CN107706925A - 一种基于抗谐低压智能无功补偿系统的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明具体涉及一种基于抗谐低压智能无功补偿系统的控制方法，包括以下步骤：步骤一：主机的生成过程：步骤二：主从模式通讯，完成当前在线电容器的信息收集及统计建立从机列表；步骤三：确定从机为分补型电容器存在的情况下分补型电容器为主机；步骤四：收到控制权转让报文的从机转化为主机，占有总线控制权，携带从机地址列表信息；在主从模式下正常运行工作时，未入网的从机加网。本方法还包括确定是否投切电容投切哪些电容。通过本方法可以实现组网，确定主机，实现电压过零投入，电流过零切除的控制过程：有效避免无功补偿系统中主机发生故障导致系统瘫痪，减少用户因系统瘫痪而无法提高用电质量造成损失以及更换新主机的成本。

Description

一种基于抗谐低压智能无功补偿系统的控制方法

技术领域

本发明涉及无功补偿技术领域，具体涉及一种基于抗谐低压智能无功补偿系统的控制方法。

背景技术

在电网中，由电源供给负载的电功率有两种：一种是有功功率，另一种是无功功率。有功功率是保持用电设备正常运行所需的电功率，也就是将电能转换为其他形式能量(机械能、光能、热能)的电功率。无功功率是在电气设备中建立和维持磁场的电功率。由于电网存有感性负载，需要对应的无功功率来维持电磁场平衡，为维持负载设备的正常运行，功率因素越低需要从电网中消耗更多的有功功率，从而造成较大电能损耗。因此在电网中需要进行无功补偿，从而提高电网的功率因素。现阶段以电力电容器为基础来实现无功补偿的设备主要有通用型智能电力电容器和抗谐型智能电力电容器两种。传统的抗谐波装置通常是一电抗器以及滤波电路，会对补偿电容起到一定的保护作用，但是无法做到智能化补偿，补偿电容的寿命缩短。传统无功补偿系统的控制方法使用的是主从式通信控制设计，必须有一个主机。在实际系统中，主机的使用不仅增加了成本，而且通信与控制均依赖于主机，当主机出现故障后，就会导致整个系统就处于瘫痪状态。

发明内容

1、所要解决的技术问题：

本发明的目的在于提供一种基于抗谐低压智能无功补偿系统的控制方法，可以使无功补偿系统实现智能化补偿，并且可以延长电容的寿命。并且无功补偿系统可以实现当控制主机出现故障后，能够主动退出网络，不参与无功补偿工作，由其他电容器自动生成主机，组成新的网络继续运行，进而避免因控制主机故障而导致系统瘫痪。

2、技术方案：

一种基于抗谐低压智能无功补偿系统的控制方法，所述抗谐低压智能无功补偿系统包括N个无功补偿装置和电流互感器；所述无功补偿装置在主控机中进行编号，依次为第一台机，第二台机直至第N台机；N为大于等于2的整数；

所述控制方法包括以下组网步骤：

步骤一：主机的生成过程；当无功补偿装置初始上电或检测到主机故障退出时，无功补偿装置的主控机自动设置为数据接收模式，预设侦听总线时间T，T为常数，在时间T内检测到总线上有数据时，本主控机所在的无功补偿装置作为从机；若时间T内未检测到任何数据时，则根据本主控机的地址及随机数再确认一个延时时间Trand，并继续侦听总线，在Trand内检测到有数据时则本主控机作为从机，若未检测到数据时，则本主控机作为主机，立即往总线发送数据，声明本主控机为主机，主机生成流程结束。

步骤二：主从模式通讯，完成当前在线电容器的信息收集及统计建立从机列表；主机在第一阶段确定后，因总线控制权为主机所有，故其余无功补偿装置为从机；主机通过查询指令，将未加入到网络中的无功补偿装置加入到当前主从网络中，并召测相关的无功补偿装置的信息，如类型、容量大小等；从机收到查询指令时，根据自身地址以及随机数确定一个延时时间Td，在等待时间Td内未检测到总线上有报文存在时，根据接收到的报文作相应修改当前地址，并立即回复主机，从机成功加入当前的网络中。若在等待时间Td内检测到总线上有报文时，从机立即放弃本次回复，等待主机下一次查询指令。

