CN112803414A - 低压配网中的三相负荷不平衡的综合补偿控制方法及装置 - Google Patents

低压配网中的三相负荷不平衡的综合补偿控制方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低压配网中的三相负荷不平衡的综合补偿控制方法及装置，首先通过检测电网中的不平衡电流，然后对检测到的不平衡电流进行分解，设定分类的标准并依据标准对分解后的电流进行分类，根据补偿的需求选择需要补偿的电流种类，通过对需要补偿的电流进行简单的计算得到补偿装置输出的指令电流，补偿装置根据指令电流输出的电流将抵消需要补偿的电流，实现对电网不平衡电流的综合补偿。该方法不仅实现了不平衡电流的补偿，同时还可以根据需求对谐波电流和无功电流进行精准补偿，具有广阔的应用前景。

Description

低压配网中的三相负荷不平衡的综合补偿控制方法及装置
技术领域
本发明涉及电力系统领域，尤其涉及一种低压配网中的三相负荷不平衡的综合补偿控制方法及装置。
背景技术
近年来，随着不对称负荷在电力系统中的增加，由此产生的不平衡电流对电力系统的影响也日益增大。比如：由此产生的三相电压的不对称；降低配电变压器的出力；增加配电变压器的有功损耗；增加线路的损耗；甚至会对计量仪表的精度产生影响。同时负载中还存在大量的谐波电流和无功电流，这些都会给电力系统的安全稳定运行带来负面影响。
现有的三相负荷不平衡的补偿方法在实际应用中存在以下缺点：一是只能单一的补偿某一种电流，比如只能补偿谐波电流或是无功电流再或是不平衡电流，无法实现多种电流的综合补偿；二是当需要补偿多种电流时则需要多种补偿装置，造成补偿成本的上升。
发明内容
针对上述现有技术存在的缺点，本发明提供一种低压配网中的三相负荷不平衡的综合补偿控制方法及装置。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种低压配网中的三相负荷不平衡的综合补偿控制方法，该方法包括：
获取电网中的不平衡电流；
对获取的不平衡电流进行分解，得到指定频率的谐波电流；
设定不平衡电流的分类标准；
根据设定的不平衡电流分类标准对分解后的不平衡电流进行分类并得出相应的补偿电流；
用户根据补偿要求选择需要补偿的电流种类；
对需要补偿的电流种类进行计算得到指令电流；
根据指令电流计算输出补偿电流，从而消除不平衡电流。
优选的，所述对获取的不平衡电流进行分解的具体方法为，通过对测量到的每相电流进行快速傅里叶分解，得到每相电流在各次谐波下的电流值。
优选的，设定的不平衡电流分类标准为：根据分解后的不平衡电流的基频电流分成谐波电流、无功电流及三相不平衡电流三种电流，三种电流的对应的补偿电流分别为，补偿谐波电流，除了基波电流除外，对其他各次谐波电流进行求和得到需要补偿的谐波电流；补偿无功电流，只补偿基次电流所包含的无功分量；补偿三相不平衡电流，只需补偿三相基波电流所对应的不平衡电流。
优选的，所述用户根据补偿要求选择需要补偿的电流种类，具体包括：
当用户仅需补偿谐波电流时，则选择补偿谐波电流；
当用户仅需补偿无功电流时，则选择补偿无功电流；
当用户仅需补偿三相不平衡电流时，则选择补偿三相不平衡电流；
选择补偿的电流种类可以是三类电流中的任意一种也可以是三类电流中的任意两种，也可以是三类电流都有。
优选的，所述对需要补偿的电流种类进行计算得到指令电流，具体包括：
根据需补偿的电流种类把对应补偿的电流进行求和然后取反，从而得到指令电流。
优选的，当补偿的电流总和大于系统补偿能力时，则把三类补偿电流根据用户补偿的迫切性进行优先级的划分，优先补偿急需补偿的电流种类。
本发明还提供了一种低压配网中的三相负荷不平衡的综合补偿控制装置，该装置包括：检测装置、控制器模块、用户补偿需求模块及补偿装置；
所述检测装置，用于实时检测电网中的不平衡电流，并把采集到的电流信号进行模拟量到数字量的转换，传送至控制器模块；
所述控制器模块，用于将采集到的电流进行分解，分类，根据用户选择需要补偿的电流种类发出相应的指令电流至补偿装置；
所述用户补偿需求模块，用于用户选择补偿需求；
所述补偿装置，用于接收控制器模块输入的指令电流，并根据指令电流输出补偿电流。
优选的，所述控制器模块包括对检测电流进行分解的模块，分类模块，指令电流模块；其中，
