CN107453371A

CN107453371A - 无功功率补偿系统及其方法

Info

Publication number: CN107453371A
Application number: CN201710374957.6A
Authority: CN
Inventors: 崔用吉
Original assignee: LSIS Co Ltd
Current assignee: LS Electric Co Ltd
Priority date: 2016-05-31
Filing date: 2017-05-24
Publication date: 2017-12-08
Also published as: JP2017215956A; EP3252906A1; JP6457015B2; US9882387B2; US20170346287A1; KR20170135337A

Abstract

本公开内容涉及一种无功功率补偿系统，其包括第一测量单元、第二测量单元、无功功率补偿单元以及控制器。第一测量单元测量至少一个负载中的每个的阻抗。第二测量单元测量被提供到至少一个负载的电压和电流。无功功率补偿单元补偿超前无功功率或滞后无功功率。控制器实时地监视阻抗的变化，根据阻抗的变化来检查电压或电流的变化，并且根据检查的结果来控制无功功率补偿单元以补偿超前无功功率或滞后无功功率。

Description

无功功率补偿系统及其方法

技术领域

本公开内容涉及无功功率补偿系统及其方法。

背景技术

当功率被供应到被连接到负载的接收端时，功率不是全部由负载利用。换言之，功率不是全部由负载用作有功功率，功率的部分作为无功功率丢失，而不贡献于实际功。

为了使无功功率最小化或补偿无功功率，采用无功功率补偿系统。

无功功率补偿系统调节电压的相位或电流的相位并且因此无功功率可以被最小化。

然而，在传统无功功率补偿系统中，由于未做出根据负载输入状态或环境变化的实时补偿，所以制造的产品可能例如归因于由快速电压下降造成的临时停电状态而被损坏。

发明内容

本公开内容的目标是要解决上述问题和其他问题。

本公开内容的另一目标是要提供无功功率补偿系统以及其方法，其能够通过连续地监视负载的阻抗的变化来实时地补偿无功功率。

本公开内容的目标不限于上述目标和其他目标，并且本领域技术人员能够从以下描述中认识到其他目标和优点。另外，将容易认识到，本公开内容的目标和优点能够借助于随附权利要求中记载的器件及其组合来实践。

根据本公开内容的一个方面，提供了一种无功功率补偿系统，其包括第一测量单元、第二测量单元、无功功率补偿单元以及控制器。第一测量单元测量至少一个负载中的每个的阻抗。第二测量单元测量被提供到至少一个负载的电压和电流。无功功率补偿单元补偿超前无功功率或滞后无功功率。控制器实时地监视阻抗的变化，根据阻抗的变化来检查电压或电流的变化，并且根据检查的结果来控制无功功率补偿单元以补偿超前无功功率或滞后无功功率。

根据本公开内容的一个方面，提供了一种补偿无功功率的方法，其包括：测量至少一个负载中的每个的阻抗；测量被提供到至少一个负载的电压和电流；实时地监视阻抗的变化；根据阻抗的变化来检查电压或电流的变化；并且根据检查的结果来补偿超前无功功率或滞后无功功率。

附图说明

图1图示了根据本公开内容的实施例的无功功率补偿系统。

图2是根据本公开内容的实施例的补偿无功功率的方法的流程图。

具体实施方式

以上目标、特征和优点将从参考附图的详细描述中变得显而易见。以使得本领域技术人员能够容易地实践本公开内容的技术构思的充分细节来描述实施例。公知功能或配置的详细描述可以被省略以便不必要地使本公开内容的目标模糊不清。在下文中，将参考附图详细描述本公开内容的实施例。在附图中，类似的附图标记指代类似的元件。

因为本发明构思允许各种变化和许多实施例，所以具体实施例将被图示在附图中并且在撰写的说明书中详细描述，其中，附图中类似的附图标记指代类似的元件，并且因此将不在重复对它们的描述。针对在下面的描述中使用的后缀“模块”和“单元”在考虑了撰写说明书的容易度而被分配和混合。即，后缀本身不具有不同的含义或作用。然而，这不旨在将本发明构思限于特定实践模式，并且要认识到，未偏离本发明构思的精神和技术范围的所有改变、等价要件和替代物被包含在本发明构思中。在本发明构思的描述中，相关技术的某些详细解释当认为它们可能不必要地使本发明构思的本质模糊不清时被省略。

