CN107492896A - 无功功率补偿系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种无功功率补偿系统，包括用于获取多个负载的负载状态信息的检测单元、用于补偿无功功率的无功功率补偿单元以及用于基于根据所述负载状态信息的控制信号来控制所述无功功率补偿单元执行闪变补偿或功率因数补偿。

Description

无功功率补偿系统及其方法
技术领域
本公开涉及无功功率补偿系统及其方法。
背景技术
当向被连接到负载的接收端供应功率时，功率不是全部由负载来使用。换句话说，功率不是全部被负载用作有功功率，并且部分功率作为对实际工作没有贡献的无功功率而损失。
为了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整电压的相位或电流的相位，并且因此可以使无功功率最小化。
无功功率应取决于负载状态而不同地进行补偿。例如，当没有输入负载时，无功功率被补偿为改善功率因数。当输入负载时，可以生成闪变(flicker)，使得无功功率被补偿为改善闪变。
负载输入可以表示电压被供应给负载，并且因此负载被操作。
然而，在常规无功功率补偿系统中，由于无功功率是在没有考虑负载状态的情况下被简单地补偿，因此无法取决于负载状态来进行无功功率的补偿的优化。
发明内容
本公开的目的是解决上面描述的问题和其他问题。
本公开的另一个目的是提供一种用于取决于负载状态来补偿无功功率的无功功率补偿系统及其方法。
本公开的目的不限于上面描述的目的，并且本领域技术人员可以从以下描述中领会其他目的和优点。此外，将容易地理解的是，本公开的目的和优点可以借由所附权利要求中叙述的手段及其组合来实践。
根据本公开的一个方面，一种无功功率补偿系统，包括：检测单元，用于获取多个负载的负载状态信息；无功功率补偿单元，用于补偿无功功率；以及控制器，用于基于根据负载状态信息的控制信号来控制无功功率补偿单元执行闪变补偿或功率因数补偿。
根据本公开的一个方面，一种补偿无功功率的方法，包括：获取关于多个负载的负载状态信息；根据负载状态信息向无功功率补偿单元提供控制信号以执行闪变补偿或功率因数补偿；并且响应于所述控制信号来操作晶闸管控制电抗器、晶闸管投切电容器和固定电容器FC中的一个或多个，包括无功功率补偿单元。
附图说明
图1示出了根据本公开的实施例的无功功率补偿系统的损耗测量装置。
图2是用于说明根据本公开的实施例的无功功率补偿系统的补偿方法的流程图。
图3是详细地示出了图2的S120和S130的流程图。
具体实施方式
从参考附图的详细描述，上述目的、特征和优点将变得显而易见。足够详细地描述了实施例以使得本领域技术人员能够容易地实践本公开的技术思想。可以省略众所周知的功能或配置的详细描述，以免不必要地模糊本公开的要点。在下文中，将参考附图详细描述本公开的实施例。贯穿附图，相同的参考标号表示相同的元件。
由于本发明构思允许各种变化和众多实施例，因此将在附图中示出并在书面描述中详细描述特定实施例，其中附图中相同的参考标号表示相同的元件，并且因此将不会重复其描述。在下面的描述中使用的用于组件的后缀“模块”和“单元”仅考虑书写说明书的容易性而被指定和混合。即，后缀本身不具有不同的含义或作用。然而，这并不旨在将本发明构思限制于特定的实践模式，并且应当理解，不脱离本发明构思的精神和技术范围的所有改变、等同物和替代物被包括在本发明构思中。在本发明构思的描述中，当认为相关技术的某些详细解释可能不必要地模糊本发明构思的本质时，将其省略。
图1示出了根据本公开的实施例的无功功率补偿系统的损耗测量装置。
参考图1，根据本实施例的无功功率补偿系统的损耗测量装置可以包括无功功率补偿单元30和控制系统40。
多个负载21a、21b、21c、23a、23b和23c可以被连接到接收端11。详细地，分支线路12可以从接收端11被分支，并且负载21a、21b、21c、23a、23b和23c可以被连接到分支线路12。
尽管图1示出了分支线路12被连接到接收端11，但是负载21a、21b、21c、23a、23b和23c可以在没有分支线路12的情况下直接被连接到接收端11。
负载21a、21b、21c、23a、23b和23c可以被连接到除了接收端11之外的系统。该系统可以是AC系统、DC系统或HVDC系统，但是本公开不限于此。
负载21a、21b、21c、23a、23b和23c可以是被设置在炼铁厂(例如，电弧炉21a、21b和21c或冶炼炉23a、23b和23c)中的负载，但是本公开不限于此。
