CN107910878A - 一种智能低压无功补偿电力电容投切控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种低压无功补偿电力电容投切控制和分析评测的装置和方法。其中装置包括：（1）电网参数模块；（2）电容器监测模块；（3）投切控制模块；（4）投切控制模块。其中方法包括：（1）构建基于链表结构的投切操作参数速查数据结构体；（2）综合采用FFT、数字移相法以及多阶导数分析法，计算当前电网的状态波形和变化趋势；（3）基于投切参数链表，计算出本次操作的控制参数数值，实现精确投切操作；（4）评估每次投切操作的精度和效果，更新操作参数链表，迭代更新操作参数数据；（5）针对电网参数和智能电容工作记录的操作保护机制。本发明提高了系统可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及低压无功补偿电力电容设备领域，特别涉及精细化采集分析、动态过零投切和数据多维评估的装置和方法。
背景技术
随着我国国民经济的快速发展，大功率电机、电弧炼钢炉等冲击性负载在工业领域中被大量使用，造成电网中大量无功功率损耗。因而，无功功率控制是降低电网损耗、保证电力系统运行安全以及满足电能质量不可或缺的技术方法，对电路系统的影响是非常关键的。
当前的电压电力电容无功补偿系统采用可控硅和磁保持继电器的复合开关结构，存在成本高、操作复杂、投切精度差、易损坏、通用性不佳、抗干扰能力弱等问题。
因而，采用高速微控制器系统，实现信息数据的实时采集、适合磁保持继电器动态调整、投切数值多维评估以及推测，构建一套简单高效、稳定可靠、动态调整的智能低压无功补偿电力电容投切控制系统具有强烈现实意义和巨大经济前景。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是提供应用于低压无功补偿电力电容的信号采集和投切控制的装置，所述装置包括：
（1）电网参数模块，用于实时采集电网的电压、电流、功率因数等参数信号；
（2）电容器监测模块，用于实时采集电容器的电压和电流参数；
（3）投切控制模块，针对分相补偿、共补等不同应用过场景，采用磁保持继电器的单独开关结构，实现电容器的投切控制管理；
（4）高速数据处理模块，用于实现多路信号数据的并行处理分析等功能。
优选的，实现上述方法所用的低压无功补偿电力电容的信号采集和投切控制的装置，所述装置包括：
（1）电网一般性参数采集模块，使用通用智能电表控制芯片，用于采集非实时性操作需求的电压、电流、无功功率、频率、谐波等参数的功能；
（2）关键性参数采集模块，采用分项独立的ADC采样电路，实现电压、电流信号滤波和大幅度突变的信号采集和中断触发功能；
（3）磁保持继电器控制模块，采用双向光耦控制机制，实现电容的安全控制方法，避免误操作行为；
（4）高速数据处理模块，用于实时处理多路参数信号，综合使用快速傅立叶变换和数字移相法等算法，精确测算投切控制时间点，评估每次投切行为的精度，综合采用历史数据快速计算链表结构预测投切操作的微调参数值；
（5）数据存储单元，用于将控制操作相关历史数据以半结构化的链表节点形式存储于永久存储介质。
本发明所要解决的第二个问题是提供应用于低压无功补偿电力电容投切控制和分析评测的方法，所述方法包括：
（1）构建基于链表结构的投切操作参数速查数据结构体；
（2）综合采用FFT、数字移相法以及多阶导数分析法，计算当前电网的状态波形和变化趋势；
（3）基于投切参数链表，计算出本次操作的控制参数数值，实现精确投切操作；
（4）评估每次投切操作的精度和效果，更新操作参数链表，迭代更新操作参数数据；
（5）针对电网参数和智能电容工作记录的操作保护机制。
其中，上述低压无功补偿电力电容投切控制和分析评测的方法步骤（1）中所述数据结构体包括：基于时戳的间隔Th、操作行为编码C、初始控制参数mn、操作结果R、评估修订参数△m。
其中，上述低压无功补偿电力电容投切控制和分析评测的方法步骤（2）中所述过程为：通过控制装置采集的电压、电流、功率、谐波等离散参数值，分布采用FFT和数字移相法，拟合估算该物理向量的连续函数曲线。同时，计算电压和电流的一阶导数和二阶导数，辅助算法评估函数的变化趋势和速度。
其中，上述低压无功补偿电力电容投切控制和分析评测的方法步骤（3）所属内容包含：根据方法（1）计算本次操作的偏移修订值m，根据方法（2）计算出的参数拟合曲线状态，在过零点前m毫秒操作磁保持继电器控制模块，实现精确过零投切操作。
其中，上述低压无功补偿电力电容投切控制和分析评测的方法步骤（4）所属参数包括：从操作磁保持继电器控制模块到电容器状态变化的时间间隔值△k、涌流电压倍数值Ln。该参数也将记入方法（1）所述的链表数据结构体中。
