CN102709914A - 电力系统中的滤波及无功补偿控制器和补偿控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电力系统中的滤波及无功补偿控制器和补偿控制方法，实际电力系统补偿控制技术领域。该补偿控制器包括连接主控模块的负荷端无功功率检测模块和多路无功补偿回路及滤波回路，主控模块的补偿投切输出端和负荷端无功功率检测模块的检测端均连接外部负荷。该补偿控制方法中，主控模块根据负荷端无功功率以及各路无功补偿回路和滤波回路的补偿容量确定补偿投切方式；然后选择无功补偿回路中的一路或多路或滤波回路的一路或多路连接补偿投切输出端，实现补偿控制。利用本发明的补偿控制器及方法分别控制滤波回路和补偿回路的投切，使两者采用各自的投切方式，又能互相补充，保证了在应用于波动较大的负载时能够兼顾补偿效率和滤波效率。

Description

电力系统中的滤波及无功补偿控制器和补偿控制方法

技术领域

本发明涉及电力系统技术领域，特别涉及电力系统中的补偿控制技术领域，具体是指一种电力系统中的滤波及无功补偿控制器和补偿控制方法。

背景技术

在传统的滤波或补偿投切控制中，一般其方法如图1所示，以无功或功率因数为参量，按照目标功率因数和无功分量投入滤波、补偿回路，在补偿用户端功率因数的同时，滤除用户端的谐波电流。各支路一级一级地投入。这在工况较稳定的情况下没有问题，如负载支持运行后功率波动不大，切除也是逐步减小。负载平稳的情况下，随着负荷加大，无功分量也加大，补偿支路逐级投入，负荷稳定后，补偿回路也平稳投入，然后随着负荷的逐步切除，无功分量也逐渐减小，补偿回路逐级退出。在整个过程中保持了预期的功率因数。

但是，在某些波动很大的动态负载中，负荷骤升骤降，导致投切跟不上。从轻载到重载时，补偿回路还没来得及完全投入导致功率因数严重滞后。而负荷转为轻载时，补偿回路来不及切除，导致过补严重，功率因数严重超前。在此类工况中，传统的控制方法既没有有效滤除谐波也没有有效补偿无功，导致设计失效。

即使能够采用快速的投切方式，保证无功补偿达到要求，但往往无功补偿回路起了作用，而滤波支路却常常无法投入，或投入时间不够。导致谐波滤除不充分。

同时滤波回路要求投切方式为顺序投入，不能采用循环投切。而补偿回路一般采用的投切方式为循环投入。滤波回路和补偿回路共用一种投切方式就只能适应滤波回路采用顺序投切，从而牺牲无功补偿的效率和安全。

发明内容

本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种集成两种投切控制方法，分别控制滤波回路的投切和补偿回路的投切，使滤波回路和补偿回路采用各自的投切方法，又能互相补充，从而保证在应用于波动较大的负载时能够兼顾补偿效率和滤波效率，且结构简单，应用方式简便，应用成本低廉，应用范围较为广泛的电力系统中的滤波及无功补偿控制器和补偿控制方法。

为了实现上述的目的，本发明的电力系统中的滤波及无功补偿控制器具有如下构成：

该控制器包括负荷端无功功率检测模块、一路至三路无功补偿回路、一路至四路滤波回路和主控模块，所述的负荷端无功功率检测模块、各路所述的无功补偿回路以及各路所述的滤波回路均连接所述的主控模块，所述的主控模块包括补偿投切输出端，所述的补偿投切输出端和所述的负荷端无功功率检测模块的检测端均连接外部负荷。

该电力系统中的滤波及无功补偿控制器中，所述的滤波及无功补偿控制器包括三路无功补偿回路和四路滤波回路，所述的三路无功补偿回路的无功补偿容量不等。

该电力系统中的滤波及无功补偿控制器中，所述的主控模块包括相互连接的比较单元和补偿投切控制单元，所述的比较单元连接所述的负荷端无功功率检测模块、各路所述的无功补偿回路以及各路所述的滤波回路，所述的补偿投切控制单元分别连接所述的各路无功补偿回路、各路滤波回路以及所述的补偿投切输出端。

本发明还提供一种基于权利要求1所述的控制器实现电力系统中的滤波及无功补偿的控制方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：

