CN105811441A - 相间电容三相不平衡与无功治理装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种相间电容三相不平衡治理装置及方法，相间电容三相不平衡治理装置包括主控制器、与主控制器输入端相连的电流采集装置和电压采集装置、与主机控制器输出端相连的精细无功补偿单位，所述精细无功补偿单位包括相间补偿电路和相零间补偿电路，所述相间补偿电路和相零间补偿电路采用电容补偿，可以有效的治理三相电网的不平衡现象，利用电容调节支路，可以有效的抵消三相电中的感性无功，并且在三相电以及三相电与零线之间连接多个电容调节支路，调节更加精细，也可以防止过补的现象发生。

Description

相间电容三相不平衡与无功治理装置及方法

技术领域

本发明涉及三相不平衡治理领域，具体的说，涉及一种相间电容三相不平衡与无功治理装置及方法。

背景技术

随着社会的进步，技术的发展，大量电力电子设备被投入到电网中使用，虽然这些设备给用户带来了技术上的优势和经济效益，却给电网造成了严重的污染，严重威胁到其他电力设备的安全运行。这些电力电子设备造成的污染主要分为以下几类。

无功功率：电力电子设备在使用过程会从电网中吸收大量的无功，并且由于使用了数字控制技术，提高控制精度和响应时间的同时带来了无功的剧烈波动。大量的无功会造成系统电压降低，变压器损耗增加，设备使用率低下，剧烈波动的无功会造成电压闪变。

三相不平衡：三相不平衡问题会引起旋转电机的附加发热，导致以负序分量为启动分量的多种保护装置发生误动作，同时缩短用电设备的寿命；设备负载率低下，会造成设备容量资源的浪费。但长期以来低压系统除了尽量合理分配负荷外，几乎没有什么行之有效的手段进行合理调整。

三相不平衡一直是困扰供电单位的主要问题之一，造成变压器损耗和线路损耗大幅增加，给低压电网运行和电气设备造成较大的不良影响。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供一种相间电容不平衡及无功治理装置及方法，可以有效治理三相电网的不平衡现象，避免给电网和电气设备造成的不良影响。

为了解决所述技术问题，本发明采用的技术方案是：相间电容三相不平衡及无功治理装置，包括主控制器、与主控制器输入端相连的电流采集装置和电压采集装置、与主机控制器输出端相连的精细无功补偿单位，电流采集装置、电压采集装置采集三相电的电流、电压值，将其传入主控制器进行处理运算，所述精细无功补偿单位包括相间补偿电路和相零间补偿电路，所述相间补偿电路和相零间补偿电路采用电容补偿，相间补偿电路包括连接在三相电之间的多个电容调节支路，相零间补偿电路包括分别连接在三相电与零线之间的多个电容调节支路，所述电容调节支路包括串联在一起的电容、复合开关和熔断器，相间补偿电路、相零间补偿电路与三相电和零线之间连接有电抗器；主控制器的输出端还连接有防止精细无功补偿单位温度过高的温度传感器和风扇电机、显示三相电治理状态的显示器。

