CN107785911A - 一种可显示谐波畸变率并进行无功补偿的功率因数控制器 - Google Patents

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黄舟
程海相
袁东义
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Abstract

本发明涉及一种可显示谐波畸变率并进行无功补偿的功率因数控制器，包括信号监测模块、信号处理模块、主控制模块、谐波处理模块、电容投切模块、故障反馈模块、动态开关模块、电容保护模块、电容器组以及与主控制模块相连的电源模块、手动输入模块、显示模块、通讯模块和数据存储模块。该功率因数控制器可实时监控电源母线上的电流电压信号，计算出当前功率因数并与目标功率因数进行对比，计算出无功补偿需量并与当前电容组容量进行对比，最终得出需要补偿的单元并控制相应的补偿单元接入，实现根据当前电容组按无功补偿需量进行补偿的目的。此外，其能够实时计算出谐波畸变率并显示在显示单元上，为谐波滤波校正提供有利的依据。

Description

一种可显示谐波畸变率并进行无功补偿的功率因数控制器
技术领域
本发明涉及电气设备技术领域，具体涉及一种可显示谐波畸变率并进行无功补偿的功率因数控制器。
背景技术
在电气设备中，负载从电网中吸收电功率(有功)作为电源，或将其转换为另一种形式的能量输出。为此，感性负载通常必须从电网取得非实际所需的无功能量。该能量即使不能立即被转换为其它形式的能量，也将增大在电网中流动的总功率。若要降低该类负效应带来的危害，则需在电气设备中进行功率因数校正。通过使用电容器组进行功率因数校正，在现场提供无功能量以满足传输有功功率的需求。
电网中的电力负荷如电动机、变压器等，大部分属于感性电抗，在运行过程中需要向这些设备提供相应的无功功率。又由于变频器的加入，产生了谐波等不利于电网的因素，所以需要一种可显示谐波畸变率并进行无功补偿的功率因数控制器。
发明内容
本发明的目的在于解决现有功率因数控制器结构复杂、功能单一等不足，提供一种根据当前电容组容量按无功补偿需量进行补偿的功率因数控制器，其技术方案如下：
一种可显示谐波畸变率并进行无功补偿的功率因数控制器，包括以下几部分：
与电源母线相连的信号监测模块，该信号监测模块用于监测电力系统主线电流电压信号并自动适应电网相序和电流相位；
与信号监测模块相连的信号处理模块，该信号处理模块用于接收电流电压信号并将模拟信号处理成数字信号；
与信号处理模块相连的主控制模块，用于处理接收到的所有信号并下发指令；
与主控制模块相连的电容投切模块，用于接收主控制模块发出的指令并反馈电容故障信息；
与电容投切模块相连的故障反馈模块，用于监测、反馈电容器组运行情况；
与故障反馈模块相连的动态开关模块，用于接收电容投切模块发出的指令并对电容器组进行控制；
与动态开关模块和电源母线相连的电容保护模块，用于接收电容投切模块发出的指令同时对电容器进行保护；
与电容保护模块、动态开关模块以及故障反馈模块相连的电容器组；
与主控制模块相连的谐波处理模块，用于分析处理接受到的来自电网的谐波数据。
上述方案中，所述信号监测模块包含用于采集电压信号的电压互感器和用于采集电流信号的电流互感器。
上述方案中，所述信号处理模块包含模数转换器，所述模数转换器用于将信号监测模块采集的电压电流信号转换为数字信号并传送给主控制模块。
上述方案中，所述主控制模块包含处理单元、时钟单元和记录单元，所述处理单元用于处理数字信号并发出输出指令，所述时钟单元用于计时，所述记录单元用于记录基于时钟单元的报警信息，及电容器组的投切和投入运行总时间。
上述方案中，所述电容投切模块包含电容投切控制继电器，所述电容投切控制继电器用于接受主控制模块发出的输出指令并控制电容器组的投切动作，及接受故障反馈模块发来的故障报警信号并传送给主控制模块。
上述方案中，所述故障反馈模块包含故障监测器和故障报警继电器，所述故障监测器用于监测电容器组的投切状态并反馈故障和报警信号，所述故障报警继电器根据故障报警命令进行开启或关闭命令。
上述方案中，所述动态开关模块包含电容器组投切控制继电器，所述电容器组投切控制继电器用于接收投切指令并进行开启关闭动作。