图1图示了根据本公开内容的实施例的无功功率补偿系统。

多个负载21a、21b、21c、23a、23b和23c可以连接到接收端11。详细地，支线12可以从接收端11分支，并且负载21a、21b、21c、23a、23b和23c可以连接到支线12。

尽管图1图示了支线12连接到接收端11，但是负载21a、21b、21c、23a、23b和23c可以直接连接到接收端11而没有支线12。

负载21a、21b、21c、23a、23b和23c可以连接到除了接收端11之外的系统。该系统可以是AC系统、DC系统或HVDC系统。然而，本公开内容不限于此。

负载21a、21b、21c、23a、23b和23c可以是以铁制品提供的负载，例如电弧炉21a、21b和21c或熔化炉23a、23b和23c。然而，本公开内容不限于此。

无功功率补偿单元30可以并联连接到负载21a、21b、21c、23a、23b和23c并且与负载21a、21b、21c、23a、23b和23c共同地连接到支线12或接收端11，但是本公开内容不限于此。因此，被供应到接收端11的功率可以不仅被供应到负载21a、21b、21c、23a、23b和23c，而且被供应到无功功率补偿单元30。

如图2中图示的无功功率补偿单元30可以包括晶闸管控制电抗器(TCR)25、晶闸管投切电容器(TSC)27以及谐波滤波器单元29。

TCR 25可以包括电抗器和晶闸管开关。电抗器的数量或布置可以由各种方法来实现。

TSC 27可以包括电容器和晶闸管开关。电容器的数量或布置可以由各种方法来实现。

谐波滤波器单元29可以包括多个滤波器。每个滤波器可以包括电阻器、电容器以及电感器。尽管电阻器和电感器可以被并联连接，但是本公开内容不限于此。

TCR 25和TSC 27两者可以不必被提供。可以提供TCR 25和TSC 27中的仅仅一个，但是本公开内容不限于此。

尽管未图示，但是除了TCR 25或TSC 27还可以提供固定补偿单元。固定补偿单元可以是固定电容器。

无功功率补偿单元30可以控制提供在其中的晶闸管开关以补偿无功功率。在下面详细地描述无功功率补偿。

第二检测器13可以被提供在接收端11与支线12之间。换言之，第二检测器13可以被提供在负载21a、21b、21c、23a、23b和23c的输入侧处。第二检测器13可以检测电压、电压的相位、电流和电流的相位。详细地，第二检测单元13的电压变压器13a可以检测被应用到支线12的电压和电压的相位，并且第二检测单元13的电流变压器13b可以检测被应用到支线12的电流和电流的相位。由第二检测单元13检测到的电压和电压的相位以及电流和电流的相位被提供到电压和电流测量单元43。因此，电压和电流测量单元43可以测量电压和电流。

在电压与电流之间的相位关系可以基于电压的相位和电流的相位来识别。例如，当电流的相位在电压的相位之前时，其可以被称为超前，并且当电压的相位在电流的相位之前时，其可以被称为滞后。例如，当在超前中的电压与电流之间的相位角由正相位角(+θ)表示时，在滞后中的电压与电流之间的相位角可以由负相位角(-θ)表示。

第一检测器14a、14b、15a、15b、16a、16b、17、18和19中的至少一个可以被提供在负载21a、21b、21c、23a、23b和23c处。第一检测器14a、14b、15a、15b、16a、16b、17、18和19检测负载21a、21b、21c、23a、23b和23c的阻抗并且将检测到的阻抗提供到控制系统40的阻抗测量单元41。因此，阻抗测量单元41可以测量负载21a、21b、21c、23a、23b和23c中的每个的阻抗。

当特定负载被输入或在操作负载中发生变化时，负载的阻抗可能变化。负载的阻抗的变化可以由第一检测器14a、14b、15a、15b、16a、16b、17、18和19中的对应一个检测到并且由阻抗测量单元41检查。阻抗测量单元41可以被称为第一测量单元，并且电压和电流测量单元43可以被称为第二测量单元。

电压可以被同时应用到负载21a、21b、21c、23a、23b和23c，并且在不同时间单独地被应用到负载21a、21b、21c、23a、23b和23c。

控制系统40可以包括第一测量单元41、第二测量单元43、控制器45以及存储单元47。

第一测量单元41可以测量由在各自的负载21a、21b、21c、23a、23b和23c处提供的第一检测器14a、14b、15a、15b、16a、16b、17、18和19检测到的负载21a、21b、21c、23a、23b和23c中的每个的阻抗。在由第一检测器14a、14b、15a、15b、16a、16b、17、18和19检测到的阻抗是模拟信号时，由第一测量单元41测量的阻抗可以是数字信号。然而，本公开内容不限于此。由第一测量单元41测量的阻抗可以被提供到控制器45。

