[发明专利]配电台区无功补偿柔性控制装置及方法

摘要

本发明涉及一种配电台区无功补偿柔性控制装置及方法，其控制装置由通过高速SPI总线交换数据的运算控制环节和通讯与人机交互环节组成；本发明的控制方法采用该控制装置通过采集配电台区系统的三相瞬时电压值和电流值计算获取有功功率、无功功率、功率因数及电流不平衡度，根据电流不平衡度的大小选择相应的补偿控制策略，变换现有补偿电容器组的网络组合结构，实现对配电台区的单独无功补偿或无功与三相负载不平衡同时综合补偿。本发明能充分利用现有补偿网络元件，“以软代硬”，适用各类负载工况，柔性好、性价比高，有效克服了常规控制装置及方法存在的仅能补偿无功、不能调补三相负荷不平衡的功能单一缺陷。

主权项

一种采用配电台区无功补偿柔性控制装置的配电台区无功补偿柔性控制方法，所述的配电台区无功补偿柔性控制装置由运算控制环节(Ⅰ)和通讯与人机交互环节(Ⅱ)组成，两者之间通过高速SPI总线交换数据，其中：a)运算控制环节(Ⅰ)包括配电台区系统电参量检测及调理单元(Ⅰ‑A)、核心控制单元(Ⅰ‑B)和输出执行单元(Ⅰ‑C)三个主工作单元；配电台区系统电参量及调理单元(Ⅰ‑A)由三相电压检测模块(1)、三相电流检测模块(2)、开关合分状态检测模块(3)、模拟信号调理电路模块(4)、开关量信号调理电路模块(5)组成，三相电压检测模块(1)及三相电流检测模块(2)的输出端经模拟信号调理电路模块(4)调理后接入核心控制单元(I‑B)内1号单片机系统模块(6)的输入端,开关合分状态检测模块(3)的输出端经开关量信号调理电路模块(5)处理与隔离后接至核心控制单元(I‑B)内CPLD逻辑与组合系统模块(7)的输入端；核心控制单元(I‑B)由1号单片机系统模块(6)和CPLD逻辑与组合系统模块(7)组成，1号单片机系统模块(6)通过通用并行输入/输出口与CPLD逻辑与组合系统模块(7)相连；输出执行单元(I‑C)由功率光电耦合器模块(8)和无功补偿开出回路模块(9)组成，核心控制单元(Ⅰ‑B)内CPLD逻辑与组合系统模块 (7)的输出端通过功率光电耦合器模块(8)隔离后通至无功补偿开出回路模块(9)的输入端；b)通讯与人机交互环节(Ⅱ)包括人机交互单元(Ⅱ‑A)、运算与控制处理单元(Ⅱ‑B)和通讯单元(Ⅱ‑C)三个主工作单元；人机交互单元(Ⅱ‑A)由键盘模块(10)、液晶显示模块(11)组成，两个模块分别经磁耦合器模块(12、13)隔离后通过通用并行输入/输出口与运算处理单元(Ⅱ‑B)内的2号单片机系统模块(14)相连；运算与控制处理单元(Ⅱ‑B)由2号单片机系统模块(14)组成，通过高速SPI总线与1号单片机系统模块(6)相连；通讯单元(Ⅱ‑C)由以太网通讯接口模块(18)、RS232接口模块(19)、RS485接口模块(20)组成，它们的输出端分别经磁耦合器模块(15、16、17)隔离后依序与运算与控制处理单元(Ⅱ‑B)内的2号单片机系统模块(14)内嵌的UART1、UART2串行口相连；其特征在于：1.1、通过配电台区无功补偿柔性控制装置的三相电压检测模块(1)和三相电流检测模块(2)分别采集配电台区系统的三相瞬时电压值uA(t)、uB(t)、uC(t)和配电变压器进线回路的三相瞬时电流值iA(t)、iB(t)、iC(t)，根据瞬时无功理论和三相交流有功功率、无功功率、功率因数计算定义公式计算获得配电台区系统三相有功功率有效值P、各相有功功率有效值PA、PB、PC、三相无功功率有效值Q、各相无功功率有效值QA、QB、QC、三相功率因数以及各相功率因数并将其存储到配电台区无功补偿柔性控 制装置中的1号单片机系统模块(6)中；根据下列公式(1)对采集到的三相电流瞬时值iA(t)、iB(t)、iC(t)作对称分量变换，得到当前时刻三相电流的零序i0、正序i1、负序分量i2，式中的算子α＝ej120°，之后按下列公式(2)计算获得电流瞬时负序不平衡度1.2、以计算获得的值作为配电台区无功补偿柔性控制装置选择不同补偿控制策略的依据，当小于装置默认设定值0.2时自动选取本领域公知的无功补偿控制策略，当大于等于0.2时则选取综合补偿控制策略，即通过配电台区无功补偿柔性控制装置将已获得且存储的各相有功和无功功率PA、PB、PC、QA、QB、QC代入下列公式(3)，求取中间变量Qxmin，式中Qx1、Qx2、Qx3、Qx4、Qx5、Qx6均为中间变量，Qxmin为这些中间变量的最小值；若Qxmin有解则将其代入公式(4)，进一步分别求得Y接线补偿回路电容器组理想容量值和△接线补偿回路电容组理想容量值若Qxmin无解则按小于0.2情况处理；1.3、通过配电台区无功补偿柔性控制装置依据选定的补偿控制策略在线进行补偿算法运算，输出投切指令控制配电台区系统中的各个复控开关FKmn合/分动作改变补偿电容器组的组合方式结构以进行相应补偿，m＝1、2、3、4，n＝1、2、3：当选择的补偿控制策略为 本领域公知的控制策略时，通过复控开关FKmn使电容器组配置成常规的共补和分补组合方式并入系统，实现对系统无功的补偿；当选择的补偿控制策略为综合补偿控制策略时，通过复控开关FKmn使电容器组配置成Y接线补偿回路和△接线补偿回路组合方式，并把组合容量值最接近理想容量值的电容器组并入系统，实现对系统无功与三相负载不平衡的同时补偿。