所述分解的模块，用于对检测的不平衡电流进行分解，得到指定频率的谐波电流；
所述分类模块，用于根据设定的不平衡电流分类标准对分解后的不平衡电流进行分类并得出相应的补偿电流；
所述指令电流模块，用于对需要补偿的电流种类进行计算得到指令电流，输出至补偿装置。
优选的，所述分类模块包括谐波电流分量的计算模块，无功分量的计算模块，不平衡电流分量的计算模块及分解电流分类模块；其中，
谐波电流分量的计算模块，用于计算三相不平衡电流的谐波分量；
无功分量的计算模块，用于计算三相不平衡电流的无功分量；
不平衡电流分量的计算模块，用于计算三相不平衡电流的不平衡电流分量。
所述分解电流分类模块用于，根据设定的不平衡电流分类标准对分解后的不平衡电流进行分类，并通过谐波电流分量的计算模块、无功分量的计算模块不平衡电流分量的计算模块得出相应的需要补偿的电流。
优选的，所述控制器模块还包括优先级模块，用于当补偿的电流总和大于系统补偿能力时，则把三类补偿电流根据用户补偿的迫切性进行优先级的划分，优先补偿急需补偿的电流种类。
本发明相比与现有技术，具有如下有益效果：
（1）通过对电网不平衡电流的检测和分解，可以实现对不平衡电流根据具体的补偿要求达到精准补偿的目的；
（2）采用该方法在不增加硬件成本的基础上可以把单一的不平衡补偿装置升级为多功能的电能补偿装置，实现多种电流的综合补偿；
（3）该方法补偿原理简单，实现难度小，实用性强，适用于当前市场中的大部分不平衡补偿装置；
（4）该方法不仅实现了不平衡电流的补偿，同时还可以根据需求对谐波电流和无功电流进行精准补偿，克服传统补偿装置补偿目标单一、无法实现电网电流综合补偿的缺点，随着国家对电网高质量发展的需求不断提高，该算法具有广阔的市场应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明实施例提供的一种低压配网中的三相负荷不平衡的综合补偿方法流程图；
图2为本发明实施例提供的一种低压配网中的三相负荷不平衡的综合补偿控制装置结构框图；
图3为低压配网中的三相不平衡电流波形图；
图4为采用本发明的控制方法补偿装置产生的补偿电流波形图；
图5为采用本发明的控制方法补偿后的低压配网中的三相电流波形图。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、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更加详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的低压配网中的三相负荷不平衡的综合控制补偿方法，该方法包括：
步骤100:获取电网中的不平衡电流；
具体的，通过三相高精度电流互感器测量负载的三相电流，然后通过模数转换芯片转换成数字信号送至控制器进行处理。
步骤110：对获取的不平衡电流进行分解，得到指定频率的谐波电流；
步骤120：设定不平衡电流的分类标准；
具体的，根据分解后的不平衡电流的基频电流分成谐波电流、无功电流及三相不平衡电流三种电流，三种电流的对应的补偿电流分别为，补偿谐波电流，除了基波电流除外，对其他各次谐波电流进行求和得到需要补偿的谐波电流；补偿无功电流，只补偿基次电流所包含的无功分量；补偿三相不平衡电流，只需补偿三相基波电流所对应的不平衡电流。举例说明如下：
分解后的电流含有1次基波，3，5，7，9，…次谐波，若3，5，7，9，11，…任意次谐波不为零则不平衡电流中含有谐波电流成分，把所有不为零的谐波累加则为需要补偿的谐波电流；
对分解后三相电流的1次基波电流与三相电网电压的相位相比较，如果相位不相同则表示三相电流中含有无功电流，通过按电网电压定向的旋转坐标系对三相电流的1次基波电流进行坐标变换，则旋转坐标系中Q轴上的电流分量则为需要补偿的无功电流分量；
对分解后的三相电流的1次基波电流进行有效值的计算，如果有效值不相同则说明三相不平衡电流含有不平衡电流分量，通过对三相电流的1次基波电流进行有效值的平均值计算，再与所在相的1次基波电流进行做差，则每相的差值则为需要补偿的不平衡电流值。
步骤130：根据步骤120设定的标准对分解后的不平衡电流进行分类；
具体的，根据步骤120的分类标准可以把步骤100中的电流通过步骤110分解后得到三类需要补偿的电流。