无功功率补偿单元30可以与负载21a、21b、21c、23a、23b和23c并联连接，并且与负载21a、21b、21c、23a、23b和23c共同被连接到支线12或接收端11，但是本公开不限于此。因此，供应给接收端11的功率不仅可以被供应给负载21a、21b、21c、23a、23b和23c，而且可以被供应给无功功率补偿单元30。
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和谐波滤波器单元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。
代替图1的TCR 25，可以使用固定电容器(FC)，但是本公开不限于此。
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。
功率因数可以是有功功率和视在功率之间的比率。视在功率可以表示供应给接收端11的功率，而有功功率可以是不包括无功功率的视在功率。因此，当由于功率因数的补偿而提高功率因数时，有功功率增加，使得功率损耗减小，并且可以有效地使用功率。
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、电容器和电感器。虽然电阻器和电感器可以被并联连接，但是本公开不限于此。
无功功率补偿单元30可以详细地补偿无功功率、功率因数或闪变。
控制系统40可以包括第一检测单元41、测量单元43、控制器45和存储单元47。
为供参考，虽然测量单元43和控制器45可以以单个集成单元而不是分离单元实现，但是在本发明中，为了解释的方便，两者都被实现为分离单元。
第一检测单元41被安装在负载21a、21b、21c、23a、23b和23c中的每个处，并且获得指示负载21a、21b、21c、23a、23b和23c中的每个是否被输入的负载状态信息。第一检测单元41可以是例如用于检测在负载21a、21b、21c、23a、23b和23c中的每个中流动的电流的电流传感器，但是本公开不限于此。
可以根据电流是否在负载21a、21b、21c、23a、23b和23c中的每个中流动来检测负载状态信号。负载状态信号可以被称为负载状态信息。
例如，当在负载21a、21b、21c、23a、23b和23c中的每个中没有电流流动时，信号“0”、即低电平信号可以由第一检测单元41检测到，并且可以被提供给控制器45。
例如，当电流在负载21a、21b、21c、23a、23b和23c中的每个中流动时，信号“1”、即高电平信号由第一检测单元41检测到，并且可以被提供给控制器45。尽管当电流在负载21a、21b、21c、23a、23b和23c中的每个中流动时，高电平信号可以总是具有高电平信号(即，1)、或者可以周期性地具有高电平信号(即，1)，但是本公开不限于此。
相反，当在负载21a、21b、21c、23a、23b和23c中的每个中没有电流流动时，高电平信号可以被检测到并且被提供给控制器45。当电流在21a、21b、21c、23a、23b和23c中的每个中流动时，低电平信号可以被检测到并且被提供给控制器45。
控制器45可以基于从第一检测单元41提供的信号来识别每个负载状态。
测量单元43可以基于由被布置在接收端11和分支线路12之间或被布置在负载21a、21b、21c、23a、23b和23c的输入侧处的第二检测单元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数据、电流数据和相位角。
例如，电压、电流和相位角可以由第二检测单元13来检测，并且然后由被设置在控制系统40中的测量单元43来测量。详细地，分支线路12上的电压和电压相位由第二检测单元13的互感器13a来检测，并且在分支线路12上流动的电流和电流相位可以由第二检测单元13的电流互感器13b来检测。电压和电压相位以及电流和电流相位被提供给测量单元43，并且测量单元43可以基于电压、电压相位、电流和电流相位来测量电压数据、电流数据和相位角。
相位角可以基于电压的相位和电流的相位来计算。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，当处于超前的相位角由正相位角表示时，处于滞后的相位角可以由负相位角表示。
尽管图1示出了第二检测单元13不被包括在控制系统40中，但是第二检测单元13可以被包括在控制系统40中或不被包括在控制系统40中。
