CN108599187A - 一种复合型智能电容器及实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合型智能电容器，包括：主控板、开关板以及电容本体；其中，所述主控板包括主控板MCU以及与主控板MCU连接的交流采样电路；所述开关板包括磁保持继电器、控制驱动信号处理电路以及与所述磁保持继电器相匹配的继电器开关；所述电容本体包括分补电容和复合电容，所述分补电容和复合电容均为三个。本发明还公开了一种复合型智能电容器的实现方法。本发明根据实际需要灵活用作共补电容、相补电容使用，既实现了有功功率转移有功不平衡度补偿，又实现了无功补偿，提高了功率因数，还充分提高了单位体积的补偿容量，增加了补偿方式和类型。

Description

一种复合型智能电容器及实现方法
技术领域
本发明涉及低压并联集成电力电容技术领域，具体为一种复合型智能电容器及其实现方法。
背景技术
我国经济的飞速发展，居民生活水平的显著提高，随着对高科技尖端设备的大量使用以及生产领域对产品质量重视的提升，使得电力用户对电能质量的要求进一步提高。一场关于电能的供给侧结构性改革已是势在必行，电力的服务要求已经悄然从电量保护转向保证电能质量。
无功功率补偿是保持电容高质量运行的一种重要手段，也是当今电气自动化技术及电力系统研究领域所面临的一个重大课题，正受到越来越多关注。将电容器与网络感性负荷并联是补偿无功功率的传统方法，国内外获得了广泛的应用。并联电容器补偿无功功率具有结构简单、经济方便等有点。
在实际电网中无功功率和三相不平衡往往是同时存在，交织在一起。目前市场上使用的低压并联电容器存在功能单一，共补电容、分补电容智能解决无功功率问题，相补电容解决有功不平衡问题。在大多数应用现场，既需要补偿无功功率，有需要补偿有功不平衡，就需要分补电容、共补电容、相补电容组合使用，造成了体积庞大，组装复杂，成本昂贵等问题，还存在着空间有限，无法安装问题。
发明内容
本发明针对上述问题，本发明的目的之一在于提供了一种复合型智能电容器，其根据实际需要灵活用作共补电容、相补电容使用，既实现了有功功率转移有功不平衡度补偿，又实现了无功补偿，提高了功率因数，还充分提高了单位体积的补偿容量，增加了补偿方式和类型。
本发明的目的之二在于提供了一种复合型智能电容器的实现方法，其根据实际需要灵活用作共补电容、相补电容使用，既实现了有功功率转移有功不平衡度补偿，又实现了无功补偿，提高了功率因数，还充分提高了单位体积的补偿容量，增加了补偿方式和类型。
为实现上述目的之一，本发明采取的技术方案是：
一种复合型智能电容器，包括：主控板、开关板以及电容本体；其中，
所述主控板包括主控板MCU以及与主控板MCU连接的交流采样电路，所述交流采样电路用于采集电网侧的三相电压、电流及电压电流夹角，并将所述电网侧的三相电压、电流及电压电流夹角发送给主控板MCU；
所述开关板包括磁保持继电器、控制驱动信号处理电路以及与所述磁保持继电器相匹配的继电器开关，所述主控板MCU通过控制驱动信号处理电路驱动磁保持继电器动作，进而控制对应继电器开关的吸合；
所述电容本体包括分补电容和复合电容，所述分补电容和复合电容均为三个，三个分补电容分别记为分补电容CA、分补电容CB、分补电容CC，三个复合电容分别记为复合电容CAB、复合电容CBC和复合电容CAC，所述磁保持继电器和继电器开关均为六个，所述继电器开关分别记为继电器开关KA、继电器开关KB、继电器开关KC、继电器开关KAB、继电器开关KBC、继电器开关KAC；所述分补电容CA和继电器开关KA串联后形成第一支路，所述分补电容CB和继电器开关KB串联后形成第二支路，所述分补电容CC和继电器开关KC串联后形成第三支路，所述分补电容CAB和继电器开关KAB串联后形成第四支路，所述分补电容CBC和继电器开关KBC串联后形成第五支路，所述分补电容CAC和继电器开关KAC串联后形成第六支路，其中，第一支路、第二支路和第三支路分别连接至A相线、B相线和C相线上，所述第四支路、第五支路和第六支路串联形成环形结构，所述第四支路和第六支路的连接点接入A相线，所述第四支路和第五支路的连接点接入B相线，所述第五支路和第六支路的连接线接入C相线。
