CN107546753A - 一种智能电能质量矫正装置及矫正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能电能质量矫正装置及矫正方法，包括并联在三相电网中的动态无功补偿装置与有源滤波装置；无源模块，包括晶闸管投切电容器、电容器调补装置、为晶闸管投切电容器充电或者放电的充能装置以及将晶闸管投切电容器连接至电容器调补装置或者充能装置的切换装置；互感模块，连接在三相电网与负载之间，生成模拟信号；控制模块，与互感模块信号连接，与动态无功补偿装置、有源滤波装置、电容器调补装置、充能装置以及切换装置控制连接，控制模块针对三相电网中的电能质量问题，先控制无源模块接入三相电网，再接入动态无功补偿装置与有源滤波装置，对三相电网先粗补偿在精确补偿，提高装置性价比，降低控制成本。

Description

一种智能电能质量矫正装置及矫正方法

技术领域

本发明涉及电能质量矫正技术领域，更具体地说，它涉及一种智能电能质量矫正装置及矫正方法。

背景技术

现代三相配电网中，由于负载的多样性表现，使得系统出现一系列电能质量问题，例如：无功不足、三相不平衡以及谐波污染等。

统观国内电能质量优化、净化、节电技术，皆集中于降压节电，在一定程度上达到节电，有时是损失效果而进行，例如照明，损失的是照度降低。集中于单个设备，如电机是如何防止大马拉小车。带来的缺点是损失起动力距，因此在某些情况是不适用的。然而，在目前配网业务、综合能源业务及电能质量治理节能业务过程中，针对电能质量进行监测优化所使用的无功补偿装置(如：TSC、SVG、APF及SVC等)，普遍存在使用上的不良反应，并且产品的生产成本较高。电容器调补部分即在相线间接入容量不等的电容，主要用于三相不平衡负荷的平衡化补偿，即有功平衡和无功补偿，但是其只能对三相不平衡实现分级调节，在精度方面达不到相应的要求。

上述设备结合使用后能达到成本与无功补偿精度的要求，但是若三相电压由于负载启动而出现压降过大，上述设备无法进行补偿。

发明内容

本发明技术方案所解决的技术问题为现有无功补偿装置(如：TSC、SVG、APF及SVC等)与电容器调补部分结合使用后能达到成本与无功补偿精度的要求，但是若三相电压由于负载启动而出现压降过大，上述设备无法进行补偿。

为实现上述目的，本发明技术方案提供了一种智能电能质量矫正装置，包括：

动态无功补偿装置，并联在三相电网中，用于补偿无功功率；

有源滤波装置，并联在三相电网中，用于滤除三相电网中的谐波；

用于分级补偿三相电网的无源模块，包括用于补偿无功功率的晶闸管投切电容器、与所述晶闸管投切电容器电连接用于将所述晶闸管投切电容器接入三相电网的电容器调补装置、为未接入电网的所述晶闸管投切电容器充电或者放电的充能装置以及将所述晶闸管投切电容器连接至所述电容器调补装置或者所述充能装置的切换装置；

互感模块，连接在三相电网与负载之间，用于采集三相电网中电压、电流的模拟信号，并将生成所述模拟信号；

控制模块，与所述互感模块信号连接，与所述动态无功补偿装置、所述有源滤波装置、所述电容器调补装置、所述充能装置以及所述切换装置控制连接，用于接收并处理所述模拟信号，所述控制模块处理后针对三相电网中的电能质量问题，先控制所述无源模块接入三相电网，再接入所述动态无功补偿装置与所述有源滤波装置。

通过上述技术方案，将动态无功补偿装置以及有源滤波装置与无源模块结合使用，使用低成本的无源模块对出现的电能质量问题进行初次补偿，再通过控制模块驱动动态无功补偿装置以及有源滤波装置实现精确补偿，同时利用充能装置对未投切入三相电网的晶闸管投切电容器进行充电后在负载启动使三相电网中压降过大时，让晶闸管投切电容器对负载进行供能补偿，补偿后再将放完电的晶闸管投切电容器切入电容器调补装置对三相电网进行分级无功补偿，提高装置性价比，在满足电能质量治理要求的同时还降低了控制成本。