步骤140：用户根据补偿要求选择需要补偿的电流种类；
具体的，当用户仅需补偿谐波电流时，则选择步骤130中的谐波电流，当用户仅需补偿无功电流时，则选择步骤130中的无功电流，当用户仅需补偿三相不平衡电流时，则选择步骤130中的三相不平衡电流。
选择补偿的电流种类可以是三类电流中的任意一种也可以是三类电流中的任意两种，也可以是三类电流都有。
步骤150：对需要补偿的电流种类进行计算得到指令电流；
具体的，根据需要补偿的电流种类把步骤130中的对应的补偿电流进行求和然后取反，从而得到指令电流。
可选的，当补偿的电流总和大于补偿装置的补偿能力时，则通过具体的补偿需求把三类补偿电流根据用户补偿的迫切性进行优先级的划分，优先补偿急需补偿的电流种类。
步骤160：根据指令电流计算输出补偿电流，从而消除不平衡电流。
如图2所示，是本发明提出的低压配网中的三相负荷不平衡的综合补偿控制装置，该控制装置由检测装置，控制器，用户补偿需求输出装置组成，
检测装置，用于实时检测电网中的不平衡电流，并把采集到的电流信号进行模拟量到数字量的转换，传送至控制器模块；
控制器模块，用于将采集到的电流进行分解，分类，根据用户选择需要补偿的电流种类发出相应的指令电流至补偿装置；
用户补偿需求模块，用于用户选择补偿需求；
补偿装置，用于接收控制器模块输入的指令电流，并根据指令电流输出补偿电流。
可选地，控制器模块包括对检测电流进行分解的模块，分类模块，指令电流模块；其中，
分解的模块，用于对检测的不平衡电流进行分解，得到指定频率的谐波电流；分类模块，用于根据设定的不平衡电流分类标准对分解后的不平衡电流进行分类并得出相应的补偿电流；
指令电流模块，用于对需要补偿的电流种类进行计算得到指令电流，输出至补偿装置。
可选地，分类模块包括谐波电流分量的计算模块，无功分量的计算模块，不平衡电流分量的计算模块及分解电流分类模块；其中，
谐波电流分量的计算模块，用于计算三相不平衡电流的谐波分量；
无功分量的计算模块，用于计算三相不平衡电流的无功分量；
不平衡电流分量的计算模块，用于计算三相不平衡电流的不平衡电流分量。
所述分解电流分类模块用于，根据设定的不平衡电流分类标准对分解后的不平衡电流进行分类，并通过谐波电流分量的计算模块、无功分量的计算模块不平衡电流分量的计算模块得出相应的需要补偿的电流。
可选地，控制器模块还包括优先级模块，用于当补偿的电流总和大于系统补偿能力时，则把三类补偿电流根据用户补偿的迫切性进行优先级的划分，优先补偿急需补偿的电流种类。
具体的工作过程如下：通过检测装置实时检测电网中的三相不平衡电流，检测装置把采集到的电流信号进行模拟量到数字量的转换，然后把采集到的电流的数字信号传送到控制器，在控制器内部对采集到的电流进行分解，分类，然后根据用户的需求选择需要补偿的电流种类发出指令电流控制补偿装置输出对应的补偿电流，达到补偿的控制效果。
下面以补偿不平衡电流和无功电流为例，采用本发明控制方法在低压配电网不平衡电流补偿装置上进行说明。
首先，采集到低压配电网中三相不平衡电流如图3所示，对图3中的三相电流进行分解，每一相都会得到基次整数倍下的各次数电流，根据不同的补偿需求可以通过以下方法实现：如果是补偿谐波电流则把除基波外的所有各次谐波电流之和进行补偿；如果是补偿无功电流则是根据分解得到基波电流计算得到对应的无功电流，然后进行补偿；如果是补偿三相不平衡电流则根据分解得到的三相基波电流，计算得到三相不平衡的电流值；如果是补偿三类电流中的任意两类或三类则通过分解计算得到的补偿电流进行求和就可以实现多种的补偿效果。
图4是采用本发明的控制方法根据不平衡电流的补偿需求和无功电流补偿需求得到的综合补偿电流波形。
图5采用本发明的控制方法补偿后的低压配网中的三相电流波形图，从波形上可以看到三相电流的幅值大小基本相同，说明实现了配电网三相不平衡电流的补偿效果，同时通过无功功率的控制，实现了电网电流与电网电压的相位同步，提高了电网的功率因数。
由此可见，本发明的控制方法不仅实现了不平衡电流的补偿，同时还可以根据需求对谐波电流和无功电流进行精准补偿，克服传统补偿装置补偿目标单一、无法实现电网电流综合补偿的缺点。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域的技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种低压配网中的三相负荷不平衡的综合补偿控制方法，其特征在于，该方法包括：