（1）所述的负荷端无功功率检测模块检测负荷端无功功率，并将负荷端无功功率发送至所述的主控模块；

（2）所述的主控模块根据所述的负荷端无功功率以及各路所述的无功补偿回路和滤波回路的补偿容量确定补偿投切方式；

（3）所述的主控模块根据所述的补偿投切方式选择所述的无功补偿回路中的一路或多路或所述的滤波回路的一路或多路连接所述的补偿投切输出端，并返回步骤（1）。

该实现电力系统中的滤波及无功补偿的控制方法中，所述的补偿投切方式包括无功补偿回路循环投切输出方式、滤波回路顺序投切输出方式和滤波回路替换无功补偿回路输出方式。

该实现电力系统中的滤波及无功补偿的控制方法中，所述的滤波及无功补偿控制器包括三路无功补偿回路和四路滤波回路，所述的三路无功补偿回路的无功补偿容量不等，所述的主控模块包括相互连接的比较单元和补偿投切控制单元，所述的比较单元连接所述的负荷端无功功率检测模块、所述的三路无功补偿回路以及所述的四路滤波回路，所述的补偿投切控制单元分别连接所述的三路无功补偿回路、四路滤波回路以及补偿投切输出端，所述的步骤（2）具体包括以下步骤：

（21）所述的比较单元判断所述的负荷端无功功率是否达到最小补偿容量无功补偿回路的补偿容量，若达到，则进入步骤（22），若未达到，则返回步骤（1）；

（22）所述的比较单元判断所述的负荷端无功功率是否达到一路滤波回路的补偿容量，若达到，则进入步骤（23），若未达到，则进入步骤（24）；

（23）所述的比较单元判断所述的补偿控制器是否正进行无功补偿回路循环投切输出方式的补偿，若是，则进入步骤（26），若否，则进入步骤（25）；

（24）所述的比较单元确定补偿投切方式为无功补偿回路循环投切输出方式，并进入步骤（3）；

（25）所述的比较单元确定补偿投切方式为滤波回路顺序投切输出方式，并进入步骤（3）；

（26）所述的比较单元确定补偿投切方式为滤波回路替换无功补偿回路输出方式，并进入步骤（3）。

该实现电力系统中的滤波及无功补偿的控制方法中，在所述的比较单元确定补偿投切方式为无功补偿回路循环投切输出方式状态下，所述的步骤（3）具体包括以下步骤：

（31-1）所述的补偿投切控制单元根据所述的负荷端无功功率确定投切补偿的无功补偿回路路数；

（31-2）所述的补偿投切控制单元采用循环投切方法将确定路数的无功补偿回路连接所述的补偿投切输出端；

（31-3）返回上述步骤（1）。

该实现电力系统中的滤波及无功补偿的控制方法中，在所述的比较单元确定补偿投切方式为滤波回路顺序投切输出方式状态下，所述的步骤（3）具体包括以下步骤：

（32-1）所述的补偿投切控制单元根据所述的负荷端无功功率确定投切补偿的滤波回路路数；

（32-2）所述的补偿投切控制单元采用顺序投切方法将确定路数的滤波回路连接所述的补偿投切输出端；

（32-3）返回上述步骤（1）。

该实现电力系统中的滤波及无功补偿的控制方法中，在所述的比较单元确定补偿投切方式为滤波回路替换无功补偿回路输出方式状态下，所述的步骤（3）具体包括以下步骤：

（33-1）所述的补偿投切控制单元断开已连接所述的补偿投切输出端的无功补偿回路，并利用1路滤波回路连接所述的补偿投切输出端；

（32-3）返回上述步骤（1）。

采用了该发明的电力系统中的滤波及无功补偿控制器，其包括负荷端无功功率检测模块、一路至三路无功补偿回路、一路至四路滤波回路和主控模块，负荷端无功功率检测模块、各路所述的无功补偿回路以及各路所述的滤波回路均连接所述的主控模块，所述的主控模块包括补偿投切输出端，所述的补偿投切输出端和所述的负荷端无功功率检测模块的检测端均连接外部负荷。利用所述的负荷端无功功率检测模块检测负荷端无功功率，并将负荷端无功功率发送至所述的主控模块后，主控模块根据所述的负荷端无功功率以及各路所述的无功补偿回路和滤波回路的补偿容量确定补偿投切方式；并根据所述的补偿投切方式选择所述的无功补偿回路中的一路或多路或所述的滤波回路的一路或多路连接所述的补偿投切输出端，实现补偿控制。本发明的补偿控制器及补偿控制方法集成了两种投切控制方式，分别控制滤波回路的投切和补偿回路的投切，使滤波回路和补偿回路采用各自的投切方式，又能互相补充，保证了在应用于波动较大的负载时能够兼顾补偿效率和滤波效率，且本发明的电力系统中的滤波及无功补偿控制器结构简单，本发明的补偿控制方法应用方式简便，应用成本低廉，应用范围也较为广泛。