第二测量单元43可以基于由提供在接收端11与支线12之间的第二检测器13检测到的电压、电压的相位、电流和电流的相位来测量电压和电流。电压可以是被应用到负载21a、21b、21c、23a、23b和23c的电压，并且电流可以是从接收端11流动到支线12的电流。在由第二检测器13检测到的电压、电压的相位、电流和电流的相位中的每个是模拟信号时，由第二测量单元43测量的电压和电流可以是数字信号，但是本公开内容不限于此。所测量的电压和电流可以被提供到控制器45。

控制器45可以检查由第一测量单元41测量的阻抗是否已经改变。阻抗的变化可以实时地被检查。

例如，当在时间点t1处测量的阻抗是Z1并且在时间点t2处测量的阻抗是Z2并且Z2不同于Z1时，可以确定阻抗已经改变。

可以针对负载21a、21b、21c、23a、23b和23c中的每个并且通过负载21a、21b、21c、23a、23b和23c的总阻抗来检查阻抗的变化。

在当前实施例中，为便于解释，通过负载21a、21b、21c、23a、23b和23c的总阻抗来检查阻抗的变化，但是本公开内容不限于此。

阻抗的变化可以表明电压被应用到其的负载被改变，在电压当前被应用到其的负载中发生突变，例如，过电流的传入。

例如，在电压被应用到五个负载的状态中，当电压被额外地应用到两个负载时，阻抗可以改变。

例如，在电压被应用到五个负载的状态中，当电流突然地流动到特定负载时，阻抗可以改变。

当阻抗改变时，有必要识别阻抗的变化的原因。例如，当电压最初被应用到负载或电压被应用到新添加的负载时，有必要识别电压最初被应用到其的负载或者电压被额外地应用到其的负载是晶闸管投切负载还是晶闸管控制负载。执行超前无功功率补偿或滞后无功功率补偿可以根据负载是晶闸管投切负载还是晶闸管控制负载来确定。例如，当负载是晶闸管投切负载时，可以执行超前无功功率补偿，并且当负载是晶闸管控制负载时，可以执行滞后无功功率补偿，其将在后面进行详细描述。

从接收端11提供到支线12的功率的电压或电流可以根据电压最初被应用到其的负载或电压被额外应用到其的负载是晶闸管投切负载还是晶闸管控制负载而变化。

换言之，当阻抗改变时，从接收端11提供到支线12的功率的电压或电流相应地改变。

控制器45可以检查在由提供在接收端11与支线12之间的第二检测器13检测到的并且由第二测量单元43测量的电压或电流中是否存在变化。

当检查到电流改变并且因此电流的相位在电压的相位之前时，即，超前，控制器45可以确定引起阻抗的变化的负载是晶闸管投切负载。由于超前无功功率存在或者由晶闸管投切负载增大，所以超前无功功率可以通过补偿超前无功功率来去除或减少。在这种情况下，控制器45可以生成用于补偿超前无功功率的第一控制信号并将第一控制信号提供到无功功率补偿单元30。

尽管第一控制信号可以为例如将电流的相位控制为与电压的相位同步的信号，但是本公开内容不限于此。当包含在无功功率补偿单元30中的TCR 25的晶闸管开关是响应于第一控制信号而开关控制的时，超前无功功率可以被补偿。因此，当阻抗由晶闸管投切负载改变时，超前无功功率借助于TCR 25来补偿。因此，功率因子可以被改善，即，有源功率可以被增大，因为电流和电压的相位角变成0°或接近0°。

当检查到电压改变并且因此电压的相位在电流的相位之前时，即，滞后，控制器45可以确定引起阻抗的变化的负载是晶闸管控制负载。由于滞后无功功率存在或者由晶闸管控制负载增大，所以滞后无功功率可以通过补偿滞后无功功率来去除或减少。在这种情况下，控制器45可以生成用于补偿滞后无功功率的第二控制信号并将第二控制信号提供到无功功率补偿单元30。