获取电网中的不平衡电流；
对获取的不平衡电流进行分解，得到指定频率的谐波电流；
设定不平衡电流的分类标准；
根据设定的不平衡电流分类标准对分解后的不平衡电流进行分类并得出相应的补偿电流；
用户根据补偿要求选择需要补偿的电流种类；
对需要补偿的电流种类进行计算得到指令电流；
根据指令电流计算输出补偿电流，从而消除不平衡电流。
2.根据权利要求1所述的低压配网中的三相负荷不平衡的综合补偿控制方法，其特征在于，所述对获取的不平衡电流进行分解的具体方法为，通过对测量到的每相电流进行快速傅里叶分解，得到每相电流在各次谐波下的电流值。
3.根据权利要求1所述的低压配网中的三相负荷不平衡的综合补偿控制方法，其特征在于，设定的不平衡电流分类标准为：根据分解后的不平衡电流的基频电流分成谐波电流、无功电流及三相不平衡电流三种电流，三种电流的对应的补偿电流分别为，补偿谐波电流，除了基波电流除外，对其他各次谐波电流进行求和得到需要补偿的谐波电流；补偿无功电流，只补偿基次电流所包含的无功分量；补偿三相不平衡电流，只需补偿三相基波电流所对应的不平衡电流。
4.根据权利要求3所述的低压配网中的三相负荷不平衡的综合补偿控制方法，其特征在于，所述用户根据补偿要求选择需要补偿的电流种类，具体包括：
当用户仅需补偿谐波电流时，则选择补偿谐波电流；
当用户仅需补偿无功电流时，则选择补偿无功电流；
当用户仅需补偿三相不平衡电流时，则选择补偿三相不平衡电流；
选择补偿的电流种类可以是三类电流中的任意一种也可以是三类电流中的任意两种，也可以是三类电流都有。
5.根据权利要求1所述的低压配网中的三相负荷不平衡的综合补偿控制方法，其特征在于，所述对需要补偿的电流种类进行计算得到指令电流，具体包括：
根据需补偿的电流种类把对应的补偿电流进行求和然后取反，从而得到指令电流。
6.根据权利要求5所述的低压配网中的三相负荷不平衡的综合补偿控制方法，其特征在于，当补偿的电流总和大于系统补偿能力时，则把三类补偿电流根据用户补偿的迫切性进行优先级的划分，优先补偿急需补偿的电流种类。
7.一种低压配网中的三相负荷不平衡的综合补偿控制装置，其特征在于，该装置包括：检测装置、控制器模块、用户补偿需求模块及补偿装置；
所述检测装置，用于实时检测电网中的不平衡电流，并把采集到的电流信号进行模拟量到数字量的转换，传送至控制器模块；
所述控制器模块，用于将采集到的电流进行分解，分类，根据用户选择需要补偿的电流种类发出相应的指令电流至补偿装置；
所述用户补偿需求模块，用于用户选择补偿需求；
所述补偿装置，用于接收控制器模块输入的指令电流，并根据指令电流输出补偿电流。
8.根据权利要求7所述的低压配网中的三相负荷不平衡的综合补偿控制装置，其特征在于，所述控制器模块包括对检测电流进行分解的模块，分类模块，指令电流模块；其中，
所述分解的模块，用于对检测的不平衡电流进行分解，得到指定频率的谐波电流；
所述分类模块，用于根据设定的不平衡电流分类标准对分解后的不平衡电流进行分类并得出相应的补偿电流；
所述指令电流模块，用于对需要补偿的电流种类进行计算得到指令电流，输出至补偿装置。
9.根据权利要求8所述的低压配网中的三相负荷不平衡的综合补偿控制装置，其特征在于，所述分类模块包括谐波电流分量的计算模块，无功分量的计算模块，不平衡电流分量的计算模块及分解电流分类模块；其中，
谐波电流分量的计算模块，用于计算三相不平衡电流的谐波分量；
无功分量的计算模块，用于计算三相不平衡电流的无功分量；
不平衡电流分量的计算模块，用于计算三相不平衡电流的不平衡电流分量。
所述分解电流分类模块用于，根据设定的不平衡电流分类标准对分解后的不平衡电流进行分类，并通过谐波电流分量的计算模块、无功分量的计算模块不平衡电流分量的计算模块得出相应的需要补偿的电流。
10.根据权利要求9所述的低压配网中的三相负荷不平衡的综合补偿控制装置，其特征在于，所述控制器模块还包括优先级模块，用于当补偿的电流总和大于系统补偿能力时，则把三类补偿电流根据用户补偿的迫切性进行优先级的划分，优先补偿急需补偿的电流种类。
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