附图说明

图1为现有技术中的滤波或补偿投切控制方法示意图。

图2为本发明的电力系统中的滤波及无功补偿控制器的结构示意图。

图3为本发明的实现电力系统中的滤波及无功补偿的控制方法的步骤流程图。

图4为发明的电力系统中的滤波及无功补偿控制器在实际应用中的主回路示意图。

图5为本发明的实现电力系统中的滤波及无功补偿的控制方法在实际应用中的总体控制方式示意图。

图6为本发明的实现电力系统中的滤波及无功补偿的控制方法在实际应用中确定补偿投切方式的算法流程图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。

请参阅图2所示，为本发明的电力系统中的滤波及无功补偿控制器的结构示意图。

在一种实施方式中，该电力系统中的滤波及无功补偿控制器包括负荷端无功功率检测模块、一路至三路无功补偿回路、一路至四路滤波回路和主控模块，所述的负荷端无功功率检测模块、各路所述的无功补偿回路以及各路所述的滤波回路均连接所述的主控模块，所述的主控模块包括补偿投切输出端，所述的补偿投切输出端和所述的负荷端无功功率检测模块的检测端均连接外部负荷。

基于该实施方式的控制器实现电力系统中的滤波及无功补偿的控制方法，如图3所示，包括以下步骤：

（1）所述的负荷端无功功率检测模块检测负荷端无功功率，并将负荷端无功功率发送至所述的主控模块；

（2）所述的主控模块根据所述的负荷端无功功率以及各路所述的无功补偿回路和滤波回路的补偿容量确定补偿投切方式，该补偿投切方式可以是无功补偿回路循环投切输出方式、滤波回路顺序投切输出方式和滤波回路替换无功补偿回路输出方式中的一种；

（3）所述的主控模块根据所述的补偿投切方式选择所述的无功补偿回路中的一路或多路或所述的滤波回路的一路或多路连接所述的补偿投切输出端，并返回步骤（1）。

在一种较优选的实施方式中，所述的滤波及无功补偿控制器包括三路无功补偿回路和四路滤波回路，所述的三路无功补偿回路的无功补偿容量不等。且所述的主控模块包括相互连接的比较单元和补偿投切控制单元，所述的比较单元连接所述的负荷端无功功率检测模块、各路所述的无功补偿回路以及各路所述的滤波回路，所述的补偿投切控制单元分别连接所述的各路无功补偿回路、各路滤波回路以及所述的补偿投切输出端。

