CN110176775A - 无功补偿控制器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

无功补偿控制器及其控制方法，涉及无功补偿技术领域，特别是属于一种无功补偿控制器及其控制方法。包括SW电源模块、I/O模块，DP显示模块、DSP模块、A/D采集模块、通讯模块，DSP模块、A/D采集模块、I/O模块、DP显示模块、通讯模块之间通过CAN总线连接，所述DSP模块、A/D采集模块、I/O模块、DP显示模块、通讯模块分别与SW电源模块电连接。应用在无功补偿结构中的补偿分支越多，如有2、3、4、5、6……n等多个分支节点时，联级补偿效果越好，且能够充分利用无功设备的总安装容量，从而通过联动无功补偿结构中的上下级各节点处的无功补偿控制器并实现通讯，形成联动补偿控制。

Description

无功补偿控制器及其控制方法

技术领域

本发明涉及无功补偿技术领域，特别是属于一种无功补偿控制器及其控制方法。

背景技术

无功补偿控制器投切的基准参数主要有功率因数、无功电流及无功功率三种类型，而供电企业对电网的电能质量考核参数中，功率因数是考核的重要指标之一，因而市面大部分装置也是以功率因数为基准的控制模式。功率因数理想状态为1(即：电流电压相位差为0)，但实际中由于种种原因，电流与电压相位很少为零(即：功率因数不等于1)，容性负载使电流超前于电压(常见功率因数为负值-0.99～-0.1)，感性负载使电流滞后于电压(常见功率因数为正值0.1～0.99)，由于大部分负载设备为变压器、互感器、电动机等设备都为感性负载，所以市面主要的无功补偿方式为电容器补偿方式。

功率因数补偿控制器工作方式：根据输入的电流电压采样数据，计算出测量功率因数，装置根据预置的目标功率因数阈值与计算出的功率因数进行比对，采样值高于上限阈值，做切除命令，采样值低于下限阈值，做投入命令，控制电容器的投切组数，来调整功率因数。如：上限阈值设为0.98，下限阈值设为0.93，当采集功率因数为0.85时，低于功率因数下限阈值，控制器需要投入电容器组。当投入1组电容器后，如功率因数达到了0.95，处于上下限阈值中，控制器保持状态不变，当采集功率因数为0.99时，超过上限阈值，控制器切除一组电容器，因此整个无功补偿动作过程就是保持采集的功率因数处于阈值上下限中。补偿控制器的动作过程就是：采集-比较-调整-采集-比较-调整的过程。

目前市面补偿控制器的过程如上所述，采集、比较、调整、控制过程只针对本控制器，与外部上下级之间没有关联，其缺陷如下：

一套配电系统中又有集中及就地补偿设备，因而就形成了如图1所示的传统方式下的无功补偿结构中总补偿器1与分支补偿器2、分支补偿器3为上下级，分支补偿器2与分支补偿器3为平级并联的多级补偿系统，总补偿器1、分支补偿器2、分支补偿器3之间无联系，这样，当总补偿器1、分支补偿器2、分支补偿器3各自的功率因数各自调节，就容易出现1与2、3抢投补偿回路，包括以下情况：

情况1：系统阈值设定上下限分别为0.98与0.93，总补偿器1、分支补偿器2采集都为0.85时，总补偿器1、分支补偿器2各自动作，结果是总补偿器1、分支补偿器2都投入了电容器组，如果无功缺额是20kvar,而总补偿器1、分支补偿器2的电容器组容量也是20kvar,就会出现同时投入，这时在分支补偿器2增加补偿了20kvar，而对于总补偿器1相当于补偿20+20kvar，总补偿器1实际已经补过了，又切除，补偿投入切除循环动作，投切频繁，引起系统震荡及装置过热。

情况2：系统阈值设定如上，上下限分别为0.98与0.93，在总补偿器1、分支补偿器2采集都为0.85时，总补偿器1、分支补偿器2的所有电容器组已经全部投入，没有可投的电容器组了，而在分支补偿器3处电容器组还有部分未投，而分支补偿器3处的功率因数是0.95，所以它本身不再投切，结果是总补偿器1、分支补偿器2都欠补，分支补偿器3处闲置电容器组，系统功率因数达不到考核标准引起供电企业的加收无功调节费用。

发明内容

本发明的目的即在于提供一种无功补偿控制器，以达到通过无功补偿结构中的上下级各节点处的无功补偿控制器之间的通讯，形成一个统一的联动补偿的控制过程的目的。

本发明所提供的无功补偿控制器，其特征在于，包括SW电源模块、I/O模块，DP显示模块、DSP模块、A/D采集模块、通讯模块，

所述的SW电源模块为装置提供工作电源；

所述的I/O模块为控制器输入输出接口；

所述的DP显示模块显示控制器工作状态及参数；

所述的DSP模块处理及计算各分支接入的数据信息，并产生处理信息；

所述的A/D采集模块采集主电源功率因数等电参数，并实现信息数据的标准转化；

所述的通讯模块采集各无功补偿控制器的状态参数，用于无功补偿结构中的各无功补偿控制器进行数据通讯；

其中，DSP模块、A/D采集模块、I/O模块、DP显示模块、通讯模块之间通过CAN总线连接，所述DSP模块、A/D采集模块、I/O模块、DP显示模块、通讯模块分别与SW电源模块电连接。