尽管第二控制信号可以为例如将电压的相位控制为与电流的相位同步的信号，但是本公开内容不限于此。当包含在无功功率补偿单元30中的TSC 27的晶闸管开关是响应于第二控制信号而开关控制的时，滞后无功功率可以被补偿。因此，当阻抗由晶闸管控制负载改变时，滞后无功功率借助于TSC 27来补偿。因此，功率因子可以被改善，即，有源功率可以被增大，因为电流和电压的相位角变成0°或接近0°。

根据本公开内容，当通过实时地监视阻抗变化而在负载阻抗的阻抗中发生变化时，根据阻抗的变化基于电压或电流的变化来识别负载是晶闸管投切负载还是晶闸管控制负载并且因此相应地执行补偿。因此，可以防止归因于负载的添加或流动到负载的过电流对产品的损坏。例如，当负载是精炼炉并且归因于引起暂时停电的负载的变化而生成闪烁，铁中的杂质可能不被恰当地去除并且因此有缺陷的铁可以被产生。在这种情况下，当基于阻抗的变化而将负载确定为晶闸管投切负载时，闪烁被认为要被生成。当闪烁被生成时，可以增大其中电流的相位在电压的相位之前的超前无功功率。因此，控制器45可以控制TSC27补偿超前无功功率，由此去除闪烁。

存储单元47可以存储各种设置信息片，例如由负载21a、21b、21c、23a、23b和23c中的每个处理的工作的类型或工作的量。

存储单元47可以存储在提供负载21a、21b、21c、23a、23b和23c的地方感测到的工作温度。

存储单元47可以存储以上未描述的实现本公开内容需要的各种信息片。

参考图1和图2，可以测量电压、电流和阻抗(S111)。

详细地，阻抗可以由第一测量单元41测量，并且电压和电流可以由第二测量单元43测量。阻抗可以根据由被提供在各自的负载21a、21b、21c、23a、23b和23c处的第一检测器14a、14b、15a、15b、16a、16b、17、18和19检测到的信号来测量。电压和电流可以根据由被提供在接收端11与支线12之间的第二检测器13检测到的信号来测量。

第二检测器13可以检测电压、电压的相位、电流和电流的相位。第二测量单元43可以基于电压的相位和电流的相位来检查是超前无功功率存在还是滞后无功功率存在。另外，第二测量单元43可以基于电压的相位与电流的相位之间的关系来计算相位角。第二测量单元43可以向控制器45提供测量的电压和电流、关于超前无功功率或滞后无功功率的信息以及相位角。

电压可以被应用到负载21a、21b、21c、23a、23b和23c中的至少一个(S113)。负载21a、21b、21c、23a、23b和23c中的至少一个可以是电压最初被应用到其的负载或者电压被新应用到其的负载同时电压被应用到其他(一个或多个)负载。

控制器45可以在电压被应用到负载21a、21b、21c、23a、23b和23c中的至少一个时检查阻抗是否改变(S115)。

阻抗的变化可以基于由第一检测器14a、14b、15a、15b、16a、16b、17、18和19实时地检测到的并且由第一测量单元41测量的阻抗而变化。

当检查到阻抗改变时，控制器45可以检查是电压还是电流改变(S117)。

电压或电流的改变可以基于由第二检测器13实时地检测到的并且由第二测量单元43测量的电压、电流和相位角来检查。

阻抗可以归因于新添加的负载或电流突然流到其中的负载而变化。当阻抗改变时，电压或电流可以根据负载是晶闸管投切负载还是晶闸管控制负载而变化。

例如，当负载是晶闸管投切负载时，例如，电流改变并且因此其中电流的相位在电压的相位之前的超前无功功率可以存在。不同于以上，当负载是晶闸管投切负载时，例如，电压改变并且因此其中电压的相位在电流的相位之后的超前无功功率可以存在。

例如，当负载是晶闸管控制负载时，例如，电压改变并且因此其中电压的相位在电流的相位之前的滞后无功功率可以存在。不同于以上，当负载是晶闸管控制负载时，例如，电流改变并且因此其中电流的相位在电压的相位之后的滞后无功功率可以存在。

控制器45可以基于电流或电压的变化来确定是超前无功功率存在还是滞后无功功率存在。

作为确定的结果，当超前无功功率存在(S119)时，控制器45可以控制晶闸管控制无功功率的补偿(S121)。

详细地，当超前无功功率存在时，控制器45可以生成用于补偿超前无功功率的第一控制信号并将第一控制信号提供到无功功率补偿单元30。第一控制信号可以是用于将例如电流的相位调节为与电压的相位同步的信号，但是本公开内容不限于此。当包含在无功功率补偿单元30中的TCR25的晶闸管开关是响应于第一控制信号而开关控制的时，超前无功功率可以被补偿。