进一步地，所述分补电容为单相电容，所述复合电容为相间电容。
进一步地，三个复合电容的容量相同。
进一步地，所述复合型智能电容器还包括人机交互显示板，所述人机交互显示板包括液晶显示屏以及按键，所述液晶显示屏以及按键均与主控板MCU相连。
为实现上述目的之二，本发明采取的技术方案是：
一种复合型智能电容器的实现方法，应用于上述目的之一的复合型智能电容器中，其包括以下步骤：
主控板MCU接收电网侧的三相电压、电流及电压电流夹角，并根据所述电网侧的三相电压、电流及电压电流夹角计算A、B、C三相功率因数、有功功率和无功功率，并根据有功功率计算三相有功功率不平衡度，计算公式为：
其中，ε为三相有功功率不平衡度，PA、PB和PC分别为A相有功功率、B相有功功率和C相有功功率，PMax为PA、PB和PC的最大值；
当三相有功功率不平衡度大于不平衡度阈值时，则控制每个复合电容的投入或切除，实现相间有功转移，以补偿有功功率不平衡度；
当三相有功功率不平衡度不大于不平衡度阈值，且A、B、C三相功率因数均小于目标功率因数上限时，则进行三相无功功率补偿；如果三个复合电容均以投入，而A、B、C三相功率因数仍均小于目标功率因数上限时，则依次投入三个分补电容，直至A、B、C三相功率因数均小于目标功率因数上限；
当三相有功功率不平衡度不大于不平衡度阈值，且单相功率因数小于目标功率因数上限时，则投入目标相线对应的分补电容，所述目标相线为功率因数均小于目标功率因数上限的相线。
进一步地，进行三相无功功率补偿的方法，包括：
间隔预设时间将继电器开关KAB、继电器开关KBC、继电器开关KAC依次闭合，即投入复合电容CAB、复合电容CBC和复合电容CAC。
进一步地，预设时间为200ms。
与现有技术相比，本发明复合型智能电容器及实现方法，其有益效果在于：本发明运用了混合补偿控制技术，实现了将分补电容和复合电容集合在一台电容器上进行控制。复合电容根据需要可以用作共补电容补偿无功功率、也可以用作相补电容转移有功功率补偿有功不平衡。通过对分补电容、复合电容的同步控制，即实现了补偿无功功率，提高了功率因数，又可以通过相间电容转移有功功率，提高了三相有功不平衡度。
附图说明
图1为本发明复合型智能电容结构图；
图2为电容器电气控制原理图；
图3为复合型电容混合补偿流程图。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
请参照图1所示，一种复合型智能电容器，包括主控板、开关板、电容本体、人机交互显示板以及外壳等。
其中，主控板作为复合型智能电容器的控制心脏，主要包括主控板MCU，交流采样电路以及RS485组网通讯电路等，所述主控板MCU与交流采样电路连接，所述交流采样电路用于采集电网侧的三相电压、电流及电压电流夹角，并将所述电网侧的三相电压、电流及电压电流夹角发送给主控板MCU。
开关板作为电容器控制命令执行部件，主要包括磁保持继电器、与所述磁保持继电器相匹配的继电器开关、控制驱动信号处理电路、开关过零检测信号处理电路等，所述主控板MCU通过控制驱动信号处理电路驱动磁保持继电器动作，进而控制对应继电器开关的吸合。主控板MCU确定补偿电容后，通过开关过零检测信号处理电路实时检测继电器开关过零信号，根据动作时间或复归时间，计算过零时间，发出投切控制命令，开关板接收到投切控制命令后，磁保持继电器动作，实现电容投切补偿控制。
人机交互显示板作为人机交互接口，主要包括LCD液晶显示，拨码开关、按键以及状态LED指示灯等，人机交互显示板主要通过按键、LCD液晶和状态指示灯进行参数设置、手动控制、当前实时数据、控制状态、闭锁保护状态等数据的显示等。
