CN106208095B - 一种负载平衡方法、负载平衡装置及驱电器 - Google Patents

一种负载平衡方法、负载平衡装置及驱电器 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种负载平衡方法,包括：步骤1：采集电源端和负载端的电流值以及电压值；步骤2：根据所述电流值以及电压值计算相应的有功、无功、功率因数以及负载率；步骤3：根据所述功率因数控制静止无功补偿器进行电流补偿；步骤4：根据所述有功、无功、功率因数以及负载率，通过最优控制算法计算最优输出功率；步骤5：控制电压调节器输出所述最优输出功率；步骤6：重复步骤1‑5。本发明还提供了一种负载平衡装置和驱电器。本发明可以动态调整电机的输入功率，减小变压器的容量，自动匹配电机的所需输入功率，减小电路损耗，并且具有高功率因数和明显的节能效果。

Description

一种负载平衡方法、负载平衡装置及驱电器
技术领域
本发明涉及电力系统配件，更具体地，涉及一种负载平衡方法、负载平衡装置及驱电器。
背景技术
交流异步电动机由于其结构简单、价格低廉等优点已在工业、农业以及其他领域中得到广泛的应用。目前，我国交流异步电动机的年耗电量约占工业耗电量的80％以上。
交流异步电动机是一种多参数、强耦合的严重非线性被控对象，其精确数学模型很难获得，还会受工作温度，老化等因素的影响，因此，实际工作中，大部分交流异步电机的负载往往处于变化状态。交流异步电机设计是以额定工况下效率最优为原则，但在轻载或空载状态下的非经济运行，会因电动机功率因数变小、效率降低而导致大量的电能浪费。
现有技术中，通常使用集中的无功补偿的方法来改善功率因数，并达到节电的效果。但集中无功补偿的方法不能解决设备供电线路的损耗和供电装置与负载的电力需求相平衡匹配的功能，不能使工厂进一步的节约能源。
发明内容
本发明的一个目的是解决现有技术中的负载平衡方法不能在低谐波的无功补偿方法下实现节能目的的缺陷。
根据本发明的第一方面，提供了一种负载平衡方法,其特征在于,包括：步骤1：采集电源端和负载端的电流值以及电压值；步骤2：根据所述电流值以及电压值计算相应的有功、无功、功率因数以及负载率；步骤3：根据所述功率因数控制静止无功补偿器进行电流补偿；步骤4：根据所述有功、无功、功率因数以及负载率，通过最优控制算法计算最优输出功率；步骤5：控制电压调节器输出所述最优输出功率；步骤6：重复步骤1-4。
优选地，负载平衡方法在所述控制电压调节器输出最优输出功率之前，还包括将所述电流值以及电压值与电机运行状态进行比较，并确定所述最优输出功率的步骤。
优选地，所述电机为三相异步电机或单相电机。
优选地，所述最优控制算法包括模糊控制算法和PID控制算法。
根据本发明的第二方面，提供了一种负载平衡装置，其特征在于，包括：采集模块，用于采集电源端和负载端的电流值以及电压值；参数计算模块，用于根据所述电流值以及电压值计算相应的有功、无功、功率因数以及负载率；电流补偿模块，用于根据所述功率因数控制静止无功补偿器进行电流补偿；功率计算模块，用于根据所述有功、无功、功率因数以及负载率，通过最优控制算法计算最优输出功率；输出模块，用于控制电压调节器输出所述最优输出功率；控制模块，用于在输出所述最优控制电压后，控制采集模块采集电流值以及电压值。
优选地，负载平衡装置还包括功率确定模块，用于将所述电流值以及电压值与电机运行状态进行比较，并确定所述最优输出功率。
优选地，所述电机为三相异步电机或单相电机。
优选地，所述最优控制算法包括模糊控制算法和PID控制算法。
根据本发明的第三方面，提供了一种驱电器，使用如本发明第一方面所述的方法。
本发明的一个技术效果在于，可以使得原有变压器提高带载能力，可以在负载不变的情况下减少变压器的容量。
本发明的另一个技术效果在于，进行无功补偿的同时还考虑到了调节电机输入功率的问题，通过动态调节电压调节器的功率输出使得不需要在配电箱部分提高电压来满足输入功率，巧妙地兼顾了无功补偿和节电两个要素。这一点是本领域内的技术人员从未想到过的，故是一种新的技术方案。