作为确定的结果，当滞后无功功率存在时，控制器45可以控制晶闸管投切无功功率的补偿(S123)。

详细地，当滞后无功功率存在时，控制器45可以生成用于补偿滞后无功功率的第二控制信号并将第二控制信号提供到无功功率补偿单元30。尽管第二控制信号可以是用于将例如电压的相位调节为与电流的相位同步的信号，但是本公开内容不限于此。当包含在无功功率补偿单元30中的TSC 27的晶闸管开关是响应于第二控制信号而开关控制的时，滞后无功功率可以被补偿。

因此，根据本公开内容，无论何时阻抗被改变，可以根据阻抗的变化来执行补偿。

根据本公开内容，通过实时地监视阻抗的变化，可以基于电压或电流的变化来识别根据引起阻抗变化的负载是晶闸管投切负载还是晶闸管控制负载而存在的超前无功功率或滞后无功功率。由于超前无功功率或滞后无功功率根据识别的结果来实时地补偿，所以可以防止归因于负载的变化的产品的损坏。

以上描述的本公开内容可以以各种方式由本发明构思所属领域的技术人员替代、更改和修改而不脱离本公开内容的范围和精神。因此，本公开内容不限于上述示例性实施例和附图。

Claims

1.一种补偿超前无功功率或滞后无功功率的无功功率补偿系统，所述系统包括：

第一测量单元，其被配置为测量至少一个负载中的每个的阻抗；

第二测量单元，其被配置为测量被提供到所述至少一个负载的电压和电流；

无功功率补偿单元，其被配置为补偿所述超前无功功率或所述滞后无功功率；以及

控制器，其被配置为实时地监视所述阻抗的变化，根据所述阻抗的变化来检查所述电压或电流的变化，并且根据所述检查的结果来控制所述无功功率补偿单元以补偿所述超前无功功率或所述滞后无功功率，

其中，所述控制器基于所述电压或电流的变化来确定引起所述阻抗的变化的特定负载是晶闸管投切负载还是晶闸管控制负载。

2.根据权利要求1所述的无功功率补偿系统，其中，所述无功功率补偿单元包括：

晶闸管控制补偿单元，其补偿所述超前无功功率；以及

晶闸管投切补偿单元，其补偿所述滞后无功功率。

3.根据权利要求2所述的无功功率补偿系统，其中，所述控制器在电流的相位在电压的相位之前时确定所述特定负载是晶闸管投切负载，并且生成用于补偿所述超前无功功率的第一控制信号并将所述第一控制信号提供到所述晶闸管控制补偿单元。

4.根据权利要求3所述的无功功率补偿系统，其中，所述第一控制信号是用于将电流的相位调节为与电压的相位同步的信号。

5.根据权利要求2所述的无功功率补偿系统，其中，所述控制器在电压的相位在电流的相位之前时确定所述特定负载是晶闸管控制负载，并且生成用于补偿所述滞后无功功率的第二控制信号并将所述第二控制信号提供到所述晶闸管投切补偿单元。

6.根据权利要求5所述的无功功率补偿系统，其中，所述第二控制信号是用于将电压的相位调节为与电流的相位同步的信号。

7.一种补偿无功功率的方法，所述方法包括：

测量至少一个负载中的每个的阻抗；

测量被提供到所述至少一个负载的电压和电流；

实时地监视所述阻抗的变化；

根据所述阻抗的变化来检查所述电压或电流的变化；并且

根据所述检查的结果来补偿超前无功功率或滞后无功功率，

其中，检查所述电压或电流的变化包括基于所述电压或电流的变化来确定引起所述阻抗的变化的特定负载是晶闸管投切负载还是晶闸管控制负载。

8.根据权利要求7所述的方法，还包括：

在电流的相位在电压的相位之前时确定所述特定负载是晶闸管投切负载；并且

生成用于补偿所述超前无功功率的第一控制信号。

9.根据权利要求7所述的方法，还包括：

在电压的相位在电流的相位之前时确定所述特定负载是晶闸管控制负载；并且

生成用于补偿所述滞后无功功率的第二控制信号。