所述电容本体包括分补电容和复合电容。其中，分补电容采用单相电容，作为无功补偿功能使用，而复合电容采用相间电容，根据补偿需求，采用不同的控制方式，可以作为无功补偿功能的共补电容使用，或者作为有功功率转移不平衡补偿的相补电容使用。请参照图2所示，所述分补电容和复合电容均为三个，三个分补电容分别记为分补电容CA、分补电容CB、分补电容CC，三个复合电容分别记为复合电容CAB、复合电容CBC和复合电容CAC，所述磁保持继电器和继电器开关均为六个，所述继电器开关分别记为继电器开关KA、继电器开关KB、继电器开关KC、继电器开关KAB、继电器开关KBC、继电器开关KAC；所述分补电容CA和继电器开关KA串联后形成第一支路，所述分补电容CB和继电器开关KB串联后形成第二支路，所述分补电容CC和继电器开关KC串联后形成第三支路，所述分补电容CAB和继电器开关KAB串联后形成第四支路，所述分补电容CBC和继电器开关KBC串联后形成第五支路，所述分补电容CAC和继电器开关KAC串联后形成第六支路，其中，第一支路、第二支路和第三支路分别连接至A相线、B相线和C相线上，所述第四支路、第五支路和第六支路串联形成环形结构，所述第四支路和第六支路的连接点接入A相线，所述第四支路和第五支路的连接点接入B相线，所述第五支路和第六支路的连接线接入C相线。
继电器开关KA、KB、KC分别控制分补电容CA、CB、CC，实现分补电容投切控制。继电器开关KAB、KBC、KAC分别控制复合电容CAB、CBC、CAC，当继电器开关KAB、KBC、KAC单独分开控制时，相间电容实现相补电容功能，当继电器开关KAB、KBC、KAC同时控制时，相间电容实现共补电容功能。
其安装方法是：开关板通过排针连接固定到主控板，人机交互显示板通过排线与主控板连接，固定在外壳上，形成智能电容器模组。智能电容器模组固定到钣金件上，钣金件固定电容本体，外壳固定在钣金件上，形成本发明的复合型只能电容器的安装结构。
请参照图3所示，一种利用上述复合型智能电容器的实现方法，主要是实现不平衡度和无功功率的补偿方法，其包括以下步骤：
主控板MCU实时采集当前的三相四线A、B、C三相电压、电流以及电压电流夹角，根据采集数据计算出A、B、C三相功率因数、有功功率、无功功率等数据。根据三相有功功率不平衡度计算公式计算出电网侧三相有功功率不平衡度，计算公式如下：
其中，ε为三相有功功率不平衡度，PA、PB和PC分别为A相有功功率、B相有功功率和C相有功功率，PMax为PA、PB和PC的最大值。
如果电网侧有功功率不平衡度ε大于有功功率不平衡度阈值，则单独控制每只相间电容投入或切除，实现相间有功转移，补偿有功功率不平衡度，此时复合电容作为共补电容使用，否则无需进行有功转移补偿，而根据需要进行无功补偿。
如果进行无功补偿时，根据需要投入或切除最佳分补电容，补偿单相无功缺量，同时控制3个复合电容投入或切除，作为共补电容，补偿三相无功缺量，复合电容作为共补电容使用。
例如，如果需要将A相有功功率转移到B相，即A相有功最大，B相有功最小，则控制继电器开关KAB闭合，即投入复合电容CAB，通过复合电容CAB将A相有功功率转移到B相。
如果需要将A相有功共转移到C相，即A相有功最大，C相有功最小，则控制继电器开关KAB闭合，即投入复合电容CAB，通过复合电容CAB将A相有功功率转移到B相，再控制继电器开关KBC闭合，即投入复合电容CBC，通过复合电容CBC将B相有功功率转移到C相，最终实现A相有功功率转移到C相。
通过上述方案分别控制相间电容继电器开关，则实现了相间有功功率的转移，提高了有功功率不平衡度。
当电网侧有功不平衡度ε小于等于不平衡度阈值，则无需不平衡度补偿，从而进行无功补偿。
具体地：如果A、B、C三相功率因数均小于目标功率因数上限，则优先进行三相无功补偿，先后间隔200ms将继电器开关KAB、KBC、KAC闭合，即投入复合电容CAB、CBC、CAC投入，虽然会引起A相有功转移到B相，B相有功转移到C相，C相有功转移到A相，但是三只相间电容容量相同，转移有功量相同，从效果来说没有有功转移，只实现无功功率补偿。
如果复合电容已经投入，而A、B、C三相功率因数仍均小于目标功率因数上限，则依次投入单相电容继电器开关KA、KB和KC，即对应的分补电容CA、CB、CC依次投入，最终通过3只分补电容实现三相无功功率补偿。
如果只有某个单相功率因数小于目标功率因数上限，则进行单相无功补偿，将无功缺项最大的相线上对应的继电器开关KA、KB或KC优先闭合，则对应的单相电容CA、CB或CC投入，实现单相无功功率补偿。
本发明在实施过程中通过主控MCU确定好补偿电容后，开始实时检测继电器开关的电压过零信号，根据电压过零时间和动作时间，发出控制命令，开关板接收到控制命令后，磁保持继电器动作，实现电容的投入控制，实现电容的补偿功能。
