CN112769144A - 一种基于svg和电容器的电网混合补偿装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于SVG和电容器的电网混合补偿装置及方法，利用混合补偿控制器实时采集供电系统的三相电压信号和三相电流信号，并根据三相电压信号和三相电流信号通过快速傅里叶变换实时计算当前供电系统的无功电参量，采用静止无功发生器SVG和电容器与混合补偿控制器集成，若无功电参量大于等于电容器投入补偿量，则将电容器投入，然后通过静止无功发生器SVG进行无功补偿，根据补偿反馈结果控制静止无功发生器SVG调整补充容量；若无功电参量小于电容器投入补偿量，则直接通过静止无功发生器SVG进行无功补偿，本发明能够快速根据供电系统电参量进行补偿，提高设备运行稳定性，确利用静止无功发生器SVG或电容器互补补偿，提高了装置的冗余性能。
Description
技术领域
本发明属于混合补偿装置，具体涉及一种基于SVG和电容器的电网混合补偿装置及方法。
背景技术
电网中大量感性负载的应用，导致电网功率因数降低，变压器在功率、供电线径等也随之增大，增加了设备的投资。对于非调速的大容量感性负载，启动瞬间会造成电压跌落，直接影响其它用电设备的正常使用。解决此类电能质量问题最常用的就是进行无功补偿。随着电力电子技术的发展，现有的无功补偿类型主要分为无源型和有源型。
无源型即采用无源器件，比如采用电容器配套相应的电抗，一旦电容器容量固定则装置补偿容量也就确定；为了满足负荷变化的需求，一般还要配套晶闸管或者接触器等开关，通过控制电容器的投切来进行动态补偿。通过上面描述可知，无源型补偿装置由于容量为固定值，无法实现精细补偿；投切开关采用晶闸管或者接触器造成控制延时过大，进而无法快速响应；即无源型补偿装置可以一定程度上提高功率因数，但无法解决电压跌落的问题。由于无源型补偿装置的价格优势，虽然性能稍差，但目前仍有大量场合使用。
有源型无功补偿装置基于先进的电力电子技术，通过控制IGBT等半导体开关器件实现自换相，既能补偿感性无功又能补偿容性无功，具有响应速度快，补偿精度高等优点。但是有源补偿系统复杂、成本高，在一定程度上制约了该类型的普及应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于SVG和电容器的电网混合补偿装置及方法，以克服现有技术的不足。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于SVG和电容器的电网混合补偿装置，包括静止无功发生器SVG、电容器和混合补偿控制器，静止无功发生器SVG和电容器并联于供电系统，静止无功发生器SVG和电容器同时连接于混合补偿控制器，混合补偿控制器连接于供电系统，混合补偿控制器用于实时采集供电系统的三相电压信号和三相电流信号，并根据三相电压信号和三相电流信号通过快速傅里叶变换实时计算当前供电系统的无功电参量，若无功电参量大于等于电容器投入补偿量，则将电容器投入，然后通过静止无功发生器SVG进行无功补偿，根据补偿反馈结果控制静止无功发生器SVG调整补充容量；若无功电参量小于电容器投入补偿量，则直接通过静止无功发生器SVG进行无功补偿。
进一步的，静止无功发生器SVG和混合补偿控制器通过电流互感器检测电流检测信号。
进一步的，电流互感器位于静止无功发生器SVG和电容器之间或者静止无功发生器SVG前面靠近电网侧。
进一步的，静止无功发生器SVG与混合补偿控制器通过RS485通讯实现数据传输。
进一步的，电容器的投切控制采用干接点或RS485通讯。
进一步的，干接点包括接触器接点、晶闸管接点以及复合开关接点。
进一步的，混合补偿控制器包括触屏单元、采集电路和控制单元，触屏单元和采集电路均连接于控制单元，触屏单元用于控制单元的组态编程；采集电路用于采集供电系统的三相电压信号和三相电流信号，并将采集到的三相电压信号和三相电流信号传输至控制单元；控制单元根据三相电压信号和三相电流信号，通过快速傅里叶变换实时计算当前供电系统和无功电参量，若无功电参量大于等于电容器投入补偿量，则将电容器投入，然后通过静止无功发生器SVG进行无功补偿，根据补偿反馈结果控制静止无功发生器SVG调整补充容量；若无功电参量小于电容器投入补偿量，则直接通过静止无功发生器SVG进行无功补偿。
进一步的，控制单元采用STM32F303RCT6TR控制芯片。
进一步的，触屏单元同时对现场电参量、静止无功发生器SVG以及电容器设备信息进行监控，同时对静止无功发生器SVG以及电容器进行参数设置和启停控制。