进一步的，所述显示器上设有GPRS天线接口和SIM卡插槽。

进一步的，三相电的每一相与零线间设有4路电容调节支路，三相电的每两相之间设有8路电容调节支路。

进一步的，所述电流采集装置为电流互感器。

进一步的，所述电流检测装置位于不平衡治理点的后端。

本发明还公开了一种相间电容三相不平衡及无功治理方法，电流采集装置、电压采集装置采集电网各相的电流电压，并将电流电压信号传入主控制器，主控制器计算各相有功功率和无功功率，根据无功功率和平衡补偿的需要计算各相间需要补偿的无功功率，决定需要投入或切除的电容调节支路并输出至电容调节支路，电容调节支路接到控制命令后，投入或切除电容调节支路，补偿负载的无功功率，改善电网的平衡状况；主控制器根据电压电流信号计算决定需要投入或切除的电容调节支路的过程为：首先定义功率因数投门限为COSφn，实际功率因数为COSφ，无功投入门限系数为Kq，无功允许过补系数为Kf，实际线路电压为U，额定电压为Un，过压切除门限系数为Kuhq，过压保护门限系数为Kuhb，欠压切除门限系数为Kulq，低压保护门限系数为Kulb，实际有功不平衡度门限为Σd，不平衡度门限为Σdn，投切延时设定值为Td，满足所有投切条件的实际延时为t，设备温度为T，过温保护温度为Tq；当U＜Kuhb*Un且cosφ＜1，Σd≥Σdn时，主控制器计算需补偿的电容Qj，并使预投电容容量Qc≤Qj，t≥Td，然后控制电容调节支路进行投电容动作；当U＞Kulb*Un且Σd≥Σdn，主控制器计算需要切除的电容Qj，并使预切电容容量Qc≤Qj，t≥Td，然后控制电容调节支路进行切电容动作；当U≤Uhb且cosφ＜cosφn时，主控制器计算需补偿电容Qj，并使预投电容容量Qc*Kq≤Qj，t≥Td，然后控制电容调节支路进行投电容动作；当U＞Kulb*Un且cosφ＞－1时，主控制器计算需要切除的电容Qj，并使预切电容容量Qc*Kf≥Qj，t≥Td，然后控制电容调节支路进行切电容动作。

进一步的，当U≥Un*Kuhq或U≤Un*Kulq或T≥Tq时，主控制器使t≥Td，并控制电容调节支路进行逐级切电容动作。

进一步的，当确认系统缺相后，主控制器直接切除所有电容调节支路。

本发明的有益效果：本发明可有效的治理三相电网的不平衡现象，利用电容调节支路，可以有效的抵消三相电中的感性无功，并且在三相电以及三相电与零线之间连接多个电容调节支路，调节更加精细，也可以防止过补的现象发生。精细无功补偿单位与三相电之间连接电抗器可以滤除谐波，温度传感器及风扇电机可以防止精细无功补偿单位温度过高影响工作，显示器上设有GPRS天线接口和SIM卡插槽，SIM卡插槽上插入SIM卡以后进行GPRS通讯，可以对该装置进行远程控制，使用更加方便。

附图说明

图1是本发明相间电容三相不平衡治理装置的原理图；

图2是本发明精细无功补偿单元一次系统图；

图3是本发明的外部外部接线图；

图中：1、主控制器，2、显示器，3、风扇电机，4、温度传感器，5、精细无功补偿电路，6、相零间补偿电路，7、相间补偿电路，8、电抗器，9、熔断器，10、复合开关，11、电容，12、SIM插槽，13、GPRS天线接口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明和限定。

如图1所示，为本发明相间电容三相不平衡治理装置的原理图，所述相间电容三相不平衡治理装置包括主控制器1、与主控制器1输入端B1相连的电流采集装置、与主控制1输入端A1相连的电压采集装置以及与主控制器1输出端D1、D2相连的精细无功补偿单元5，电流采集装置、电压采集装置采集三相电的电流、电压值，将其传入主控制器1进行处理运算，然后根据运算结果控制精细无功补偿电路的工作。主控制器1的B2输出端连接有温度传感器4和风扇电机3，温度传感器4检测精细无功补偿单元5的实时温度，并在其温度过高时启动风扇电机3，给精细无功补偿单元5降温。主控制器1的A2输出端连接有显示器2，显示器2显示三相电网的工作状态，并且显示器2上设有GPRS接口13和SIM卡插槽12，如图3所示，图3上省略了A1、B1、B2端口与电流采集装置、电压采集装置以及温度传感器、风扇电机的连接，显示器2安装上GPRS天线和SIM卡后可与外界进行通讯，也可以对该装置进行远程控制，使用更加方便。

