一種無功補償裝置及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種無功補償裝置，包括執(zhí)行電路、采樣控制電路和觸發(fā)模塊，該執(zhí)行電路包括晶閘管單元及濾波電路單元，該采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并以此形成連接處，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，采用這種結(jié)構(gòu)的無功補償裝置，不但能解決三相連續(xù)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(xiàn)了接線簡單、占用空間小、節(jié)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(fā)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(tǒng)配電網(wǎng)面臨的主要問題是如何為用戶提供安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟的電能。隨著現(xiàn)代工業(yè)技術的發(fā)展，電力電子裝置已廣泛地應用于電力系統(tǒng)，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(xiàn)上述目的就顯得尤為重要了。
[0003]傳統(tǒng)使用的動態(tài)無功補償裝置，多數(shù)采用外三角連接方式，即三相共補電容組中，內(nèi)部已經(jīng)連接為三角形，并在上端串上電抗器、晶閘管，并經(jīng)熔斷器、斷路器到三相進線端。這種接法由于其接線簡單，占用空間小等優(yōu)點，被廣泛應用于實際工程中。但是，這種接法采用傳統(tǒng)的投切策略時，存在原理性缺陷，簡單地說，就是在連續(xù)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(xiàn)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(xiàn)的過零觸發(fā)，涌流較小。因此，在實際工程應用中，對于快速頻繁投切時，各相晶閘管的導通的不同步現(xiàn)象未做處理。雖然大多數(shù)情況下補償效果能達到要求，但在如汽車行業(yè)，負載變化十分劇烈，無功需求較大的條件下，采用傳統(tǒng)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后給系統(tǒng)帶來不平衡，引起較大的中線電流出現(xiàn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決上述技術問題，本發(fā)明的主要目的在于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(fā)明應用的技術方案是:一種無功補償裝置，包括執(zhí)行電路、采樣控制電路和觸發(fā)模塊，該執(zhí)行電路包括晶閘管單元及濾波電路單元，該采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并以此形成連接處，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，并以此形成串接處；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，而另一端并聯(lián)第二、三電容的另一端。
[0006]在本發(fā)明實施例中優(yōu)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(fā)明實施例中優(yōu)選,該Al、B1、Cl連接處連接于過零模塊,也連接于同步模塊。
[0008]在本發(fā)明實施例中優(yōu)選，該同步模塊還連接過零模塊。
[0009]在本發(fā)明實施例中優(yōu)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(fā)模塊連接。
[0010]為達成上述目的，本發(fā)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:補償模塊接收信號并發(fā)出投切信號至觸發(fā)模塊；
步驟二:過零模塊對晶閘管單元兩端電壓進行采樣獲得過零信號；
步驟三:同步模塊發(fā)出同步信號及采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(fā)模塊，
步驟四:觸發(fā)模塊對接收的信號進行運算并給出最佳觸發(fā)信號，藉此實現(xiàn)無需等待電容放電后導通的三相晶閘管同步導通。
[0011]在本發(fā)明實施例中優(yōu)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后發(fā)出投切信號至濾波電路單元，再經(jīng)分析判斷發(fā)出投切有效信號至觸發(fā)模塊。
[0012]在本發(fā)明實施例中優(yōu)選，該同步模塊是在過零模塊采樣基礎上采集所述連接處電壓信號，再經(jīng)過零模塊的門閾值區(qū)域得出高于/低于門閾值殘壓信息。
[0013]在本發(fā)明實施例中優(yōu)選，該連接處電壓信號采集，利用了光耦開關特性對電容兩端超過門閾值電壓區(qū)域輸出有效電平，在未同步狀態(tài)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并發(fā)送至觸發(fā)模塊。
[0014]在本發(fā)明實施例中優(yōu)選，該觸發(fā)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(jié)合過零信號給出A、B、C三相晶閘管觸發(fā)信號。
[0015]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，其有益的效果是:通過補償模塊接收及發(fā)出投切信號至觸發(fā)模塊，過零模塊對晶閘管兩端電壓進行采集得到可觸發(fā)的過零時間區(qū)域，保證無涌流；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；最后由觸發(fā)模塊接收以上信號后決策出最佳觸發(fā)信號，藉此達成了無需等待電容放電后導通的三相同步導通，實現(xiàn)了接線簡單、占用空間小、節(jié)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(fā)明實施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2是圖1中晶閘管電流矢量分區(qū)示意圖。
[0018]圖3是本發(fā)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(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。
[0020]請參閱圖1，并結(jié)合參閱圖2所示，本發(fā)明提供了一種無功補償裝置，該裝置包括執(zhí)行電路10、采樣控制電路20以及觸發(fā)模塊30，所述觸發(fā)模塊30連接該采樣控制電路20，該采樣控制電路20則與該執(zhí)行電路10連接，其中:
