CN100397281C - 用于协调控制具有集成谐振保护系统的开关电力电容器的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

用于协调具有集成谐振保护功能的开关电力电容器的控制系统的系统和方法。协调系统(160)协调开关电力电容器的主控制系统和谐振保护系统的功能，用以避免任务的重复和开/关操作死锁。该协调系统(160)响应于谐振保护系统所确定的谐波共振条件来调节由主控制系统进行的计算。

Description

用于协调控制具有集成谐振保护系统的开关电力电容器的系统和方法
发明背景
发明领域
本发明涉及用于协调控制具有集成谐振保护系统的开关电力电容器的系统和方法。更具体地，本发明涉及协调系统响应于谐振保护系统所确定的谐波共振条件来调节由主控制系统进行的计算。
现有技术描述
现有的开关电力电容器控制系统可包括主控制系统和谐波共振保护系统。主控制系统通过将实际控制参数与目标控制参数进行比较来确定是否需要电容器开关操作，并且确定开关操作是否将使得实际控制参数在数值上更接近目标控制参数。目标控制参数是预先确定的。实际控制参数是通过主控制系统基于对电压和电流的测量结果计算得到的，其中该电压和电流通过各自的电压和电流变换器获得。如果需要开关操作，则主控制系统进一步基于其他因素，诸如电容器尺寸和电容器是连接还是断开，来确定开关哪个电容器组。
谐振保护系统监视电路的谐波共振条件。谐波共振条件可归因于电容器开关操作或诸如例如负载变化、系统源阻抗变化或网络拓扑变化的系统变化。谐波共振可能引起系统电压和电流中的明显的谐波失真，这可能增加电路中的损耗并且由于过热和振动导致对系统中运行的设备的损害。当由电容器开关操作引起的谐振条件被检测到时，保护系统执行附加的电容器开关操作，用以使电路从持续的谐振中解谐。如果需要开关操作，则谐波共振保护系统进一步基于其他因素，诸如电容器尺寸和电容器是连接还是断开，来确定开关哪个电容器。
现有的开关电力电容器控制系统可以既包括独立的主控制系统又可以包括独立的谐振保护系统。这两个系统的独立性导致了几个缺陷。首先，独立的系统必需重复某些功能，例如，确定电容器是否连接和产生信号以控制电容器。其次，独立的系统可能在某些环境下迫使电容器组进入恒定的开/关操作死锁状态。例如，主控制系统可能确定需要接通某一电容器组。如果接通该电容器组使电路调谐至谐振条件，那么谐振保护系统将执行附加的电容器开关操作，用以使电路从持续的谐振中解谐。有可能谐振保护系统确定要切断的电容器组是主控制系统所要接通的同一电容器组。一旦谐振保护系统切断该电容器组，则主控制系统又将接通该电容器组。该操作死锁状态导致对电容器和开关设备过度的磨损。因此，本领域中将出现巨大的改良使主控制系统和谐振保护系统集成并协调，用以避免功能重复和开关死锁。
发明概述
本发明涉及用于协调控制具有集成谐振保护功能的开关电力电容器的系统和方法。协调系统接收由主控制单元计算的控制参数。该协调系统还从谐振保护系统接收指示是否出现谐波共振条件的输入。如果出现谐波共振条件，则协调系统调节控制参数。如果没有出现谐波共振条件，则不改变由主控制系统计算的控制参数。然后协调系统基于初始由主控制系统计算的控制参数或已调节过的控制参数来执行电容器组开关操作。
附图简述
在阅读下文的本发明的目前的优选实施例的详细描述之后，通过参考附图，本发明将更加容易理解，附图中：
图1说明了根据本发明的一个方面的开关电力电容器设备；
图2说明了根据本发明的开关电力电容器设备的控制单元的框图；和
图3说明了根据本发明的用于协调开关电力电容器的控制系统的示例性方法的流程图。
示例性实施例详述
通过参考图1-3，下文描述了根据本发明的用于协调控制具有集成谐振保护功能的开关电力电容器的系统和方法。本领域的技术人员将容易地意识到这里给出的关于那些附图的描述仅用于解释性的目的并且目的不在于以任何方式限制本发明的范围。贯穿于整个描述，相似的参考数字表示各个图中相似的元件。
图1说明了根据本发明的一个方面的开关电力电容器设备120。正如所示出的，馈电线110向开关电力电容器设备120馈电，该设备120包括断路器开关电容器组140a和140b以及控制单元160。控制单元160测量电压180和电流190，用以确定针对电容器组140a和140b的开关操作，该电容器组140a和140b向负载170提供所需的电力。