第二检测单元13可以包括互感器13a和电流互感器13b。互感器13a可以检测接收端11处的电压和电压的相位，并且电流互感器13b可以检测在接收端11的线路中流动的电流和电流的相位。
可以通过将由第二检测单元13检测到的电压转换为数字信号并且然后放大和/或调制该信号来获得电压数据。
可以通过将由第二检测单元13检测到的电流转换为数字信号并且然后放大和/或调制该信号来获得电流数据。
可以基于电压的相位和电流的相位来计算相位角。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，当处于超前的相位角由正相位角表示时，处于滞后的相位角可以由负相位角表示。
当负载21a、21b、21c、23a、23b和23c直接被连接到接收端11时，第二检测单元13的互感器13a可以检测接收端11的线路上的电压和电压相位，并且第二检测单元13的电流互感器13b可以检测在接收端11的线路中流动的电流和电流相位。
控制器45可以基于由第一检测单元41检测到的负载状态信号来确定补偿控制模式，并且根据确定出的补偿控制模式来补偿无功功率。
补偿控制模式可以包括功率因数补偿控制模式和闪变补偿控制模式。
功率因数补偿控制模式可以是通过补偿功率因数来补偿无功功率的控制模式，并且闪变补偿控制模式可以是通过补偿闪变来补偿无功功率的控制模式。
功率因数补偿控制模式可以是当没有输入负载21a、21b、21c、23a、23b和23c时使用的控制模式。当没有输入负载21a、21b、21c、23a、23b和23c时，几乎不生成闪变，并且因此在这种情况下可以补偿功率因数。当补偿功率因数时，可以减少或去除无功功率，并且因此有功功率可以增加或接近被供应给接收端的视在功率，从而提高功率因数。
闪变补偿控制模式可以是当输入负载21a、21b、21c、23a、23b和23c时使用的控制模式。当输入负载21a、21b、21c、23a、23b和23c中的至少一个时，可能生成闪变。在一些情况下，即使在输入一个负载时也可能生成闪变，并且在另一种情况下，当输入五个负载时可能生成闪变。在某些情况下，即使当输入所有负载时，也可能不会生成闪变。
当即使在输入至少一个负载时而没有生成闪变时，不需要补偿闪变，使得可以不执行闪变补偿，但是本公开不限于此。
当即使在不需要闪变补偿(这是因为尽管至少一个负载的输入，但是没有生成闪变)时仍然需要无功功率的补偿时，可以补偿功率因数以进行无功功率的补偿，但是本公开不限于此。
控制器45可以控制无功功率补偿单元30基于确定出的补偿控制模式来执行闪变补偿或功率因数补偿。
例如，当确定出执行功率因数补偿控制模式时，控制器45可以生成第一控制信号，并将第一控制信号提供给无功功率补偿单元30。然后，响应于第一控制信号，无功功率补偿单元30可以切换TSC 27的晶闸管开关。因此，功率因数可以由电容器、即电容器的电容分量来补偿。
在另一示例中，响应于第一控制信号，无功功率补偿单元30不仅可以操作TSC 27，而且可以操作TCR 25或固定电容器FC，但是本公开不限于此。例如，当确定出执行闪变补偿控制模式时，控制器45可以生成第二控制信号并将第二控制信号提供给无功功率补偿单元30。然后，响应于第二控制信号，无功功率补偿单元30可以切换TCR 25的晶闸管开关。因此，闪变可以由电抗器的电感分量来补偿。
在另一示例中，响应于第二控制信号，无功功率补偿单元30不仅可以操作TCR 25，而且可以操作TSC 27或固定电容器FC，但是本公开不限于此。
当虽然不需要闪变补偿(这是因为尽管至少一个负载的输入，但是没有生成闪变)、但是需要无功功率的补偿时，控制器45可以生成第三控制信号并将第三控制信号提供给TSC 27，而不是TCR 25。响应于第三控制信号，TSC 27可以切换TSC 27的晶闸管开关，使得功率因数可以由电容器、即电容器的电容分量来补偿。换句话说，当即使在输入至少一个负载时也不生成闪变时，闪变补偿是不必要的。由于尽管闪变补偿是不必要的但是可由无功功率生成功率因数的降低，所以通过功率因数补偿可以减小或最小化无功功率，使得可以提高功率因数。
第一控制信号、第二控制信号和第三控制信号都可以包括关于基于由测量单元43测量出的电压数据、电流数据以及相位角计算出的无功功率的补偿量的信息(以下被称为无功补偿量信息)。
换句话说，控制器45可以基于由测量单元43测量出的电压数据、电流数据和相位角来计算无功功率，并且基于计算出的无功功率来计算无功功率补偿量。