进一步的，所述三相电网为三相四线制，所述动态无功补偿装置与所述有源滤波装置均采用三电平拓扑结构。

通过上述技术方案，三电平拓扑结构具有输出容量大、输出电压高、电流谐波含量小等优点。

进一步的，所述晶闸管投切电容器采用三相共补结构。

通过上述技术方案，三相共补结构适用于三相的功率因数相差不大的情况，控制简单，价格低廉，可靠性好，检修维护方便，对补偿控制模块要求低。

进一步的，所述切换装置采用分相补偿结构。

通过上述技术方案，分相补偿结构适用不平衡的场合，补偿精度高。

进一步的，所述充能装置电连接有用于补充充电后的所述晶闸管投切电容器损失电量的蓄电池组。

通过上述技术方案，充电后的晶闸管投切电容器若不接入三相电网以释放电量，则其内部存储的电量会以一定的速度流失，因此为了保证晶闸管投切电容器的电量充足，需要使用蓄电池组对晶闸管投切电容器进行充电，蓄电池组的电量来自于三相电网。

为了解决上述技术问题，本发明技术方案还提供了一种基于上述智能电能质量矫正装置的矫正方法，包括：

A：将三相电网的电能质量问题分为：无功不足、三相不平衡、谐波污染以及压降过大；

B：控制模块检测互感模块并分析模拟信后判断当前三相电网的电能质量问题，若为无功不足，则进入步骤C；

若为三相不平衡，则进入步骤D；

若为谐波污染，则进入步骤E；

若为压降过大，则进入步骤F。

C：由控制模块根据检测出的无功电流值计算无功缺额量，如果无功缺额量小于晶闸管投切电容器的电容投切最小量，直接由控制模块发出驱动信号，驱动动态无功补偿装置接入三相电网；若无功缺额量大于等于电容投切最小量时，则由控制模块根据无功缺额量与电容投切最小量的差值计算晶闸管投切电容器电容投切量，并发出第一触发信号以触发电容器调补装置使晶闸管投切电容器的晶闸管动作，实现晶闸管投切电容器无功分级补偿，直至无功缺额量小于晶闸管投切电容器的电容投切最小量；

D：由控制模块根据检测出的负序和零序电流值计算不平衡调节量，若不平衡调节量小于电容器调补装置的最小不平衡调节量，直接由控制模块发出驱动信号，驱动动态无功补偿装置实现三相不平衡的精确补偿；若不平衡调节量大于等于最小不平衡调节量，则由控制模块根据不平衡调节量与最小不平衡调节量的差值计算电容器调补装置调补量，并发出第二触发信号以触发电容器调补装置动作，实现不平衡量的部分调节，直至不平衡调节量小于最小不平衡调节量，动态无功补偿装置动作；

E：由控制模块驱动有源滤波装置接入三相电网，滤除谐波；

F：控制模块驱动充能装置对未接入三相电网的晶闸管投切电容器进行充能，晶闸管投切电容器充能后被接入三相电网；当三相电网压降过大而使负载无法工作时，控制模块驱动切换装置将对三相电网进行无功补偿的晶闸管投切电容器切出三相电网，并使晶闸管投切电容器被充能装置充能，充能后再接入三相电网，待晶闸管投切电容器将电量充入三相电网后，切换装置使晶闸管投切电容器切出三相电网并接入电容器调补装置。

进一步的，还包括：若压降过大的问题与其它问题并存，则先进行步骤F，再进行其它步骤。

进一步的，还包括：将未接入三相电网且被充能后的晶闸管投切电容器与蓄电池组电连接，让蓄电池组防止晶闸管投切电容器漏电。

本发明技术方案的有益效果至少包括：矫正装置将动态无功补偿装置以及有源滤波装置与无源模块结合使用，使用低成本的无源模块对出现的电能质量问题进行初次补偿，再通过控制模块驱动动态无功补偿装置以及有源滤波装置实现精确补偿，同时利用充能装置对未投切入三相电网的晶闸管投切电容器进行充电后在负载启动使三相电网中压降过大时，让晶闸管投切电容器对负载进行供能补偿，补偿后再将放完电的晶闸管投切电容器切入电容器调补装置对三相电网进行分级无功补偿，提高装置性价比，在满足电能质量治理要求的同时还降低了控制成本。

