CN111092431A - 具有保护功能的电网用智能可变电容器 - Google Patents

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史宇超
黄晓波
罗少杰
尤敏
许杰
汤明
崔俊杰
戴世强
郑升讯
李旭东
郑皓元
金楷
郑正仙
苏斌
蒋燕萍
严性平
柴勇
王荣波
赵家松
魏雷
顾海睿
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Abstract

本发明公开了一种具有保护功能的电网用智能可变电容器，包括控制器，控制器与用于检测三相母线电压过零信号的母线过零检测模块相连，控制器与用于检测三相母线电流、电压的母线电流检测模块、母线电压检测模块相连，控制器与用于根据母线电流检测模块、母线电压检测模块的检测数据计算投切电容数值的计算匹配模块相连，控制器与用于根据计算匹配模块的计算结果生成编码方案，并控制继电器组向电网接入选定电容的编码器组相连，继电器组与包括多个互相并联电容的电容器组相连；本发明提供的技术方案能够有效克服现有技术所存在的不能根据电网的运行情况及时调节接入电网的电容大小、缺乏电容器保护功能的缺陷。

Description

具有保护功能的电网用智能可变电容器
技术领域
本发明涉及一种具有保护功能的电网用智能可变电容器。
背景技术
由于非线性用电(感性负载和容性负载)的大量存在，在电力网络建设、改造和运行过程中，消除由此产生的无功功率和谐波成为必不可少的需求。如何更加有效地补偿无功功率和消除谐波，提高电能质量，已成为现代电网运行和管理的关注焦点。
现有的无功补偿和消谐技术中，一般都采一组固定值的电容器，虽然可以获得不同级的电容值，但因其获得的电容值与实际控制需要的电容值之间可能存在较大差异，往往与负载网络电流、相位、谐波等变化的多样性、随机性和频繁性不相适应，不能实现精确控制。
在现代电力系统的实际运行中，无功功率和谐波不断变化是常态，而设计的治理方案又因网络负载特性的不断变化，往往会蜕变为针对特例的对策。治理对策不能及时随谐波频率的漂移而变化，电能质量不能得到根本改善。此外，现有电网中的可变电容器缺乏保护功能，在电网出现故障或电压变化较大的情况下，容易导致可变电容器击穿。
发明内容
针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了一种具有保护功能的电网用智能可变电容器，能够有效克服现有技术所存在的不能根据电网的运行情况及时调节接入电网的电容大小、缺乏电容器保护功能的缺陷。
为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案予以实现：
具有保护功能的电网用智能可变电容器，包括控制器，所述控制器与用于检测三相母线电压过零信号的母线过零检测模块相连，所述控制器与用于检测三相母线电流、电压的母线电流检测模块、母线电压检测模块相连，所述控制器与用于根据所述母线电流检测模块、母线电压检测模块的检测数据计算投切电容数值的计算匹配模块相连；
所述控制器与用于根据所述计算匹配模块的计算结果生成编码方案，并控制继电器组向电网接入选定电容的编码器组相连，所述继电器组与包括多个互相并联电容的电容器组相连；
所述控制器与用于检测所述电容器组工作状态的电流传感器、电压传感器、温度传感器相连，所述控制器与用于根据所述电容器组工作状态输出不同占空比PWM信号的PWM输出模块相连，所述PWM输出模块与用于驱动DC/DC转换模块的IGBT模块相连，所述DC/DC转换模块与供电模块相连，所述DC/DC转换模块与高频变压器的原边耦合，所述高频变压器的副边与所述电容器组耦合，并在所述电容器组两端产生反向电压。
优选地，所述控制器根据所述母线电流检测模块、母线电压检测模块的检测数据计算母线上的有功功率、无功功率、视在功率、电压有效值、电流有效值。
优选地，所述母线过零检测模块检测到三相母线的电压过零信号时，所述控制器根据编码方案控制所述编码器组通过所述继电器组将所述电容器组中选定电容接入电网。
优选地，所述电容器组中的各电容与所述编码器组中的编码一一对应，所述继电器组中的继电器与所述电容器组中的电容一一串联。
优选地，所述DC/DC转换模块对所述供电模块进行初步升降压，所述高频变压器对所述DC/DC转换模块进行进一步升降压。
优选地，所述DC/DC转换模块采用SEPIC模块。
优选地，所述控制器还与无线通信模块、显示模块相连。
与现有技术相比，本发明所提供的一种具有保护功能的电网用智能可变电容器，具有以下有益效果：
1、母线过零检测模块检测三相母线电压过零信号，母线电流检测模块、母线电压检测模块检测三相母线电流、电压，计算匹配模块根据母线电流检测模块、母线电压检测模块的检测数据计算投切电容数值，控制器根据计算匹配模块的计算结果生成编码方案，并通过编码器组控制继电器组向电网接入电容器组中的选定电容，从而能够根据电网的运行情况及时调节接入电网的电容大小；
2、电流传感器、电压传感器、温度传感器检测电容器组工作状态，PWM输出模块根据电容器组工作状态输出不同占空比PWM信号，IGBT模块接收PWM信号驱动DC/DC转换模块，DC/DC转换模块与高频变压器的原边耦合，高频变压器的副边与电容器组耦合，并在电容器组两端产生反向电压，利用反向电压抵消因电网出现故障或电压变化较大的情况下在电容器组两端产生的过载电压，从而能够起到对电容器组的有效保护，避免电容器组被击穿。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明系统示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种具有保护功能的电网用智能可变电容器，如图1所示，包括控制器，控制器与用于检测三相母线电压过零信号的母线过零检测模块相连，控制器与用于检测三相母线电流、电压的母线电流检测模块、母线电压检测模块相连，控制器与用于根据母线电流检测模块、母线电压检测模块的检测数据计算投切电容数值的计算匹配模块相连；
