CN106229997A - 一种无功补偿装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种无功补偿装置，包括电流互感器和电压互感器，所述电流互感器和电压互感器连接有相位检测装置，所述相位检测装置连接有控制器，所述控制器计算电流互感器和电压互感器的相位差数值，确定该相的功率因数，所述控制器连接有功率因数显示单元和投切控制电路，所述投切控制电路连接有投切电容组，本发明能够保证电力设备的功率因数，从而减少电能损坏。

Description

一种无功补偿装置
技术领域
本发明属于电力设备技术领域，特别涉及一种无功补偿装置。
背景技术
目前，随着我国经济发展和国际化能源紧张局势的加剧，加强电能质量和节能降耗的影响十分重要，这其中采取无功补偿方式提高功率因数降等都是行之有效的措施。在电力供电系统中，功率因数的提高是一项重要的技术工作，直接关系到输电线路的电能损耗及供电的经济性，供电质量。功率因数的补偿措施一直为人们所重视。研制高性能的功率因数补偿装置具有实际的社会，经济效益。而且在电力系统中，无功功率要保持平衡，否则，将会使系统电压下降，严重时，会导致设备损坏，系统瓦解。此外，网络的功率因数和电压降低，使电气设备得不到充分利用，促使网络传输能力下降，损耗增加。因此，解决好网络补偿问题，对网络降损节能有着极为重要的意义。
按电网无功功率补偿方式可分为串联补偿和并联补偿。并联补偿方式又可分为电容器组补偿，调电感补偿，调相机补偿的移相补偿等。本设计我们将采用并联电容器补偿，主要应用单片机技术，实现对低压电力系统的监控，完成功率因数的测量，并根据所得数据进行电容组的投切，以实现对电力系统的功率因数的补偿。
无功补偿控制器是无功补偿的核心,其性能直接影响补偿的效果。它是根据检测的功率因数或无功功率,按照一定的控制规则投入/切除电容器,实现对线路进行无功补偿。在低压配电网中有相当一部分是感性负荷，它不仅要消耗大量的有功功率，也要吸收很多的无功功率，从而使功率因数下降，导致无功电源不足，系统电压降低，电能损耗增大，这大大影响了电网的供电能力。
因此，现在亟需一种无功补偿装置，能够保证功率因数，从而减少电能损坏。
发明内容
本发明提出一种无功补偿装置，解决了现有技术中低压配电网中有相当一部分是感性负荷，它不仅要消耗大量的有功功率，也要吸收很多的无功功率，从而使功率因数下降，导致无功电源不足，系统电压降低，电能损耗增大，这大大影响了电网的供电能力的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：无功补偿装置，包括电流互感器和电压互感器，所述电流互感器和电压互感器连接有相位检测装置，所述相位检测装置连接有控制器，所述控制器计算电流互感器和电压互感器的相位差数值，确定该相的功率因数，所述控制器连接有功率因数显示单元和投切控制电路，所述投切控制电路连接有投切电容组。
作为一种优选的实施方式，所述电压互感器和电流互感器分别包括A相互感器、B相互感器和C相互感器，所述投切电容组包括A相电容、B相电容和C相电容。
作为一种优选的实施方式，所述相位检测装置包括与电压互感器连接的电压比较器以及与电流互感器连接的I/V转换器，所述I/V转换器连接电压互感器，所述电压互感器连接有鉴相电路，所述鉴相电路计数器。
作为一种优选的实施方式，所述投切控制电路包括一零电压检测器，所述零电压检测器一端通过与门连接投入命令，所述与门连接有多谐振荡器，所述零电压检测器连接有光电耦合器，所述光电耦合器的另一端通过电阻连接有晶闸管，所述晶闸管连接有脉冲隔离放大器。
作为一种优选的实施方式，所述功率因数显示单元包括LED显示单元。
作为一种优选的实施方式，所述控制器连接有电源电路，所述电源电路包括三端稳压器，所述三端稳压器的输入端和接地端之间连接有第一电容，所述三端稳压器的输出端和接地端之间连接有第二电容，所述三端稳压器的输入端通过整流电路和变压器连接电源。