本发明技术方案的矫正方法首先通过互感模块采集三相电网中的电压、电流模拟信号，然后通过控制模块计算得出电能质量问题的类型，针对相应的电能质量问题，投入相应无源模块对其进行粗略治理，再控制动态无功补偿装置投入，达到精确补偿的目的，在满足电能质量治理要求的同时降低了控制成本。

附图说明

图1为本发明实施例一的框图；

图2为本发明实施例二步骤A、B、C的方法流程图；

图3为本发明实施例二步骤B、D的方法流程图；

图4为本发明实施例二步骤B、E的方法流程图；

图5为本发明实施例二步骤B、F的方法流程图。

附图标记：1、三相电网；2、动态无功补偿装置；3、有源滤波装置；4、无源模块；41、晶闸管投切电容器；42、电容器调补装置；43、充能装置；431、蓄电池组；44、切换装置；5、互感模块；6、控制模块。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

实施例一

一种智能电能质量矫正装置，用于三相四线制的三相电网1中，如图1所示，包括均并联在三相电网1中用于补偿无功功率的动态无功补偿装置2和用于滤除三相电网1中谐波的有源滤波装置3。动态无功补偿装置2与有源滤波装置3均可采用现有技术中的成套电力设备，且均为三电平拓扑结构，三电平拓扑结构具有输出容量大、输出电压高、电流谐波含量小等优点。矫正装置还包括有并入三相电网1用于分级补偿三相电网1无功功率的无源模块4。无源模块4包括晶闸管投切电容器41、电容器调补装置42、充能装置43以及切换装置44。

晶闸管投切电容器41用于补偿无功功率，采用三相共补结构,三相共补结构适用于三相的功率因数相差不大的情况，控制简单，价格低廉，可靠性好，检修维护方便，对补偿控制模块6要求低。电容器调补装置42与晶闸管投切电容器41电连接以用于将晶闸管投切电容器41接入三相电网1。充能装置43接入三相电网1为未接入电网的晶闸管投切电容器41充电或者放电，充能装置43可采用正向稳压输出、反向逆变输出的电源控制设备。当晶闸管投切电容器41充电时，充能装置43与晶闸管投切电容器41的连接端为晶闸管投切电容器41的充电电压；当晶闸管投切电容器41放电时，充能装置43与三相电网1的连接端为三相电网1的标准工作电压从而向三相电网1中输入能力。充能装置43上还电连接有用于补充充电后的晶闸管投切电容器41损失电量的蓄电池组431。蓄电池组431的电量来自于正常状态下的三相电网1,并通过充能装置43充电。充电后的晶闸管投切电容器41若不接入三相电网1以释放电量，则其内部存储的电量会以一定的速度流失，因此为了保证晶闸管投切电容器41的电量充足，需要使用蓄电池组431对晶闸管投切电容器41进行充电,但是，在晶闸管投切电容器41接入三相电网1释放电量前，需要将蓄电池组431与晶闸管投切电容器41断开。切换装置44采用带控制芯片与触点保护的负荷开关以将晶闸管投切电容器41切入至电容器调补装置42或者充能装置43中。当需要晶闸管投切电容器41对三相电网1进行无功功率补偿时，切换装置44使晶闸管投切电容器41与电容器调补装置42单独电连接，至晶闸管投切电容器41放电完毕后再切出三相电网1；当需要晶闸管投切电容器41储能来对三相电网1充能时，切换装置44使晶闸管投切电容器41与充能装置43单独电连接，至晶闸管投切电容器41充电完毕后再切出三相电网1。充能装置43与切换装置44内带有电量检测装置以检测晶闸管投切电容器41内的电量。

矫正装置还包括互感模块5以及与互感模块5信号连接的控制模块6，控制模块6可采用工业控制计算机。互感模块5连接在三相电网1与负载之间，用于采集三相电网1中电压、电流的模拟信号，并将生成模拟信号，可采用集成的电压互感器与电流互感器。控制模块6与动态无功补偿装置2、有源滤波装置3、电容器调补装置42、充能装置43以及切换装置44均控制连接，用于接收并处理模拟信号，控制模块6处理后针对三相电网1中的电能质量问题，先控制无源模块4接入三相电网1，再接入动态无功补偿装置2与有源滤波装置3。