上述方案中，所述可显示谐波畸变率并进行无功补偿的功率因数控制器还包括与主控制模块相连的电源模块、手动输入模块、显示模块、通讯模块以及数据存储模块。所述电源模块用于向各模块输入电源并提供过压保护、欠压保护和谐波干扰隔离，所述手动输入模块用于用于手动输入指令并将指令发送给主控制模块，所述显示模块用于显示主控制模块输出的功率因数、电容器组投切需量、谐波畸变率、报警指示等参数，所述通讯模块用于与外界进行数据交换和数据远程显示，所述数据存储模块用于接收并存储主控制器接收和输出的所有参数。
本发明具有以下有益效果：(1)可实时监控电源母线上的电流电压信号，计算出当前功率因数并与目标功率因数进行对比，计算出无功补偿需量并与当前电容组容量进行对比，最终计算出需要补偿的单元并控制相应的补偿单元接入，实现根据当前电容组按无功补偿需量进行补偿的目的；(2)能够实时计算出谐波畸变率并显示在显示单元上，为谐波滤波校正提供有利的依据；(3)所有结果可显示并进行存储。
附图说明
图1为本发明可显示谐波畸变率并进行无功补偿的功率因数控制器的结构及原理示意图。
具体实施方式
为使本领域普通技术人员充分理解本发明的技术方案和有益效果，以下结合具体实施例及附图进行进一步说明。以下所述仅为发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此。
如图1所示，一种可显示谐波畸变率并进行无功补偿的功率因数控制器，包括信号检测模块、信号处理模块、主控制模块、谐波处理模块、电容投切模块、故障反馈模块、动态开关模块、电容保护模块、电容器组以及与主控制模块相连的电源模块、手动输入模块、显示模块、通讯模块和数据存储模块。所述信号监测模块和电容保护模块分别与电源母线相连，所述信号检测模块依次与信号处理模块、主控制模块、电容投切模块、故障反馈模块、动态开关模块以及电容保护模块相连，形成一个完整的回路。电容器组分别与电容保护模块、动态开关模块、故障反馈模块相连，谐波处理模块单独与主控制模块相连。
上述各模块具体结构及功能如下：信号监测模块包含用于采集电压信号的电压互感器和用于采集电流信号的电流互感器，能够监测电力系统主线电流电压信号并自动适应电网相序和电流相位。信号处理模块包含模数转换器，其能够将信号监测模块采集的电压电流信号转换为数字信号并传送给主控制模块。主控制模块包含处理单元、时钟单元和记录单元，其中处理单元用于处理数字信号并发出输出指令，时钟单元用于计时，记录单元用于记录基于时钟单元的报警信息，及电容器组的投切和投入运行总时间。电容投切模块包含电容投切控制继电器，其能够接受主控制模块发出的输出指令并控制电容器组的投切动作，接受故障反馈模块发来的故障报警信号并传送给主控制模块。故障反馈模块包含故障监测器和故障报警继电器，其中故障监测器用于监测电容器组的投切状态并反馈故障和报警信号，故障报警继电器根据故障报警命令进行开启或关闭命令。动态开关模块包含电容器组投切控制继电器，该电容器组投切控制继电器用于接收投切指令并进行开启关闭动作。电容保护模块用于接收电容投切模块发出的指令同时对电容器进行保护，谐波处理模块可以分析处理接收到的来自电网的谐波数据。
本发明的可显示谐波畸变率并进行无功补偿的功率因数控制器工作原理如下：接入电源母线的信号监测模块实时监测电力系统主线电流电压信号，同时自动适应电网相序和电流相位；其将接收到的电流电压信号传递给信号处理模块由其将模拟信号转换成数字信号，转换后的数字信号输入到主控制器中。主控制器对接收到的数字信号进行进一步的处理，得到当前的功率因数并与手动输入模块输入的指令或默认指令的功率因数标准值进行对比，计算出无功补偿需量并与当前电容器组容量进行对比，得出需补偿容量的补偿信号并对电容投切模块发出投切指令。谐波处理模块对从信号处理模块处接收到的数字信号进行谐波基波分离，分离出来的谐波与标准的基波进行对比，得出谐波含量并将数据传给主控制模块。在这个过程中显示模块会显示相应的参数(功率因数、电容器组投切需量、谐波畸变率、报警指示等)，所有的输入参数、通讯参数、数据、指令等都将被保存到数据存储模块中以备查看。电容投切模块可接收来自故障反馈模块反馈的电容器组故障信息并传送给主控制器发出相应的指令。动态开关模块用于接收电容投切模块发出的指令从而对电容器组进行控制，故障反馈模块用于检测电容器组的状态、电容保护模块用于对电容器组进行保护。

