CN115037052B

CN115037052B - 智能复合开关

Info

Publication number: CN115037052B
Application number: CN202210804158.9A
Authority: CN
Inventors: 陈增元; 向磊; 林立成; 高伟健; 张幻幻
Original assignee: Zhejiang Jiukai Electric Power Technology Co ltd
Current assignee: Taizhou Anjpower Equipment Co ltd
Priority date: 2022-07-09
Filing date: 2022-07-09
Publication date: 2023-08-15
Anticipated expiration: 2042-07-09
Also published as: CN115037052A

Abstract

本申请涉及一种智能复合开关，其包括：功率因数获取模块，用于获取线路的功率因数，功率因数包括实时功率因数与历史功率因数；实时控制模块，用于实时分析判断实时功率因数是否小于阈值；若实时功率因数小于阈值时，对实时功率因数进行实时控制使功率因数大于或等于阈值；总控制模块，用于根据历史功率因数获取功率因数变化规律，并对线路根据变化规律控制实时控制模块进行投切，以对线路的功率因数进行总体控制。本申请具有根据功率因数的变化规律对功率因数进行智能无功补偿，使对功率因数的控制更加全面的效果。

Description

智能复合开关

技术领域

本申请涉及电气自动化的领域，尤其是涉及一种智能复合开关。

背景技术

功率因数是指交流电路有功功率对视在功率的比值，是衡量电气设备效率高低的一个系数。用户电器设备在一定电压和功率下，功率因数越高效益越好，发电设备越能充分利用。同时功率因数也是衡量电气设备效率高低的一个系数，功率因数低说明电路用于交变磁场转换的无功功率大，从而降低了设备的利用率，增加了线路供电损失。

由于功率因数关系到输配电下路、设备的供电能力，也影响到其功率损耗，为了提高线路的功率因数，降低能耗，改善电网电压质量，通常采用无功补偿设备提供必要的无功功率。由于功率因数的产生主要是因为交流用电设备在其工作过程中，除了消耗有功功率外，还需要无功功率，由于设备电机上绕组的所需的无功功率基本是恒定的，有功功率是随负载的变化而变化，因此功率因数也随负载的变化而变化，传统的无功补偿设备不能随功率因数改变做出相应改变从而做出无功补偿。

发明内容

为了能对设备功率改变时做出相应的无功补偿，本申请提供一种智能复合开关。

本申请提供的智能复合开关采用如下的技术方案：

智能复合开关，包括：

功率因数获取模块，用于获取线路的功率因数，所述功率因数包括实时功率因数与历史功率因数；

实时控制模块，用于实时分析判断所述实时功率因数是否小于阈值；若所述实时功率因数小于所述阈值时，对所述实时功率因数进行实时控制使所述功率因数大于或等于所述阈值；

总控制模块，用于根据所述历史功率因数获取所述功率因数变化规律，并对所述线路根据所述变化规律控制所述实时控制模块进行投切，以对所述线路的所述功率因数进行总体控制。

通过采用上述技术方案，在线路上的设备运行时，功率因数获取模块获取线路上的功率因数，当设备的运行功率改变时，实时控制模块判断实时功率因数是否小于阈值，当小于阈值时对功率因数进行控制，当设备的运行功率未发生改变时，总控制模块根据功率因数的变化规律对功率因数进行智能无功补偿，使对功率因数的控制更加全面。

