一種無功補償裝置及其控制方法
2023-04-24 00:22:31
一種無功補償裝置及其控制方法
【專利摘要】本發明提供一種無功補償裝置，包括執行電路、採樣控制電路和觸發模塊，該執行電路包括晶閘管單元及濾波電路單元，該採樣控制電路包括過零模塊、同步模塊和補償模塊，其中：該晶閘管單元連接過零模塊，也連接濾波電路單元並以此形成連接處，該連接處分別連接過零模塊和同步模塊，該晶閘管單元包括A、B、C三相晶閘管，該濾波電路單元包括第一、二、三電感及第一、二、三電容，採用這種結構的無功補償裝置，不但能解決三相連續快速投切中的延時導通，影響補償效果和電流平衡度的技術問題，而且實現了接線簡單、佔用空間小、節約成本以及補償特性好的有益效果。
【專利說明】一種無功補償裝置及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發明提供一種無功補償裝置，尤其是指一種三相電容角外快速同步投切的無功補償裝置及其控制方法。
【背景技術】
[0002]目前，電力系統配電網面臨的主要問題是如何為用戶提供安全、可靠、優質、經濟的電能。隨著現代工業技術的發展，電力電子裝置已廣泛地應用於電力系統，無功不足和諧波危害的矛盾也日益突出。因此無功補償和諧波抑制，對實現上述目的就顯得尤為重要了。
[0003]傳統使用的動態無功補償裝置，多數採用外三角連接方式，即三相共補電容組中，內部已經連接為三角形，並在上端串上電抗器、晶閘管，並經熔斷器、斷路器到三相進線端。這種接法由於其接線簡單，佔用空間小等優點，被廣泛應用於實際工程中。但是，這種接法採用傳統的投切策略時，存在原理性缺陷，簡單地說，就是在連續補償過程中，三相晶閘管導通不同步，總有一相晶閘管會有最大幾十秒的延時導通，嚴重影響補償效果和電流平衡度，例如:在現有的無功補償裝置中，普遍使用交流接觸器、磁保持繼電器或晶閘管，通過判斷端電壓實現的過零觸發，湧流較小。因此，在實際工程應用中，對於快速頻繁投切時，各相晶閘管的導通的不同步現象未做處理。雖然大多數情況下補償效果能達到要求，但在如汽車行業，負載變化十分劇烈，無功需求較大的條件下，採用傳統的過零投切是不能保證三相同步導通的。反而會因為某一相導通滯後給系統帶來不平衡，引起較大的中線電流出現。
【發明內容】
[0004]為解決上述技術問題，本發明的主要目的在於提供一種無功補償裝置及其控制方法。
[0005]為達成上述目的，本發明應用的技術方案是:一種無功補償裝置，包括執行電路、採樣控制電路和觸發模塊，該執行電路包括晶閘管單元及濾波電路單元，該採樣控制電路包括過零模塊、同步模塊和補償模塊，其中:該晶閘管單元連接過零模塊，也連接濾波電路單元並以此形成連接處，該連接處分別連接過零模塊和同步模塊，該晶閘管單元包括A、B、C三相晶閘管,該濾波電路單兀包括第一、二、三電感及第一、二、三電容，其中第一電感的一端連接A相晶閘管的一端,而另一端分別連接第一、三電容的一端，同時第一電容的另一端與第二電容的一端連接，並以此形成串接處；第二電感的一端連接B相晶閘管的一端，而另一端連接該串接處，以及第三電感的一端連接C相晶閘管的一端，而另一端並聯第二、三電容的另一端。
[0006]在本發明實施例中優選，該連接處包括A1、B1、C1相連接處，其中:A相晶閘管連接第一電感的連接部為Al連接處、B相晶閘管連接第二電感的連接部為BI連接處，以及C相晶閘管連接第三電感的連接部為Cl連接處。
[0007]在本發明實施例中優選,該Al、B1、Cl連接處連接於過零模塊,也連接於同步模塊。
[0008]在本發明實施例中優選，該同步模塊還連接過零模塊。
[0009]在本發明實施例中優選，該過零模塊、同步模塊以及補償模塊分別具有信號輸出端，各信號輸出端在相互連接時，也與觸發模塊連接。
[0010]為達成上述目的，本發明應用的技術方案是:一種無功補償裝置的控制方法，包括:
步驟一:補償模塊接收信號並發出投切信號至觸發模塊；
步驟二:過零模塊對晶閘管單元兩端電壓進行採樣獲得過零信號；
步驟三:同步模塊發出同步信號及採集該連接處傳來的殘壓信息，將未同步信息和導通狀況反饋至觸發模塊，
步驟四:觸發模塊對接收的信號進行運算並給出最佳觸發信號，藉此實現無需等待電容放電後導通的三相晶閘管同步導通。
[0011]在本發明實施例中優選，該補償模塊接受過零模塊信號及同步模塊信號進行隔離後發出投切信號至濾波電路單元，再經分析判斷發出投切有效信號至觸發模塊。
[0012]在本發明實施例中優選，該同步模塊是在過零模塊採樣基礎上採集所述連接處電壓信號，再經過零模塊的門閾值區域得出高於/低於門閾值殘壓信息。