在基于该较优选的实施方式的控制器实现电力系统中的滤波及无功补偿的控制方法中，所述的步骤（2）具体包括以下步骤：

（21）所述的比较单元判断所述的负荷端无功功率是否达到最小补偿容量无功补偿回路的补偿容量，若达到，则进入步骤（22），若未达到，则返回步骤（1）；

（22）所述的比较单元判断所述的负荷端无功功率是否达到一路滤波回路的补偿容量，若达到，则进入步骤（23），若未达到，则进入步骤（24）；

（23）所述的比较单元判断所述的补偿控制器是否正进行无功补偿回路循环投切输出方式的补偿，若是，则进入步骤（26），若否，则进入步骤（25）；

（24）所述的比较单元确定补偿投切方式为无功补偿回路循环投切输出方式，并进入步骤（3）；

（25）所述的比较单元确定补偿投切方式为滤波回路顺序投切输出方式，并进入步骤（3）；

（26）所述的比较单元确定补偿投切方式为滤波回路替换无功补偿回路输出方式，并进入步骤（3）。

在一种更优选的实施方式中，当所述的比较单元确定补偿投切方式为无功补偿回路循环投切输出方式时，所述的步骤（3）具体包括以下步骤：

（31-1）所述的补偿投切控制单元根据所述的负荷端无功功率确定投切补偿的无功补偿回路路数；

（31-2）所述的补偿投切控制单元采用循环投切方法将确定路数的无功补偿回路连接所述的补偿投切输出端；

（31-3）返回上述步骤（1）。

当所述的比较单元确定补偿投切方式为滤波回路顺序投切输出方式时，所述的步骤（3）具体包括以下步骤：

（32-1）所述的补偿投切控制单元根据所述的负荷端无功功率确定投切补偿的滤波回路路数；

（32-2）所述的补偿投切控制单元采用顺序投切方法将确定路数的滤波回路连接所述的补偿投切输出端；

（32-3）返回上述步骤（1）。

又当所述的比较单元确定补偿投切方式为滤波回路替换无功补偿回路输出方式时，所述的步骤（3）具体包括以下步骤：

（33-1）所述的补偿投切控制单元断开已连接所述的补偿投切输出端的无功补偿回路，并利用1路滤波回路连接所述的补偿投切输出端；

（32-3）返回上述步骤（1）。

在实际应用中，本发明的电力系统中的滤波及无功补偿控制器的主回路如图4所示。其中C1、C2、C3为无功补偿回路，可以设计1路到3路，最多3路，此部分的总补偿容量小于或等于最小一级的滤波回路容量。F1、F2、F3、F4为滤波回路，可以设计1路到4路，最多4路。该补偿控制器的总体控制方式如图5所示，首先设置好各条回路的无功补偿容量，然后将采集到的负荷端的总无功功率作为投切参量，当无功功率达到最小回路的补偿容量时就开始投切。投切分为：无功补偿回路循环投切输出、谐波滤除回路顺序投切输出、滤除回路替换补偿回路输出三种方式。通过图6所示的算法流程图，决定采用哪种投切输出方式。具体而言，如果无功功率只达到补偿回路的容量，就采用“无功补偿回路循环投切输出”方式，视无功功率大小同时投入一组或多组，投切遵守先投先切原则。如果无功功率达到滤波回路的容量，就采用“谐波滤除回路顺序投切输出”方式，视无功功率大小同时投入一组或多组，投切遵守滤波回路F1到滤波回路F4原则，只有当前级投入时才能有后级投入。如果无功功率虽达到滤波回路的容量，但已有补偿回路投入，系统无功补偿已满足要求，就采用“滤除回路替换补偿回路输出”方式，切掉补偿回路，投入滤波回路F1。

采用了该发明的电力系统中的滤波及无功补偿控制器，其包括负荷端无功功率检测模块、一路至三路无功补偿回路、一路至四路滤波回路和主控模块，负荷端无功功率检测模块、各路所述的无功补偿回路以及各路所述的滤波回路均连接所述的主控模块，所述的主控模块包括补偿投切输出端，所述的补偿投切输出端和所述的负荷端无功功率检测模块的检测端均连接外部负荷。利用所述的负荷端无功功率检测模块检测负荷端无功功率，并将负荷端无功功率发送至所述的主控模块后，主控模块根据所述的负荷端无功功率以及各路所述的无功补偿回路和滤波回路的补偿容量确定补偿投切方式；并根据所述的补偿投切方式选择所述的无功补偿回路中的一路或多路或所述的滤波回路的一路或多路连接所述的补偿投切输出端，实现补偿控制。本发明的补偿控制器及补偿控制方法集成了两种投切控制方式，分别控制滤波回路的投切和补偿回路的投切，使滤波回路和补偿回路采用各自的投切方式，又能互相补充，保证了在应用于波动较大的负载时能够兼顾补偿效率和滤波效率，且本发明的电力系统中的滤波及无功补偿控制器结构简单，本发明的补偿控制方法应用方式简便，应用成本低廉，应用范围也较为广泛。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (9)

1.一种电力系统中的滤波及无功补偿控制器，其特征在于，所述的控制器包括负荷端无功功率检测模块、一路至三路无功补偿回路、一路至四路滤波回路和主控模块，所述的负荷端无功功率检测模块、各路所述的无功补偿回路以及各路所述的滤波回路均连接所述的主控模块，所述的主控模块包括补偿投切输出端，所述的补偿投切输出端和所述的负荷端无功功率检测模块的检测端均连接外部负荷。

2.根据权利要求1所述的电力系统中的滤波及无功补偿控制器，其特征在于，所述的滤波及无功补偿控制器包括三路无功补偿回路和四路滤波回路，所述的三路无功补偿回路的无功补偿容量不等。

