CN105375491B - 一种三相无功功率不平衡补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种三相无功功率不平衡补偿方法，执行系统中包括至少一组能够实现分补功能的电容器；补偿方法包括如下步骤，1)采集系统电源三相电压和电流值，计算出每相无功功率值，以最小的无功功率值作为基准值；2)每相无功功率与基准值依次作差，把每相差值与对应投入阈值比较结果作为进入投入环节的判断条件；若大于，则进入投入环节，否则，则进入切除环节；3)将设定投入顺利为第一组的分补电容器的状态字是否全投作为进入切除环节的判断条件；若全投，则进入切除环节，否则，进入指令发送环节；4)发送环节中，把各组电容器当前状态字与对应备份字比较结果作为发送投切指令的判断条件；若一致，不发送投切指令，若不一致，则驱动分相投切。

Description

一种三相无功功率不平衡补偿方法

技术领域

本发明涉及无功功率补偿技术领域，具体为一种三相无功功率不平衡补偿方法。

背景技术

在电网中，大多数负载(如电机、电弧炉等)和网络元件(如变压器、传输线等)的运行不仅需要电源为其提供有功功率，而且还需提供相应的无功功率。这些无功功率如果都要由发电机提供并经过长距离传送显然是不合理的、也是不可能的。合理的方法是在需要消耗无功功率的地方产生无功功率，这就是无功补偿。无功补偿对供电系统和负荷的运行都具有十分重要的意义。

低压无功补偿装置目前主要有：固定投入的并联电容器FC、利用接触器进行分组自动投切的并联电容器组MSC、利用晶闸管进行分组自动投切的并联电容器组TSC、低压静止无功补偿器SVC和静止无功发生器SVG等。FC的补偿容量是固定不变的，可以提高平均功率因数，往往存在较大的欠补偿或过补偿；MSC可以自动分组投切，能阶梯式地自动跟踪负荷无功变化，补偿效果比FC好，但是自动投切延时较长，存在投入涌流和切除电弧的问题，接触器和电容器易损坏；TSC利用晶闸管静止开关，解决了涌流和电弧问题，但仍是阶梯式跟踪；晶闸管可控电抗器TCR具有连续快速调节感性无功的功能，但谐波发生量大，需要配置一定数量的滤波装置；SVG具有连续快速调节感性、容性无功的双向补偿功能，不会产生谐波，必要时还可以对谐波进行补偿，是目前性能最好的无功补偿装置，但相对成本高，性价比较低。还有一种复合型电能质量调节装置，由多组TSC和一组SVG构成，可以相互弥补对方的缺点，集合两者的优点，能够实现大容量无功功率的快速、连续调节，同时具有特定谐波治理和不平衡无功功率补偿的作用，但是其补偿方法实现困难，控制的准确度低，原理复杂。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种原理简单，容易实现，灵活实用，控制准确度高，响应速度较快的三相无功功率不平衡补偿方法。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种三相无功功率不平衡补偿方法，所述补偿方法执行系统中包括至少一组能够实现分补功能的电容器；所述补偿方法包括如下步骤，

1)采集系统电源三相电压和电流值，计算出每相无功功率值，以最小的无功功率值作为基准值；

2)每相无功功率与基准值依次作差，把每相差值与对应投入阈值比较结果作为进入投入环节的判断条件；若大于，则进入投入环节，否则，则进入切除环节；

3)将设定投入顺利为第一组的分补电容器的状态字是否全投作为进入切除环节的判断条件；若全投，则进入切除环节，否则，进入指令发送环节；

4)发送环节中，把各组电容器当前状态字与对应备份字比较结果作为发送投切指令的判断条件；若一致，不发送投切指令，若不一致，则将该组现在的状态字发送到对应组电容器的驱动板，实现电容器的分相投切。

优选的，步骤1)中，通过周期平均功率法计算出每相无功功率值。

优选的，步骤1)中，还包括备份所有分补组电容器的当前状态字，同时添加缓存状态字并置为切除状态的步骤。

进一步，切除环节包括如下步骤，

判断分补组电容器投入顺序第一组的状态字是否全投，如果是，则依次将其投入顺序为第二组的状态字赋值给第一组，第三组的状态字赋值给第二组，依次类推，最后将缓存状态字赋值给最后组。