通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。
图1是本发明的负载平衡方法的一个实施例的流程图。
图2是本发明的驱电器的一个实施例的示意图
图3是本发明的负载平衡装置的一个实施例的方框原理图。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
本发明的负载平衡方法可以是用于数字信号处理器中的控制程序，在这种情况下，负载平衡方法中的每个步骤均为数字信号处理器中的计算逻辑或者控制逻辑。使用本发明的负载平衡方法时，数字信号处理器可以与静止无功补偿器以及电压调节器连接，来完整地完成负载平衡方法的全部步骤。
图1示出了本发明的负载平衡方法的一个实施例的流程图。
如图1所示，本发明的负载平衡方法包括：
步骤S1：采集电源端和负载端的电流值以及电压值。
步骤S2：根据电流值以及电压值计算相应的有功、无功、功率因数以及负载率。
步骤S3：根据功率因数控制静止无功补偿器进行电流补偿。
步骤S4：根据有功、无功、功率因数以及负载率，通过最优控制算法计算最优输出功率。
步骤S5：控制电压调节器输出最优输出功率。
步骤S6：重复步骤1-4。
在步骤S1中，可以分别从电源端和负载端分别采集电流值以及电压值，采集得到的值可以输入至DSP中，以便做进一步运算。从电源端获得的电流值以及电压值通常用来进行静止无功补偿器的电流补偿过程。而从负载端采集的电流值和电压值通常用来进行输出功率的调控，这样的调控可以保证电机的输入功率保持在一个稳定的值。现有技术中主要采集电源端的电流及电压值，而并未对电机的输入功率进行调控，因此，步骤S1体现出了这一改进点。
在步骤S2中，根据前述采集到的电流值以及电压值计算有功、无功、功率因数以及负载率。这些值可以统称为电参数，计算电参数可以帮助更好地进行动态补偿以及调控功率输出。
在步骤S3中，根据功率因数控制静止无功补偿器进行电流补偿。这个电流补偿的功能与现有技术相同，此处不做详述。
在步骤S4中，根据前述计算得出的电参数，通过最优控制算法计算出合适的输出功率。其中最优控制算法可以包括模糊控制算法和PID控制算法，模糊控制算法是自动控制领域常用的一种算法，由于自动控制领域为了实现对直线电机运动的高精度控制，系统往往需要采用全闭环的控制策略，但在系统的速度环控制中，因为负载直接作用在电机上而产生扰动，如果仅采用PID控制，则很难满足系统的快速响应需求，这时就需要使用模糊控制技术。模糊控制技术具有适用范围广，对时变负载具有一定的鲁棒性的特点，而直线电机伺服控制系统又是一种要求具有快速响应性并能够在极短时间内实现动态调节的系统，所以本方法可以同时使用PID控制算法以及模糊控制算法，来实现对电机的精确的闭环控制。
在步骤5中，可以控制电压调节器来输出上述计算得出的输出功率。步骤4中所做的运算均为在DSP中的运算，计算完成后还需要向发出控制信号，来控制电压调节器输出所计算出的输出功率。
在步骤6中，当电压调节器输出了计算出的功率，则回到步骤1，继续进行步骤1至5的循环。
特别地，在控制电压调节器输出最优输出功率之前，还包括将电流值以及电压值与电机运行状态进行比较，并确定最优输出功率的步骤。这一步骤的目的是再次验证计算得出的最优输出功率能够满足电机的运行状态，保证了控制的准确性。其中，电机可以为本领域内常用的三相异步电机或单相电机。
<实施例1>
图2示出了本发明的驱电器的一个实施例的示意图。
如图2所示，驱电器可以包括数字信号处理器101、静止无功补偿器102以及电压调节器103。在实际使用中，电网的接入端可以先连接配电箱，再通过电机控制中心与电机连接，而本发明使用的驱电器可以在电机104和电机控制中心之间连接，即静止无功补偿器102的端口与电机控制中心连接，电压调节器103的端口与电机104输入端口连接。这样，驱电器就可以先进行电流及电压采样，并将采样结果发送至数字信号处理器101，再根据数字信号处理器101的计算结果，通过静止无功补偿器102实现电流补偿的作用，同时通过电压调节器103实现最优输出功率的输出作用。
