CN112821414B - 一种矿用水冷动态无功补偿调节装置及其控制方法 - Google Patents

一种矿用水冷动态无功补偿调节装置及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本公开提出了一种矿用水冷动态无功补偿调节装置及其控制方法，装置包括相隔离的无功补偿柜与水冷却柜，所述无功补偿柜内设置无功补偿装置以及用于为无功补偿装置散热的换热单元，水冷却柜设置冷却装置用于为换热单元提供冷源。无功补偿装置包括SVG模块以及按照补偿精度设置补偿容量的多个补偿单元，SVG模块和补偿单元分别连接至补偿线路。本公开中设置两个柜体将进行无功补偿的控制电路与散热装置分离，使得无功补偿装置与进行冷却的装置在物理位置上分离，减少高湿度、多灰尘的空气对无功补偿装置的影响。本公开通过补偿单元和SVG模块联合补偿实现无功补偿的精细调节。

Description

一种矿用水冷动态无功补偿调节装置及其控制方法
技术领域
本公开涉及无功补偿相关技术领域，具体的说，是涉及一种矿用水冷动态无功补偿调节装置及其控制方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，并不必然构成在先技术。
随着现代化矿业的快速发展，矿井下机械化、自动化程度不断提升，大功率电机大量使用，电子元件产品的普通应用，使得各种感性负荷及用电设备与地面供电电源之间必然循环着大量无功功率，同时产生各类谐波，造成矿井下供电质量恶化和电能严重浪费，直接影响矿井下电网及用电设备正常运行。
发明人发现，现在普通的无功补偿装置不能满足矿井下负载频繁波动的需求，就算最先进的晶闸管投切类型的无功补偿装置，也是按照编码分级投切电容器组，补偿精度不够，输出不连续，不能适应负载波动频繁的场所。市场上存在有源SVG加无源TSC组合的能连续输出无功功率的补偿装置，但是无功输出是通过SVG控制器控制的，容易出现SVG故障，导致整套装置无法输出无功的问题。并且，目前矿井中还普遍存在高湿、多尘等恶劣环境，这种环境容易发生锈蚀和落尘，从而导致电气部件损坏、失效、出现安全隐患等诸多问题。普通的无功补偿装置是靠外界的空气交换进行冷却的，而外界空气就是这种高湿度、多灰尘的空气，锈蚀和落尘会导致电气部件损坏、失效，致使普通的无功补偿装置无法正常工作。
发明内容
本公开为了解决上述问题，提出了一种矿用水冷动态无功补偿调节装置及其控制方法,自带水冷却系统的，能够应用在高湿、多尘的恶劣环境下。
为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：
一个或多个实施例提供了一种矿用水冷动态无功补偿调节装置，包括无功补偿柜与水冷却柜，所述无功补偿柜内设置无功补偿装置以及用于为无功补偿装置散热的换热单元，所述换热单元与水冷却柜通过输水管道连接，水冷却柜设置冷却装置用于为换热单元提供冷源。
一个或多个实施例提供了一种矿用水冷动态无功补偿调节装置的控制方法，包括如下步骤：
获取输电线路源侧采样电流、源侧采样电压和补偿电流；
根据获取的数据以及设定的目标功率因数，计算获得需要补偿的无功补偿容量；
根据补偿单元的设定的补偿容量及需要补偿的无功补偿容量，计算补偿步数并按照补偿步数控制投切补偿单元，补偿单元补偿后的补偿误差容量通过SVG模块补充。
与现有技术相比，本公开的有益效果为：
本公开中设置两个柜体将进行无功补偿的控制电路与散热装置分离，使得无功补偿装置与进行冷却的装置在物理位置上分离，减少高湿度、多灰尘的空气对无功补偿装置的影响。
本公开通过补偿单元进行大多数无功功率的补充，当待补偿的无功补偿容量QC的余数小于最小的补偿单元的容量，可以通过SVG模块进行小容量的补充，实现无功补偿的精细调节，实现了损耗更低的控制方式。同时SVG模块与补偿单元相互并联设置，SVG模块的工作故障并不影响补偿单元的工作，同时SVG模块无功补偿的能量较小，提高了系统工作的稳定性。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的限定。
图1是根据一个或多个实施方式的装置的框图；