作为一种优选的实施方式，所述控制器预设有第一阀值功率因数，当控制器根据相位检测装置的采集数据确定该相功率因数大于该第一阀值功率因数时，不进行补偿；当控制器得到根据相位检测装置的采集数据确定该相功率因数小于该第一阀值功率因数时，进行补偿。
作为一种优选的实施方式，控制器根据相位检测装置的采集数据确定该相功率因数，包括同时对系统中三相电压、三相电流进行采集得到实时网络信号，经过隔离模块的隔离处理后，再进行N点等时间间隔得到电压及电流序列，得到关于时间的复数离散序列，再进行傅立叶变化，再进行离散傅立叶变化，根据其共轭改正得到电压、电流向量与谐波间的关系，在不考虑直流分量时，导出该相位谐波电压和谐波电流的有效值，从而确定有功功率，得到该相位的功率因数。
作为一种优选的实施方式，所述控制器根据实时的电压、电流，计算出无功功率，确定需要补偿的无功，从而根据预设的投切策略，控制投切电容组中的部分投切电容进行无功补偿。
采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：1)改善功率因数:尽量避免发电机降低功率因数运行,防止向远方负载输送无功引起电压和功率损耗,应在用户处实行低功率因数限制,即采取就地无功补偿措施。2)改善电压调节:负载对无功需求的变化,会引起供电点电压的变化,对这种变化若从电源端(发电厂)进行调节,会引起一些问题,而补偿设备就起着维持供电电压在规定范围内的重要作用。3)调节负载的平衡性:当正常运行中出现三相不对称运行时,会出现负序、零序分量,将产生附加损耗,使整流器波纹系数增加,引起变压器饱和等,经补偿设备就可使不平衡负载变成平衡负载。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的方框示意图；
图2为图1中电源电路的示意图；
图3为图1中投切控制电路的示意图；
图4为图1中相位检测装置的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-4所示，无功补偿装置，包括电流互感器和电压互感器，所述电流互感器和电压互感器连接有相位检测装置，所述相位检测装置连接有控制器，所述控制器计算电流互感器和电压互感器的相位差数值，确定该相的功率因数，所述控制器连接有功率因数显示单元和投切控制电路，所述投切控制电路连接有投切电容组。
所述电压互感器和电流互感器分别包括A相互感器、B相互感器和C相互感器，所述投切电容组包括A相电容、B相电容和C相电容。
所述相位检测装置包括与电压互感器连接的电压比较器以及与电流互感器连接的I/V转换器，所述I/V转换器连接电压互感器，所述电压互感器连接有鉴相电路，所述鉴相电路计数器。
所述投切控制电路包括一零电压检测器，所述零电压检测器一端通过与门连接投入命令，所述与门连接有多谐振荡器，所述零电压检测器连接有光电耦合器，所述光电耦合器的另一端通过电阻连接有晶闸管，所述晶闸管连接有脉冲隔离放大器。
所述功率因数显示单元包括LED显示单元。
所述控制器连接有电源电路，所述电源电路包括三端稳压器，所述三端稳压器的输入端和接地端之间连接有第一电容，所述三端稳压器的输出端和接地端之间连接有第二电容，所述三端稳压器的输入端通过整流电路和变压器连接电源。
所述控制器预设有第一阀值功率因数，当控制器根据相位检测装置的采集数据确定该相功率因数大于该第一阀值功率因数时，不进行补偿；当控制器得到根据相位检测装置的采集数据确定该相功率因数小于该第一阀值功率因数时，进行补偿。