本发明所提供的一种无功补偿控制器的控制方法，其特征在于，包括无功补偿结构中第一级的总无功补偿控制器以及其他级的各分支无功补偿控制器，总无功补偿控制器与各分支无功补偿控制器通过通讯模块进行数据通讯；总无功补偿控制器A/D的采集模块采集主电源功率因数，通过通讯模块采集各分支无功补偿控制器的功率因数，并经DSP模块分析比较，选择对应分支补偿回路进行补偿，其中，设定在第一级的总无功控制器为发送调度信号的控制主机。

进一步的，在选择对应分支补偿回路进行补偿处理过程中，具体包括以下事件处理机制：

总无功补偿控制器采集的功率因数满足条件时，不发调度信号，各分支无功补偿控制器自动按分支节点处的功率因数目标调节补偿电容器；

总无功补偿控制器采集的功率因数不满足条件时，总无功补偿控制器采集各分支无功补偿控制器的控制参数，找出功率因数不足的分支节点处的无功补偿控制器及其无功缺额，通过总无功补偿控制器与其他分支无功补偿控制器的通讯，从其他分支无功补偿控制器或总无功补偿控制器的无功补偿电容器组中找出空闲的电容器组，且总无功补偿控制器向空闲电容器组对应的所在级节点处的无功补偿控制器发调度信号，使其补偿缺额的无功量。

本发明所提供的无功补偿控制器，应用在无功补偿结构中的补偿分支越多，如有2、3、4、5、6……n等多个分支节点时，联级补偿效果越好，且能够充分利用无功设备的总安装容量，从而通过联动无功补偿结构中的上下级各节点处的无功补偿控制器并实现通讯，形成联动补偿控制。

附图说明

图1为现有技术无功补偿结构的示意图；

图2为本发明无功补偿控制器的结构示意图；

图3为本发明的应用示意图；

图4为本发明无功补偿控制器的工作原理图；

图5为本发明无功补偿控制器应用在无功补偿结构中的控制原理图。

具体实施方式

如图2-5所示，本发明所提供的无功补偿控制器，包括SW电源模块5、I/O模块6，DP显示模块7、DSP模块8、A/D采集模块9、通讯模块10，SW电源模块为装置提供工作电源；I/O模块为控制器输入输出接口；DP显示模块显示控制器工作状态及参数；DSP模块处理及计算各分支接入的数据信息，并产生处理信息；A/D采集模块采集主电源功率因数等电参数，并实现信息数据的标准转化；通讯模块采用RS485通讯模块采集各无功补偿控制器的状态参数，用于无功补偿结构中的各无功补偿控制器进行数据通讯；其中，DSP模块、A/D采集模块、I/O模块、DP显示模块、通讯模块之间通过CAN总线连接，所述DSP模块、A/D采集模块、I/O模块、DP显示模块、通讯模块分别与SW电源模块电连接。

本发明所提供的一种无功补偿控制器的控制方法，包括无功补偿结构中第一级的总无功补偿控制器以及其他级的各分支无功补偿控制器，总无功补偿控制器与各分支无功补偿控制器通过通讯模块进行数据通讯；总无功补偿控制器A/D的采集模块采集主电源功率因数，通过RS485的通讯模块采集各分支无功补偿控制器的功率因数，并经DSP模块分析比较，选择对应分支补偿回路进行补偿，其中，设定在第一级的总无功控制器为发送调度信号的控制主机。

在选择对应分支补偿回路进行补偿处理过程中，具体包括以下事件处理机制：

总无功补偿控制器采集的功率因数满足条件时，不发调度信号，各分支无功补偿控制器自动按分支节点处的功率因数目标调节补偿电容器；

总无功补偿控制器采集的功率因数不满足条件时，总无功补偿控制器采集各分支无功补偿控制器的控制参数，找出功率因数不足的分支节点处的无功补偿控制器及其无功缺额，通过总无功补偿控制器与其他分支无功补偿控制器的通讯，从其他分支无功补偿控制器或总无功补偿控制器的无功补偿电容器组中找出空闲的电容器组，且总无功补偿控制器向空闲电容器组对应的所在级节点处的无功补偿控制器发调度信号，使其补偿缺额的无功量。

下面，通过列举本发明的一个二级三节点的应用实施例的控制过程，对本发明做进一步的描述说明。如图3、图5所示的无功补偿结构中，包括第一级的总无功补偿控制器1以及第二级的第一分支无功补偿控制器2以及第二分支无功补偿控制器3，具体控制过程包括以下情况：

