一種負載平衡方法、負載平衡裝置及驅電器與流程
2023-06-24 13:44:36 1
本發明涉及電力系統配件，更具體地，涉及一種負載平衡方法、負載平衡裝置及驅電器。
背景技術：
交流異步電動機由於其結構簡單、價格低廉等優點已在工業、農業以及其他領域中得到廣泛的應用。目前，我國交流異步電動機的年耗電量約佔工業耗電量的80％以上。
交流異步電動機是一種多參數、強耦合的嚴重非線性被控對象，其精確數學模型很難獲得，還會受工作溫度，老化等因素的影響，因此，實際工作中，大部分交流異步電機的負載往往處於變化狀態。交流異步電機設計是以額定工況下效率最優為原則，但在輕載或空載狀態下的非經濟運行，會因電動機功率因數變小、效率降低而導致大量的電能浪費。
現有技術中，通常使用集中的無功補償的方法來改善功率因數，並達到節電的效果。但集中無功補償的方法不能解決設備供電線路的損耗和供電裝置與負載的電力需求相平衡匹配的功能，不能使工廠進一步的節約能源。
技術實現要素：
本發明的一個目的是解決現有技術中的負載平衡方法不能在低諧波的無功補償方法下實現節能目的的缺陷。
根據本發明的第一方面，提供了一種負載平衡方法,其特徵在於,包括：步驟1：採集電源端和負載端的電流值以及電壓值；步驟2：根據所述電流值以及電壓值計算相應的有功、無功、功率因數以及負載率；步驟3：根據所述功率因數控制靜止無功補償器進行電流補償；步驟4：根據所述有 功、無功、功率因數以及負載率，通過最優控制算法計算最優輸出功率；步驟5：控制電壓調節器輸出所述最優輸出功率；步驟6：重複步驟1-4。
優選地，負載平衡方法在所述控制電壓調節器輸出最優輸出功率之前，還包括將所述電流值以及電壓值與電機運行狀態進行比較，並確定所述最優輸出功率的步驟。
優選地，所述電機為三相異步電機或單相電機。
優選地，所述最優控制算法包括模糊控制算法和PID控制算法。
根據本發明的第二方面，提供了一種負載平衡裝置，其特徵在於，包括：採集模塊，用於採集電源端和負載端的電流值以及電壓值；參數計算模塊，用於根據所述電流值以及電壓值計算相應的有功、無功、功率因數以及負載率；電流補償模塊，用於根據所述功率因數控制靜止無功補償器進行電流補償；功率計算模塊，用於根據所述有功、無功、功率因數以及負載率，通過最優控制算法計算最優輸出功率；輸出模塊，用於控制電壓調節器輸出所述最優輸出功率；控制模塊，用於在輸出所述最優控制電壓後，控制採集模塊採集電流值以及電壓值。
優選地，負載平衡裝置還包括功率確定模塊，用於將所述電流值以及電壓值與電機運行狀態進行比較，並確定所述最優輸出功率。
優選地，所述電機為三相異步電機或單相電機。
優選地，所述最優控制算法包括模糊控制算法和PID控制算法。
根據本發明的第三方面，提供了一種驅電器，使用如本發明第一方面所述的方法。
本發明的一個技術效果在於，可以使得原有變壓器提高帶載能力，可以在負載不變的情況下減少變壓器的容量。
本發明的另一個技術效果在於，進行無功補償的同時還考慮到了調節電機輸入功率的問題，通過動態調節電壓調節器的功率輸出使得不需要在配電箱部分提高電壓來滿足輸入功率，巧妙地兼顧了無功補償和節電兩個要素。這一點是本領域內的技術人員從未想到過的，故是一種新的技術方案。
通過以下參照附圖對本發明的示例性實施例的詳細描述，本發明的其 它特徵及其優點將會變得清楚。
附圖說明
被結合在說明書中並構成說明書的一部分的附圖示出了本發明的實施例，並且連同其說明一起用於解釋本發明的原理。
圖1是本發明的負載平衡方法的一個實施例的流程圖。
圖2是本發明的驅電器的一個實施例的示意圖
圖3是本發明的負載平衡裝置的一個實施例的方框原理圖。
具體實施方式
現在將參照附圖來詳細描述本發明的各種示例性實施例。應注意到：除非另外具體說明，否則在這些實施例中闡述的部件和步驟的相對布置、數字表達式和數值不限制本發明的範圍。
以下對至少一個示例性實施例的描述實際上僅僅是說明性的，決不作為對本發明及其應用或使用的任何限制。
對於相關領域普通技術人員已知的技術、方法和設備可能不作詳細討論，但在適當情況下，所述技術、方法和設備應當被視為說明書的一部分。
在這裡示出和討論的所有例子中，任何具體值應被解釋為僅僅是示例性的，而不是作為限制。因此，示例性實施例的其它例子可以具有不同的值。
應注意到：相似的標號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨後的附圖中不需要對其進行進一步討論。
本發明的負載平衡方法可以是用於數位訊號處理器中的控制程序，在這種情況下，負載平衡方法中的每個步驟均為數位訊號處理器中的計算邏輯或者控制邏輯。使用本發明的負載平衡方法時，數位訊號處理器可以與靜止無功補償器以及電壓調節器連接，來完整地完成負載平衡方法的全部步驟。
圖1示出了本發明的負載平衡方法的一個實施例的流程圖。
如圖1所示，本發明的負載平衡方法包括：
