CN111786394B - 一种无功补偿控制器及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型无功补偿控制器及控制方法，此控制器包括DSP控制模块、A/D采集模块、锁相环模块、网络通讯模块、输入输出模块、继电器模块、信号调理模块和SW电源模块，此控制方法包括以下控制步骤：通过信号输入单元设定安全值，并读取配电网的初始数据；测定投入的每组无功补偿电容器组的容量；测定配电网的电压值和电流值，对应计算出配电网的无功功率和功率因数；判断产生并联谐振，逐次判断并投入相应数量的无功补偿电容器组；本发明中提出的新型无功补偿控制器具有高效且经济的特点，通过此控制器的控制方法能够方便测定配电网可能产生的并联谐振，并通过计算得出的无功功率和功率因数来匹配最佳补偿效果的电容器组。

Description

一种无功补偿控制器及控制方法
技术领域
本发明涉及无功补偿技术领域，尤其涉及一种无功补偿控制器及控制方法。
背景技术
由于电力电子装置的应用日益广泛，以及大量非线性负荷在低压配电网中广泛应用，低压配电网的谐波污染越来越严重，对无功补偿装置造成了十分严重的危害，并影响到了配电网的安全稳定运行。由于成本价格十分低廉，操作控制非常简单，电容器投切式无功补偿装置在低压配电网中的应用十分广泛；但由于配电变压器在谐波频率上呈现感性，因此经常会出现无功补偿电容器组及配电变压器之间发生并联谐振或串联谐振，引起谐波放大，造成补偿电容器组或配电变压器损坏现象。目前的国际性难点是如何用最低的经济成本解决这个长期困扰供电方和用户的严重问题。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述现有无功补偿控制器存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明要解决的一个技术问题是提供一种无功补偿控制器，其目的在于通过此控制器来控制投切在低压配电网中无功补偿电容器组的数量。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种无功补偿控制器，此控制器包括DSP控制模块、A/D采集模块、锁相环模块、网络通讯模块、输入输出模块、继电器模块、信号调理模块和SW电源模块，其中，DSP控制模块，所述DSP控制模块分别与A/D采集模块、锁相环模块进行连接，并获取二者的输入信号，并且所述A/D采集模块还与所述锁相环模块相连；网络通讯模块，与所述DSP控制模块连接，接收并发送来自所述DSP控制模块的数据信息；以及，输入输出模块和继电器模块分别连接于所述DSP控制模块的输出端口，通过所述输入输出模块显示控制器的工作状态及参数，通过所述继电器模块控制无功补偿电容器的通断；信号调理模块，接收外部输入信号，并分别输出调理信号给所述A/D采集模块和锁相环模块；SW电源模块，分别与上述各模块相连，为各模块提供电源。
作为本发明所述无功补偿控制器的一种优选方案，其中：所述DSP控制模块具有多个端口，通过数据总线分别连接所述A/D采集模块和锁相环模块，通过数据总线及I/O串口线与所述输入输出模块相连，通过SCI串口与所述网络通讯模块相连，以及通过I/O串口线与所述继电器模块相连。
作为本发明所述无功补偿控制器的一种优选方案，其中：所述锁相环模块包括整形电路、锁相电路和CPLD电路，所述整形电路与锁相电路单向连接，而所述锁相电路与CPLD电路双向连接。
作为本发明所述无功补偿控制器的一种优选方案，其中：所述CPLD电路中具有计数器和至少两个预分频器，产生启动脉冲串信号和角度信号，所述启动脉冲串信号输出给所述A/D采集模块。
作为本发明所述无功补偿控制器的一种优选方案，其中：具有信号输入单元和显示输出单元，所述信号输入单元产生指令信号，输出给所述DSP控制模块。