当总无功补偿控制器的功率因数满足条件时，第一分支无功补偿控制器、第二分支无功补偿控制器自动按分支节点处的功率因数目标调节补偿电容器，自动补偿节点功率因数。

当总无功补偿控制器功率因数不满足条件时，第一分支无功补偿控制器、进行分支补偿，自动补偿对应的所在级节点处的节点功率因数至最大补偿容量(即该支点电容回路已全部投入)，若仍有未达到理想功率因数的状态，由总无功补偿控制器进行空余容量补足；其中，若在此时，第一分支无功补偿控制器上游节点处的总无功补偿控制器至最大补偿容量时(即该支点电容回路已全部投入)，补偿仍然不足，第二分支无功补偿控制器经总无功补偿控制器的DSP模块分析安全时进行空余容量补足，直至达到总无功补偿控制器的功率因数。

这样，对应在背景技术中的同上情况，当应用本发明后，就能有效解决上述情况1、情况2的问题，具体情况分析如下：

情况1：系统阈值上下限分别为0.98与0.93，总无功补偿控制器1、第一分支无功补偿控制器2采集都为0.85时，主控制器的控制器1根据第一分支无功补偿控制器2反馈数据，优先让第一分支无功补偿控制器2先投入电容器组，如果无功缺额是20kvar,而总无功补偿控制器1、第一分支无功补偿控制器2的电容单组容量也是20kvar,第一分支无功补偿控制器2处增加补偿了20kvar，功率因数达到了0.95，总无功补偿控制器1、第一分支无功补偿控制器2就达到了补偿目标，总无功补偿控制器1的电容器组就不再投入，如果缺额较大，第一分支无功补偿控制器2的电容器组全部投入控制器1的目标仍不到0.93，则总无功补偿控制器1的电容器组再投入，直至达到补偿目标，系统处于稳定状态。

情况2：系统阈值上下限分别为0.98与0.93，总无功补偿控制器1、第一分支无功补偿控制器2采集都为0.85时，总无功补偿控制器1、第一分支无功补偿控制器2的所有电容器组已经全部投入，没有可投的电容器组了，而第二分支无功补偿控制器3的电容器组还有部分未投，而第二分支无功补偿控制器3处的功率因数是0.95，这时总无功补偿控制器1、第一分支无功补偿控制器2都欠补，第二分支无功补偿控制器3闲置电容器组，系统功率因数达不到总无功补偿控制器1的目标功率因数，此时，总无功补偿控制器1通过通讯线路查询第一分支无功补偿控制器2、第二分支无功补偿控制器3的状态，确定第二分支无功补偿控制器3处闲置电容器组，总无功补偿控制器1通过通讯模块发出调度讯号，强制投入第二分支无功补偿控制器3的电容器组，直至总无功补偿控制器1达到目标功率因数或者第二分支无功补偿控制器3所有电容器组都投入运行，以此有效避免了节点处电容器组的闲置，且依上述工作原理推算，本发明的应用，能够有效联动各级各个节点处的无功补偿控制器，形成一个统一的联动补偿控制。

Claims (3)

1.一种无功补偿控制器，其特征在于，包括SW电源模块、I/O模块，DP显示模块、DSP模块、A/D采集模块、通讯模块，

所述的SW电源模块为装置提供工作电源；

所述的I/O模块为控制器输入输出接口；

所述的DP显示模块显示控制器工作状态及参数；

所述的DSP模块处理及计算各分支接入的数据信息，并产生处理信息；

所述的A/D采集模块采集主电源功率因数等电参数，并实现信息数据的标准转化；

所述的通讯模块采集各无功补偿控制器的状态参数，用于无功补偿结构中的各无功补偿控制器进行数据通讯；

其中，DSP模块、A/D采集模块、I/O模块、DP显示模块、通讯模块之间通过CAN总线连接，所述DSP模块、A/D采集模块、I/O模块、DP显示模块、通讯模块分别与SW电源模块电连接。

2.根据权利要求1所述的一种无功补偿控制器的控制方法，其特征在于，包括无功补偿结构中第一级的总无功补偿控制器以及其他级的各分支无功补偿控制器，总无功补偿控制器与各分支无功补偿控制器通过通讯模块进行数据通讯；总无功补偿控制器A/D的采集模块采集主电源功率因数，通过通讯模块采集各分支无功补偿控制器的功率因数，并经DSP模块分析比较，选择对应分支补偿回路进行补偿，其中，设定在第一级的总无功控制器为发送调度信号的控制主机。

3.根据权利要求2所述的一种无功补偿控制器的控制方法，其特征在于，在选择对应分支补偿回路进行补偿处理过程中，具体包括以下事件处理机制：

总无功补偿控制器采集的功率因数满足条件时，不发调度信号，各分支无功补偿控制器自动按分支节点处的功率因数目标调节补偿电容器；

总无功补偿控制器采集的功率因数不满足条件时，总无功补偿控制器采集各分支无功补偿控制器的控制参数，找出功率因数不足的分支节点处的无功补偿控制器及其无功缺额，通过总无功补偿控制器与其他分支无功补偿控制器的通讯，从其他分支无功补偿控制器或总无功补偿控制器的无功补偿电容器组中找出空闲的电容器组，且总无功补偿控制器向空闲电容器组对应的所在级节点处的无功补偿控制器发调度信号，使其补偿缺额的无功量。