步骤三：确定从机为分补型电容器存在的情况下分补型电容器为主机；主机已建立了当前网络的从机列表，记录了各个从机的详细信息，主机首先判断自身是否为分补型，如果是则跳过步骤三，直接进入步骤四；主机为共补型时，通过遍历从机列表，判断当前网络中是否有分补型电容器存在，如果未找到则进入第四阶段；如果有则停止遍历过程，记录对应的分补型从机地址，主机给该从机发送总线控制权转让报文，报文内容为当前从机地址列表，自身转为从机。收到控制权转让报文的从机转化为主机，占有总线控制权，携带从机地址列表信息，进入步骤四。

步骤四：在主从模式下正常运行工作时，未入网的从机加网；主机根据从机地址列表循环召测网络中的无功补偿装置信息，且在当前循环结束时发送查询指令，用以将未加入当前网络的无功补偿装置加进来，使网络具有动态性、灵活性、可扩展性。

进一步地，上述的控制方法还包括以下的投切步骤：

步骤A:主机计算当前电路所需投入的补偿量，然后从信息表中将容量小于等于所需补偿量的未投入电容挑选出来且按照容量由大到小排列形成一张临时可投入信息表；然后在按照已投运时间长度由小到大排序，选出相对使用时间较少的电容器，最后根据温度来挑选出最适合投入的电容器来进行投入。

步骤B：当系统检测到需要切除电容器时，主机计算出当前所需切除的电容量，从信息表中将容量大小满足切除条件的已投入电容器挑选出来，并按照容量由大到小排序形成一张临时可切除信息表；然后根据电容已投运时间长度和当前电容体温度挑选出最适合切除的电容器进行切除动作。

进一步地，在上述步骤B中为了避免装置的频繁投切，导致投切振荡，影响补偿系统的稳定性及电容器本体寿命，方法设置有功率因数大小为0.03的缓冲区；并且方法设置电容器投入补偿的轮流投入时间。

在上述步骤中，通信报文中包括网络编号字节；当主机或从机根据接收到的数据的网络编号判断是否与本机所处网络的网络编号是否一致，若不一致则表示出现并网情况，主机释放总线控制权，作为从机与其他从机加入到另一网络中。

进一步地，所述控制方法还包括对无功补偿系统中穿过电流互感器电流方向的纠正，其过程为：

通过电压和电流复数形式的傅立叶级数计算出视在功率的矢量：

即为：

复数功率根据电流线正接时有功功率P的符号为正，反接时有功功率符号为负，从而判断出电流线是否反接了，通过改变电流的相位差将电流的方向进行调整。

一种抗谐低压智能无功补偿系统，利用上述控制方法进行控制的无功补偿系统，包括至少N台无功补偿装置，所述无功补偿装置中包括至少一台以三相共补方式进行补偿的无功补偿装置；所述无功补偿装置的连接方式为：负载侧电流依次与一次侧电流互感器和二次侧电流互感器相连，二次侧电流互感器通过网络接口的网线将转化后的电流信号传递到所述抗谐低压智能无功补偿系统的所有无功补偿装置；所述无功补偿装置之间通过网线来传递信号，且传递信号只占用网线中的2芯；所述所有无功补偿装置的输出端与配电母线相并联。在本系统中采用的至少一台三相共补无功补偿装置，以及根据具体的环境选择若干台三相分补装置组成补偿回路，可以智能选择条件最优的电容器投切补偿，避免投切震荡、过补以及单个电容器过度使用。

进一步地，所述每个无功补偿装置包括主控板、LED或LCD显示及按键、RS485联机接口、电抗器本体、电容器本体、投切模块、塑料外壳断路器；所述LED或LCD显示及按键、RS485联机接口、投切模块均与主控板相连；所述投切模块通过电抗器本体与电容器本体相连。

进一步地，所述投切模块包括磁保持继电器；配电母线先与塑料外壳断路器相连，再与所述磁保持继电器相连；所述磁保持继电器连接电容器本体，主控板控制对应磁保持继电器的闭合或者断开来实现电容器本体的投入与切除。

2、有益效果：

(1)本发明通过智能组网的方法可有效避免无功补偿系统中控制主机发生故障时导致的系统瘫痪，减少用户因系统瘫痪而无法提高用电质量造成的损失以及更换新的主机的成本。同时可有效避免人工设置地址时导致地址冲突，进而造成总线竞争的情况。

(2)在本发明中电容器可以自动生成主机，避免主机故障后导致系统瘫痪；在报文中增加网络编号，多个网络并网速度显著提高；在本发明中可根据用户习惯，自主设定固定地址模式或自动地址模式；使用过程中无需人工干预，从机地址由主机统一分配，可避免人工设置时地址冲突的情况。

