CN112290560B - 一种集成式精细智能电容补偿装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种集成式精细智能电容补偿装置及其方法，装置包括承载机架、隔板、托盘、电容器、金属氧化物限压器、火花间隙、IGBT开关电路、控制系统，隔板将承载机架分割为一个控制腔和一个动力腔，托盘嵌于动力腔内并沿竖直方向从上至下均布，托盘上端面均与至少一个电容器连接和一个金属氧化物限压器连接，电容器和金属氧化物限压器间通过火花间隙与IGBT开关电路电气连接，IGBT开关电路和控制系统均嵌于控制腔内。其使用方法包括设备组装，被动投切作业及主动投切等三个步骤。本发明一方面集成化和模块程度高，极大的提高了电路系统运行的稳定性；另一方面电容器投切作业控制精度高，可提高电路功率因数调节作业的工作效率。

Description

一种集成式精细智能电容补偿装置及其方法
技术领域
本发明涉及一种功率补偿系统及其方法，特别是涉及一种集成式精细智能电容补偿装置及其方法。
背景技术
电容补偿装置是供电网络中提高用电质量和降低电能损耗的重要设备，其主要是通过对供电线路中的无功功率进行检测，然后利用电力电容进行补偿，传统的无功功率补偿装置主要是依靠操作人员人工进行操作，因此存在操作不及时、工作强度大等弊端，不能有效满足实际使用的需要。
随着自动控制技术的发展，在无功功率补偿装置中逐渐引入了自动控制系统， 从而一定程度上减轻了人工的负担，提高了操作的精准性，但在使用中发现，当前的自动无功功率补偿装置在运行时，无法进行频繁快速的对电力电容进行投切操作，从而降低了无功功率补偿装置的运行可靠性，易引发因电力电容投切不及时而造成无功功率补偿装置故障，严重时甚至威胁到整个供电网络的正常运行；另一方面在运行中对电容器投切作业控制效率、精度均相对较差，难以有效满足高效、高精度投切作业的需要，且在投切作业中也不能根据使用需要灵活调整投切作业电容器的容量，从而极大的影响电路系统运行的稳定性和可靠性。
发明内容
针对现有技术上存在的不足，本发明提供一种集成式精细智能电容补偿装置及方法，以达到提高电路运行控制可靠性和稳定性的目的。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
一种集成式精细智能电容补偿装置，包括承载机架、隔板、托盘、电容器、金属氧化物限压器、火花间隙、IGBT开关电路、接线端子、通讯端子及控制系统，其中承载机架为横断面呈矩形的框架结构，隔板将承载机架分割为一个控制腔和一个动力腔，托盘若干，嵌于动力腔内并沿竖直方向从上至下均布，且各托盘均与承载机架下端面平行分布，托盘上端面均与至少一个电容器和一个金属氧化物限压器连接，并构成一个工作组，同一工作组的电容器和金属氧化物限压器间相互并联，并通过火花间隙与IGBT开关电路电气连接，且各工作组间通过IGBT开关电路相互混连， IGBT开关电路和控制系统均嵌于控制腔内，并与隔板连接，其中所述IGBT开关电路另通过火花间隙与至少一个接线端子电气连接，接线端子、通讯端子均嵌于承载机架外表面，且所述通讯端子与控制系统电气连接。
进一步的，所述的承载机架外表面设至少一个接地电极，所述接地电极通过导线分别与各托盘下端面电气连接。
进一步的，所述的电容器中，同一托盘上端面的电容器为两个以上时，各电容器间相互串联，且各电容器串联后与金属氧化物限压器并联，各工作组中的金属氧化物限压器间通过IGBT开关电路相互串联。
进一步的，所述的金属氧化物限压器与托盘上端面及下端面任意一个表面连接，且所述金属氧化物限压器与电容器间通过绝缘防护罩相互隔离。
一种集成式精细智能电容补偿装置的使用方法，包括如下步骤：
S1，设备组装，首先对构成本发明的承载机架、隔板、托盘、电容器、金属氧化物限压器、火花间隙、IGBT开关电路、接线端子、通讯端子及控制系统进行组装，并将组装后的本发明通过承载机架安装到指定工作位置中，然后将IGBT开关电路通过接线端子与外部供电电路系统电气连接，并使控制系统中的功率检测模块与接线端子电气连接，最后将控制系统通过通讯网络与远程监控平台间建立数据通讯组网，从而完成本发明系统装配；