图2是本公开实施例2的控制方法流程图。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的各个实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合附图对实施例进行详细描述。
实施例1
在一个或多个实施方式中公开的技术方案中，如图1所示，一种矿用水冷动态无功补偿调节装置，包括无功补偿柜与水冷却柜，所述无功补偿柜内设置无功补偿装置以及用于为无功补偿装置散热的换热单元，所述换热单元与水冷却柜通过输水管道连接，水冷却柜设置冷却装置用于为换热单元提供冷源。
本实施例中，两个柜体内腔不相通，不进行空气交换，通过设置两个相隔离的柜体将进行无功补偿的控制电路与冷却装置分离，使得无功补偿装置与进行冷却的装置在物理位置上分离，减少高湿度、多灰尘的空气对无功补偿装置的影响。
作为进一步地改进，所述无功补偿柜采用密封结构，柜体的出线处设置密封接头；密封结构可以使得无功补偿装置与外界空气隔离。
为实现无功补偿的精细调节，在一些实施例中，所述无功补偿装置包括SVG模块以及按照补偿精度设置补偿容量的多个补偿单元，SVG模块和补偿单元分别连接至补偿线路。
可选的，设置SVG模块的容量可以不大于单个补充单元的容量。
进一步地，各个补偿单元是可以根据需要设置的，可以设置为各个不同容量大小补偿单元，为简化控制，优选的，各个补偿单元的补偿容量可以设置为相等的补偿容量。
本实施例按照补偿精度设置补偿单元，理论上补偿单元的容量可以足够小，通过SVG模块提供较小无功功率的补偿，通过补偿单元和SVG模块的结合实现无功功率的连续补偿，同时无功补偿主要是依靠补偿单元补偿的SVG容量较小，SVG故障后，无功补偿基本还能正常工作，SVG模块的工作对补偿单元产生影响不大。
具体的，补偿单元可以为电容器投切单元，包括相互连接的投切开关和电容电抗器组。
可实现的，无偿补偿装置还包括控制单元和数据采集单元，所述控制单元分别与数据采集单元、换热单元、SVG模块以及各个补偿单元通信连接，数据采集单元用于采集补偿线路的电路参数数据，控制单元用于根据采集的数据计算需要补偿的无功容量，控制补偿单元的投入数量以及SVG模块的补偿容量。
可选的，补偿线路的电路参数数据包括电流和电压，数据采集单元包括设置在输电线路上的电流互感器组I和电压互感器，以及设置在补偿电流输出线路上的电流互感器组II。
具体的，电流互感器组I中三个电流互感器的一次侧分别串联于三相被补偿电力线路中，二次侧分别接控制单元的采样电流检测输入端；电流互感器组II中三个电流互感器的一次侧分别串联于补偿电流输出线路中，二次侧分别接控制单元的补偿电流检测输入端；控制单元的三个电压检测输入端分别通过电压互感器接三相被补偿电力线路。
可选的，设置在无功补偿柜内的换热单元可以为水冷风机，水冷风机与控制单元通信连接，水冷风机可以加速周围空气的流通，将使得无功补偿柜内快速降温。
作为进一步地改进，数据采集单元还包括设置在无功补偿柜的温度传感器，所述温度传感器用于检测无功补偿柜内的温度，所述温度传感器与控制单元连接用于将检测的温度传输至控制单元，控制单元根据接收到的温度数据控制换热单元的工作。
水冷却柜实现水的冷却、缓冲及输送，用于对换热单元输送的温度较高的水降温后输送回控制单元。
作为一种典型的实现结构，水冷却柜内设置冷却单元包括输水管道上依次连接空冷散热单元、水箱和水泵，以及用于检测冷却水数据的信息采集单元，所述控制单元与信息采集单元连接。空冷散热单元可以采用空冷机，用于将回水冷却，空冷散热单元将水的热量交换到空气中，得到冷却后的水，经过水箱缓冲后由水泵加压继续输送到水冷补偿柜内的换热单元中进行热交换。
信息采集单元可以包括设置在水箱内的水温传感器、漏水控制器以及液位传感器，分别用于采集冷却后的水温，水箱的水位以及检测系统是否漏水，可以实时监测冷却效果，对于发生漏水后可以将信息传输至控制单元进行报警。
为实现水泵连续控制，冷却单元还包括变频器，所述变频器分别与控制单元、水泵连接，所述变频器与水泵连接用于控制水泵的工作，水泵设置在输水管道实现水循环。
矿井下空气的温度比较低，本实施例改进装置的结构，通过空冷实现降温，同时又避免了空冷工作过程中矿井下的高湿、多尘的空气对无功补偿装置中电气元件的损坏，在节能的同时，实现了安全的降温。