[0013]在本發明實施例中優選，該連接處電壓信號採集，利用了光耦開關特性對電容兩端超過門閾值電壓區域輸出有效電平，在未同步狀態下對過零信號進行判斷得出A、B、C三相晶閘管的導通狀況的信號並發送至觸發模塊。
[0014]在本發明實施例中優選，該觸發模塊接收投入信號以及不同步信號，開通A、B、C三相晶閘管中對應相上的晶閘管，待同步模塊反饋同步信號時，結合過零信號給出A、B、C三相晶閘管觸發信號。
[0015]本發明與現有技術相比，其有益的效果是:通過補償模塊接收及發出投切信號至觸發模塊，過零模塊對晶閘管兩端電壓進行採集得到可觸發的過零時間區域，保證無湧流；再由同步模塊得出同步信號及電容殘壓信息，將未同步信息和導通情況反饋至觸摸模塊；最後由觸發模塊接收以上信號後決策出最佳觸發信號，藉此達成了無需等待電容放電後導通的三相同步導通，實現了接線簡單、佔用空間小、節約成本以及補償特性好的良好效果。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1是本發明實施例的系統結構示意圖。
[0017]圖2是圖1中晶閘管電流矢量分區示意圖。
[0018]圖3是本發明實施例控制方法的工作流程示意圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖對本發明作進一步的說明。
[0020]請參閱圖1，並結合參閱圖2所示，本發明提供了一種無功補償裝置，該裝置包括執行電路10、採樣控制電路20以及觸發模塊30，所述觸發模塊30連接該採樣控制電路20，該採樣控制電路20則與該執行電路10連接，其中:
該執行電路10包括晶閘管單元11及濾波電路單元12,該晶閘管單元11連接過零模塊21，也連接濾波電路單元12並以此形成連接處(未圖識)，該連接處分別連接過零模塊21和同步模塊22，其中:所述晶閘管單元11包括A、B、C三相晶閘管(如TR1、TR2和TR3)，所述濾波電路單元12包括L1、L2、L3三相電感及Cl、C2、C3三電容，在本實施例中，LI為第一電感、L2為第二電感、L3為第三電感以及Cl為第一電容、C2為第二電容、C3為第三電容，所述第一電感的一端連接A相晶閘管一端，該第一電感另一端分別連接(並聯)第一、第三電容的一端，同時第一電容的另一端與第二電容的一端連接(串聯)並以此形成串接處(未標識)；所述第二電感的一端連接B相晶閘管一端，該第二電感另一端則連接所述串接處，以及所述第三電感的一端連接C相晶閘管一端，該第三電感另一端分別連接(並聯)第二電容及第三電容的另一端，藉此便完成了三電容的三角接法，從而可有效縮減產品佔用空間；
該採樣控制電路20包括過零模塊21、同步模塊22以及補償模塊23，其中:過零模塊21與同步模塊22連接，同時過零模塊21、同步模塊22以及補償模塊23相互連接並向觸發模塊30傳遞信號；在本實施例中，所述連接處(未圖識)實際是A相晶閘管與第一電感連接的A相連接處、B相晶閘管與第二電感連接的B相連接處，以及C相晶閘管與第三電感連接的C相連接處，該A、B、C相連接處均連接(並聯)於過零模塊21，同時也都連接(並聯)於同步模塊22，通過上述電路的優化，解決了三相晶閘管導通不同步的技術問題。
[0021]請再參閱圖1並結合參閱圖3所示，本發明提供了一種無功補償裝置的控制方法，其中:該方法包括:
結合過零模塊21和同步模塊22經觸發模塊30獲得觸發信號，實現共補三相同步過零導通，當接收到補償模塊23投切信號時，過零模塊21對A、B、C三相晶閘管兩端電壓進行採樣獲得過零信號，同步模塊22對A、B、C相連接處的電壓信號進行同步分析得到電容殘壓，經分析如存在某相電容高於門閾值時，對應給出一組無過零觸發信號且其晶閘管導通，待同步分析電容殘壓低於門閾值後，結合過零給出三相脈衝信號。
[0022]在本發明實施例中，補償模塊23接受信號進行隔離後投切信號，如:當需要投入電容組時，發出投入有效信號至觸發模塊30。當需要切除電容組時，發出切除有效信號至觸發模塊30。
[0023]在本發明實施例中，過零模塊21對A、B、C三相晶閘管兩端電壓進行採集，得出低於一定門閾值電壓區域為過零區域，此區域為過零有效區，可觸發A、B、C三相晶閘管。
[0024]在本發明實施例中，同步模塊22對A、B、C相連接處電壓進行採集，得出是否存在電容殘壓高於門閾值，同時接受過零信號，判斷在未同步階段某一相時是否導通，另外兩相存在過零區域時:若有，同步信號無效，並將對應對電容編號發送至觸發模塊30 ;若沒有，發出同步信號有效特徵。