3.根据权利要求1或2所述的电力系统中的滤波及无功补偿控制器，其特征在于，所述的主控模块包括相互连接的比较单元和补偿投切控制单元，所述的比较单元连接所述的负荷端无功功率检测模块、各路所述的无功补偿回路以及各路所述的滤波回路，所述的补偿投切控制单元分别连接所述的各路无功补偿回路、各路滤波回路以及所述的补偿投切输出端。

4.一种基于权利要求1所述的控制器实现电力系统中的滤波及无功补偿的控制方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：

（1）所述的负荷端无功功率检测模块检测负荷端无功功率，并将负荷端无功功率发送至所述的主控模块；

（2）所述的主控模块根据所述的负荷端无功功率以及各路所述的无功补偿回路和滤波回路的补偿容量确定补偿投切方式；

（3）所述的主控模块根据所述的补偿投切方式选择所述的无功补偿回路中的一路或多路或所述的滤波回路的一路或多路连接所述的补偿投切输出端，并返回步骤（1）。

5.根据权利要求4所述的实现电力系统中的滤波及无功补偿的控制方法，其特征在于，所述的补偿投切方式包括无功补偿回路循环投切输出方式、滤波回路顺序投切输出方式和滤波回路替换无功补偿回路输出方式。

6.根据权利要求5所述的实现电力系统中的滤波及无功补偿的控制方法，其特征在于，所述的滤波及无功补偿控制器包括三路无功补偿回路和四路滤波回路，所述的三路无功补偿回路的无功补偿容量不等，所述的主控模块包括相互连接的比较单元和补偿投切控制单元，所述的比较单元连接所述的负荷端无功功率检测模块、所述的三路无功补偿回路以及所述的四路滤波回路，所述的补偿投切控制单元分别连接所述的三路无功补偿回路、四路滤波回路以及补偿投切输出端，所述的步骤（2）具体包括以下步骤：

（21）所述的比较单元判断所述的负荷端无功功率是否达到最小补偿容量无功补偿回路的补偿容量，若达到，则进入步骤（22），若未达到，则返回步骤（1）；

（22）所述的比较单元判断所述的负荷端无功功率是否达到一路滤波回路的补偿容量，若达到，则进入步骤（23），若未达到，则进入步骤（24）；

（23）所述的比较单元判断所述的补偿控制器是否正进行无功补偿回路循环投切输出方式的补偿，若是，则进入步骤（26），若否，则进入步骤（25）；

（24）所述的比较单元确定补偿投切方式为无功补偿回路循环投切输出方式，并进入步骤（3）；

（25）所述的比较单元确定补偿投切方式为滤波回路顺序投切输出方式，并进入步骤（3）；

（26）所述的比较单元确定补偿投切方式为滤波回路替换无功补偿回路输出方式，并进入步骤（3）。

7.根据权利要求6所述的实现电力系统中的滤波及无功补偿的控制方法，其特征在于，在所述的比较单元确定补偿投切方式为无功补偿回路循环投切输出方式状态下，所述的步骤（3）具体包括以下步骤：

（31-1）所述的补偿投切控制单元根据所述的负荷端无功功率确定投切补偿的无功补偿回路路数；

（31-2）所述的补偿投切控制单元采用循环投切方法将确定路数的无功补偿回路连接所述的补偿投切输出端；

（31-3）返回上述步骤（1）。

8.根据权利要求6所述的实现电力系统中的滤波及无功补偿的控制方法，其特征在于，在所述的比较单元确定补偿投切方式为滤波回路顺序投切输出方式状态下，所述的步骤（3）具体包括以下步骤：

（32-1）所述的补偿投切控制单元根据所述的负荷端无功功率确定投切补偿的滤波回路路数；

（32-2）所述的补偿投切控制单元采用顺序投切方法将确定路数的滤波回路连接所述的补偿投切输出端；

（32-3）返回上述步骤（1）。

9.根据权利要求6所述的实现电力系统中的滤波及无功补偿的控制方法，其特征在于，在所述的比较单元确定补偿投切方式为滤波回路替换无功补偿回路输出方式状态下，所述的步骤（3）具体包括以下步骤：

（33-1）所述的补偿投切控制单元断开已连接所述的补偿投切输出端的无功补偿回路，并利用1路滤波回路连接所述的补偿投切输出端；

（32-3）返回上述步骤（1）。

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