进一步，投入环节包括如下步骤，

根据分补组电容器投入顺序依次检查分补组内电容器的当前相是否投入，直到检查到没有投入的组，则将该组该相的投切状态字变更；如果直到最后一组，其状态依然是投入，则将缓存状态字对应相状态字变更。

优选的，电容器为TCR、FC或具有分补功能的TSC中的电容器。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明以系统电源中最小的每相无功功率值作为基准值，判断每相的投切，并将全投状态进行滤除后，通过状态字的变更与比对实现电容器的分相投切，其补偿准确度高，可避免分相补偿电容器组间的反复、震荡等无效投切，而且各模块间可独立工作；原理简单、容易实现、灵活实用、控制准确度高，响应速度较快。

进一步的，通过周期平均功率法计算每相无功功率，能够避免系统电压波动、闪变等干扰因素对计算值的影响，算法简单，准确度高。

附图说明

图1为本发明实例中适用与所述方法的无功补偿装置结构示意图。

图2为本发明实例中所述补偿方法的系统流程示意图。

图3为本发明实例中所述补偿方法的系统流程逻辑框图。

图4为本发明实例中所述补偿方法的投入策略流程图。

图5为本发明实例中所述补偿方法的切除策略流程图。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

本优选实例中以电容器为TSC中的电容器为例进行说明。其能够实现含有多组具有分相补偿功能TSC的无功补偿装置的不平衡补偿，如图1所示，设共有n组TSC，每组容量相等，其中m组TSC有分补功能，按编号顺序共补在前，分补在后，分补组TSC的投入顺利由后到前为n，n-1，……，m，切除顺利由前向后为m，m+1，……，n。其中，1≤m＜n，n和m为正整数。能够是只有TSC组成的装置，也可应用于同时含有SVG和TSC的混合补偿装置，即无论SVG能否工作，不影响其正常工作。需要注意的是各组TSC有独立的驱动器，总控制器连接SVG和各TSC控制器。测量母线电流的电流互感器CT信号及母线电压信号直接进入总控制器。

本发明所述的补偿方法的步骤如图2所示，要完成TSC的投切主要分为三大步骤：首先要根据采样的电压电流信号，计算出系统每相的无功功率；然后按照本补偿方法进行判断，将需要投切的状态赋予对应TSC控制字；最后根据更新与否发送投切命令字到相应的TSC驱动板，由其实现晶闸管的开通关断；发送投切指令是指由总控制器根据本方法判断出那组TSC需要投切变化，则发送投切命令到对应的TSC驱动板，最后由驱动板控制晶闸管的投切。

本发明所述的补偿方法具体步骤如下。

1)通过采样系统电源的三相电压和三相电流，由总控制器采用周期平均功率法计算出每相无功功率值Qa、Qb、Qc，可避免系统电压波动、闪变等干扰因素对计算值的影响，算法简单，准确度高；其中，系统电源为负荷和补偿装置之和。

2)将所有分补组TSC的当前状态字TSCn保存到对应备份组TSCnb中，并将添加的缓存状态字TSCn+1置为切除状态，对应备份组为设置在控制器的存储器中对应存储区域。

3)找出三相无功功率中的最小值Qmin，将Qa、Qb、Qc依次与Qmin作差，然后与单相投入阈值作比较，若其差值大于单相投入阈值，则说明需要投入一组分补TSC的对应相电容器，进入投入哪一组的判断。

4)根据分补组TSC投入顺序依次检查分补组TSC的当前相是否投入，直到检查到没有投入的组，则将该组该相的投切状态字变更，若0表示切除，1表示投入，则由0置为1。如果直到最后一组TSCm，其状态依然是投入，则将TSCn+1对应相状态字变更。本环节只是把分补TSC的状态字变更为投入状态，并没有发出投入命令。