无功功率补偿量可以由功率因数补偿目标值-当前功率因数的表达式来计算。
根据其是超前无功功率还是滞后无功功率，无功功率补偿量可以被计算为+Q或-Q。
当电流的相位在电压的相位之前时，超前无功功率可以是无功功率，并且当电压的相位在电流的相位之前时，滞后无功功率可以是无功功率。
控制器45可以向无功功率补偿单元30提供包括无功功率补偿量信息的控制信号，即第一控制信号至第三控制信号中的一个。
无功功率补偿单元30可以根据控制信号属于哪个控制模式来控制TCR 25、TSC 27和固定电容器FC，从而补偿闪变或功率因数。
根据本公开，由于可以选择性地控制功率因数补偿和闪变补偿，所以根据负载状态针对每种情况优化和有效的无功功率的补偿是可能的。
存储单元47可以存储各种设定信息，例如，要由负载21a、21b、21c、23a、23b和23c中的每个处理的工作类型和数量。
存储单元47可以存储由控制器45确定出的控制模式信息、无功功率补偿系统的状态信息、负载21a、21b、21c、23a、23b和23c中的每个的状态信息等。
存储单元47可以存储实现本公开所需的上面未描述的各种信息。
图2是用于说明根据本公开的实施例的无功功率补偿系统的补偿方法的流程图。
参考图1和图2，被设置在负载21a、21b、21c、23a、23b和23c中的每个处的第一检测单元41可以检测负载状态信号(S110)。例如，第一检测单元41可以是用于检测在负载21a、21b、21c、23a、23b和23c中的每个中流动的电流的电流传感器，但是本公开不限于此。因此，第一检测单元41可以检测与是否在负载21a、21b、21c、23a、23b和23c中的每个中检测到流动的电流有关的信号，即高电平信号或低电平信号。
可以提供检测到的负载状态信号。
控制器45可以基于被包括在上述信号中的负载状态信号来确定补偿控制模式(S120)。
补偿控制模式可以是功率因数补偿控制模式和闪变补偿控制模式之一。
控制器45可以根据确定出的补偿控制模式来生成控制信号，并且基于生成的控制信号来补偿无功功率(S130)。
参考图1和图3详细地描述操作S120和S130。
控制器45可以基于由第一检测单元41检测到的负载状态信号来确定负载21a、21b、21c、23a、23b和23c是否被输入(S151)。
例如，当负载状态信号是低电平信号时，确定出负载21a、21b、21c、23a、23b和23c未被输入。例如，当负载状态信号是高电平信号时，可以确定出负载21a、21b、21c、23a、23b和23c被输入。
如果确定出负载21a、21b、21c、23a、23b和23c没有被输入，则控制器45可以将控制模式确定为功率因数补偿控制模式(S153)，并且根据功率因数补偿控制模式来控制TSC 27(S155)。
当控制模式被确定为功率因数补偿控制模式时，控制器45可以基于由测量单元43提供的电压数据、电流数据和相位角来计算无功功率，并且基于计算出的无功功率来计算无功功率补偿量。
控制器45可以生成包括无功功率补偿量信息的第一控制信号，并将生成的信号提供给无功功率补偿单元30。
响应于第一控制信号，无功功率补偿单元30可以通过控制TSC 27的晶闸管开关来补偿功率因数(S157)。
在另一示例中，响应于第一控制信号，无功功率补偿单元30不仅可以操作TSC 27，而且可以操作TCR 25或固定电容器FC，但是本公开不限于此。
换句话说，可以根据被包括在第一控制信号中的无功功率补偿量信息来操作仅TSC 27，或者可以操作TCR 25、TSC 27和固定电容器FC中的一个或多个。
在S151中，如果确定出输入了负载21a、21b、21c、23a、23b和23c，则控制器45可以基于由第一检测单元41提供的信号来确定是否生成了闪变(S158)。
如果作为确定的结果生成了闪变，则控制器45可以将控制模式确定为闪变补偿控制模式(S159)，并且根据闪变补偿控制模式来控制TCR 25(S161)。
如果控制模式被确定为闪变补偿控制模式，则控制器45可以基于由测量单元43提供的电压数据、电流数据和相位角来计算无功功率，并且基于计算出的无功功率来计算无功功率补偿量。
控制器45可以生成包括了无功功率补偿量信息的第二控制信号，并将生成的信号提供给无功功率补偿单元30。
无功功率补偿单元30可以向TCR 25提供第二控制信号，并且响应于第二控制信号来控制TCR 25的晶闸管开关，使得可以补偿闪变(S163)。
