CN113410849A - 一种基于二进制算法的无功补偿无差别优化方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于二进制算法的无功补偿无差别优化方法及装置，包括三相电路中的A相线L1、B相线L2、C相线L3；所述A相线L1、B相线L2和C相线L3之间设有二进制无功补偿无差别电路；所述二进制无功补偿无差别电路包括二进制三相电容组、投切开关组、控制器和电流互感器，所述二进制三相电容组经投切开关组分别与A相线L1、B相线L2、C相线L3电连接；所述控制器内设有电压检测模块、微型处理器模块、IO控制端口模块和电流检测模块。本发明基于二进制控制的三相电容布局，通过带有微型处理模块的控制器进行控制，可以在不需要太大电容数量的情况下实现几乎无差别的控制效果，而且随着控制器输出位数的增加，不同负载下的差别越来越小。

Description

一种基于二进制算法的无功补偿无差别优化方法及装置
技术领域
本发明涉及电路优化技术领域，具体为一种基于二进制算法的无功补偿无差别优化方法及装置。
背景技术
现代企业生产中大量的设备含有感性负载，构成了生产设备的基本组成。但是感性负载必然引起电路中的感应电流，与电网提供的电流相抵消，从而产生电能的浪费，甚至干扰电网的正常运行。为了减少感性设备对电能的损耗，提高电能的利用率，维护电网安全，可以采用无功补偿电路对电路进行优化，在一定程度上克服上述问题，因而市场上出现了一些无功补偿设备。但是由于线路的负载波动加大，使得补充效果只能适应于特定的电路参数。
无功补偿一般采用的是图2所示的共补电路，该电路对于特定设备有效，当负载参数变化的时候，效果将有所变化，甚至导致补偿过度并造成一些电路恶化，能量浪费的现象。对于共补线路可以采用三相电容，此时的电路可以如图3，由于负载的变化，要获得最佳的效果，电容的容量必须与电感的参数匹配，以便使得经过调整后的线路的无功因数指标达到0.9-1.0之间，并保持在0.9以上，尽量接近1.0。为此有人采用多个电容选择性接入的办法实现了不同的负载有不同数量的电容接入，实现了参数的相匹配。但是由于负载的变化是复杂的，甚至是不可预测的，因此要求具备很多参数不同的电容，或者是相同参数的很多电容，以便适应不同负载对电容匹配参数的要求。这种控制方式可以在许多参数点实现最优化，但是点数有限，难于实现大量点位的匹配优化。因此我们对此做出改进，提出一种基于二进制算法的无功补偿无差别优化方法及装置。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
本发明一种基于二进制算法的无功补偿无差别优化方法及装置，包括三相电路中的A相线L1、B相线L2、C相线L3；所述A相线L1、B相线L2和C相线L3之间设有二进制无功补偿无差别电路；所述二进制无功补偿无差别电路包括二进制三相电容组、投切开关组、控制器和电流互感器，所述二进制三相电容组经投切开关组分别与A相线L1、B相线L2、C相线L3电连接；所述控制器内设有电压检测模块、微型处理器模块、IO控制端口模块和电流检测模块，所述电压检测模块、电流互感器、IO控制端口模块和电流检测模块均与微型处理器模块电连接；所述投切开关组经IO控制端口模块与微型处理器模块电连接；所述电流互感器用于检测A相线L1上的电流信息数据并传递给电流检测模块，所述电压检测模块用于检测A相线L1、B相线L2上的电压信息数据并传递给微型处理器模块。
作为本发明的一种优选技术方案，所述二进制三相电容组由n个二进制三相电容所组成，且n个二进制三相电容记为电容C1、C2、C3...Cn组成，所述投切开关组由n个投切开关所组成，n个投切开关记为投切开关J1、J2、J3...Jn；每个所述二进制三相电容均通过一个投切开关与A相线L1、B相线L2、C相线L3电连接。
4、作为本发明的一种优选技术方案，所述二进制三相电容C1、C2、C3...Cn中各个二进制三相电容的电容量关系有，将三相电容容量记为Ci，
Ci＝2·Ci-1
＝2i-1·C1
其中i＝2，3……n。
作为本发明的一种优选技术方案，该基于二进制算法的无功补偿无差别电路优化装置的电路优化方法是，包括以下几个步骤，
步骤1，通过电流互感器对A相线L1上的电流进行检测的电流信号，通过电压检测模块对A相线L1、B相线L2上的电压进行检测得到电压信号；
步骤2，控制器将根据测得的电压信号和电流信号，通过数字化测量，测出相位差，从而获得功率因数；
步骤3，控制器将依据功率因数结果来判断电容的投切量值，并通过IO控制端口模块来控制投切开关组，通过控制投切开关组中的投切开关的闭合来将二进制三相电容与A相线L1、B相线L2、C相线L3中的某个线路进行电连通，对该电路进行无功补偿优化。
作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤3中三相电容的投切量值的计算方法是，将投切开关组的控制量记为Ji，其中Ji＝1表示接通，Ji＝0表示断开，则每次投切的电容量为：
C＝J1·C1+J2·C2+L L+Jn-1·Cn-1+Jn·Cn