該執(zhí)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并以此形成連接處(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(并聯(lián))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(lián))并以此形成串接處(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(并聯(lián))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(chǎn)品占用空間；
該采樣控制電路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相互連接并向觸發(fā)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(并聯(lián))于過零模塊21，同時也都連接(并聯(lián))于同步模塊22，通過上述電路的優(yōu)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并結(jié)合參閱圖3所示，本發(fā)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(jié)合過零模塊21和同步模塊22經(jīng)觸發(fā)模塊30獲得觸發(fā)信號，實現(xiàn)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采樣獲得過零信號，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(jīng)分析如存在某相電容高于門閾值時，對應給出一組無過零觸發(fā)信號且其晶閘管導通，待同步分析電容殘壓低于門閾值后，結(jié)合過零給出三相脈沖信號。
[0022]在本發(fā)明實施例中，補償模塊23接受信號進行隔離后投切信號，如:當需要投入電容組時，發(fā)出投入有效信號至觸發(fā)模塊30。當需要切除電容組時，發(fā)出切除有效信號至觸發(fā)模塊30。
[0023]在本發(fā)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采集，得出低于一定門閾值電壓區(qū)域為過零區(qū)域，此區(qū)域為過零有效區(qū)，可觸發(fā)A、B、C三相晶閘管。
[0024]在本發(fā)明實施例中，同步模塊22對A、B、C相連接處電壓進行采集，得出是否存在電容殘壓高于門閾值，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(qū)域時:若有，同步信號無效，并將對應對電容編號發(fā)送至觸發(fā)模塊30 ;若沒有，發(fā)出同步信號有效特征。
[0025]在本發(fā)明實施例中，觸發(fā)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(xù)判斷同步信號，若存在，直接給出對此對應一組觸發(fā)信號，直至同步信號收到有效特征，再結(jié)合過零信號，在過零區(qū)域發(fā)出三相觸發(fā)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(xiàn)舉例如下:
在380V電力系統(tǒng)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、C3三電容采用外三角接法(如圖1)，現(xiàn)假設由于負載變化較快，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(nèi)進行第二次投切時，會因為上一次導通時對電容充電關斷后產(chǎn)生的殘壓，導致最后一相因晶閘管兩端電壓暫時無零點，通過另外2相導通放電后才能導通。
[0027]投切方法:經(jīng)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(xiàn)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。由于只開通一相，外三角接法中則不會形成回路，故不會產(chǎn)生涌流。在不存在晶閘管電壓零點那一相(以下簡稱“非過零相”)導通后，在正常開通剩余兩項，實現(xiàn)同步導通。
[0028]為了更好的說明該方法的正確性，結(jié)合具體實例說明如下:
假設電網(wǎng)線電壓為:

【權(quán)利要求】
1.一種無功補償裝置，包括執(zhí)行電路、采樣控制電路和觸發(fā)模塊，該執(zhí)行電路包括晶閘管單元及濾波電路單元，該采樣控制電路包括過零模塊、同步模塊和補償模塊，其特征在于:該晶閘管單元連接過零模塊，也連接濾波電路單元并以此形成連接處，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，并以此形成串接處；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，而另一端并聯(lián)第二、三電容的另一端。
2.如權(quán)利要求1所述的無功補償裝置，其特征在于: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(quán)利要求2所述的無功補償裝置，其特征在于:該A1、B1、C1連接處連接于過零模塊，也連接于同步模塊。
4.如權(quán)利要求3所述的無功補償裝置，其特征在于:該同步模塊還連接過零模塊。
5.如權(quán)利要求4所述的無功補償裝置，其特征在于: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(fā)模塊。
6.如權(quán)利要求1所述的無功補償裝置的控制方法，其特征在于，該方法包括: 步驟一:補償模塊接收控制器信號并發(fā)出投切信號至觸發(fā)模塊； 步驟二:過零模塊對晶閘單元管兩端的電壓進行采樣獲得過零信號，發(fā)送至同步模塊和觸發(fā)模塊； 步驟三:同步模塊發(fā)出同步信號并采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(fā)模塊； 步驟四:觸發(fā)模塊對接收的信號進行運算并給出最佳觸發(fā)信號，藉此實現(xiàn)無需等待電容放電后導通的三相晶閘管同步導通。
7.如權(quán)利要求6所述的無功補償裝置的控制方法，其特征在于:該補償模塊接受過零模塊信號及同步模塊信號進行隔離后發(fā)出投切信號至濾波電路單元，經(jīng)分析判斷發(fā)出投切有效信號至觸發(fā)模塊。
8.如權(quán)利要求7所述的無功補償裝置的控制方法，其特征在于:該同步模塊是在過零模塊采樣基礎上采集所述連接處的電壓信號，再經(jīng)過零模塊的門閾值區(qū)域得出高于/低于門閾值電容殘壓信息。
9.如權(quán)利要求8所述的無功補償裝置的控制方法，其特征在于:采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(qū)域輸出有效電平，在未同步狀態(tài)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，并發(fā)送至觸發(fā)模塊。
10.如權(quán)利要求9所述的無功補償裝置的控制方法，其特征在于:該觸發(fā)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(jié)合過零信號給出A、B、C三相晶閘管觸發(fā)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(yōu)先權(quán)日:2014年6月12日
【發(fā)明者】徐沖, 杜小剛, 孫林波, 潘毅 申請人:武漢武新電氣科技有限公司