本发明在实施过程中通过RS485组网通讯电路可以与多台复合型智能电容器进行组网，实现多台复合型智能电容并联组网控制，从而增大了补偿容量。
本发明在实施过程中通过液晶显示、状态指示灯、按键、拨码开关等实现参数设置与查看、本地手动控制以及实时数据、控制状态、闭锁保护信息等数据查看。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (7)

1.一种复合型智能电容器，其特征在于包括：主控板、开关板以及电容本体；其中，
所述主控板包括主控板MCU以及与主控板MCU连接的交流采样电路，所述交流采样电路用于采集电网侧的三相电压、电流及电压电流夹角，并将所述电网侧的三相电压、电流及电压电流夹角发送给主控板MCU；
所述开关板包括磁保持继电器、控制驱动信号处理电路以及与所述磁保持继电器相匹配的继电器开关，所述主控板MCU通过控制驱动信号处理电路驱动磁保持继电器动作，进而控制对应继电器开关的吸合；
所述电容本体包括分补电容和复合电容，所述分补电容和复合电容均为三个，三个分补电容分别记为分补电容CA、分补电容CB、分补电容CC，三个复合电容分别记为复合电容CAB、复合电容CBC和复合电容CAC，所述磁保持继电器和继电器开关均为六个，所述继电器开关分别记为继电器开关KA、继电器开关KB、继电器开关KC、继电器开关KAB、继电器开关KBC、继电器开关KAC；所述分补电容CA和继电器开关KA串联后形成第一支路，所述分补电容CB和继电器开关KB串联后形成第二支路，所述分补电容CC和继电器开关KC串联后形成第三支路，所述分补电容CAB和继电器开关KAB串联后形成第四支路，所述分补电容CBC和继电器开关KBC串联后形成第五支路，所述分补电容CAC和继电器开关KAC串联后形成第六支路，其中，第一支路、第二支路和第三支路分别连接至A相线、B相线和C相线上，所述第四支路、第五支路和第六支路串联形成环形结构，所述第四支路和第六支路的连接点接入A相线，所述第四支路和第五支路的连接点接入B相线，所述第五支路和第六支路的连接线接入C相线。
2.根据权利要求1所述的复合型智能电容器，其特征在于：所述分补电容为单相电容，所述复合电容为相间电容。
3.根据权利要求1所述的复合型智能电容器，其特征在于：三个复合电容的容量相同。
4.根据权利要求1所述的复合型智能电容器，其特征在于：所述复合型智能电容器还包括人机交互显示板，所述人机交互显示板包括液晶显示屏以及按键，所述液晶显示屏以及按键均与主控板MCU相连。
5.一种复合型智能电容器的实现方法，应用于权利要求1-3任一项所述的复合型智能电容器中，其特征在于，其包括以下步骤：
主控板MCU接收电网侧的三相电压、电流及电压电流夹角，并根据所述电网侧的三相电压、电流及电压电流夹角计算A、B、C三相功率因数、有功功率和无功功率，并根据有功功率计算三相有功功率不平衡度，计算公式为：
其中，ε为三相有功功率不平衡度，PA、PB和PC分别为A相有功功率、B相有功功率和C相有功功率，PMax为PA、PB和PC的最大值；
当三相有功功率不平衡度大于不平衡度阈值时，则控制每个复合电容的投入或切除，实现相间有功转移，以补偿有功功率不平衡度；
当三相有功功率不平衡度不大于不平衡度阈值，且A、B、C三相功率因数均小于目标功率因数上限时，则进行三相无功功率补偿；如果三个复合电容均以投入，而A、B、C三相功率因数仍均小于目标功率因数上限时，则依次投入三个分补电容，直至A、B、C三相功率因数均小于目标功率因数上限；
当三相有功功率不平衡度不大于不平衡度阈值，且单相功率因数小于目标功率因数上限时，则投入目标相线对应的分补电容，所述目标相线为功率因数均小于目标功率因数上限的相线。
6.根据权利要求5所述的实现方法，其特征在于，进行三相无功功率补偿的方法，包括：
间隔预设时间将继电器开关KAB、继电器开关KBC、继电器开关KAC依次闭合，即投入复合电容CAB、复合电容CBC和复合电容CAC。
7.根据权利要求6所述的实现方法，其特征在于，所述预设时间为200ms。
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