可选的，所述功率因数获取模块包括：

实时功率因数获取单元，用于根据负载的有功功率和无功功率获取所述线路的所述实时功率因数；

历史功率因数获取单元，用于将过去时间段的所述实时功率因数进行保存获取所述历史功率因数。

通过采用上述技术方案，实时功率因数获取单元能实时获取当前时间的实时功率因数，历史功率因数获取单元能获取历史时间段上的历史功率因数。

可选的，所述实时控制模块包括：

实时分析单元，用于实时判断所述实时功率因数是否小于阈值；

控制单元，用于当所述实时功率因数小于所述阈值时，对所述线路进行投切使所述功率因数大于或等于所述阈值。

通过采用上述技术方案，使能实时对功率因数的变化进行分析判断，并对实时功率因数进行控制。

可选的，所述实时分析单元包括实时分析处理器；

所述控制单元包括多个不同类型的复合开关，和与所述复合开关连接的电容器。

可选的，所述总控制模块包括：

变化规律获取单元，用于根据所述历史功率因数分析获取周期时间内的功率因数变化规律；

变化规律保存单元，用于保存所述功率因数变化规律；

功率因数总控单元，用于根据保存的所述功率因数变化规律对所述实时控制模块进行控制，以对所述线路进行投切使所述功率因数大于或等于所述阈值。

通过采用上述技术方案，使能通过变化规律获取单元获取功率因数的变化规律，并根据变化规律对功率因数进行控制。

可选的，所述变化规律获取单元包括：

设备运行规律获取子单元，用于获取用电设备在预设时间内的运行规律；

变化规律获取子单元，用于根据历史功率因数与设备的所述运行规律获取所述功率因数变化规律。

通过采用上述技术方案，使能根据历史功率与预设时间两个方面获取功率因数变化规律。

可选的，所述功率因数总控单元包括：

规律阶段控制子单元，用于当设备处于规律运行的时间段时，在规律运行的时间段内根据所述功率因数变化规律，对所述功率因数进行控制；

突发阶段控制子单元，用于当设备的运行处于不规律运行的时间段时，在不规律运行的时间段内将控制权限交付于所述实时控制模块。

通过采用上述技术方案，使能在设备规律运行的时间内对功率因数进行控制，且在设备处于不规律运行的突发情况中对功率因数进行控制。

可选的，还包括：

通讯模块，用于建立所述实时控制模块与所述总控制模块之间的连接。

可选的，所述通讯模块包括：

正向数据传输单元，用于从所述实时控制模块向所述总控制模块传输所述实时功率因数；

逆向数据传输单元，用于从所述总控制模块向所述实时控制模块传输控制所述实时控制模块的控制信号。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1、在线路上的设备运行时，功率因数获取模块获取线路上的功率因数，当设备的运行功率改变时，实时控制模块判断实时功率因数是否小于阈值，当小于阈值时对功率因数进行控制，当设备的运行功率未发生改变时，总控制模块根据功率因数的变化规律对功率因数进行智能无功补偿，使对功率因数的控制更加全面。

2、能在设备规律运行的时间内对功率因数进行控制，且在设备处于不规律运行的突发情况中对功率因数进行控制。

附图说明

图1是本申请智能复合开关其中一实施例的结构框图。

附图标记：1、功率因数获取模块；11、实时功率因数获取单元；12、历史功率因数获取单元；2、实时控制模块；21、实时分析单元；22、控制单元；23、监控单元；3、总控制模块；31、变化规律获取单元；32、变化规律保存单元；321、设备运行规律获取子单元；322、变化规律获取子单元；33、功率因数总控单元；331、规律阶段控制子单元；332、突发阶段控制子单元；4、通讯模块；41、正向数据传输单元；42、逆向数据传输单元。

具体实施方式

以下结合附图对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开智能复合开关，参照图1，包括：

功率因数获取模块1，用于获取线路的功率因数，功率因数包括实时功率因数与历史功率因数。其中，功率因数指的是交流电路中有功功率与视在功率之间的比值，有功功率是指单位时间内实际发出或消耗的交流电能量，是周期内的平均功率，有功功率P=I*U*COSφ。视在功率是表示交流电气设备容量的量，等于电压有效值与电流有效值的乘积，视在功率乘以功率因数等于有功功率，即功率因数是有功功率与视在功率的比值。

其中有功功率P、无功功率Q、视在功率S分别为直角三角形的三条边：S为斜边，P、Q为两直角边，P、Q就是把S正交分解出来的两个分量；P²+Q²=S²（勾股定理）。功率因数就是P/S，也就是COSθ，θ就是相角，即电压与电流之间的夹角。其中实时功率因数为实时获取的功率因数，通过实时功率因数可及时对交流电路的供电进行控制；而历史功率因数为过去时间段的功率因数，通过历史功率因数的变化可获知功率因数在过去时间段所发生的变化。

功率因数获取模块1包括：

实时功率因数获取单元11，用于根据负载的有功功率和无功功率获取线路的实时功率因数。

历史功率因数获取单元12，用于将过去时间段的实时功率因数进行保存获取历史功率因数。其中，功率因数表示了总功率中有功功率所占的比例，由上述功率因数的原理可知，当θ为0°时即交流电路中电压与电流同香味是，有功功率等于视在功率，当电路中只有纯阻性负载，或电路中感抗与容抗相等时，才会出现这种情况。常见的功率因数的计算公式为：

即，实时通过对配电箱中对有功电量与无功电量进行测量即可获得实时的平均功率因数，在本实施例中在测量有功电量与无功电量时为测量时间段内的电量，时间段的设置为根据需求进行设置，例如可设置为一个小时，还可设置为5分钟等。

当测得实时功率因数后需根据实时功率因数对线路上设备的功率因数进行控制，因此在本申请另一实施例中设置有实施控制模块。

实时控制模块2，用于实时分析判断实时功率因数是否小于阈值；若实时功率因数小于阈值时，对实时功率因数进行实时控制使功率因数大于或等于阈值。其中，功率因数的阈值根据实际需求来进行设置，例如在一般情况下，为了保持系统的静态稳定，要求功率因数不能超过0.95，也就是无功功率不得小于有功功率的三分之一，当发电机的功率因数低于阈值时，由于转子电流增大，会使转子温度升高。而在另一些情况中，由于电机绕组所需的无功激励电流是基本恒定的，即无功功率是恒定的，有功功率是随负载的变化而产生变化，所以功率因数也随负载的变化而变化，为了增加电机的效率，则需增加功率因数，以达到降低输入功率的作用，因此，阈值根据实际需求进行设置，一般可为0.8-0.9之间。同时，在本实施例中实时控制模块2包括控制处理器，通过控制处理器的控制来进行无功补偿，从而进行实时功率因数的控制。