本发明要解决的另一个技术问题是提供一种无功补偿控制器的控制方法，其目的在于如何控制此控制器来控制投切在低压配电网中无功补偿电容器组的数量。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种无功补偿控制器的控制方法，采用上述的无功补偿控制器，包括以下控制步骤：通过所述信号输入单元设定安全值，并读取配电网的初始数据；测定投入的每组无功补偿电容器组的容量，并定期更新测定值；测定配电网的电压值和电流值，对应计算出配电网的无功功率和功率因数，并定期更新测定值；判断投入的无功补偿电容器组是否会与系统感抗产生并联谐振，逐次判断并投入相应数量的无功补偿电容器组。
作为本发明所述无功补偿控制器的控制方法一种优选方案，其中：通过所述信号输入单元设定安全值，信号输入单元产生的A相电压(或B相电压、C相电压)信号经所述整形电路整形后输入所述锁相电路中，再通过所述CPLD电路后输出，获取该相电压的基波频率相位角；读取配电网的初始数据，通过提取配电网中的第17次谐波电压和电流，计算得出配电网在公共连接点的系统电抗。
作为本发明所述无功补偿控制器的控制方法一种优选方案，其中：测定投入的每组无功补偿电容器组的容量，先投入第一组无功补偿电容器组，提取配电网中的第5次谐波的电压值和电流值，计算得出第一组的无功补偿电容器组容量；退出第一组无功补偿电容器组，再投入第二组无功补偿电容器组，重复提取及计算步骤，得到第二组的无功补偿电容器组容量；以此类推，可计算得出第N组的电容器组容量。
作为本发明所述无功补偿控制器的控制方法一种优选方案，其中：通过测定配电网的电压值和电流值，提取基波的三相电压值及电流值，计算得出各相电压的有效值及电流的有效值，进而计算出配电网基波的无功功率；再依据负载侧谐波的电流含量、电压含量及基波电压电流相位角，计算得出负载侧的功率因数。
作为本发明所述无功补偿控制器的控制方法一种优选方案，其中：判断投入的无功补偿电容器组是否会在既有谐波频率上与系统感抗产生并联谐振，当产生并联谐振时，计算出在各次谐波频率下的系统侧的谐波电流值，以及投入的每组无功补偿电容器组的谐波电流值，通过校验二者是否处于配电变压器和无功补偿电容器的承受范围来调整投入或切除无功补偿电容器组的数量。
本发明的有益效果：
本发明中提出的无功补偿控制器具有高效且经济的特点，通过此控制器的控制方法能够方便测定配电网可能产生的并联谐振，并通过计算得出的无功功率和功率因数来匹配最佳补偿效果的电容器组。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本发明无功补偿控制器的整体模块连接示意图。
图2为本发明无功补偿控制器的锁相环模块原理示意图。
图3为本发明无功补偿控制器的继电器模块电路图。
图4为本发明控制方法的17次谐波电压信号提取算法原理框图。
图5为本发明控制方法的17次谐波电流信号提取算法原理框图。
图6为本发明控制方法的5次谐波电压信号提取算法原理框图。
图7为本发明控制方法的5次谐波电压信号提取算法原理框图。
图8为本发明控制方法的5次谐波电压信号提取算法原理框图。
图9为本发明控制方法的5次谐波电压信号提取算法原理框图。
图10为本发明控制方法的步骤流程图。
图11为配电网中发生并联谐振的原理电路图。
图12为应用场景中某企业配电系统单线图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
再其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
实施例1
参照图1，为本发明第一个实施例，提供了一种无功补偿控制器，此控制器包括以下各模块：DSP控制模块100、A/D采集模块200、锁相环模块300、网络通讯模块400、输入输出模块500(附图中未标出)、继电器模块600、信号调理模块700和SW电源模块800，其中，DSP控制模块100，DSP控制模块100分别与A/D采集模块200、锁相环模块300进行连接，并获取二者的输入信号，并且A/D采集模块200还与锁相环模块300相连；网络通讯模块400，与DSP控制模块100连接，接收并发送来自DSP控制模块100的数据信息；以及，输入输出模块500和继电器模块600分别连接于DSP控制模块100的输出端口，通过输入输出模块500显示控制器的工作状态及参数，通过继电器模块600控制无功补偿电容器的通断；信号调理模块700，接收外部输入信号，并分别输出调理信号给A/D采集模块200和锁相环模块300；SW电源模块800，分别与上述各模块相连，为各模块提供电源。