矫正装置将动态无功补偿装置2以及有源滤波装置3与无源模块4结合使用，使用低成本的无源模块4对出现的电能质量问题进行初次补偿，再通过控制模块6驱动动态无功补偿装置2以及有源滤波装置3实现精确补偿，同时利用充能装置43对未投切入三相电网1的晶闸管投切电容器41进行充电后在负载启动使三相电网1中压降过大时，让晶闸管投切电容器41对负载进行供能补偿，补偿后再将放完电的晶闸管投切电容器41切入电容器调补装置42对三相电网1进行分级无功补偿，提高装置性价比，在满足电能质量治理要求的同时还降低了控制成本。

实施例二

一种智能电能质量矫正方法，如图2所示，包括：A：将三相电网1的电能质量问题分为：无功不足、三相不平衡、谐波污染以及压降过大；

B：控制模块6检测互感模块5并分析模拟信后判断当前三相电网1的电能质量问题，若为无功不足，则进入步骤C；

如图3所示，若为三相不平衡，则进入步骤D；

如图4所示，若为谐波污染，则进入步骤E；

如图5所示，若为压降过大，则进入步骤F。

C：由控制模块6根据检测出的无功电流值计算无功缺额量，如果无功缺额量小于晶闸管投切电容器41的电容投切最小量，直接由控制模块6发出驱动信号，驱动动态无功补偿装置2接入三相电网1；若无功缺额量大于等于电容投切最小量时，则由控制模块6根据无功缺额量与电容投切最小量的差值计算晶闸管投切电容器41电容投切量，并发出第一触发信号以触发电容器调补装置42使晶闸管投切电容器41的晶闸管动作，实现晶闸管投切电容器41无功分级补偿，直至无功缺额量小于晶闸管投切电容器41的电容投切最小量；

D：由控制模块6根据检测出的负序和零序电流值计算不平衡调节量，若不平衡调节量小于电容器调补装置42的最小不平衡调节量，直接由控制模块6发出驱动信号，驱动动态无功补偿装置2实现三相不平衡的精确补偿；若不平衡调节量大于等于最小不平衡调节量，则由控制模块6根据不平衡调节量与最小不平衡调节量的差值计算电容器调补装置42调补量，并发出第二触发信号以触发电容器调补装置42动作，实现不平衡量的部分调节，直至不平衡调节量小于最小不平衡调节量，动态无功补偿装置2动作；

E：由控制模块6驱动有源滤波装置3接入三相电网1，滤除谐波；

F：控制模块6驱动充能装置43对未接入三相电网1的晶闸管投切电容器41进行充能，将未接入三相电网1且被充能后的晶闸管投切电容器41与蓄电池组431电连接，让蓄电池组431防止晶闸管投切电容器41漏电。晶闸管投切电容器41充能后被接入三相电网1；当三相电网1压降过大而使负载无法工作时，控制模块6驱动切换装置44将对三相电网1进行无功补偿的晶闸管投切电容器41切出三相电网1，并使晶闸管投切电容器41被充能装置43充能，充能后再接入三相电网1，待晶闸管投切电容器41将电量充入三相电网1后，切换装置44使晶闸管投切电容器41切出三相电网1并接入电容器调补装置42。

若压降过大的问题与其它问题并存，则先进行步骤F，再进行其它步骤。

矫正方法首先通过互感模块5采集三相电网1中的电压、电流模拟信号，然后通过控制模块6处理计算得出电能质量问题的类型，针对相应的电能质量问题，投入相应无源模块4对其进行粗略治理，再控制动态无功补偿装置2投入，达到精确补偿的目的，在满足电能质量治理要求的同时降低了控制成本。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种智能电能质量矫正装置，其特征在于，包括：

动态无功补偿装置（2），并联在三相电网（1）中，用于补偿无功功率；

有源滤波装置（3），并联在三相电网（1）中，用于滤除三相电网（1）中的谐波；

用于分级补偿三相电网（1）的无源模块（4），包括用于补偿无功功率的晶闸管投切电容器（41）、与所述晶闸管投切电容器（41）电连接用于将所述晶闸管投切电容器（41）接入三相电网（1）的电容器调补装置（42）、为未接入电网的所述晶闸管投切电容器（41）充电或者放电的充能装置（43）以及将所述晶闸管投切电容器（41）连接至所述电容器调补装置（42）或者所述充能装置（43）的切换装置（44）；