＝J1·C1+J2·2·C1+L L+Jn-1·2n-2·C1+Jn·2n-1·C1
＝(J1+J2·2+L L+Jn-1·2n-2+Jn·2n-1)·C1
C＝IO·C1
这里的IO即为控制器的IO端口的二进制输出值，且有：
IO＝J1+J2·2+L L+Jn-1·2n-2+Jn·2n-1。
本发明的有益效果是：
本发明是基于二进制控制的三相电容布局，通过带有微型处理模块的控制器进行控制，可以在不需要太大三相电容数量的情况下实现几乎无差别的控制效果，而且随着控制器输出位数的增加，不同负载下的差别越来越小；主要是通过电流互感器对A相线L1上的电流进行检测的电流信号，通过电压检测模块对A相线L1、B相线L2上的电压进行检测得到电压信号；控制器将根据测得的电压信号和电流信号，通过数字化测量，测出相位差，从而获得功率因数；控制器将依据功率因数结果来判断电容的投切量值，并通过IO控制端口模块来控制投切开关组，通过控制投切开关组中的投切开关的闭合来将二进制三相电容与A相线L1、B相线L2、C相线L3中的某个线路进行电连通，对该电路进行无功补偿优化；本发明用于电力负载具有感性特点的情况下进行功率补偿，修正电路中反向电流，从而实现减少电力损耗，提高电力品质并减少对电网中电力参数的影响。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明一种基于二进制算法的无功补偿无差别优化方法及装置的结构示意图；
图2是一般采用无功补偿的共补电路的电路图；
图3是采用采用三相电容的共补电路的电路图。
图中：1、二进制无功补偿无差别电路；2、二进制三相电容组；3、投切开关组；4、控制器；5、电流互感器；6、电压检测模块；7、微型处理器模块；8、IO控制端口模块；9、电流检测模块。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例：如图1所示，本发明一种基于二进制算法的无功补偿无差别优化方法及装置，包括三相电路中的A相线L1、B相线L2、C相线L3；所述A相线L1、B相线L2和C相线L3之间设有二进制无功补偿无差别电路1；所述二进制无功补偿无差别电路1包括二进制三相电容组2、投切开关组3、控制器4和电流互感器5，所述二进制三相电容组2经投切开关组3分别与A相线L1、B相线L2、C相线L3电连接；所述控制器4内设有电压检测模块6、微型处理器模块7、IO控制端口模块8和电流检测模块9，所述电压检测模块6、电流互感器5、IO控制端口模块8和电流检测模块9均与微型处理器模块7电连接；所述投切开关组3经IO控制端口模块8与微型处理器模块7电连接；所述电流互感器5用于检测A相线L1上的电流信息数据并传递给电流检测模块9，所述电压检测模块6用于检测A相线L1、B相线L2上的电压信息数据并传递给微型处理器模块7。
其中，所述二进制三相电容组2由n个二进制三相电容所组成，且n个二进制三相电容记为电容C1、C2、C3...Cn组成，所述投切开关组3由n个投切开关所组成，n个投切开关记为投切开关J1、J2、J3...Jn；每个所述二进制三相电容均通过一个投切开关与A相线L1、B相线L2、C相线L3电连接。
其中，所述二进制三相电容C1、C2、C3...Cn中各个二进制三相电容的电容量关系有，将三相电容容量记为Ci，
Ci＝2·Ci-1
＝2i-1·C1
其中i＝2，3……n，n表示总的三相电容的个数。
其中，该基于二进制算法的无功补偿无差别电路优化装置的电路优化方法是，包括以下几个步骤，
步骤1，通过电流互感器对A相线L1上的电流进行检测的电流信号，通过电压检测模块对A相线L1、B相线L2上的电压进行检测得到电压信号；
步骤2，控制器将根据测得的电压信号和电流信号，通过数字化测量，测出相位差，从而获得功率因数；
步骤3，控制器将依据功率因数结果来判断三相电容的投切量值，并通过IO控制端口模块来控制投切开关组，通过控制投切开关组中的投切开关的闭合来将二进制三相电容与A相线L1、B相线L2、C相线L3中的某个线路进行电连通，对该电路进行无功补偿优化。
其中，所述步骤3中电容的投切量值的计算方法是，将投切开关组的控制量记为Ji，其中Ji＝1表示接通，Ji＝0表示断开，则每次投切的电容量为：
C＝J1·C1+J2·C2+L L+Jn-1·Cn-1+Jn·Cn
＝J1·C1+J2·2·C1+L L+Jn-1·2n-2·C1+Jn·2n-1·C1
＝(J1+J2·2+L L+Jn-1·2n-2+Jn·2n-1)·C1
C＝IO·C1
这里的IO即为控制器的IO端口的二进制输出值，且有：
IO＝J1+J2·2+L L+Jn-1·2n-2+Jn·2n-1，n表示总的三相电容的个数。
IO值越大，投切的三相电容越大，而控制器的IO端口的二进制输出值的最大值取决于IO端口位数。
本发明的最大投切电容容量为：
Cmax＝IOmax·C1
其中IOmax＝2n-1取决于n,即：
IOmax＝2n-1