S2，被动投切作业，完成S1步骤后即可进行操控作业，一方面通过远程监控平台获取当前外部供电电路系统的功率因数变化情况，并将功率因数发送至本发明的控制系统中；另一方面通过功率检测模块对接线端子输入输出的有功功率及无功功率进行持续检测，并将检测数据反馈至控制系统中，然后由控制系统根据接收的功率因数数值及检测到的电路具体有功功率及无功功率数值，一方面计算功率补充时所需投送及切断电容器具体数量，并驱动IGBT开关电路对相应数量的电容器进行投送及切断操作；另一方面对接收的数据通过数据处理系统进行数据计算，并根据获取当前外部供电电路系统的功率因数变化情况及实际检测的有功功率及无功功率变化，计算得出电容投送及切出操作时间间隔、电容器容量与功率因数及实际检测有功功率及无功功率数值间逻辑关系，并对计算逻辑关系进行储存得到电容投切控制逻辑模型；
S3，主动投切，在S2步骤作业后并生成电容投切控制逻辑模型后，当控制系统得到远程监控平台获取当前外部供电电路系统的功率因数数值及实际检测的有功功率及无功功率数值中任意一类数值后，直接将数值带入到电容投切控制逻辑模型中进行计算，然后根据计算结果对IGBT开关电路操控，实现电容器操控作业，并在完成电容器操控作业后，再次通过对电容器操控后的功率因数变化及有功功率及无功功率变化情况进行采集，并根据采集结果对电容投切控制逻辑模型进行优化，然后将优化结果用于指导后续电容器操控作业即可。
本发明一方面结构简单，集成化和模块程度高，可有效的防止电路开关操作时打火、瞬时大电流对电路造成的冲击损害，极大的提高了电路系统运行的稳定性和安全性；另一方面运行自动化程度高，电容器投切作业控制精度高，可极大的提高电路功率因数调节作业的控制精度及工作效率，并有效的降低了投切作业的劳动强度。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明。
图1为本发明系统结构示意图；
图2为控制系统电气原理结构图；
图3为本发明方法流程图。
图中，1、承载机架；101、控制腔；102、动力腔；2、隔板；3、托盘；4、电容器；5、金属氧化物限压器；6、火花间隙；7、IGBT开关电路；8、接线端子；9、通讯端子；10、控制系统；11、接地电极；12、导线；13、绝缘防护罩；15、操控界面；16、I/O接口；17、串口通讯端口。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1和2所示，一种集成式精细智能电容补偿装置，包括承载机架1、隔板2、托盘3、电容器4、金属氧化物限压器5、火花间隙6、IGBT开关电路7、接线端子8、通讯端子9及控制系统10，其中承载机架1为横断面呈矩形的框架结构，隔板2将承载机架1分割为一个控制腔101和一个动力腔102，托盘3若干，嵌于动力腔102内并沿竖直方向从上至下均布，且各托盘3均与承载机架1下端面平行分布，托盘3上端面均与至少一个电容器4连接和一个金属氧化物限压器5连接，并构成一个工作组，同一工作组的电容器4和金属氧化物限压器5间相互并联，并通过火花间隙6与IGBT开关电路7电气连接，且各工作组间通过IGBT开关电路7相互混连， IGBT开关电路7和控制系统10均嵌于控制腔101内，并与隔板2连接，其中所述IGBT开关电路7另通过火花间隙6与至少一个接线端子8电气连接，接线端子8、通讯端子9均嵌于承载机架1外表面，且所述通讯端子9与控制系统10电气连接。
本实施例中，所述的承载机架1外表面设至少一个接地电极11，所述接地电极11通过导线12分别与各托盘3下端面电气连接。
需要说明的，所述的电容器4中，同一托盘3上端面的电容器4为两个以上时，各电容器4间相互串联，且各电容器4串联后与金属氧化物限压器5并联，各工作组中的金属氧化物限压器5间通过IGBT开关电路7相互串联。
进一步优化的，所述的金属氧化物限压器5与托盘3上端面及下端面任意一个表面连接，且所述金属氧化物限压器5与电容器4间通过绝缘防护罩13相互隔离。