其中，DSP控制模块100为主控模块，用于逻辑判断和信息处理，在接收各种输入信号后，分析处理再输出处理信号；A/D采集模块200用于在启动脉冲串信号的控制下对三相电压电流进行同步采样及模数转换；锁相环模块300用于锁定交流电压的相位，并给DSP控制模块100提供角度信号及给A/D采集模块200提供启动脉冲串信号；网络通讯模块400用于采集本控制器的各种状态参数，并通过网络向主站发送和接收信息；输入输出模块500用于此控制器的参数输入，以及工作状态及数据的显示输出，具有输入操作的命令；继电器模块600用于控制无功补偿电容器组的投切，其控制电路如图3所示；信号调理模块700用于对输入的三相电压电流信号进行信号调理；而SW电源模块800为本控制器提供所有的直流工作电源。
具体的，三相电压电流信号输入，先经过信号调理模块700调理，一部分输送给A/D采集模块200，另一部分输入给锁相环模块300，而锁相环模块300对输入的电压经过锁相后分别产生启动脉冲串和角度信号；其中，启动脉冲串输入给A/D采集模块200，并控制A/D采集模块200对三相电压电流进行同步采样和模数转换，角度信号输入给DSP控制模块100；DSP控制模块100接收并处理模数转换的电信号和角度信号，而后将计算处理的参数通过输入输出模块500输出显示，通过继电器模块600输出控制动作，并通过网络通讯模块400向外进行信息交互。
实施例2
参照图1～3，为本实用的第二个实施例，该实施例不同于第一个实施例的是：DSP控制模块100具有多个端口，通过数据总线分别连接A/D采集模块200和锁相环模块300，通过数据总线及I/O串口线与输入输出模块500相连，通过SCI串口与网络通讯模块400相连，以及通过I/O串口线与继电器模块600相连。
锁相环模块300包括整形电路301、锁相电路302和CPLD电路303，整形电路301与锁相电路302单向连接，而锁相电路302与CPLD电路303双向连接。CPLD电路303中具有计数器和至少两个预分频器，产生启动脉冲串信号和角度信号，启动脉冲串信号输出给A/D采集模块200。
具有信号输入单元501和显示输出单元502，所述信号输入单元501产生指令信号，输出给所述DSP控制模块100。
相较于实施例1，进一步的，DSP控制模块100的多个端口，分别用于连接不同的模块，通过数据总线D0～D15连接A/D采集模块200并读入其输出的三相电压电流信号，通过数据总线D0～D9连接锁相环模块300并读入其输出的角度信号，通过数据总线及I/O串口线与输入输出模块500连接并进行信号交互，通过SCI串口与网络通讯模块400进行信号传递，以及通过I/O串口线与继电器模块600连接并控制其信号的输出。
更进一步的，结合附图2，锁相环模块300中包括有整形电路301、锁相电路302和CPLD电路303，其中，整形电路301用于将输入至锁相环模块300中的电压信号整成所需的方波信号，而后再输送给锁相电路302。锁相电路302采用型号为CD4046的锁相芯片，用于对输入的方波信号及输入的预分频信号进行鉴相，并进行相位锁定；其中，方波信号接入锁相芯片CD4046的第14引脚，而输入的预分频信号来自CPLD电路303中的1024倍预分频器，其接入锁相芯片CD4046的第3引脚。而CPLD电路303则用于对相位锁定后得到的高频信号进行预分频，分频产生启动脉冲信号和角度信号；CPLD电路303中的计数器采用10位计数器，用于循环计数，且其循环计数值代表当前时刻基波电压相位的角度；CPLD电路303中包括至少两个预分频器，为8倍预分频器和1024倍预分频器。
输入输出模块500具有信号输入单元501，此信号输入单元501可用于人为主动的输入设定参数，从而产生指令信号，指令信号输出给DSP控制模块100，从而进行控制器的整体控制。
其余结构与实施例1的结构相同。
实施例3
结合附图4～12，为本实用的第三个实施例，提供了一种无功补偿控制器的控制方法，该控制方法采用上述的无功补偿控制器，包括以下控制步骤：