(3)在本发明中自主组网时，对电路的电流方向计算采用复数形式的傅立叶级数和复数功率的算法计算出电流穿线方向，通过算法可以将改变接入电流的方向，从而避免不正常投运。

附图说明

图1为本发明的控制方法的流程总图；

图2为步骤一的主机生成流程图；

图3为步骤二的从机列表建立流程图；

图4为步骤三的确定分补型电容器为主机流程图；

图5为步骤四未入网的从机加网的流程图；

图6为从机地址冲突检测的流程图；

图7为并网检测流程图；

图8为本发明中一种抗谐低压智能无功补偿系统的一台三相分补装置，N-1台三相共补的电气图；

图9为本发明中的无功补偿装置的系统框图。

具体实施方式

如图8所示一种抗谐低压智能无功补偿系统通过RS485方式组网，组成一个无功补偿系统，系统由至少一台三相共补和若干台三相分补组成的补偿回路。图中仅仅列出本系统的一台三相分补装置，N-1台三相共补时的电气图。根据图1的电气装置可以进一步进行联网设置成一个主机多从机，实现联网控制。在图中可以看出本系统采用二次侧电流互感器，对电流信号和通信信号进行处理以及传输，可以实现对电流方向的调整。

如图9是无功补偿装置的系统框图，抗谐波无功补偿电容模块装置包括主控板、LED、LCD显示及按键、RS485联机接口、电抗器本体、电容器本体、投切模块、塑料外壳断路器组成。在图2中利用二侧电流互感器监测的总电流及谐波电流；当总电流超出设定值、三相电流不平衡和总谐波超限时通过电流互感器时，内部磁保持继电器输出控制信号决定电容器本体的投入或者切除。本方法选用磁保持继电器来作为各个补偿回路投切的执行机构，是因为磁保持继电器触点的闭合和断开都有其固有的行程；而要实现电容器电压过零投入，就需要准确的掌握每个继电器的固有动作行程时间，补偿线路的电压过零点，电压频率等信息。此外温度对继电器的动作时间是有影响的。前期需做好温差与继电器的动作时间偏差了量之间的关系，才能准确的把握其动作时间。通过计算投入电容的继电器投入信号发出时间点，可以实现电压过零投入；通过计算切除电容的继电器切除信号发出时间点，可以实现电流过零切除。

上述的系统是是实现下面智能控制方法的基础。

如附图1到图7为本发明的控制方法的流程总图和各阶段的流程图；根据上述的流程图可以实现组网，确定主机，实现电压过零投入，电流过零切除的控制过程。

如附图1所示本发明的控制方法的流程总图，有图可以看出本控制方法包括以下几个主要流程：主机的生成过程；主从模式通讯，完成当前在线电容器的信息收集及统计建立从机列表；确定从机为分补型电容器存在的情况下分补型电容器为主机；在主从模式，循环召测电容器信息，查询未加入的从机。

如附图2所示为主机生成流程图，当无功补偿装置初始上电或检测到主机故障退出时，无功补偿装置的主控机设置为数据接收模式，预设侦听总线时间T，T为常数，在时间T内检测到总线上有数据时，本主控机所在的无功补偿装置作为从机；若时间T内未检测到任何数据时，则根据本主控机的地址及随机数再确认一个延时时间Trand，并继续侦听总线，在Trand内检测到有数据时则本主控机作为从机，若未检测到数据时，则本主控机作为主机，立即往总线发送数据，声明本主控机为主机，主机生成流程结束。

如附图3所示从机列表建立流程图，主机在第一阶段确定后，因总线控制权为主机所有，故其余无功补偿装置为从机；主机通过查询指令，将未加入到网络中的无功补偿装置加入到当前主从网络中，并召测相关的无功补偿装置的信息，如类型、容量大小等；从机收到查询指令时，根据自身地址以及随机数确定一个延时时间Td，在等待时间Td内未检测到总线上有报文存在时，根据接收到的报文作相应修改当前地址，并立即回复主机，从机成功加入当前的网络中。若在等待时间Td内检测到总线上有报文时，从机立即放弃本次回复，等待主机下一次查询指令。

如附图4所示为确定分补型电容器为主机流程图。主机已建立了当前网络的从机列表，记录了各个从机的详细信息，主机首先判断自身是否为分补型，如果是则跳过步骤三，直接进入步骤四；主机为共补型时，通过遍历从机列表，判断当前网络中是否有分补型电容器存在，如果未找到则进入第四阶段；如果有则停止遍历过程，记录对应的分补型从机地址，主机给该从机发送总线控制权转让报文，报文内容为当前从机地址列表，自身转为从机。收到控制权转让报文的从机转化为主机，占有总线控制权，携带从机地址列表信息，进入步骤四。