实时控制模块2包括：

实时分析单元21，用于实时判断实时功率因数是否小于阈值，实时分析单元21包括实时分析处理器。在本实施例中，当负载一定时，分析处理器根据输入功率的变化实时对功率因数进行分析，判断是否小于阈值。

控制单元22，用于当实时功率因数小于阈值时，对线路进行投切使功率因数大于或等于阈值。控制单元22包括多个不同类型的复合开关，和与复合开关连接的电容器。其中，投切中的投指的是在开关接点两端交流电的电压为零的时刻闭合，实现电容器的无涌流投入，而投切中的切指的是在交流电的电流为零的时刻断开，实现开关接点的无电弧分断，从而达到将投入、切除的产生的瞬间涌流控制在最小值以内，以达到降低系统功耗即降低无功功率的效果，从而增加功率因数使功率因数大于或等于阈值。

总控制模块3，用于根据历史功率因数获取功率因数变化规律，并对线路根据变化规律控制实时控制模块2进行投切，以对线路的功率因数进行总体控制。其中，功率因数变化规律为历史功率因数发生变化的规律，通过功率因数变化规律可预知在未来时间段内的功率因数变化。在本实施例中，总控制模块3设置为服务器，通过服务器对复合开关的控制来对功率因数进行控制。

总控制模块3包括：

变化规律获取单元31，用于根据历史功率因数分析获取周期时间内的功率因数变化规律。其中，周期时间可根据需求进行设置，例如设置为两个小时的时间时，在一个工作日的时间内，每隔两个小时的周期测量一次有功功率与无功功率的数值，从而获取功率因数的数值，获取一个工作日内多个工作周期的功率因数，将多个相同负载的工作日的功率因数进行平均，即可获取功率因数规律，例如获取的工作日第一个周期、第二个周期的功率因数分别为0.92与0.93。

变化规律获取单元31包括：

设备运行规律获取子单元321，用于获取用电设备在预设时间内的运行规律。变化规律获取子单元322，用于根据历史功率因数与设备的运行规律获取功率因数变化规律。在本实施例中，获取的用电设备的运行规律为负载的大小规律以及供电功率改变的规律，例如在预设的一个工作日的负载大小分布呈正态分布而供电功率不便。

在获取功率因数的变化规律之后，还需将功率因数变化规律进行保存，因此还包括变化规律保存单元32，变化规律保存单元32，用于保存功率因数变化规律。其中，变化规律保存单元32设置为数据库的形式，将用电设备每一个工作每一个周期的功率因数均进行保存。

功率因数总控单元33，用于根据保存的功率因数变化规律对实时控制模块2进行控制，以对线路进行投切使功率因数大于或等于阈值。其中，当用电设备的负载不发生变化且供电效率不发生变化时，可根据功率因数变化规律对实时控制模块2进行控制，进而对线路进行投切以使功率因数大于或等于阈值。

由于负载并非恒定不变的，在负载的不同过程中可使用不同的控制方式，因此，功率因数总控单元33包括：

规律阶段控制子单元331，用于当设备处于规律运行的时间段时，在规律运行的时间段内根据功率因数变化规律，对功率因数进行控制。其中，当用电设备的负载处于不变且线路供电效率不变时，即可认为用电设备处于规律运行的状态。此时需要通过规律阶段控制子单元331来控制处于规律阶段的功率因数。

突发阶段控制子单元332，用于当设备的运行处于不规律运行的时间段时，在不规律运行的时间段内将控制权限交付于实时控制模块2。其中，在本实施例不规律运行为用电设备在该次运行过程中负载发生改变，例如电机用于吊拉货物时，货物的重量发生变化。

当用电设备的负载会经常发生不规律变化时，还需对功率因数变化进行监控，因此，实时控制模块2还包括：

监控单元23，用于监控实时功率因数是否符合功率因数变化规律，当不符合时，停止总控制模块3对功率因数的控制，通过实时控制模块2对功率因数进行实时控制。

为了建立功率因数获取模块1、实时控制模块2与总控制模块3之间的联系，本申请其他实施例还包括：

通讯模块4，用于建立实时控制模块2与总控制模块3之间的连接。

通讯模块4包括：

正向数据传输单元41，用于从功率因数获取模块1向总控制模块3传输实时功率因数。逆向数据传输单元42，用于从总控制模块3向实时控制模块2传输控制实时控制模块2的控制信号。