图2说明了根据本发明的开关电力电容器设备120的控制单元160的框图。一般地，主控制系统220计算控制参数。谐振保护系统230确定是否出现谐波共振条件。协调系统240在如果出现谐波共振条件时调节控制参数和基于控制参数执行电容器开关操作。
如图2所示，主控制系统220向协调系统240发送控制参数222。控制参数222包括与开关电力电容器控制有关的任何参数，诸如，例如功率因数和节点电压。控制参数222既包括预先定义的目标参数又包括由主控制系统220计算的实际参数。控制参数222也可以包括目标参数与实际参数之间的差。主控制系统基于对电压180和电流190的测量结果计算实际参数，其中该电压180和电流190分别通过电压和电流变换器获得。
谐振保护系统230确定是否出现谐波共振条件并且向协调系统240发送输入232指出是否已检测到谐波共振条件。用于确定是否出现谐波共振条件的示例性方法在美国专利No.6,181,113中得到详细的描述，其整体内容在此引入列为参考。如果输入232指示出现了谐波共振条件，那么协调系统240调节控制参数222。协调系统240调节控制参数222用以使开关电力电容器120从谐波共振条件中解谐。协调系统240可以通过任何方法，诸如，例如通过减小由一个电容器组提供的无功功率值减小目标无功功率，来调节控制参数222。
协调系统240基于控制参数222执行电容器组开关操作244。协调系统240将实际控制参数与目标控制参数进行比较，并且确定是否需要开关操作用以使实际控制参数值更接近目标控制参数值。协调系统240进一步基于其他的因素，诸如，例如每个电容器组的运行状态242和每个电容器的尺寸，来确定是否需要开关操作。确定每个电容器的运行状态242包括确定电容器是连接的还是断开的。
图3说明了根据本发明的用于控制开关电力电容器的示例性方法的流程图。在步骤310中，协调系统清除谐振标志。在步骤312中，协调系统240接收来自主控制系统220的控制参数222。控制参数222包括与开关电力电容器控制有关的任何参数，诸如例如功率因数和节点电压。在步骤314中，协调系统240确定是否设置谐振标志。
如果未设置谐振标志，则协调系统240确定输入232是否指示出现谐波共振条件。如果出现谐波共振条件，那么在步骤318中，协调系统240设置谐振标志并且调节控制参数222。协调系统240可以通过任何方法，诸如，例如通过减小由一个电容器组提供的无功功率值减小目标无功功率，来调节控制参数222。
如果设置了谐振标志，那么在步骤320中，协调系统240调节控制参数222。在步骤320中进行的调节将等效于在步骤318中进行的调节，用以避免在谐振标志重置之前执行多重开关操作。在步骤322中，协调系统240确定是否满足谐振标志重置的条件。谐振标志重置条件可由预设的时间延迟截止来触发或者由超出预设阈值的系统条件变化来触发。系统条件变化可以包括诸如例如负载变化、系统源阻抗变化或网络拓扑变化的事件。该事件可以将电路从谐振条件中解谐。如果已满足谐振标志重设条件，那么在步骤324中，协调系统240重置谐振标志。
在步骤326中，协调系统240确定是否需要电容器组开关操作244。为确定是否需要电容器开关操作，协调系统240将实际控制参数与目标控制参数进行比较，并且确定是否需要开关操作用以使实际控制参数的数值更接近目标控制参数的数值。协调系统240进一步基于其他的因素，例如，每个电容器组的运行状态242和每个电容器的尺寸，来确定是否需要开关操作。确定每个电容器的运行状态242包括确定电容器是连接的还是断开的。如果需要电容器组开关操作244，那么在步骤328中，协调系统240执行电容器组开关操作244。然后该方法返回步骤312。
尽管通过参考具体实施例描述和说明了本发明，但是本领域的技术人员将认识到，在不偏离上文所描述的和随后的权利要求中所阐明的本发明的原理的前提下，可以进行修改和变化。例如，尽管本发明被描述为通过减小由一个电容器组提供的无功功率值减小目标无功功率值来调节控制参数，但是本发明也可以通过减小由多个电容器组提供的值的无功功率值减小目标无功功率值来调节控制参数。而且，参考图1，谐振保护系统可以使用任何方法来检测谐波共振条件，而不限于上文中被引入列为参考的美国专利No.6,181,113中描述的方法。因此，附属的权利要求应参考为指出本发明的范围。