通过所述信号输入单元501设定安全值，并读取配电网的初始数据。
测定投入的每组无功补偿电容器组的容量，并定期更新测定值。
测定配电网的电压值和电流值，对应计算出配电网的无功功率和功率因数，并定期更新测定值。
判断投入的无功补偿电容器组是否会与系统电抗产生并联谐振，逐步判断并投入或切除相应数量的无功补偿电容器组。
通过所述信号输入单元501设定安全值，信号输入单元501产生的A相电压(或B相电压、C相电压)信号经所述整形电路301整形后输入所述锁相电路302中，再通过所述CPLD电路303后输出，获取该相电压的基波频率相位角；读取配电网的初始数据，通过提取配电网中的第17次谐波电压和电流，计算得出配电网在公共连接点的系统电抗。
测定投入的每组无功补偿电容器组的容量，先投入第一组无功补偿电容器组，提取配电网中的第y次谐波的电压值和电流值，计算得出第一组的无功补偿电容器组容量；退出第一组无功补偿电容器组，再投入第二组无功补偿电容器组，重复提取及计算步骤，得到第二组的无功补偿电容器组容量；以此类推，可计算得出第N组的电容器组容量。
通过测定配电网的电压值和电流值，提取基波的三相电压值及电流值，计算得出各相电压及电流的有效值，进而计算出配电网基波的无功功率；再依据负载侧谐波的电流含量、电压含量及基波电压电流相位角，计算得出负载侧的功率因数。
判断投入的无功补偿电容器组是否会在既有谐波频率上与系统感抗产生并联谐振，当产生并联谐振时，计算出在各次谐波频率下的系统侧的谐波电流值，以及投入的每组无功补偿电容器组的谐波电流值，通过校验二者是否处于配电变压器和无功补偿电容器的承受范围来调整投入或切除无功补偿电容器组的数量。
具体的，信号输入单元501可以设定对配电变压器和无功补偿电容器组进行安全参数设定，通过信号输入单元501输入，输入产生的三相电压信号输入至锁相电路302中；以三相电压中的A相电压为例，A相电压ea经过整形电路301后被整成方波信号ea1，而后再送入锁相电路302中锁相芯片CD4046的第14脚，与经过1024倍预分频器后送入锁相芯片CD4046的第3脚的信号ea2进行90度鉴相，在经过相位锁定后，输出高频信号；此高频信号送入CPLD电路303中的8倍预分频器，从8倍预分频器中输出的信号第一路送入A/D采集模块200，作为A/D采集模块200的启动转换控制，第二路送入10位计数器中进行循环计数，第三路送入1024倍预分频器中进行分频，得到送入锁相芯片CD4046第3脚的信号ea2，如说明书附图2所示。
其中，10位计数器的循环计数值代表当前时刻基波电压的相位角度θ1，由于奇数次谐波为负序，从这个角度信号能够推断出5次谐波电压的当前相位角度θ5为-5θ1，17次谐波电压的当前相位角度θ17为-17θ1。
对于配电网来说，谐波频率越高，电抗越大，容抗越小，当谐波频率达到基波频率的17倍时基本可以忽略容抗的影响，只考虑电抗。因此根据改进的瞬时无功功率理论，现提取第17次的谐波电压和谐波电流；对于谐波电流来说，谐波电流是从谐波负载侧流向系统侧，可通过计算第17次谐波在公共连接点的阻抗来得出公共连接点的系统电抗。
结合附图4和5，获取第17次谐波A相电压的三个值(当前值Ua17(0)、延时120度Ua17(120)和延时240度Ua17(240))通过公式(1)，计算得出第17次谐波A相电压的有效值Ua17m，同理，能够计算出第17次谐波B相电压的有效值Ub17m和第17次谐波C相电压的有效值Uc17m。
Figure GDA0003325214420000081
同样，通过公式(2)能够计算出第17次谐波的A相电流有效值Ia17m、B相电流有效值Ib17m的和C相电流有效值Ic17m。
Figure GDA0003325214420000082
依据上述得到的谐波电压和电流的有效值，可以通过公式(3)计算出该公共连接点的系统基波电抗Xs。
Figure GDA0003325214420000083
需要说明得是，系统电抗需时常更新，原因在于：由于系统的网络结构会经常随着系统运行方式的变化而改变导致系统基波电抗产生变化，而系统基波阻抗影响无功补偿装置与系统基波电抗之间的并联谐振校验结果，关系到无功补偿装置的安全。