驱电器由于设置了调压器103，可以消除同类产品具有的谐波损耗现象，进而可以消除谐波对工频设备的限制和损耗。同时由于可通过数字信号处理器101的计算动态地改变输出功率，使得电网接入端变压器的容量变小，电机的输入功率更加精确，从而达到节电和补偿的双重效果。静止无功补偿器102还能够应对瞬间发生的超电压的情形，能够降低交流电中经常发生的高电厂和磁场的振幅，能够保护设备不受电压波动的影响。在一项实际应用统计数据中，使用本发明的节电器的综合节电率为5％至8％。
图3示出了本发明的负载平衡装置的一个实施例的方框原理图。
负载平衡装置为前述的负载平衡方法所对应的软件装置图，其详细功能此处不再赘述。
如图3所示，负载平衡装置包括采集模块10、参数计算模块20、电流补偿模块30、功率计算模块40、输出模块50以及控制模块60。
其中，采集模块10用于采集电源端和负载端的电流值以及电压值；参数计算模块20用于根据所述电流值以及电压值计算相应的有功、无功、功率因数以及负载率；电流补偿模块30用于根据所述功率因数控制静止无功补偿器进行电流补偿；功率计算模块40用于根据所述有功、无功、功率因数以及负载率，通过最优控制算法计算最优输出功率；输出模块50用于控制电压调节器输出所述最优输出功率；控制模块60用于在输出所述最优控制电压后，控制采集模块采集电流值以及电压值。
虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种负载平衡方法,其特征在于,包括：
步骤1：采集电源端和负载端的电流值以及电压值；
步骤2：根据所述电流值以及电压值计算相应的有功、无功、功率因数以及负载率；
步骤3：根据所述功率因数控制静止无功补偿器进行电流补偿；
步骤4：根据所述有功、无功、功率因数以及负载率，通过最优控制算法计算最优输出功率；
步骤5：控制电压调节器输出所述最优输出功率；
步骤6：重复步骤1-5。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述控制电压调节器输出最优输出功率之前，还包括将所述电流值以及电压值与电机运行状态进行比较，并确定所述最优输出功率的步骤。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述电机为三相异步电机或单相电机。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述最优控制算法包括模糊控制算法和PID控制算法。
5.一种负载平衡装置，其特征在于，包括：
采集模块，用于采集电源端和负载端的电流值以及电压值；
参数计算模块，用于根据所述电流值以及电压值计算相应的有功、无功、功率因数以及负载率；
电流补偿模块，用于根据所述功率因数控制静止无功补偿器进行电流补偿；
功率计算模块，用于根据所述有功、无功、功率因数以及负载率，通过最优控制算法计算最优输出功率；
输出模块，用于控制电压调节器输出所述最优输出功率；
控制模块，用于在输出最优控制电压后，控制采集模块采集电流值以及电压值。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，还包括功率确定模块，用于将所述电流值以及电压值与电机运行状态进行比较，并确定所述最优输出功率。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述电机为三相异步电机或单相电机。
8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述最优控制算法包括模糊控制算法和PID控制算法。
9.一种驱电器，使用如权利要求1至4中任意一项所述的方法。
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