实施例2
本实施例提供一种矿用水冷动态无功补偿调节装置的控制方法，该方法可以在实施例1的控制单元中实现，如图2所示，包括如下步骤：
步骤1、获取输电线路源侧采样电流IS、源侧采样电压UL和补偿电流IC；
步骤2、根据获取的数据以及设定的目标功率因数，计算获得需要补偿的无功补偿容量QC；
步骤3、根据补偿单元的设定的补偿容量及需要补偿的无功补偿容量QC，计算补偿步数即为投入的补偿单元的数量，按照补偿步数的投切补偿单元，补偿单元补偿后的补偿误差容量通过SVG模块补充。
本实施例中通过补偿单元进行大多数无功功率的补充，当待补偿的无功补偿容量QC的余数小于最小的补偿单元的容量，可以通过SVG模块进行小容量的补充，实现无功补偿的精细调节，实现了损耗更低的控制方式。同时SVG模块与补偿单元相互并联设置，SVG模块的工作故障并不影响补偿单元的工作，同时SVG模块无功补偿的能量较小，提高了系统工作的稳定性。
步骤2中，需要补偿的无功补偿容量QC的计算方法为：根据源侧采样电流IS和补偿电流IC计算负载电流IL，根据采样电压UL和负载电流IL计算负载有功功率和无功功率，依据设定的目标功率因数计算系统需要的无功补偿容量QC。
作为进一步地改进，SVG模块容量的选取为补偿单元的最小支路补偿容量的1/2。
可选的，各个补偿单元的设置容量相等或者补偿容量较大的补偿单元的容量是最小补偿容量补偿单元的容量的整数倍；
可选的，补偿步数的计算方法为将无功补偿容量QC除以单位补偿容量，按照四舍五入取整后获得补偿步数TC，并获得按照补偿步数补偿后的补偿误差。例如，无功补偿容量QC除以补偿单元容量后的结果为T+0.5，将T+0.5四舍五入取整得补偿步数TC，控制单元一方面按照补偿步数TC投入相应的电抗器组，另一方面将误差步数TC-T通过光纤通信下发给SVG模块执行。
可以理解的，当各个补偿单元的容量相等，单位补偿容量为单个补偿单元的容量，当补偿容量较大的补偿单元的容量是最小补偿容量补偿单元的容量的整数倍，单位补偿容量是最小补偿单元的容量。
通过控制包含电容电抗器组的补偿单元优先投入，SVG模块投入容量小，更节能。比如T＝3.8，计算T+0.5＝4.3，四舍五入得TC＝4，实际控制单元投入4步电容电抗器组，则SVG模块产生0.2步感性无功，这样比投入3步电容电抗器组+SVG模块产生0.8步容性无功损耗更低。由于SVG容量较小，SVG故障后，不会影响无功补偿装置的正常工作，提高了供电系统的稳定性。
上述控制方法为控制无功补偿精细调节的过程，还包括控制水冷却单元的方法，可以包括如下步骤：根据水冷补偿柜投入的无功补偿容量计算无功损耗，获得需要交换的热量；根据需要交换的热量控制变频器来调节水泵的转速，从而调节流入换热单元冷却水的流量。
水冷却单元的工作过程为：水冷却柜内的水泵把冷却好的水经水管道输送到无功补偿柜内的换热单元中，把无功补偿柜内的热量交换出来，热水经水管道再流回水冷却柜中，通过空冷散热单元把水的热量交换到空气中，这样就得到了冷却后的水，经过水箱缓冲后由水泵加压继续输送到水冷补偿柜内的水冷散热单元中进行热交换。
进一步地，还包括如下步骤：获取无功补偿柜内的温度信号，根据水冷补偿柜内温度的高低来控制换热单元的启停；可设置为，温度高于25摄氏度启动水冷风机，低于20摄氏度关关水冷风机，且温度传感器可以设置大于一个，提高可靠性。
进一步地，还包括如下步骤：获取水温数据、液位数据以及是否漏水检测数据；当出现异常，发出报警信号或者控制停机。
如果控制单元接收到水位过低会发出报警信号，提示需要人工补水；如果控制单元接收到漏水信号会发出报警信号，提示需要人工检修并控制停机；如果接收到水温过高，也会发出报警信号并且控制设备停机冷却。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开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公开的保护范围以内。

Claims (11)

1.一种矿用水冷动态无功补偿调节装置，其特征是：包括无功补偿柜与水冷却柜，所述无功补偿柜内设置无功补偿装置以及用于为无功补偿装置散热的换热单元，所述换热单元与水冷却柜通过输水管道连接，水冷却柜设置冷却装置用于为换热单元提供冷源；