测定投入的每组无功补偿电容器组的容量，并定期更新测定值。
测定无功补偿装置的每组无功补偿电容器的容量，先投入第一组无功补偿电容器，提取配电网中的第5次谐波的电压值和电流值，计算得出第一组的无功补偿电容器组容量；退出第一组无功补偿电容器组，再投入第二组无功补偿电容器组，重复提取及计算步骤，得到第二组的无功补偿电容器组容量；以此类推，可计算得出第N组的电容器组容量。
具体测定方法为，先在配电网中投入第一组无功补偿电容器，测量并提取配电母线上的三相电流和三相电压，以及无功补偿电容器上的三相电流和三相电压，根据改进的瞬时无功功率理论，现提取第5次的谐波电压(ua5、ub5、uc5)和第5次谐波电流(ia5、ib5、ic5)。需要说明的是，在此所使用的电压和电流都是经过模数转换的数字量(下同)，且5次谐波电压及电流信号提取算法的原理如附图6中所示。
结合附图6和7，分别取第5次谐波A相电压的三个值(当前值ua5(0)、延时120度ua5(120)和延时240度ua5(240))，通过公式(1)能够计算出第5次谐波A相电压的有效值Ua5m1，同理，可以计算出第5次谐波B相电压的有效值Ub5m1和第5次谐波C相电压的有效值Uc5m1。同样，通过公式(2)可计算出第5次谐波A相电流的有效值Ia5m1，同理，也可以计算出第5次谐波B相电流的有效值Ib5m1，第5次谐波C相电流的有效值Ic5m1。
依据上述测得的谐波电压电流的有效值，通过公式(4)可以计算出该组无功补偿电容器A相的容抗Xc1a，同理计算出B相和C相的容抗Xc1b和Xc1c，再通过公式(5)计算出该组无功补偿电容器的总容抗Xc1，依据获得的总容抗Xc1通过公式(6)计算得出该组无功补偿电容器的容量C1。
Figure GDA0003325214420000091
Xc1＝Xc1a+Xc1b+Xc1c (5)
Figure GDA0003325214420000092
注：f为配电网中交流电的基波频率。
在获得第一组无功补偿电容器的容量C1后，退出第一组无功补偿电容器，投入第二组无功补偿电容器，同理，依据上述步骤可计算出第二组无功补偿电容器的总容抗Xc2及容量C2，以此类推，可计算出第N组无功补偿电容器的总容抗XcN及容量CN。
将上述的测试结果存储于控制器的存储空间中，还需要注意的是，需要经常对各组无功补偿电容器的容抗值进行更新。
测定配电网中基波电压值和电流值，对应计算出配电网的无功功率和功率因数，并定期更新测定值。
通过测定配电网的电压值和电流值，提取基波的三相电压值及电流值，计算得出各相电压的有效值及电流的有效值，进而计算出配电网基波的无功功率；再依据负载侧谐波的电流含量、电压含量及基波电压电流相位角，计算得出负载侧的功率因数。
为测定配电网基波的无功功率，根据改进的瞬时无功功率，提取出配电网的基波电压(如附图8中所示)ua1、ub1、uc1和基波电流(如附图9中所示)ia1、ib1、ic1。分别取基波A相电压的三个值(当前值ua1(0)、延时120度ua1(120)和延时240度ua1(240))，通过公式(1)可计算得出基波A相电压的有效值Ua1m，同理，可以计算出基波B相电压的有效值Ub1m和基波C相电压的有效值Uc1m。同样，通过公式(2)可计算出基波A相电流的有效值Ia1m，同理，也可以计算出基波B相电流的有效值Ib1m，基波C相电流的有效值Ic1m。
结合附图8和9，由公式(7)依次计算出基波A相电压的无功功率QA，同理计算得出基波B相和C相的无功功率QB和QC，再通过公式(8)计算得到总无功功率QZ。
QA＝Ua1m*Ia1m (7)
QZ＝QA+QB+QC (8)
需要注意的时，此无功功率数值需定期计算并刷新。
再测定负载侧的总功率因数，由DSP控制模块100中的FFT软件模块计算负载侧电流ia、ib和ic的各次谐波电流含量和电压ua、ub和uc的各次谐波电压含量，以及基波电压电流相位角
Figure GDA0003325214420000101
那么A相功率因数为
Figure GDA0003325214420000102
B相功率因数为
Figure GDA0003325214420000103
C相功率因数为