如图3所示，其中：x＝a,b,c，TSCnx表示第n组TSC的x相投切状态；TSCnb为备份组；TSCnf为单相投入阈值，大小由电容器容量决定，也可由人工设定。其投入方法是，首先将各组当前状态备份TSCnb＝TSCn，并将第n+1组TSC的状态清零TSCn+1＝0。接着进入是否需要不平衡补偿判断阶段：第一步通过比较法找出三相无功功率中的最小值Qmin＝{Qa,Qb,Qc}；第二步依次将每一相的无功值与最小值做差，并判断差值是否大于投入阈值Qfn，若不成立则结束该阶段，反之进入第三步；第三步按照TSC分补投入顺利，依次判断该组对应相是否已投入(TSCnx＝1？)，若投入进入下一组判断，反之投入该组该相TSCnx＝1，当最后一组判断都不成立时，投入第n+1组TSC的对应相TSC(n+1)x＝1。此时完成投入判断，接着进入切除判断。

5)判断分补组TSC投入顺序第一的TSCn的状态字是否全投，如果是，则依次将其投入顺序为第二的TSCn-1的状态字赋值给TSCn，第三的TSCn-2的状态字赋值给TSCn-1，依次类推，最后将TSCn+1的状态字赋值给最后的TSCm。即在状态字上完成分补TSC切除。

如图4所示，其中：TSCn＝1，表示第n组TSC三相全部投入；其投入方法是，首先判断是否需要进入切除流程，本判断依据是：每次取三相中的最小值作为需要投入某相的比较基准，当需要切除某相电容器时，则该相值为三相中的最小值，且其余两相与之做差值大于投入阈值，根据图3的流程，TSCn的状态字其他两相就会投入，即呈现出TSCn三相全投的现象(TSCn＝1)。需要投切时，进入各组状态字依次更替环节。结束切除控制流程后，进入指令发送判断阶段。

6)依次判断各组TSC当前状态字与步骤2保存在对应备份组中状态字是否一致，若不一致，则将该组现在的状态字发送到对应组TSC的驱动板，实现TSC的分相投切。

如图5所示，依次将备份组中的状态字与经过图3、图4流程后对应组TSC的状态字比较，若一致则结束，否则发送当前TSC的状态字到对应的TSC驱动板，最终完成TSC的分相补偿。

以上实例中的TSC能够用TCR或FC代替，对其中的电容器投切进行相似控制，同样能够三相无功功率的不平衡补偿。

Claims (4)

1.一种三相无功功率不平衡补偿方法，其特征在于，所述补偿方法执行系统中包括至少一组能够实现分补功能的电容器；所述补偿方法包括如下步骤，

1)采集系统电源三相电压和电流值，计算出每相无功功率值，以最小的无功功率值作为基准值；还包括备份所有分补组电容器的当前状态字，同时添加缓存状态字并置为切除状态的步骤；将所有分补组TSC的当前状态字TSCn保存到对应备份组TSCnb中，并将添加的缓存状态字TSCn+1置为切除状态，对应备份组为设置在控制器的存储器中对应存储区域；

2)每相无功功率与基准值依次作差，把每相差值与对应投入阈值比较结果作为进入投入环节的判断条件；若大于，则进入投入环节，否则，则进入切除环节；

3)将设定投入顺利为第一组的分补电容器的状态字是否全投作为进入切除环节的判断条件；若全投，则进入切除环节，否则，进入指令发送环节；

4)发送环节中，把各组电容器当前状态字与保存在对应备份组中状态字比较结果作为发送投切指令的判断条件；若一致，不发送投切指令，若不一致，则将该组现在的状态字发送到对应组电容器的驱动板，实现电容器的分相投切；

所述电容器为具有分补功能的TSC中的电容器。

2.根据权利要求1所述的一种三相无功功率不平衡补偿方法，其特征在于，步骤1)中，通过周期平均功率法计算出每相无功功率值。

3.根据权利要求1所述的一种三相无功功率不平衡补偿方法，其特征在于，切除环节包括如下步骤，

判断分补组电容器投入顺序第一组的状态字是否全投，如果是，则依次将其投入顺序为第二组的状态字赋值给第一组，第三组的状态字赋值给第二组，依次类推，最后将缓存状态字赋值给最后组。

4.根据权利要求1所述的一种三相无功功率不平衡补偿方法，其特征在于，投入环节包括如下步骤，

根据分补组电容器投入顺序依次检查分补组内电容器的当前相是否投入，直到检查到没有投入的组，则将该组该相的投切状态字变更；如果直到最后一组，其状态依然是投入，则将缓存状态字对应相状态字变更。