如附图5为未入网的从机加网的流程图。在主从模式下正常运行工作时，未入网的从机加网；主机根据从机地址列表循环召测网络中的无功补偿装置信息，且在当前循环结束时发送查询指令，用以将未加入当前网络的无功补偿装置加进来，使网络具有动态性、灵活性、可扩展性。

如附图6所示为从机地址冲突检测的流程图。先监听总线报文，判断接收方地址是否是本机，如果不是即为从机，在固定的延时Td内侦听总线的报文，如果有报文进行检测，检测报文中有冲突，修改本机地址为预设地址范围内的随机一个地址，等待重新加入网络。通过这个步骤可以将没有加入网络的从机加入到本网络中。

如附图7所示为并网检测的流程图，通信报文中包括网络编号字节；当主机或从机根据接收到的数据的网络编号判断是否与本机所处网络的网络编号是否一致，若不一致则表示出现并网情况，主机释放总线控制权，作为从机与其他从机加入到另一网络中。

本发明通过组网能够智能选择条件最优的电容器投切补偿，避免投切震荡和过补，和单个电容器过度使用；能够实现电压过零投入，电流过零切除；采用算法，对人为电流线接线反向进行矫正，提高了产品对环境的适应能力；给用户提供更好的用电环境及经济效益。

当人为电流线接线反向时，相同电网环境下对无功补偿装置所计算出来的补偿情况有两种：一种为功率因数过低需要补偿一定的容量；一种为过补导致功率因数下降，需切除一定容量的电容器。这是两种截然相反的性质，确实在实际安装时容易发生。

为了避免这种误操作导致补偿系统补偿异常，本方法对采集的电流信号进行以下的计算处理及判断。

通过电压和电流复数形式的傅立叶级数计算出视在功率的矢量：

复数功率根据电流线正接时有功功率P的符号为正，反接时有功功率符号为负，从而判断出电流线是否反接了，然后用算法将这种误操作的结果更正。所以不管电流线正向或者反向穿过电流互感器过孔，本方法都能准确的算出当前电网环境的各种电参数，并对当前电网环境作出正确的补偿措施。因此本方法具有使用安装更加简便，并且能够提高对环境适应的能力。

图8为本发明中一种抗谐低压智能无功补偿系统的一台三相分补装置，N-1台三相共补的电气图；图中仅仅列出本系统的一台三相分补装置，N-1台三相共补时的电气图。根据图8的电气装置可以进一步进行联网设置成一个主机多从机，实现联网控制。在图中可以看出本系统采用二次侧电流互感器，对电流信号和通信信号进行处理以及传输，可以实现对电流方向的调整。

图9为本发明中的无功补偿装置的系统框图，由图中可以看出抗谐波无功补偿电容模块装置包括主控板、LED、LCD显示及按键、RS485联机接口、电抗器本体、电容器本体、投切模块、塑料外壳断路器组成。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但它们并不是用来限定本发明的，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求保护范围所界定的为准。

Claims (8)

1.一种基于抗谐低压智能无功补偿系统的控制方法，所述抗谐低压智能无功补偿系统包括N个无功补偿装置和电流互感器；所述无功补偿装置在主控机中进行编号，依次为第一台机，第二台机直至第N台机；N为大于等于2的整数；

步骤一：主机的生成过程；当所述无功补偿装置初始上电或检测到主机故障退出时，无功补偿装置的主控机自动设置为数据接收模式，预设侦听总线时间T，T为常数，在时间T内检测到总线上有数据时，本主控机所在的无功补偿装置作为从机；若时间T内未检测到任何数据时，则根据本主控机的地址及随机数再确认一个延时时间Trand，并继续侦听总线，在Trand内检测到有数据时则本主控机作为从机，若未检测到数据时，则本主控机作为主机，立即往总线发送数据，声明本主控机为主机，主机生成流程结束；

步骤二：主从模式通讯，完成当前在线电容器的信息收集及统计建立从机列表；主机在第一阶段确定后，因总线控制权为主机所有，故其余无功补偿装置为从机；主机通过查询指令，将未加入到网络中的无功补偿装置加入到当前主从网络中，并召测相关的无功补偿装置的信息，如类型、容量大小等；从机收到查询指令时，根据自身地址以及随机数确定一个延时时间Td，在等待时间Td内未检测到总线上有报文存在时，根据接收到的报文作相应修改当前地址，并立即回复主机，从机成功加入当前的网络中；若在等待时间Td内检测到总线上有报文时，从机立即放弃本次回复，等待主机下一次查询指令；