在本实施例中，功率因数获取模块1可设置为电压电流检测传感器，以检测有功与无功时的电压电流来分析获取功率因数；总控制模块3为服务器；通讯模块4可设为GPRS模块，通过GPRS模块建立功率因数获取模块1、实时控制模块2与总控模块之间的联系；而实时控制模块2为复合开关、控制处理器与实时分析处理器，分析处理器分析功率因数的实时变化，功率处理器控制符合开关的活动，复合开关是能在正常导电回路条件下关合、承载和开断电流的开关设备，同时复合开关将高耐压大流量晶闸管与磁保持继电器的触点相并联，通过微电脑控制，自动寻找最佳投入点和最佳切除点，实现电压过零投入和电流过零切除。电压过零投入指的是复合开关在开关接点两端电压为零的时刻闭合，从而实现电容器的无涌流投入，在电流为零的时刻断开，从而实现开关接点的无电弧分段，通过电压过零投入与电流过零切除对线路进行无功补偿，从而使对功率因数的控制更加智能。

本申请实施例智能复合开关的实施原理为：在线路上的设备运行时，功率因数获取模块1获取线路上的功率因数，当设备的运行功率改变时，实时控制模块2判断实时功率因数是否小于阈值，当小于阈值时对功率因数进行控制，当设备的运行功率未发生改变时，总控制模块3根据功率因数的变化规律对功率因数进行智能无功补偿，使对功率因数的控制更加全面。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种智能复合开关，其特征在于，包括：

功率因数获取模块（1），用于获取线路的功率因数，所述功率因数包括实时功率因数与历史功率因数；

实时控制模块（2），用于实时分析判断所述实时功率因数是否小于阈值；若所述实时功率因数小于所述阈值时，对所述实时功率因数进行实时控制使所述功率因数大于或等于所述阈值；

总控制模块（3），用于根据所述历史功率因数获取所述功率因数变化规律，并对所述线路根据所述变化规律控制所述实时控制模块（2）进行投切，以对所述线路的所述功率因数进行总体控制；

所述总控制模块（3）包括：

变化规律获取单元（31），用于根据所述历史功率因数分析获取周期时间内的功率因数变化规律；

变化规律保存单元（32），用于保存所述功率因数变化规律；

功率因数总控单元（33），用于根据保存的所述功率因数变化规律对所述实时控制模块（2）进行控制，以对所述线路进行投切使所述功率因数大于或等于所述阈值；规律阶段控制子单元（331），用于当设备处于规律运行的时间段时，在规律运行的时间段内根据所述功率因数变化规律，对所述功率因数进行控制；

突发阶段控制子单元（332），用于当设备的运行处于不规律运行的时间段时，在不规律运行的时间段内将控制权限交付于所述实时控制模块（2）；

所述实时控制模块（2）还包括：

监控单元（23），用于监控所述实时功率因数是否符合所述功率因数变化规律，当不符合时，停止所述总控制模块（3）对所述功率因数的控制，通过所述实时控制模块（2）对所述功率因数进行实时控制。

2.根据权利要求1所述的智能复合开关，其特征在于，所述功率因数获取模块（1）包括：

实时功率因数获取单元（11），用于根据负载的有功功率和无功功率获取所述线路的所述实时功率因数；

历史功率因数获取单元（12），用于将过去时间段的所述实时功率因数进行保存获取所述历史功率因数。

3.根据权利要求1所述的智能复合开关，其特征在于，所述实时控制模块（2）包括：

实时分析单元（21），用于实时判断所述实时功率因数是否小于阈值；

控制单元（22），用于当所述实时功率因数小于所述阈值时，对所述线路进行投切使所述功率因数大于或等于所述阈值。

4.根据权利要求3所述的智能复合开关，其特征在于，所述实时分析单元（21）包括实时分析处理器；

所述控制单元（22）包括多个不同类型的复合开关，和与所述复合开关连接的电容器。

5.根据权利要求1所述的智能复合开关，其特征在于，所述变化规律获取单元（31）包括：

设备运行规律获取子单元（321），用于获取用电设备在预设时间内的运行规律；

变化规律获取子单元（322），用于根据历史功率因数与设备的所述运行规律获取所述功率因数变化规律。

6.根据权利要求1所述的智能复合开关，其特征在于，还包括：

通讯模块（4），用于建立所述实时控制模块（2）与所述总控制模块（3）之间的连接。

7.根据权利要求6所述的智能复合开关，其特征在于，所述通讯模块（4）包括：

正向数据传输单元（41），用于从所述功率因数获取模块（1）向所述总控制模块（3）传输所述实时功率因数；

逆向数据传输单元（42），用于从所述总控制模块（3）向所述实时控制模块（2）传输控制所述实时控制模块（2）的控制信号。