由于C1就是投切三相电容的最小分辨值，所以Cmax/C1＝IOmax的值越大，控制精度越高，无差别的性能越高。当端口位数为8时，IOmax为255，说明控制器可以以三相电容的总量的1/255量值进行投切电容量的调整，如果端口位数为10，则IOmax为1023，说明控制器可以以电容的总量的1/1023量值进行投切电容量的调整.端口位数越高优化的精度越高，几乎接近无差别优化。
本发明是基于二进制控制的三相电容布局，通过带有微型处理模块的控制器进行控制的，可以在不需要太大三相电容数量的情况下实现几乎无差别的控制效果，而且随着控制器输出位数的增加，不同负载下的差别越来越小；主要是通过电流互感器对A相线L1上的电流进行检测的电流信号，通过电压检测模块对A相线L1、B相线L2上的电压进行检测得到电压信号；控制器将根据测得的电压信号和电流信号，通过数字化测量，测出相位差，从而获得功率因数；控制器将依据功率因数结果来判断电容的投切量值，并通过IO控制端口模块来控制投切开关组，通过控制投切开关组中的投切开关的闭合来将二进制三相电容与A相线L1、B相线L2、C相线L3中的某个线路进行电连通，对该电路进行无功补偿优化；此外本发明用于电力负载具有感性特点的情况下进行功率补偿，修正电路中反向电流，从而实现减少电力损耗，提高电力品质并减少对电网中电力参数的影响。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于二进制算法的无功补偿无差别优化方法及装置，其特征在于，包括三相电路中的A相线L1、B相线L2、C相线L3；所述A相线L1、B相线L2和C相线L3之间设有二进制无功补偿无差别电路（1）；所述二进制无功补偿无差别电路（1）包括二进制三相电容组（2）、投切开关组（3）、控制器（4）和电流互感器（5），所述二进制三相电容组（2）经投切开关组（3）分别与A相线L1、B相线L2、C相线L3电连接；所述控制器（4）内设有电压检测模块（6）、微型处理器模块（7）、IO控制端口模块（8）和电流检测模块（9），所述电压检测模块（6）、电流互感器（5）、IO控制端口模块（8）和电流检测模块（9）均与微型处理器模块（7）电连接；所述投切开关组（3）经IO控制端口模块（8）与微型处理器模块（7）电连接；所述电流互感器（5）用于检测A相线L1上的电流信息数据并传递给电流检测模块（9），所述电压检测模块（6）用于检测A相线L1、B相线L2上的电压信息数据并传递给微型处理器模块（7）。
2.根据权利要求1所述的一种基于二进制算法的无功补偿无差别优化方法及装置，其特征在于，所述二进制三相电容组（2）由n个二进制三相电容所组成，且n个二进制三相电容记为电容C1、C2、C3... Cn组成，所述投切开关组（3）由n个投切开关所组成，n个投切开关记为投切开关J1、J2、J3...Jn；每个所述二进制三相电容均通过一个投切开关与A相线L1、B相线L2、C相线L3电连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于二进制算法的无功补偿无差别优化方法及装置，其特征在于，所述二进制三相电容C1、C2、C3... Cn中各个二进制三相电容的电容量关系有，将三相电容容量记为
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure DEST_PATH_IMAGE004
其中 i=2，3……n。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种基于二进制算法的无功补偿无差别优化方法及装置，其特征在于，该基于二进制算法的无功补偿无差别电路优化装置的电路优化方法是，包括以下几个步骤，
步骤1，通过电流互感器对A相线L1上的电流进行检测的电流信号，通过电压检测模块对A相线L1、B相线L2上的电压进行检测得到电压信号；
步骤2，控制器将根据测得的电压信号和电流信号，通过数字化测量，测出相位差，从而获得功率因数；
步骤3，控制器将依据功率因数结果来判断电容的投切量值，并通过IO控制端口模块来控制投切开关组，通过控制投切开关组中的投切开关的闭合来将二进制三相电容与A相线L1、B相线L2、C相线L3中的某个线路进行电连通，对该电路进行无功补偿优化。
5.根据权利要求4所述的一种基于二进制算法的无功补偿无差别优化方法及装置，其特征在于，所述步骤3中三相电容的投切量值的计算方法是，将投切开关组的控制量记为
Figure DEST_PATH_IMAGE006
，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE008
表示接通，
Figure DEST_PATH_IMAGE010
表示断开，则每次投切的电容量为：
Figure DEST_PATH_IMAGE012
这里的
Figure DEST_PATH_IMAGE014
即为控制器的端口的二进制输出值，且有：
Figure DEST_PATH_IMAGE016
。
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