如图2所示，为本发明精细无功补偿单元的一次系统图，精细无功补偿单元5包括相间补偿电路7和相零间补偿电路6，所述相间补偿电路7和相零间补偿电路6采用电容补偿，相间补偿电路7包括连接在三相电之间的多个电容调节支路，相零间补偿电路6包括分别连接在三相电与零线之间的多个电容调节支路，所述电容调节支路包括串联在一起的电容11、复合开关10和熔断器9，利用电容可以有效抵消三相电中的感性无功。相间补偿电路7、相零间补偿电路6与三相电和零线之间连接有电抗器8，电抗器8可以滤除谐波，防止谐波对电网和用电负载的影响，同时也起到保护电容器的作用。

本发明通过采集电流电压，控制复合开关过零投切，避免过电压、火花和干扰。复合开关的基本工作原理是将可控硅开关与磁保持继电器并接，实现电压过零导通和电流过零切断，使复合开关在接通和断开的瞬间具有可控硅开关的优点，而在正常接通期间又具有接触器开关无功耗的优点。其实现方法是：投入时在电压过零瞬间可控硅先过零触发，稳定后再将磁保持继电器吸合导通；而切出时是先将磁保持继电器断开，可控硅延时过零断开，从而实现电流过零切除。

本实施例中，三相电的每一相与零线间设有4路电容调节支路，三相电的每两相之间设有8路电容调节支路，并且电容调节支路的数量为多个，调节更加精细，也可以防止过补的现象发生。

本实施例中，所述电流采集装置为电流互感器。

本实施例中，所述电流检测装置位于不平衡治理点的后端。

本实施例中，还公开了一种相间电容三相不平衡治理方法，所述方法为电流采集装置、电压采集装置采集电网各相的电压电流，并将电压电流信号传入主控制器，主控制器计算各相有功功率和无功功率，根据无功功率和平衡补偿的需要计算各相间需要补偿的无功功率，决定需要投入或切除的电容调节支路并输出至电容调节支路，电容调节支路接到控制命令后，投入或切除电容调节支路，补偿负载的无功功率，改善电网的平衡状况；主控制器根据电压电流信号计算决定需要投入或切除的电容调节支路的过程为：首先定义功率因数投门限为COSφn，实际功率因数为COSφ，无功投入门限系数为Kq，无功允许过补系数为Kf，实际线路电压为U，额定电压为Un，过压切除门限系数为Kuhq，过压保护门限系数为Kuhb，欠压切除门限系数为Kulq，低压保护门限系数为Kulb，实际有功不平衡度门限为Σd，不平衡度门限为Σdn，投切延时设定值为Td，满足所有投切条件的实际延时为t，设备温度为T，过温保护温度为Tq；当U＜Kuhb*Un且cosφ＜1，Σd≥Σdn时，主控制器计算需补偿的电容Qj，并使预投电容容量Qc≤Qj，t≥Td，然后控制电容调节支路进行投电容动作；当U＞Kulb*Un且Σd≥Σdn，主控制器计算需要切除的电容Qj，并使预切电容容量Qc≤Qj，t≥Td，然后控制电容调节支路进行切电容动作；当U≤Uhb且cosφ＜cosφn时，主控制器计算需补偿电容Qj，并使预投电容容量Qc*Kq≤Qj，t≥Td，然后控制电容调节支路进行投电容动作；当U＞Kulb*Un且cosφ＞－1时，主控制器计算需要切除的电容Qj，并使预切电容容量Qc*Kf≥Qj，t≥Td，然后控制电容调节支路进行切电容动作。