步驟S1：採集電源端和負載端的電流值以及電壓值。
步驟S2：根據電流值以及電壓值計算相應的有功、無功、功率因數以及負載率。
步驟S3：根據功率因數控制靜止無功補償器進行電流補償。
步驟S4：根據有功、無功、功率因數以及負載率，通過最優控制算法計算最優輸出功率。
步驟S5：控制電壓調節器輸出最優輸出功率。
步驟S6：重複步驟1-4。
在步驟S1中，可以分別從電源端和負載端分別採集電流值以及電壓值，採集得到的值可以輸入至DSP中，以便做進一步運算。從電源端獲得的電流值以及電壓值通常用來進行靜止無功補償器的電流補償過程。而從負載端採集的電流值和電壓值通常用來進行輸出功率的調控，這樣的調控可以保證電機的輸入功率保持在一個穩定的值。現有技術中主要採集電源端的電流及電壓值，而並未對電機的輸入功率進行調控，因此，步驟S1體現出了這一改進點。
在步驟S2中，根據前述採集到的電流值以及電壓值計算有功、無功、功率因數以及負載率。這些值可以統稱為電參數，計算電參數可以幫助更好地進行動態補償以及調控功率輸出。
在步驟S3中，根據功率因數控制靜止無功補償器進行電流補償。這個電流補償的功能與現有技術相同，此處不做詳述。
在步驟S4中，根據前述計算得出的電參數，通過最優控制算法計算出合適的輸出功率。其中最優控制算法可以包括模糊控制算法和PID控制算法，模糊控制算法是自動控制領域常用的一種算法，由於自動控制領域為了實現對直線電機運動的高精度控制，系統往往需要採用全閉環的控制策略，但在系統的速度環控制中，因為負載直接作用在電機上而產生擾動，如果僅採用PID控制，則很難滿足系統的快速響應需求，這時就需要使用模糊控制技術。模糊控制技術具有適用範圍廣，對時變負載具有一定的魯棒性的特點，而直線電機伺服控制系統又是一種要求具有快速響應性並能 夠在極短時間內實現動態調節的系統，所以本方法可以同時使用PID控制算法以及模糊控制算法，來實現對電機的精確的閉環控制。
在步驟5中，可以控制電壓調節器來輸出上述計算得出的輸出功率。步驟4中所做的運算均為在DSP中的運算，計算完成後還需要向發出控制信號，來控制電壓調節器輸出所計算出的輸出功率。
在步驟6中，當電壓調節器輸出了計算出的功率，則回到步驟1，繼續進行步驟1至5的循環。
特別地，在控制電壓調節器輸出最優輸出功率之前，還包括將電流值以及電壓值與電機運行狀態進行比較，並確定最優輸出功率的步驟。這一步驟的目的是再次驗證計算得出的最優輸出功率能夠滿足電機的運行狀態，保證了控制的準確性。其中，電機可以為本領域內常用的三相異步電機或單相電機。
圖2示出了本發明的驅電器的一個實施例的示意圖。
如圖2所示，驅電器可以包括數位訊號處理器101、靜止無功補償器102以及電壓調節器103。在實際使用中，電網的接入端可以先連接配電箱，再通過電機控制中心與電機連接，而本發明使用的驅電器可以在電機104和電機控制中心之間連接，即靜止無功補償器102的埠與電機控制中心連接，電壓調節器103的埠與電機104輸入埠連接。這樣，驅電器就可以先進行電流及電壓採樣，並將採樣結果發送至數位訊號處理器101，再根據數位訊號處理器101的計算結果，通過靜止無功補償器102實現電流補償的作用，同時通過電壓調節器103實現最優輸出功率的輸出作用。
驅電器由於設置了調壓器103，可以消除同類產品具有的諧波損耗現象，進而可以消除諧波對工頻設備的限制和損耗。同時由於可通過數位訊號處理器101的計算動態地改變輸出功率，使得電網接入端變壓器的容量變小，電機的輸入功率更加精確，從而達到節電和補償的雙重效果。靜止無功補償器102還能夠應對瞬間發生的超電壓的情形，能夠降低交流電中經常發生的高電廠和磁場的振幅，能夠保護設備不受電壓波動的影響。在一項實際應用統計數據中，使用本發明的節電器的綜合節電率為5％至8％。
圖3示出了本發明的負載平衡裝置的一個實施例的方框原理圖。
負載平衡裝置為前述的負載平衡方法所對應的軟體裝置圖，其詳細功能此處不再贅述。
如圖3所示，負載平衡裝置包括採集模塊10、參數計算模塊20、電流補償模塊30、功率計算模塊40、輸出模塊50以及控制模塊60。
其中，採集模塊10用於採集電源端和負載端的電流值以及電壓值；參數計算模塊20用於根據所述電流值以及電壓值計算相應的有功、無功、功率因數以及負載率；電流補償模塊30用於根據所述功率因數控制靜止無功補償器進行電流補償；功率計算模塊40用於根據所述有功、無功、功率因數以及負載率，通過最優控制算法計算最優輸出功率；輸出模塊50用於控制電壓調節器輸出所述最優輸出功率；控制模塊60用於在輸出所述最優控制電壓後，控制採集模塊採集電流值以及電壓值。
雖然已經通過例子對本發明的一些特定實施例進行了詳細說明，但是本領域的技術人員應該理解，以上例子僅是為了進行說明，而不是為了限制本發明的範圍。本領域的技術人員應該理解，可在不脫離本發明的範圍和精神的情況下，對以上實施例進行修改。本發明的範圍由所附權利要求來限定。