无功补偿装置包括SVG模块以及按照补偿精度设置补偿容量的多个补偿单元，SVG模块和补偿单元分别连接至补偿线路，SVG模块与补偿单元相互并联设置；当待补偿的无功补偿容量QC的余数小于最小的补偿单元的容量时，通过SVG模块进行小容量的补充，实现无功补偿的精细调节；
无功补偿装置还包括控制单元和数据采集单元，所述控制单元分别与数据采集单元、换热单元、SVG模块以及各个补偿单元通信连接，数据采集单元用于采集补偿线路的电路参数数据，控制单元用于根据采集的数据计算需要补偿的无功容量，控制补偿单元的投入数量以及SVG模块的补偿容量；
其中，所述无功补偿柜采用密封结构，柜体的出线处设置密封接头；密封结构可以使得无功补偿装置与外界空气隔离；
控制补偿单元的投入数量以及SVG模块的补偿容量的方法，包括如下步骤：
根据补偿单元的设定的补偿容量及需要补偿的无功补偿容量，计算补偿步数并按照补偿步数控制投切补偿单元，补偿单元补偿后的补偿误差容量通过SVG模块补充；
补偿步数的计算方法为将无功补偿容量QC除以单位补偿容量，按照四舍五入取整后获得补偿步数TC，并获得按照补偿步数补偿后的补偿误差；
SVG模块容量的选取为补偿单元的最小支路补偿容量的一半；
无功补偿容量QC除以补偿单元容量后的结果为T，将T+0.5四舍五入取整得补偿步数TC，控制单元一方面按照补偿步数TC投入相应补偿单元的电抗器组，另一方面将误差步数TC-T通过光纤通信下发给SVG模块执行。
2.如权利要求1所述的一种矿用水冷动态无功补偿调节装置，其特征是：各个补偿单元设置为不同容量大小的补偿单元。
3.如权利要求1所述的一种矿用水冷动态无功补偿调节装置，其特征是：各个补偿单元的补偿容量相等。
4.如权利要求1所述的一种矿用水冷动态无功补偿调节装置，其特征是：SVG模块的设定容量不大于单个补偿单元的容量。
5.如权利要求1所述的一种矿用水冷动态无功补偿调节装置，其特征是：数据采集单元包括设置在输电线路上的电流互感器组I和电压互感器，以及设置在补偿电流输出线路上的电流互感器组II。
6.如权利要求1所述的一种矿用水冷动态无功补偿调节装置，其特征是：数据采集单元还包括设置在无功补偿柜的温度传感器，所述温度传感器用于检测无功补偿柜内的温度，所述温度传感器与控制单元连接。
7.如权利要求1所述的一种矿用水冷动态无功补偿调节装置，其特征是：设置在无功补偿柜内的换热单元为水冷风机，水冷风机与控制单元通信连接。
8.如权利要求1所述的一种矿用水冷动态无功补偿调节装置，其特征是：水冷却柜内设置冷却单元在包括输水管道上依次连接空冷散热单元、水箱和水泵，以及用于检测冷却水数据的信息采集单元，信息采集单元与控制单元连接。
9.如权利要求6所述的一种矿用水冷动态无功补偿调节装置，其特征是：冷却单元还包括变频器，所述变频器分别与控制单元、水泵连接，所述变频器与水泵连接用于控制水泵的工作。
10.一种矿用水冷动态无功补偿调节装置的控制方法，其特征是，包括如下步骤：
获取输电线路源侧采样电流、源侧采样电压和补偿电流；
根据获取的数据以及设定的目标功率因数，计算获得需要补偿的无功补偿容量；
根据补偿单元的设定的补偿容量及需要补偿的无功补偿容量，计算补偿步数并按照补偿步数控制投切补偿单元，补偿单元补偿后的补偿误差容量通过SVG模块补充；
补偿步数的计算方法为将无功补偿容量QC除以单位补偿容量，按照四舍五入取整后获得补偿步数TC，并获得按照补偿步数补偿后的补偿误差；
SVG模块容量的选取为补偿单元的最小支路补偿容量的一半；
无功补偿容量QC除以补偿单元容量后的结果为T，将T+0.5四舍五入取整得补偿步数TC，控制单元一方面按照补偿步数TC投入相应补偿单元的电抗器组，另一方面将误差步数TC-T通过光纤通信下发给SVG模块执行。
11.如权利要求10所述的控制方法，其特征是，还包括如下：根据水冷补偿柜投入的无功补偿容量计算无功损耗，获得需要交换的热量；根据需要交换的热量控制变频器来调节水泵的转速，从而调节流入换热单元冷却水的流量。
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