本实施例中，当U≥Un*Kuhq或U≤Un*Kulq或T≥Tq时，主控制器使t≥Td，并控制电容调节支路进行逐级切电容动作。

本实施例中，当确认系统缺相后，主控制器直接切除所有电容调节支路，进行缺相保护。

以上描述的仅是本发明的基本原理和优选实施例，本领域技术人员根据本发明作出的改进和替换，属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.相间电容三相不平衡及无功治理装置，其特征在于：包括主控制器、与主控制器输入端相连的电流采集装置和电压采集装置、与主机控制器输出端相连的精细无功补偿单位，电流采集装置、电压采集装置采集三相电的电流、电压值，将其传入主控制器进行处理运算，所述精细无功补偿单位包括相间补偿电路和相零间补偿电路，所述相间补偿电路和相零间补偿电路采用电容补偿，相间补偿电路包括连接在三相电之间的多个电容调节支路，相零间补偿电路包括分别连接在三相电与零线之间的多个电容调节支路，所述电容调节支路包括串联在一起的电容、复合开关和熔断器，相间补偿电路、相零间补偿电路与三相电和零线之间连接有电抗器；主控制器的输出端还连接有防止精细无功补偿单位温度过高的温度传感器和风扇电机、显示三相电治理状态的显示器。

2.根据权利要求1所述的相间电容三相不平衡及无功治理装置，其特征在于：所述显示器上设有GPRS天线接口和SIM卡插槽。

3.根据权利要求1所述的相间电容三相不平衡及无功治理装置，其特征在于：三相电的每一相与零线间设有4路电容调节支路，三相电的每两相之间设有8路电容调节支路。

4.根据权利要求1所述的相间电容三相不平衡及无功治理装置，其特征在于：所述电流采集装置为电流互感器。

5.根据权利要求1所述的相间电容三相不平衡及无功治理装置，其特征在于：所述电流检测装置位于补偿接入点与供电侧变压器之间。

6.相间电容三相不平衡及无功治理方法，其特征在于：电流采集装置、电压采集装置采集电网各相的电流电压，并将电流电压信号传入主控制器，主控制器计算各相有功功率和无功功率，根据无功功率和平衡补偿的需要计算各相间需要补偿的无功功率，决定需要投入或切除的电容调节支路并输出至电容调节支路，电容调节支路接到控制命令后，投入或切除电容调节支路，补偿负载的无功功率，改善电网的平衡状况；主控制器根据电流电压信号计算决定需要投入或切除的电容调节支路的过程为：首先定义功率因数投门限为COSφn，实际功率因数为COSφ，无功投入门限系数为Kq，无功允许过补系数为Kf，实际线路电压为U，额定电压为Un，过压切除门限系数为Kuhq，过压保护门限系数为Kuhb，欠压切除门限系数为Kulq，低压保护门限系数为Kulb，实际有功不平衡度门限为Σd，不平衡度门限为Σdn，投切延时设定值为Td，满足所有投切条件的实际延时为t，设备温度为T，过温保护温度为Tq；当U＜Kuhb*Un且cosφ＜1，Σd≥Σdn时，主控制器计算需补偿的电容Qj，并使预投电容容量Qc≤Qj，t≥Td，然后控制电容调节支路进行投电容动作；当U＞Kulb*Un且Σd≥Σdn，主控制器计算需要切除的电容Qj，并使预切电容容量Qc≤Qj，t≥Td，然后控制电容调节支路进行切电容动作；当U≤Uhb且cosφ＜cosφn时，主控制器计算需补偿电容Qj，并使预投电容容量Qc*Kq≤Qj，t≥Td，然后控制电容调节支路进行投电容动作；当U＞Kulb*Un且cosφ＞－1时，主控制器计算需要切除的电容Qj，并使预切电容容量Qc*Kf≥Qj，t≥Td，然后控制电容调节支路进行切电容动作。

7.根据权利要求6所述的相间电容三相不平衡及无功治理方法，其特征在于：当U≥Un*Kuhq或U≤Un*Kulq或T≥Tq时，主控制器使t≥Td，并控制电容调节支路进行逐级切电容动作。

8.根据权利要求6所述的相间电容三相不平衡及无功治理方法，其特征在于：当确认系统缺相后，主控制器直接切除所有电容调节支路。