一种混合补偿方法，包括以下步骤：实时采集供电系统的三相电压信号和三相电流信号，并根据三相电压信号和三相电流信号，通过快速傅里叶变换实时计算当前供电系统无功电参量，若无功电参量大于等于电容器投入补偿量，则将电容器投入供电系统，然后通过静止无功发生器SVG进行无功补偿，根据补偿反馈结果控制静止无功发生器SVG调整补充容量；若无功电参量小于电容器投入补偿量，则直接通过静止无功发生器SVG进行无功补偿。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明一种基于SVG和电容器的电网混合补偿装置，采用混合补偿控制器同时连接静止无功发生器SVG和电容器，静止无功发生器SVG和电容器并联于供电系统，静止无功发生器SVG和电容器同时连接于混合补偿控制器，利用混合补偿控制器实时采集供电系统的三相电压信号和三相电流信号，并根据三相电压信号和三相电流信号通过快速傅里叶变换实时计算当前供电系统的无功电参量，采用静止无功发生器SVG和电容器与混合补偿控制器集成，若无功电参量大于等于电容器投入补偿量，则将电容器投入，然后通过静止无功发生器SVG进行无功补偿，根据补偿反馈结果控制静止无功发生器SVG调整补充容量；若无功电参量小于电容器投入补偿量，则直接通过静止无功发生器SVG进行无功补偿，本发明装置结构简单，能够快速根据供电系统电参量进行补偿，采用静止无功发生器SVG和电容器协同补偿，提高设备运行稳定性，同时能够在静止无功发生器SVG或电容器发生故障时，另一个能够投入进行补偿，提高了装置的冗余性能。
进一步的，采用静止无功发生器SVG，既能补偿感性无功又能补偿容性无功，具有响应速度快，补偿精度高。
本发明一种混合补偿方法，利用电容器结合静止无功发生器SVG进行无功补偿，能够根据供电系统状态进行实时调控，响应速度快，补偿精度高。
附图说明
图1为本发明实施例中电流互感器位于静止无功发生器SVG和电容器之间系统连接结构示意图。
图2为本发明实施例中电流互感器位于静止无功发生器SVG前面靠近电网侧连接结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
如图1、图2所示，一种基于SVG和电容器的电网混合补偿装置，包括静止无功发生器SVG、电容器和混合补偿控制器，静止无功发生器SVG和电容器并联于供电系统，静止无功发生器SVG和电容器同时连接于混合补偿控制器，混合补偿控制器连接于供电系统，混合补偿控制器用于实时采集供电系统的三相电压信号和三相电流信号，并根据三相电压信号和三相电流信号通过快速傅里叶变换实时计算当前供电系统的无功电参量，若无功电参量大于等于电容器投入补偿量，则将电容器投入，然后通过静止无功发生器SVG进行无功补偿，根据补偿反馈结果控制静止无功发生器SVG调整补充容量；若无功电参量小于电容器投入补偿量，则直接通过静止无功发生器SVG进行无功补偿。
静止无功发生器SVG和混合补偿控制器通过电流互感器检测电流检测信号，电流互感器位于静止无功发生器SVG和电容器之间或者静止无功发生器SVG前面靠近电网侧。
静止无功发生器SVG通过控制IGBT等半导体开关器件实现自换相，既能补偿感性无功又能补偿容性无功，具有响应速度快，补偿精度高；对外可支持RS485通讯。静止无功发生器SVG与混合补偿控制器通过RS485通讯实现数据传输。
电容器串联有电感，能够避免电容器补偿引起谐振；电容器的投切控制采用干接点或RS485通讯；其中干接点包括接触器接点、晶闸管接点以及复合开关接点。
混合补偿控制器包括触屏单元、采集电路和控制单元，触屏单元和采集电路均连接于控制单元，触屏单元用于控制单元的组态编程，对现场电参量、静止无功发生器SVG以及电容器设备信息进行监控，同时对静止无功发生器SVG以及电容器进行参数设置和启停控制；采集电路用于采集供电系统的三相电压信号和三相电流信号，并将采集到的三相电压信号和三相电流信号传输至控制单元；控制单元根据三相电压信号和三相电流信号，通过快速傅里叶变换实时计算当前供电系统的有功电参量和无功电参量，若无功电参量大于等于电容器投入补偿量，则将电容器投入，然后通过静止无功发生器SVG进行无功补偿，根据补偿反馈结果控制静止无功发生器SVG调整补充容量；若无功电参量小于电容器投入补偿量，则直接通过静止无功发生器SVG进行无功补偿。
供电系统中主要通过电容器进行无功补偿，动态变化的或者过补欠补的容量由静止无功发生器SVG进行补偿，从而实现低成本下的完美无缝无功补偿。