在另一示例中，响应于第二控制信号，无功功率补偿单元30不仅可以操作TCR 25，而且可以操作TSC 27或固定电容器FC，但是本公开不限于此。
换句话说，可以根据被包括在第二控制信号中的无功功率补偿量信息来操作仅TCR 25，或者可以操作TCR 25、TSC 27和固定电容器FC中的一个或多个。
如果作为S158中的确定的结果没有生成闪变，则控制器45可以生成包括基于由测量单元43提供的电压数据、电流数据和相位角计算出的无功功率补偿量信息的第三控制信号(另一控制信号)，并将生成的信号提供给无功功率补偿单元30(S165)。
响应于第三控制信号，无功功率补偿单元30可以通过使用TSC 27来补偿功率因数(S167)。换句话说，当即使在控制模式被确定为闪变补偿控制模式时也没有生成闪变时，不是TCR 25而是TSC 27被控制以执行功率因数补偿。因此，当没有生成闪变时，可以补偿可能存在的无功功率。
在另一示例中，响应于第三控制信号，无功功率补偿单元30不仅可以操作TSC 27，而且可以操作TCR 25或固定电容器FC，但是本公开不限于此。换句话说，可以根据被包括在第三控制信号中的无功功率补偿量信息来操作仅TSC27，或者可以操作TCR 25、TSC 27和固定电容器FC中的一个或多个。
如上面描述的，在根据本公开的无功功率补偿系统及其方法中，可以根据负载状态来选择性地控制功率因数补偿和闪变补偿。换句话说，当没有输入负载时，可以执行功率因数补偿，并且当输入负载时，可以执行闪变补偿。因此，针对每种情况优化和有效的无功功率的补偿是可能的。
在不脱离本公开的范围和精神的情况下，本发明构思所属领域的技术人员可以对上面描述的本公开进行各种替换、改变和修改。因此，本公开不限于上面提到的示例性实施例和附图。

Claims (10)

1.一种无功功率补偿系统，包括：
检测单元，其被配置为获取多个负载的负载状态信息；
无功功率补偿单元，其被配置为补偿无功功率；以及
控制器，其被配置为基于根据所述负载状态信息的控制信号来控制所述无功功率补偿单元执行闪变补偿或功率因数补偿。
2.根据权利要求1所述的无功功率补偿系统，还包括测量单元，其被配置为测量关于所述负载的电压数据、电流数据和相位角。
3.根据权利要求2所述的无功功率补偿系统，其中，所述控制器基于所述负载状态信息来确定功率因数补偿控制模式和闪变补偿控制模式中的一个控制模式，并且根据确定出的控制模式来生成控制信号以控制功率因数补偿或闪变补偿。
4.根据权利要求3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投切电容器、晶闸管控制电抗器和固定电容器，并且
根据所述控制信号来操作晶闸管投切电容器、晶闸管控制电抗器和固定电容器中的一个或多个。
5.根据权利要求3所述的无功功率补偿系统，其中，所述控制器基于由所述测量单元测量出的所述电压数据、所述电流数据和所述相位角来获取无功功率补偿量信息，并且生成包括了所述无功功率补偿量信息的控制信号。
6.根据权利要求3所述的无功功率补偿系统，其中，当即使在所述控制模式被确定为所述闪变补偿控制模式的情况下也没有生成闪变时，所述控制器向所述晶闸管投切电容器提供控制信号，以补偿功率因数。
7.根据权利要求1所述的无功功率补偿系统，其中，所述检测单元包括电流传感器，并且从由所述负载中的每个检测出的电流获取所述负载状态信息。
8.一种补偿无功功率的方法，所述方法包括：
获取关于多个负载的负载状态信息；
根据所述负载状态信息来向无功功率补偿单元提供控制信号，以执行闪变补偿或功率因数补偿；并且
响应于所述控制信号来操作晶闸管控制电抗器、晶闸管投切电容器和固定电容器中的一个或多个，其被包括在无功功率补偿单元中。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括测量关于所述负载的电压数据、电流数据和相位角。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，向所述无功功率补偿单元提供所述控制信号包括：
基于所述负载状态信息来确定功率因数补偿控制模式和闪变补偿控制模式中的一个控制模式；
基于测量出的电压数据、电流数据和相位角来获取无功功率补偿量信息；
生成包括了所获取的无功功率补偿量信息的控制信号；并且
将生成的控制信号提供给所述无功功率补偿单元。
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