控制器根据相位检测装置的采集数据确定该相功率因数，包括同时对系统中三相电压、三相电流进行采集得到实时网络信号，经过隔离模块的隔离处理后，再进行N点等时间间隔得到电压及电流序列，得到关于时间的复数离散序列，再进行傅立叶变化，再进行离散傅立叶变化，根据其共轭改正得到电压、电流向量与谐波间的关系，在不考虑直流分量时，导出该相位谐波电压和谐波电流的有效值，从而确定有功功率，得到该相位的功率因数。
所述控制器根据实时的电压、电流，计算出无功功率，确定需要补偿的无功，从而根据预设的投切策略，控制投切电容组中的部分投切电容进行无功补偿。
该无功补偿装置，相比于常规技术，具有如下优点：1)改善功率因数:尽量避免发电机降低功率因数运行,防止向远方负载输送无功引起电压和功率损耗,应在用户处实行低功率因数限制,即采取就地无功补偿措施。2)改善电压调节:负载对无功需求的变化,会引起供电点电压的变化,对这种变化若从电源端(发电厂)进行调节,会引起一些问题,而补偿设备就起着维持供电电压在规定范围内的重要作用。3)调节负载的平衡性:当正常运行中出现三相不对称运行时,会出现负序、零序分量,将产生附加损耗,使整流器波纹系数增加,引起变压器饱和等,经补偿设备就可使不平衡负载变成平衡负载。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种无功补偿装置，包括电流互感器和电压互感器，其特征在于，所述电流互感器和电压互感器连接有相位检测装置，所述相位检测装置连接有控制器，所述控制器计算电流互感器和电压互感器的相位差数值，确定该相的功率因数，所述控制器连接有功率因数显示单元和投切控制电路，所述投切控制电路连接有投切电容组。
2.根据权利要求1所述的无功补偿装置，其特征在于，所述电压互感器和电流互感器分别包括A相互感器、B相互感器和C相互感器，所述投切电容组包括A相电容、B相电容和C相电容。
3.根据权利要求2所述的无功补偿装置，其特征在于，所述相位检测装置包括与电压互感器连接的电压比较器以及与电流互感器连接的I/V转换器，所述I/V转换器连接电压互感器，所述电压互感器连接有鉴相电路，所述鉴相电路计数器。
4.根据权利要求3所述的无功补偿装置，其特征在于，所述投切控制电路包括一零电压检测器，所述零电压检测器一端通过与门连接投入命令，所述与门连接有多谐振荡器，所述零电压检测器连接有光电耦合器，所述光电耦合器的另一端通过电阻连接有晶闸管，所述晶闸管连接有脉冲隔离放大器。
5.根据权利要求4所述的无功补偿装置，其特征在于，所述功率因数显示单元包括LED显示单元。
6.根据权利要求5所述的无功补偿装置，其特征在于，所述控制器连接有电源电路，所述电源电路包括三端稳压器，所述三端稳压器的输入端和接地端之间连接有第一电容，所述三端稳压器的输出端和接地端之间连接有第二电容，所述三端稳压器的输入端通过整流电路和变压器连接电源。
7.根据权利要求6所述的无功补偿装置，其特征在于，所述控制器预设有第一阀值功率因数，当控制器根据相位检测装置的采集数据确定该相功率因数大于该第一阀值功率因数时，不进行补偿；当控制器得到根据相位检测装置的采集数据确定该相功率因数小于该第一阀值功率因数时，进行补偿。
8.根据权利要求7所述的无功补偿装置，其特征在于，控制器根据相位检测装置的采集数据确定该相功率因数，包括同时对系统中三相电压、三相电流进行采集得到实时网络信号，经过隔离模块的隔离处理后，再进行N点等时间间隔得到电压及电流序列，得到关于时间的复数离散序列，再进行傅立叶变化，再进行离散傅立叶变化，根据其共轭改正得到电压、电流向量与谐波间的关系，在不考虑直流分量时，导出该相位谐波电压和谐波电流的有效值，从而确定有功功率，得到该相位的功率因数。
9.根据权利要求8所述的无功补偿装置，其特征在于，所述控制器根据实时的电压、电流，计算出无功功率，确定需要补偿的无功，从而根据预设的投切策略，控制投切电容组中的部分投切电容进行无功补偿。
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