重点说明的，所述的控制系统10包括基于AI智能工业计算机、智能通讯网关、基于MOS场效应管驱动电路、数据通讯总线、多路直流电源电路、晶振电路、I/O接口16、串口通讯端口17、操控界面15及功率检测模块，所述基于AI智能工业计算机嵌于控制腔内，其分别与基于MOS场效应管驱动电路和数据通讯总线电气连接，其中所述基于MOS场效应管驱动电路分别与智能通讯网关、数据通讯总线、多路直流电源电路、晶振电路、I/O接口16、串口通讯端口17、操控界面15及功率检测模块电气连接，所述数据通讯总线分别与智能通讯网关、晶振电路、I/O接口16、串口通讯端口17电气连接，所述I/O接口另与操控界面电气连接，所述I/O接口16、串口通讯端口17、操控界面15均嵌于承载机架外表面。
进一步优化的，所述的智能通讯网关包括至少一条无线通讯线路及至少一个在线通讯电路，且无线通讯线路和在线通讯电路相互并联，所述操控界面15包括显示器、信号指示灯及操控按键中的任意一种或几种共用。
值得注意的，所述的基于AI智能工业计算机中设基于BP神经网络算法及遗传算法中任意一种或两种共用为基础的数据处理系统。
如图3所示，一种集成式精细智能电容补偿装置的使用方法，包括如下步骤：
S1，设备组装，首先对构成本发明的承载机架1、隔板2、托盘3、电容器4、金属氧化物限压器5、火花间隙6、IGBT开关电路7、接线端子8、通讯端子9及控制系统10进行组装，并将组装后的本发明通过承载机架1安装到指定工作位置中，然后将IGBT开关电路7通过接线端子8与外部供电电路系统电气连接，并使控制系统10终的功率检测模块与接线端子8电气连接，最后将控制系统10通过通讯网络与远程监控平台间建立数据通讯组网，从而完成本发明系统装配；
S2，被动投切作业，完成S1步骤后即可进行操控作业，一方面通过远程监控平台获取当前外部供电电路系统的功率因数变化情况，并将功率因数发送至本发明的控制系统10中；另一方面通过功率检测模块对接线端子8输入输出的有功功率及无功功率进行持续检测，并将检测数据反馈至控制系统10中，然后由控制系统10根据接收的功率因数数值及检测到的电路具体有功功率及无功功率数值，一方面计算功率补充时所需投送及切断电容器4具体数量，并驱动IGBT开关电路7对相应数量的电容器4进行投送及切断操作；另一方面对接收的数据通过数据处理系统进行数据计算，并根据获取当前外部供电电路系统的功率因数变化情况及实际检测的有功功率及无功功率变化，计算得出电容投送及切出操作时间间隔、电容器4容量与功率因数及实际检测有功功率及无功功率数值间逻辑关系，并对计算逻辑关系进行储存得到电容投切控制逻辑模型；
S3，主动投切，在S2步骤作业后并生成电容投切控制逻辑模型后，当控制系统10得到远程监控平台获取当前外部供电电路系统的功率因数数值及实际检测的有功功率及无功功率数值中任意一类数值后，直接将数值带入到电容投切控制逻辑模型中进行计算，然后根据计算结果对IGBT开关电路7操控，实现电容器4操控作业，并在完成电容器4操控作业后，再次通过对电容器4操控后的功率因数变化及有功功率及无功功率变化情况进行采集，并根据采集结果对电容投切控制逻辑模型进行优化，然后将优化结果用于指导后续电容器4操控作业即可。
本发明一方面结构简单，集成化和模块程度高，可有效的防止电路开关操作时打火、瞬时大电流对电路造成的冲击损害，极大的提高了电路系统运行的稳定性和安全性；另一方面运行自动化程度高，电容器4投切作业控制精度高，可极大的提高电路功率因数调节作业的控制精度及工作效率，并有效的降低了投切作业的劳动强度。
本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制。上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理。在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进。