控制单元采用控制器芯片，具体采用STM32F303RCT6TR控制芯片。控制单元具备6路数字量输出功能，可以用来控制接点型电容器。控制单元具备2路RS485通讯电路，一路485触摸屏通讯，实现参数的设置以及电参量的上位显示；另一路通过RJ45接口控制带RS485通讯功能的电容器。供电系统采用单端反激式开关电源，输入采用AC220V供电，输出24V、5V直流电源。通过触摸屏参数设置，该混合补偿装置可以兼容干接点型和RS485型电容器的控制，也可兼容电流互感器在负载侧和电网侧。
为了更好的适应现场不同的电容器类型，通过参数设置可以让混合补偿控制器进行区分，然后通过相对应硬件电路(干接点型电容器对应开关量输出回路，RS485通讯型电容器对应485通讯电路)去控制电容器动作。
为了满足现场电流互感器的不同位置，避免电流互感器位置或者接线改动，通过参数设置，控制器可以兼容电流互感器在负载侧和网侧两种位置。
由于控制器具备独立的供电系统，具备电压、电流采集以及运算功能，故可以实时计算当前供电系统的无功功率。当SVG发生故障退出运行时，控制器仍可控制电容器补偿无功，冗余性高。
Claims (10)
1.一种基于SVG和电容器的电网混合补偿装置，其特征在于，包括静止无功发生器SVG、电容器和混合补偿控制器，静止无功发生器SVG和电容器并联于供电系统，静止无功发生器SVG和电容器同时连接于混合补偿控制器，混合补偿控制器连接于供电系统，混合补偿控制器用于实时采集供电系统的三相电压信号和三相电流信号，并根据三相电压信号和三相电流信号通过快速傅里叶变换实时计算当前供电系统的无功电参量，若无功电参量大于等于电容器投入补偿量，则将电容器投入，然后通过静止无功发生器SVG进行无功补偿，根据补偿反馈结果控制静止无功发生器SVG调整补充容量；若无功电参量小于电容器投入补偿量，则直接通过静止无功发生器SVG进行无功补偿。
2.根据权利要求1所述的一种基于SVG和电容器的电网混合补偿装置，其特征在于，静止无功发生器SVG和混合补偿控制器通过电流互感器检测电流检测信号。
3.根据权利要求2所述的一种基于SVG和电容器的电网混合补偿装置，其特征在于，电流互感器位于静止无功发生器SVG和电容器之间或者静止无功发生器SVG前面靠近电网侧。
4.根据权利要求1所述的一种基于SVG和电容器的电网混合补偿装置，其特征在于，静止无功发生器SVG与混合补偿控制器通过RS485通讯实现数据传输。
5.根据权利要求1所述的一种基于SVG和电容器的电网混合补偿装置，其特征在于，电容器的投切控制采用干接点或RS485通讯。
6.根据权利要求5所述的一种基于SVG和电容器的电网混合补偿装置，其特征在于，干接点包括接触器接点、晶闸管接点以及复合开关接点。
7.根据权利要求1所述的一种基于SVG和电容器的电网混合补偿装置，其特征在于，混合补偿控制器包括触屏单元、采集电路和控制单元，触屏单元和采集电路均连接于控制单元，触屏单元用于控制单元的组态编程；采集电路用于采集供电系统的三相电压信号和三相电流信号，并将采集到的三相电压信号和三相电流信号传输至控制单元；控制单元根据三相电压信号和三相电流信号，通过快速傅里叶变换实时计算当前供电系统和无功电参量，若无功电参量大于等于电容器投入补偿量，则将电容器投入，然后通过静止无功发生器SVG进行无功补偿，根据补偿反馈结果控制静止无功发生器SVG调整补充容量；若无功电参量小于电容器投入补偿量，则直接通过静止无功发生器SVG进行无功补偿。
8.根据权利要求7所述的一种基于SVG和电容器的电网混合补偿装置，其特征在于，控制单元采用STM32F303RCT6TR控制芯片。
9.根据权利要求7所述的一种基于SVG和电容器的电网混合补偿装置，其特征在于，触屏单元同时对现场电参量、静止无功发生器SVG以及电容器设备信息进行监控，同时对静止无功发生器SVG以及电容器进行参数设置和启停控制。
10.一种基于权利要求1所述混合补偿装置的混合补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：实时采集供电系统的三相电压信号和三相电流信号，并根据三相电压信号和三相电流信号，通过快速傅里叶变换实时计算当前供电系统无功电参量，若无功电参量大于等于电容器投入补偿量，则将电容器投入供电系统，然后通过静止无功发生器SVG进行无功补偿，根据补偿反馈结果控制静止无功发生器SVG调整补充容量；若无功电参量小于电容器投入补偿量，则直接通过静止无功发生器SVG进行无功补偿。
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