互感模块（5），连接在三相电网（1）与负载之间，用于采集三相电网（1）中电压、电流的模拟信号，并将生成所述模拟信号；

控制模块（6），与所述互感模块（5）信号连接，与所述动态无功补偿装置（2）、所述有源滤波装置（3）、所述电容器调补装置（42）、所述充能装置（43）以及所述切换装置（44）控制连接，用于接收并处理所述模拟信号，所述控制模块（6）处理后针对三相电网（1）中的电能质量问题，先控制所述无源模块（4）接入三相电网（1），再接入所述动态无功补偿装置（2）与所述有源滤波装置（3）。

2.根据权利要求1所述的智能电能质量矫正装置，其特征在于，所述三相电网（1）为三相四线制，所述动态无功补偿装置（2）与所述有源滤波装置（3）均采用三电平拓扑结构。

3.根据权利要求2所述的智能电能质量矫正装置，其特征在于，所述晶闸管投切电容器（41）采用三相共补结构。

4.根据权利要求3所述的智能电能质量矫正装置，其特征在于，所述切换装置（44）采用分相补偿结构。

5.根据权利要求4所述的智能电能质量矫正装置，其特征在于，所述充能装置（43）电连接有用于补充充电后的所述晶闸管投切电容器（41）损失电量的蓄电池组（431）。

6.一种基于权利要求1～5中任一项所述的智能电能质量矫正装置的矫正方法，其特征在于，包括：

A：将三相电网（1）的电能质量问题分为：无功不足、三相不平衡、谐波污染以及压降过大；

B：控制模块（6）检测互感模块（5）并分析模拟信后判断当前三相电网（1）的电能质量问题，若为无功不足，则进入步骤C；

若为三相不平衡，则进入步骤D；

若为谐波污染，则进入步骤E；

若为压降过大，则进入步骤F；

C：由控制模块（6）根据检测出的无功电流值计算无功缺额量，如果无功缺额量小于晶闸管投切电容器（41）的电容投切最小量，直接由控制模块（6）发出驱动信号，驱动动态无功补偿装置（2）接入三相电网（1）；若无功缺额量大于等于电容投切最小量时，则由控制模块（6）根据无功缺额量与电容投切最小量的差值计算晶闸管投切电容器（41）电容投切量，并发出第一触发信号以触发电容器调补装置（42）使晶闸管投切电容器（41）的晶闸管动作，实现晶闸管投切电容器（41）无功分级补偿，直至无功缺额量小于晶闸管投切电容器（41）的电容投切最小量；

D：由控制模块（6）根据检测出的负序和零序电流值计算不平衡调节量，若不平衡调节量小于电容器调补装置（42）的最小不平衡调节量，直接由控制模块（6）发出驱动信号，驱动动态无功补偿装置（2）实现三相不平衡的精确补偿；若不平衡调节量大于等于最小不平衡调节量，则由控制模块（6）根据不平衡调节量与最小不平衡调节量的差值计算电容器调补装置（42）调补量，并发出第二触发信号以触发电容器调补装置（42）动作，实现不平衡量的部分调节，直至不平衡调节量小于最小不平衡调节量，动态无功补偿装置（2）动作；

E：由控制模块（6）驱动有源滤波装置（3）接入三相电网（1），滤除谐波；

F：控制模块（6）驱动充能装置（43）对未接入三相电网（1）的晶闸管投切电容器（41）进行充能，晶闸管投切电容器（41）充能后被接入三相电网（1）；当三相电网（1）压降过大而使负载无法工作时，控制模块（6）驱动切换装置（44）将对三相电网（1）进行无功补偿的晶闸管投切电容器（41）切出三相电网（1），并使晶闸管投切电容器（41）被充能装置（43）充能，充能后再接入三相电网（1），待晶闸管投切电容器（41）将电量充入三相电网（1）后，切换装置（44）使晶闸管投切电容器（41）切出三相电网（1）并接入电容器调补装置（42）。

7.根据权利要求6所述的智能电能质量矫正方法，其特征在于，还包括：若压降过大的问题与其它问题并存，则先进行步骤F，再进行其它步骤。

8.根据权利要求7所述的智能电能质量矫正方法，其特征在于，还包括：将未接入三相电网（1）且被充能后的晶闸管投切电容器（41）与蓄电池组（431）电连接，让蓄电池组（431）防止晶闸管投切电容器（41）漏电。