Claims (8)

1.一种可显示谐波畸变率并进行无功补偿的功率因数控制器，其特征在于包括以下功能模块：
与电源母线相连的信号监测模块，用于监测电力系统主线电流电压信号并自动适应电网相序和电流相位；
与信号监测模块相连的信号处理模块，用于接收电流电压信号并将模拟信号处理成数字信号；
与信号处理模块相连的主控制模块，用于处理接收到的所有信号并下发指令；
与主控制模块相连的电容投切模块，用于接收主控制模块发出的指令并反馈电容故障信息；
与电容投切模快相连的故障反馈模块，用于监测、反馈电容器组运行情况；
与故障反馈模块相连的动态开关模块，用于接收电容投切模块发出的指令并对电容器组进行控制；
与动态开关模块和电源母线相连的电容保护模块，用于接收电容投切模块发出的指令同时对电容器进行保护；
与电容保护模块、动态开关模块以及故障反馈模块相连的电容器组；
与主控制模块相连的谐波处理模块，用于分析处理接收到的来自电网的谐波数据。
2.如权利要求1所述的可显示谐波畸变率并进行无功补偿的功率因数控制器，其特征在于：所述信号监测模块包含用于采集电压信号的电压互感器和用于采集电流信号的电流互感器。
3.如权利要求1所述的可显示谐波畸变率并进行无功补偿的功率因数控制器，其特征在于：所述信号处理模块包含模数转换器，所述模数转换器用于将信号监测模块采集的电压电流信号转换为数字信号并传送给主控制模块。
4.如权利要求1所述的可显示谐波畸变率并进行无功补偿的功率因数控制器，其特征在于：所述主控制模块包含处理单元、时钟单元和记录单元，所述处理单元用于处理数字信号并发出输出指令，所述时钟单元用于计时，所述记录单元用于记录基于时钟单元的报警信息，及电容器组的投切和投入运行总时间。
5.如权利要求1所述的可显示谐波畸变率并进行无功补偿的功率因数控制器，其特征在于：所述电容投切模块包含电容投切控制继电器，所述电容投切控制继电器用于接受主控制模块发出的输出指令并控制电容器组的投切动作，及接受故障反馈模块发来的故障报警信号并传送给主控制模块。
6.如权利要求1所述的可显示谐波畸变率并进行无功补偿的功率因数控制器，其特征在于：所述故障反馈模块包含故障监测器和故障报警继电器，所述故障监测器用于监测电容器组的投切状态并反馈故障和报警信号，所述故障报警继电器根据故障报警命令进行开启或关闭命令。
7.如权利要求1所述的可显示谐波畸变率并进行无功补偿的功率因数控制器，其特征在于：所述动态开关模块包含电容器组投切控制继电器，所述电容器组投切控制继电器用于接收投切指令并进行开启关闭动作。
8.如权利要求1所述的可显示谐波畸变率并进行无功补偿的功率因数控制器，其特征在于：该功率因数控制器还包括为主控制器提供工作电源的电源模块、用于手动输入指令并将指令发送给主控制模块的手动输入模块、用于显示电路参数和报警故障信息的显示模块、与外界进行数据交换和数据远程显示的通讯模块以及用于信息存储的数据存储模块。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112003380A (zh) * 2020-09-07 2020-11-27 中讯博尔智能技术(无锡)有限公司 具备电力电容器容量衰减监测和寿命预测的电力监控装置
CN112688340A (zh) * 2020-12-21 2021-04-20 苏州沪港科技股份有限公司 一种用于分布式光伏电站的无功补偿控制器

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