控制器与用于根据计算匹配模块的计算结果生成编码方案，并控制继电器组向电网接入选定电容的编码器组相连，继电器组与包括多个互相并联电容的电容器组相连；
控制器与用于检测电容器组工作状态的电流传感器、电压传感器、温度传感器相连，控制器与用于根据电容器组工作状态输出不同占空比PWM信号的PWM输出模块相连，PWM输出模块与用于驱动DC/DC转换模块的IGBT模块相连，DC/DC转换模块与供电模块相连，DC/DC转换模块与高频变压器的原边耦合，高频变压器的副边与电容器组耦合，并在电容器组两端产生反向电压。
控制器根据母线电流检测模块、母线电压检测模块的检测数据计算母线上的有功功率、无功功率、视在功率、电压有效值、电流有效值。
母线过零检测模块检测到三相母线的电压过零信号时，控制器根据编码方案控制编码器组通过继电器组将电容器组中选定电容接入电网。
电容器组中的各电容与编码器组中的编码一一对应，继电器组中的继电器与电容器组中的电容一一串联。
DC/DC转换模块对供电模块进行初步升降压，高频变压器对DC/DC转换模块进行进一步升降压。
DC/DC转换模块采用SEPIC模块。
控制器还与无线通信模块、显示模块相连。
母线过零检测模块检测三相母线电压过零信号，母线电流检测模块、母线电压检测模块检测三相母线电流、电压，计算匹配模块根据母线电流检测模块、母线电压检测模块的检测数据计算投切电容数值，控制器根据计算匹配模块的计算结果生成编码方案，并通过编码器组控制继电器组向电网接入电容器组中的选定电容，从而能够根据电网的运行情况及时调节接入电网的电容大小。
控制器根据母线电流检测模块、母线电压检测模块的检测数据计算母线上的有功功率、无功功率、视在功率、电压有效值、电流有效值。
母线过零检测模块检测到三相母线的电压过零信号时，控制器根据编码方案控制编码器组通过继电器组将电容器组中选定电容接入电网。
电容器组中的各电容与编码器组中的编码一一对应，继电器组中的继电器与电容器组中的电容一一串联。
电流传感器、电压传感器、温度传感器检测电容器组工作状态，PWM输出模块根据电容器组工作状态输出不同占空比PWM信号，IGBT模块接收PWM信号驱动DC/DC转换模块，DC/DC转换模块与高频变压器的原边耦合，高频变压器的副边与电容器组耦合，并在电容器组两端产生反向电压，利用反向电压抵消因电网出现故障或电压变化较大的情况下在电容器组两端产生的过载电压，从而能够起到对电容器组的有效保护，避免电容器组被击穿。
DC/DC转换模块对供电模块进行初步升降压，高频变压器对DC/DC转换模块进行进一步升降压。DC/DC转换模块采用SEPIC模块。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种用于电网具有保护功能的智能可变电容器，其特征在于：包括控制器，所述控制器与用于检测三相母线电压过零信号的母线过零检测模块相连，所述控制器与用于检测三相母线电流、电压的母线电流检测模块、母线电压检测模块相连，所述控制器与用于根据所述母线电流检测模块、母线电压检测模块的检测数据计算投切电容数值的计算匹配模块相连；
所述控制器与用于根据所述计算匹配模块的计算结果生成编码方案，并控制继电器组向电网接入选定电容的编码器组相连，所述继电器组与包括多个互相并联电容的电容器组相连；
所述控制器与用于检测所述电容器组工作状态的电流传感器、电压传感器、温度传感器相连，所述控制器与用于根据所述电容器组工作状态输出不同占空比PWM信号的PWM输出模块相连，所述PWM输出模块与用于驱动DC/DC转换模块的IGBT模块相连，所述DC/DC转换模块与供电模块相连，所述DC/DC转换模块与高频变压器的原边耦合，所述高频变压器的副边与所述电容器组耦合，并在所述电容器组两端产生反向电压。
2.根据权利要求1所述的用于电网具有保护功能的智能可变电容器，其特征在于：所述控制器根据所述母线电流检测模块、母线电压检测模块的检测数据计算母线上的有功功率、无功功率、视在功率、电压有效值、电流有效值。
3.根据权利要求1所述的用于电网具有保护功能的智能可变电容器，其特征在于：所述母线过零检测模块检测到三相母线的电压过零信号时，所述控制器根据编码方案控制所述编码器组通过所述继电器组将所述电容器组中选定电容接入电网。
4.根据权利要求3所述的用于电网具有保护功能的智能可变电容器，其特征在于：所述电容器组中的各电容与所述编码器组中的编码一一对应，所述继电器组中的继电器与所述电容器组中的电容一一串联。
5.根据权利要求1所述的用于电网具有保护功能的智能可变电容器，其特征在于：所述DC/DC转换模块对所述供电模块进行初步升降压，所述高频变压器对所述DC/DC转换模块进行进一步升降压。
6.根据权利要求5所述的用于电网具有保护功能的智能可变电容器，其特征在于：所述DC/DC转换模块采用SEPIC模块。
7.根据权利要求1所述的用于电网具有保护功能的智能可变电容器，其特征在于：所述控制器还与无线通信模块、显示模块相连。
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