Figure GDA0003325214420000104
因此由公式(9)得到总功率因数
Figure GDA0003325214420000105
Figure GDA0003325214420000106
依据得到的总功率因数
Figure GDA0003325214420000107
值判断是否需要进行无功补偿。
判断投入该组无功补偿电容器后无功补偿装置是否会与系统电抗产生并联谐振，经过安全性校验后，投入或切除相应数量的无功补偿电容器组。
判断投入该组无功补偿电容器组后无功补偿装置是否会与系统电抗产生并联谐振，当产生并联谐振时，计算出在各次谐波频率下的系统侧的谐波电流值，以及投入的每组无功补偿电容器组的谐波电流值，通过校验二者是否处于配电变压器或无功补偿电容器组的安全承受范围来调整投入的无功补偿电容器组的数量。
由于并联谐振会在电感和电容元件中产生很大的谐波电流，从而造成电气设备的损坏，因此需要避免在进行无功补偿时发生并联谐振，即避免在某次谐波频率下无功补偿电容器的容抗和系统电抗相等。并联谐振的原理电路如附图11所示。
设定发生并联谐振时谐波次数为n，负载侧该次谐波电流为In，流入系统侧的谐波电流Isn(如公式(10))和流入电容器的谐波电流Icn(如公式(11))分别如下。
Figure GDA0003325214420000111
Figure GDA0003325214420000112
即得到系统侧的谐波电流放大系数kIsn和无功补偿电容器侧的谐波电流放大系数kIcn：
Figure GDA0003325214420000113
Figure GDA0003325214420000114
在各次谐波频率上分别计算系统侧的谐波电流放大系数kIs5、kIs7、kIs11、kIs13、kIs17、kIs19等。
在各次谐波频率上分别计算负载侧的谐波电流放大系数kIc5、kIc7、kIc11、kIc13、kIc17、kIc19等。
分别计算在各次谐波频率上系统侧的谐波电流Is1、Is5、Is7、Is11、Is13、Is17、Is19等；并可根据公式(12)计算出系统侧的总电流Is。并判断总电流为Is是否在配电变压器等电气设备的安全承受范围内。
Figure GDA0003325214420000115
再分别计算在各次谐波频率上无功补偿电容器侧的谐波电流Ic1、Ic5、Ic7、Ic9、Ic11、Ic13、Ic17、Ic19等；并可根据公式(13)计算出每组无功补偿电容器侧的总电流Ic，再校验每组的总电流Ic是否在无功补偿电容器组的安全承受范围内，r为投入的无功补偿电容器组数。
Figure GDA0003325214420000116
依据校验结果，如系统侧总电流为Is在配电变压器等电气设备的安全承受范围内，且无功补偿电容器侧每组的总电流Ic在无功补偿电容器r组的安全承受范围内，则按照确定的无功补偿电容器的组数投入相应的无功补偿电容器。如任一校验结果不在对应侧的安全承受范围内，则调整投入的无功补偿电容器的组数(再增加或减少一组无功补偿电容器组)，并按照本控制方法进行重新计算，直到系统侧和无功补偿电容器侧的校验结果均处于对应侧的安全承受范围内，并通过继电器模块600投入相应数量的无功补偿电容器。
应用场景示例：
某企业配电系统(如附图12所示)负载侧安装有20组无功补偿电容器，每组容量5kvar,经过无功补偿控制器内部软件计算后得到400V配电系统的系统阻抗Xs为0.054Ω，当负载侧的无功补偿需求容量Sc为42kvar时，相当于需要投入8组无功补偿电容器，此时，无功补偿控制器的液晶显示屏上显示的负载电流数据如下：
谐波次数 1 5 7 11 13 17 19
电流值A 110 21 14 12 13 7.2 4.0
经过无功补偿控制器内部软件计算得到投入无功补偿电容器时系统侧的谐波电流放大系数kIs5、kIs7、kIs11、kIs13、kIs17、kIs19如下表所示：
Figure GDA0003325214420000121
Figure GDA0003325214420000131
可见当投入8组无功补偿电容器时会在5次谐波频率时发生严重的并联谐振，造成电容器组及变压器损坏。经过调整和优化，并进行效验，可以选择投入9组无功补偿电容器。