Claims (20)

1.一种用于协调控制具有集成谐振保护功能的开关电力电容器的方法，该方法包括以下步骤：
A.接收控制参数和关于是否出现谐波共振条件的指示；
B.如果出现谐波共振条件，那么调节所接收到的控制参数；并且
C.基于所调节的控制参数执行电容器开关操作并返回步骤A。
2.权利要求1的方法，其中所述接收控制参数的步骤包括接收目标控制参数和实际控制参数。
3.权利要求1的方法，其中所述接收控制参数的步骤包括接收功率因数和节点电压中的至少一个。
4.权利要求1的方法，其中所述在如果出现谐波共振条件时调节控制参数的步骤包括以下步骤：
确定是否设置谐振标志；
如果未设置谐振标志，则
a.确定是否出现谐振条件；
b.如果出现谐振条件，则调节控制参数并设置谐振标志；
如果设置了谐振标志，则
a.调节控制参数
b.确定是否出现谐振标志重置条件；并且
c.如果出现谐振标志重置条件，则重置谐振标志。
5.权利要求4的方法，其中所述确定是否出现谐振标志重置条件的步骤包括：确定预定时间延迟是否截止和系统条件变化超出预定阈值是否发生中的至少一个。
6.权利要求5的方法，其中所述确定是否发生系统条件变化超出预定阈值的步骤包括：确定是否发生负载变化、系统源阻抗变化和网络拓扑变化中的至少一个超出预定阈值。
7.权利要求1的方法，其中所述调节控制参数的步骤包括：通过减小由一个电容器组提供的无功功率来减小无功功率。
8.权利要求1的方法，其中所述执行电容器开关操作的步骤包括以下步骤：
确定是否需要电容器开关操作；和
如果需要电容器开关操作，则执行电容器开关操作。
9.权利要求8的方法，其中所述确定是否需要电容器开关操作的步骤包括以下步骤：
将实际控制参数与目标控制参数进行比较；和
确定开关操作是否将使得实际控制参数更接近目标控制参数。
10.权利要求9的方法，进一步包括确定每个电容器组是连接的还是断开的和确定每个电容器的尺寸中的至少一个。
11.一种用于协调控制具有集成谐振保护功能的开关电力电容器的系统，该系统包括编程为执行下列程序的控制处理器：
A.接收控制参数和关于是否出现谐波共振条件的指示；
B.如果出现谐波共振条件，那么调节所接收到的控制参数；并且
C.基于所调节的控制参数执行电容器开关操作并返回步骤A。
12.权利要求11的系统，其中所述控制参数包括目标控制参数和实际控制参数。
13.权利要求12的系统，其中所述控制参数包括功率因数和节点电压中的至少一个。
14.权利要求11的系统，其中在出现谐波共振条件时调节控制参数的步骤包括：
确定是否设置谐振标志；
如果未设置谐振标志，则
a.确定是否出现谐振条件；
b.如果出现谐振条件，则调节控制参数并设置谐振标志；
如果设置了谐振标志，则
a.调节控制参数
b.确定是否出现谐振标志重置条件；并且
c.如果出现谐振标志重置条件，则重置谐振标志。
15.权利要求14的系统，其中所述谐振标志重置条件包括预定时间延迟截止和系统条件变化超出预定阈值中的至少一个。
16.权利要求15的系统，其中所述系统条件变化包括负载变化、系统源阻抗变化和网络拓扑变化中的至少一个。
17.权利要求11的系统，其中调节控制参数包括：通过减小由一个电容器组提供的无功功率来减小无功功率。
18.权利要求11的系统，其中执行电容器开关操作包括：
确定是否需要电容器开关操作；和
如果需要电容器开关操作，则执行电容器开关操作。
19.权利要求18的系统，其中确定是否需要电容器开关操作包括：
将实际控制参数与目标控制参数进行比较；和
确定开关操作是否将使得实际控制参数更接近目标控制参数。
20.权利要求19的系统，进一步包括确定每个电容器组是连接的还是断开的和确定每个电容器的尺寸中的至少一个。
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