其中，上述低压无功补偿电力电容投切控制和分析评测的方法步骤（5）包括：谐波的临界检测、电压和电流值的临界检测、设备冷却操作间隔的临界检测等。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明降低了现有低压无功补偿电力电容投切控制复合开关的复杂度，提升了设备的健壮性。本发明采用的控制数据链表结构和操作参数调整及评估方法，实现了磁保持继电器操作行为的动态调整机制，基于数据多轮迭代算法，配合电网状态参数的实时采集和触发装置，可实现电容投切精确控制，平均浪涌倍数小于110%，远优于当前市面产品。实现此外，本发明中针对操作保护机制实现了软件和硬件级别的操作防护机制，提高系统了可靠性。
附图说明
图1是本发明提供的一种低压无功补偿电力电容的信号采集和投切控制装置的结构图；
图2是本发明提供的一种低压无功补偿电力电容的信号采集和投切控制链表数据结构图；
图3是本发明提供的一种低压无功补偿电力电容的信号采集和投切控制方法的详细流程图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，实现上述方法所用的一种低压无功补偿电力电容的信号采集和投切控制的装置，所述装置包括：
（1）电网参数采集模块，用于完成对三相四线的电压和电流进行采样。各有三路电压和三路电流信号需要被采集，其中电流信号要转变为电压信号。整个模块需要选择精确的变压器和变流器以及精密电阻，并通过乘以一定系数比例进行数据标定；
（2）电容器监测模块，通过ADC采样电路监测电容器的电压和电流值，其中电流信号要转变为电压信号。该模块用于准确测量和评估电容器的操作状态和效果；
（3）投切控制模块，针对分相补偿、共补等不同应用过场景，采用双向光耦控制磁保持继电器的开关结构，实现电容器的投切控制管理；
（4）高速数据处理模块采用STM32系列处理器，处理器采用ARM精简指令内核并辅以协处理器，包含嵌入式存储系统和双内部总线系统，支持多路独立ADC通道。系统外部扩展高精度晶振、SPI Flash存储器、串行通信接口等组件，以实现装置所需要的运算、分析、存储、通信等功能。
如图2所示，实现低压无功补偿电力电容投切控制和分析评测的方法，需构建可快速访问和信息分析比对的数据结构。该数据结构记录以双向链表的形式，记录设备从出厂至当前全部操作事件的相关参数信息，算法程序采用该数据结构记录、分析、调整、推测智能电容投切控制参数，以实现可自动调整的精确控制方法。
本发明提供了一种低压无功补偿电力电容投切控制和分析评测方法，如图3所示，该方法包括：
步骤101，算法构建或更新投切操作参数链表，周期性扫描链表节点。
步骤102，算法通过控制装置采集的电压、电流、功率、谐波等离散参数值，分布采用FFT和数字移相法，拟合估算该物理向量的连续函数曲线。同时，计算电压和电流的一阶导数和二阶导数，辅助算法评估函数的变化趋势和速度。
步骤103，算法检测无功功率临界状态、检测谐波的临界状态、检测电压和电流值的临界状态、检测设备冷却操作间隔的临界状态；
步骤104，如果不满足操作要求，则算法退回步骤101；
步骤105，如果满足操作要求，根据步骤101计算出本次操作的操作偏移参数和步骤102的参数拟合曲线状态，在过零点前偏移参数时间前操作磁保持继电器控制模块实现精确过零投切操作。
步骤106，从操作磁保持继电器控制模块到电容器状态变化的时间间隔值和涌流倍数值，并将参数也将记入链表数据结构体中。
步骤107，将链表数据结构更新到永久存储介质上（SPI FLASH），算法退回步骤101。
本发明降低了现有低压无功补偿电力电容投切控制复合开关的复杂度，提升了设备的健壮性。本发明可实现电容投切精确控制，降低了浪涌冲击，显著延长设备寿命。针对操作保护机制实现了软件和硬件级别的操作防护机制，提高了系统可靠性。
上述说明明示出并描述了本发明的优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (2)
1.一种低压无功补偿电力电容投切控制和分析评测的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
（1）构建基于链表结构的投切操作参数速查数据结构体；
（2）综合采用FFT、数字移相法以及多阶导数分析法，计算当前电网的状态波形和变化趋势；
（3）基于投切参数链表，计算出本次操作的控制参数数值，实现精确投切操作；
（4）评估每次投切操作的精度和效果，更新操作参数链表，迭代更新操作参数数据；
（5）针对电网参数和智能电容工作记录的操作保护机制。
2.一种低压无功补偿电力电容的信号采集和投切控制的装置，其特征在于，该装置包括：
（1）电网参数模块，用于实时采集电网的电压、电流、功率因数等参数信号；
（2）电容器监测模块，用于实时采集电容器的电压和电流参数；
（3）投切控制模块，针对分相补偿、共补等不同应用过场景，采用磁保持继电器的单独开关结构，实现电容器的投切控制管理；
（4）高速数据处理模块，用于实现多路信号数据的并行处理分析等功能。
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