[0025]在本發明實施例中，觸發模塊30首先對投切信號進行有效判斷，當為投入信號時，繼續判斷同步信號，若存在，直接給出對此對應一組觸發信號，直至同步信號收到有效特徵，再結合過零信號，在過零區域發出三相觸發信號。
[0026]為了進一步說明該無功補償裝置及其控制方法的實用效果，現舉例如下:
在380V電力系統上，補償一組30Kvar的無功，通過晶閘管投切，補償方式為共補方式，其濾波電路單元12中的Cl、C2、C3三電容採用外三角接法(如圖1)，現假設由於負載變化較快，該組電容需頻繁投切，在第一次投切過程中因為電容上不存在殘壓，所以晶閘管兩端是存在過零點，可順利同步導通，但是在短時間內進行第二次投切時，會因為上一次導通時對電容充電關斷後產生的殘壓，導致最後一相因晶閘管兩端電壓暫時無零點，通過另外2相導通放電後才能導通。
[0027]投切方法:經過分析，關斷順序決定了各支路電容殘壓大小，即可以確定會在哪一相出現延時導通，所以可以先固定關斷順序，再控制開通順序，將不存在零點那一相直接開通，不考慮過零條件。由於只開通一相，外三角接法中則不會形成迴路，故不會產生湧流。在不存在晶閘管電壓零點那一相(以下簡稱「非過零相」)導通後，在正常開通剩餘兩項，實現同步導通。
[0028]為了更好的說明該方法的正確性，結合具體實例說明如下:
假設電網線電壓為:
【權利要求】
1.一種無功補償裝置，包括執行電路、採樣控制電路和觸發模塊，該執行電路包括晶閘管單元及濾波電路單元，該採樣控制電路包括過零模塊、同步模塊和補償模塊，其特徵在於:該晶閘管單元連接過零模塊，也連接濾波電路單元並以此形成連接處，該連接處分別連接過零模塊和同步模塊，該晶閘管單元包括A、B、C三相晶閘管，該濾波電路單元包括第一、二、三電感及第一、二、三電容，其中第一電感的一端連接A相晶閘管的一端,而另一端分別連接第一、三電容的一端，同時第一電容的另一端與第二電容的一端連接，並以此形成串接處；第二電感的一端連接B相晶閘管的一端，而另一端連接該串接處，以及第三電感的一端連接C相晶閘管的一端，而另一端並聯第二、三電容的另一端。
2.如權利要求1所述的無功補償裝置，其特徵在於:該連接處包括Al、B1、Cl連接處，其中:A相晶閘管連接第一電感的連接部為Al連接處、B相晶閘管連接第二電感的連接部為BI連接處，以及C相晶閘管連接第三電感的連接部為Cl連接處。
3.如權利要求2所述的無功補償裝置，其特徵在於:該A1、B1、C1連接處連接於過零模塊，也連接於同步模塊。
4.如權利要求3所述的無功補償裝置，其特徵在於:該同步模塊還連接過零模塊。
5.如權利要求4所述的無功補償裝置，其特徵在於:該過零模塊、同步模塊以及補償模塊分別具有信號輸出端，各信號輸出至觸發模塊。
6.如權利要求1所述的無功補償裝置的控制方法，其特徵在於，該方法包括: 步驟一:補償模塊接收控制器信號並發出投切信號至觸發模塊； 步驟二:過零模塊對晶閘單元管兩端的電壓進行採樣獲得過零信號，發送至同步模塊和觸發模塊； 步驟三:同步模塊發出同步信號並採集該連接處傳來的殘壓信息，將未同步信息和導通狀況反饋至觸發模塊； 步驟四:觸發模塊對接收的信號進行運算並給出最佳觸發信號，藉此實現無需等待電容放電後導通的三相晶閘管同步導通。
7.如權利要求6所述的無功補償裝置的控制方法，其特徵在於:該補償模塊接受過零模塊信號及同步模塊信號進行隔離後發出投切信號至濾波電路單元，經分析判斷發出投切有效信號至觸發模塊。
8.如權利要求7所述的無功補償裝置的控制方法，其特徵在於:該同步模塊是在過零模塊採樣基礎上採集所述連接處的電壓信號，再經過零模塊的門閾值區域得出高於/低於門閾值電容殘壓信息。
9.如權利要求8所述的無功補償裝置的控制方法，其特徵在於:採集該連接處的電壓信號，利用了光耦開關特性對電容兩端超過門閾值電壓區域輸出有效電平，在未同步狀態下對過零信號進行判斷得出A、B、C三相晶閘管的導通狀況信號，並發送至觸發模塊。
10.如權利要求9所述的無功補償裝置的控制方法，其特徵在於:該觸發模塊接收投入信號以及不同步信號，開通A、B、C三相晶閘管中對應相的晶閘管，待同步模塊反饋同步信號時，結合過零信號給出A、B、C三相晶閘管觸發信號。
【文檔編號】H03J3/18GK104202020SQ201410258575
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年6月12日 優先權日:2014年6月12日
【發明者】徐衝, 杜小剛, 孫林波, 潘毅 申請人:武漢武新電氣科技有限公司