行補(bǔ)償；如果電網(wǎng)側(cè)電流不平衡ε＞補(bǔ)償后電流不平衡度min[ε1～ε3]，則選擇ε1～ε3最小的作為最佳補(bǔ)償方案進(jìn)行補(bǔ)償；如果電網(wǎng)側(cè)不平衡度ε≤電流不平衡度限值εlim，則不需要不平衡補(bǔ)償，從而進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償算法進(jìn)行無(wú)功調(diào)度。

若當(dāng)前電網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)cosφx≤目標(biāo)功率因數(shù)cosφl(shuí)im，則進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償方案。

將分補(bǔ)電容c4、c5、c6等效電容容量帶入補(bǔ)償計(jì)算公式(1)中，分解計(jì)算出補(bǔ)償后有功功率和無(wú)功功率pa1、pb1、pc1、qa1、qb1、qc1～pa3、pb3、pc3、qa3、qb3、qc3。

將補(bǔ)償后有功功率、無(wú)功功率帶入補(bǔ)償后電流計(jì)算公式(2)分別計(jì)算出補(bǔ)償后a、b、c三相電流ia1、ib1、ic1～ia3、ib3、ic3。

依據(jù)電流平方和計(jì)算公式(4)分別計(jì)算出補(bǔ)償前和補(bǔ)償后各方案電流平方和i²、

如果補(bǔ)償前電網(wǎng)側(cè)電流平方和i²≤補(bǔ)償后電流平方和則不需要無(wú)功補(bǔ)償；如果補(bǔ)償前電網(wǎng)側(cè)電流平方和i²＞補(bǔ)償后電流平方和則選擇補(bǔ)償后電流平方和最小的方案作為最終補(bǔ)償方案；如果當(dāng)前電網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)cosφx＞目標(biāo)功率因數(shù)cosφl(shuí)im，則無(wú)需進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。

不平衡或無(wú)功補(bǔ)償方案確定完成，系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)延時(shí)，穩(wěn)態(tài)延時(shí)時(shí)間內(nèi)，補(bǔ)償方案未發(fā)生變化，則發(fā)出對(duì)電容c1～c6的投切控制命令。

投切控制單元接收到投切控制命令后，則檢測(cè)電壓過(guò)零投入信號(hào)或電流過(guò)零切除信號(hào)后，通過(guò)磁保持繼電器實(shí)現(xiàn)控制電容器的投入和切除控制功能，實(shí)現(xiàn)了精確無(wú)涌流投切控制，延長(zhǎng)了開(kāi)關(guān)和電力電容器的使用壽命。

通信模塊實(shí)時(shí)與其它外部設(shè)備進(jìn)行組網(wǎng)、數(shù)據(jù)交互等通訊，便于多組智能電容器組網(wǎng)進(jìn)不平衡無(wú)功補(bǔ)償，從而提高了補(bǔ)償效率和效果。

本文中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明精神作舉例說(shuō)明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，但并不會(huì)偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書(shū)所定義的范圍。