本无功补偿控制器的使用，能够只通过更换无功补偿控制器本身，即可以极低的成本实现无功补偿装置的安全运行，大大降低了无功补偿装置因发生并联谐振损坏的概率，提高了无功补偿装置的投入率，降低了线路损耗，减少了用户的电费损失和装置损失。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种无功补偿控制器的控制方法，其特征在于：包括无功补偿控制器，其包括：
DSP控制模块（100），所述DSP控制模块（100）分别与A/D采集模块（200）、锁相环模块（300）进行连接，并获取二者的输入信号，并且所述A/D采集模块（200）还与所述锁相环模块（300）相连；
网络通讯模块（400），与所述DSP控制模块（100）连接，接收并发送来自所述DSP控制模块（100）的数据信息；
输入输出模块（500）分别连接于所述DSP控制模块（100）的输入及输出端口，继电器模块（600）连接于所述DSP控制模块（100）的输出端口，通过所述输入输出模块（500）输入及输出控制器的参数和工作状态，通过所述继电器模块（600）控制无功补偿电容器的通断；
信号调理模块（700），接收外部输入信号，并分别输出调理信号给所述A/D采集模块（200）和锁相环模块（300）；以及，
SW电源模块（800），分别与上述各模块相连，为各模块提供电源；其中，
所述DSP控制模块（100）具有多个端口，通过数据总线分别连接所述A/D采集模块（200）和锁相环模块（300），通过数据总线及I/O串口线与所述输入输出模块（500）相连，通过SCI串口与所述网络通讯模块（400）相连，以及通过I/O串口线与所述继电器模块（600）相连；
所述锁相环模块（300）包括整形电路（301）、锁相电路（302）和CPLD电路（303），所述整形电路（301）与锁相电路（302）单向连接，而所述锁相电路（302）与CPLD电路（303）双向连接；
所述输入输出模块（500）具有信号输入单元（501）和显示输出单元（502），所述信号输入单元（501）产生指令信号，输出给所述DSP控制模块（100）；
还包括以下控制步骤：
通过所述信号输入单元（501）设定安全值，所述信号输入单元（501）产生的A相电压或B相电压或C相电压信号经所述整形电路（301）整形后输入所述锁相电路（302）中，再通过所述CPLD电路（303）后输出，获取该相电压的基波频率相位角；读取配电网的初始数据，通过提取配电网中的第17次谐波电压和电流，计算得出配电网在公共连接点的系统电抗；
测定投入的每组无功补偿电容器组的容量，并定期更新测定值；
测定配电网的电压值和电流值，对应计算出配电网的无功功率和功率因数，并定期更新测定值；
判断投入的无功补偿电容器组是否会与系统电抗产生并联谐振，逐步判断并投入或切除相应数量的无功补偿电容器组。
2.如权利要求1所述的无功补偿控制器的控制方法，其特征在于：测定投入的每组无功补偿电容器组的容量，先投入第一组无功补偿电容器组，提取配电网中的第5次谐波的电压值和电流值，计算得出第一组的无功补偿电容器组容量；
退出第一组无功补偿电容器组，再投入第二组无功补偿电容器组，重复提取及计算步骤，得到第二组的无功补偿电容器组容量；
以此类推，能够计算得出第N组的电容器组容量。
3.如权利要求2所述的无功补偿控制器的控制方法，其特征在于：通过测定配电网的电压值和电流值，提取基波的三相电压值及电流值，计算得出各相电压及电流的有效值，进而计算出配电网基波的无功功率；
再依据负载侧谐波的电流含量、电压含量及基波电压电流相位角，计算得出负载侧的功率因数。
4.如权利要求3所述的无功补偿控制器的控制方法，其特征在于：判断投入的无功补偿电容器组是否会在既有谐波频率上与系统感抗产生并联谐振，当产生并联谐振时，计算出在各次谐波频率下的系统侧的谐波电流值，以及投入的每组无功补偿电容器组的谐波电流值，通过校验二者是否处于配电变压器和无功补偿电容器的承受范围来调整投入或切除无功补偿电容器组的数量。
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