步骤三：确定从机为分补型电容器存在的情况下分补型电容器为主机；主机已建立了当前网络的从机列表，记录了各个从机的详细信息，主机首先判断自身是否为分补型，如果是则跳过步骤三，直接进入步骤四；主机为共补型时，通过遍历从机列表，判断当前网络中是否有分补型电容器存在，如果未找到则进入第四阶段；如果有则停止遍历过程，记录对应的分补型从机地址，主机给该从机发送总线控制权转让报文，报文内容为当前从机地址列表，自身转为从机；收到控制权转让报文的从机转化为主机，占有总线控制权，携带从机地址列表信息，进入步骤四；

步骤四：在主从模式下正常运行工作时，未入网的从机加网；主机根据从机地址列表循环召测网络中的无功补偿装置信息，且在当前循环结束时发送查询指令，用以将未加入当前网络的无功补偿装置加进来，使网络具有动态性、灵活性、可扩展性。

2.根据权利要求1所述的一种基于抗谐低压智能无功补偿系统的控制方法，其特征在于：上述的控制方法还包括以下的投切步骤：

步骤A:主机计算当前电路所需投入的补偿量，然后从信息表中将容量小于等于所需补偿量的未投入电容挑选出来且按照容量由大到小排列形成一张临时可投入信息表；然后在按照已投运时间长度由小到大排序，选出相对使用时间较少的电容器，最后根据温度来挑选出最适合投入的电容器来进行投入；

步骤B：当系统检测到需要切除电容器时，主机计算出当前所需切除的电容量，从信息表中将容量大小满足切除条件的已投入电容器挑选出来，并按照容量由大到小排序形成一张临时可切除信息表；然后根据电容已投运时间长度和当前电容体温度挑选出最适合切除的电容器进行切除动作。

3.根据权利要求2所述的一种基于抗谐低压智能无功补偿系统的控制方法，其特征在于：在上述步骤B中为了避免装置的频繁投切，导致投切振荡，影响补偿系统的稳定性及电容器本体寿命，方法设置有功率因数大小为0.03的缓冲区；并且方法设置电容器投入补偿的轮流投入时间。

4.根据权利要求1所述的一种基于抗谐低压智能无功补偿系统的控制方法，其特征在于：在上述步骤中，通信报文中包括网络编号字节；当主机或从机根据接收到的数据的网络编号判断是否与本机所处网络的网络编号是否一致，若不一致则表示出现并网情况，主机释放总线控制权，作为从机与其他从机加入到另一网络中。

5.根据权利要求1所述的一种基于抗谐低压智能无功补偿系统的控制方法，其特征在于：所述控制方法还包括对无功补偿系统中穿过电流互感器电流方向的纠正，其过程为：

通过电压和电流复数形式的傅立叶级数计算出视在功率的矢量：

即为：

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复数功率

根据电流线正接时有功功率P的符号为正，反接时有功功率符号为负，从而判断出电流线是否反接了，通过改变电流的相位差将电流的方向进行调整。

6.一种抗谐低压智能无功补偿系统，其控制方法如权利要求1-5任一权利要求所述的基于抗谐低压智能无功补偿系统的控制方法，包括至少N台无功补偿装置，其特征在于：所述无功补偿装置中包括至少一台以三相共补方式进行补偿的无功补偿装置；所述无功补偿装置的连接方式为：

负载侧电流依次与一次侧电流互感器和二次侧电流互感器相连，二次侧电流互感器通过网络接口的网线将转化后的电流信号传递到所述抗谐低压智能无功补偿系统的所有无功补偿装置；所述无功补偿装置之间通过网线来传递信号，且传递信号只占用网线中的2芯；

所述所有无功补偿装置的输出端与配电母线相并联。

7.根据权利要求1所述的一种抗谐低压智能无功补偿系统，其特征在于：所述每个无功补偿装置包括主控板、LED或LCD显示及按键、RS485联机接口、电抗器本体、电容器本体、投切模块、塑料外壳断路器；所述LED或LCD显示及按键、RS485联机接口、投切模块均与主控板相连；所述投切模块通过电抗器本体与电容器本体相连。

8.根据权利要求2所述的一种抗谐低压智能无功补偿系统，其特征在于：所述投切模块包括磁保持继电器；配电母线先与塑料外壳断路器相连，再与所述磁保持继电器相连；所述磁保持继电器连接电容器本体，主控板控制对应磁保持继电器的闭合或者断开来实现电容器本体的投入与切除。