这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种集成式精细智能电容补偿装置的使用方法，集成式精细智能电容补偿装置，包括承载机架（1）、隔板（2）、托盘（3）、电容器（4）、金属氧化物限压器（5）、火花间隙（6）、IGBT开关电路（7）、接线端子（8）、通讯端子（9）及控制系统（10），其中所述承载机架（1）为横断面呈矩形的框架结构，所述隔板（2）将承载机架（1）分割为一个控制腔（101）和一个动力腔（102），所述托盘（3）若干，嵌于动力腔（102）内并沿竖直方向从上至下均布，且各托盘（3）均与承载机架（1）下端面平行分布，所述托盘（3）上端面均与至少一个电容器（4）和一个金属氧化物限压器（5）连接，并构成一个工作组，同一工作组的电容器（4）和金属氧化物限压器（5）间相互并联，并通过火花间隙（6）与IGBT开关电路（7）电气连接，且各工作组间通过IGBT开关电路（7）相互混连，所述IGBT开关电路（7）和控制系统（10）均嵌于控制腔（101）内，并与隔板（2）连接，其中所述IGBT开关电路（7）另通过火花间隙（6）与至少一个接线端子（8）电气连接，所述接线端子（8）、通讯端子（9）均嵌于承载机架（1）外表面，且所述通讯端子（9）与控制系统（10）电气连接；其特征在于：包括如下步骤：
S1，设备组装，首先对承载机架（1）、隔板（2）、托盘（3）、电容器（4）、金属氧化物限压器（5）、火花间隙（6）、IGBT开关电路（7）、接线端子（8）、通讯端子（9）及控制系统（10）进行组装，并将组装后的装置通过承载机架（1）安装到指定工作位置中，然后将IGBT开关电路（7）通过接线端子（8）与外部供电电路系统电气连接，并使控制系统（10）中的功率检测模块与接线端子（8）电气连接，最后将控制系统（10）通过通讯网络与远程监控平台间建立数据通讯组网，从而完成装配；
S2，被动投切作业，完成S1步骤后即可进行操控作业，一方面通过远程监控平台获取当前外部供电电路系统的功率因数变化情况，并将功率因数发送至控制系统（10）中；另一方面通过功率检测模块对接线端子（8）输入输出的有功功率及无功功率进行持续检测，并将检测数据反馈至控制系统（10）中，然后由控制系统（10）根据接收的功率因数数值及检测到的电路具体有功功率及无功功率数值，一方面计算功率补充时所需投送及切断电容器（4）具体数量，并驱动IGBT开关电路（7）对相应数量的电容器（4）进行投送及切断操作；另一方面对接收的数据通过数据处理系统进行数据计算，并根据获取当前外部供电电路系统的功率因数变化情况及实际检测的有功功率及无功功率变化，计算得出电容投送及切出操作时间间隔、电容器（4）容量与功率因数及实际检测有功功率及无功功率数值间逻辑关系，并对计算逻辑关系进行储存得到电容投切控制逻辑模型；
S3，主动投切，在S2步骤作业后并生成电容投切控制逻辑模型后，当所述控制系统（10）得到远程监控平台获取当前外部供电电路系统的功率因数数值及实际检测的有功功率及无功功率数值中任意一类数值后，直接将数值带入到电容投切控制逻辑模型中进行计算，然后根据计算结果对IGBT开关电路（7）操控，实现所述电容器（4）操控作业，并在完成所述电容器（4）操控作业后，再次通过对电容器（4）操控后的功率因数变化及有功功率及无功功率变化情况进行采集，并根据采集结果对电容投切控制逻辑模型进行优化，然后将优化结果用于指导后续电容器（4）操控作业即可。
2.根据权利要求1所述的使用方法，其特征在于：所述的承载机架（1）外表面设至少一个接地电极（11），所述接地电极（11）通过导线（12）分别与各托盘（3）下端面电气连接。
3.根据权利要求1所述的使用方法，其特征在于：所述的电容器（4）中，同一托盘（3）上端面的电容器（4）为两个以上时，各电容器（4）间相互串联，且各电容器（4）串联后与金属氧化物限压器（5）并联，各工作组中的金属氧化物限压器（5）间通过IGBT开关电路（7）相互串联。
4.根据权利要求3所述的使用方法，其特征在于：所述的金属氧化物限压器（5）与托盘（3）上端面及下端面任意一个表面连接，且所述金属氧化物限压器（5）与电容器（4）间通过绝缘防护罩（13）相互隔离。
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