一种SVG与电容混合补偿的控制方法及系统与流程

一种svg与电容混合补偿的控制方法及系统
技术领域
1.本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种svg与电容混合补偿的控制方法及系统。


背景技术：

2.随着现代工业技术的发展，用电设备的飞速电力电子化，低压变压器和用电设备都会产生大量无功，造成电力系统中一系列电能质量问题，尤其工矿企业问题严重。造成电压波动大、功率因数低、无功损耗大等问题。静止无功发生器和电容都是治理无功提高功率因数的有效装置。
3.目前，svg设备整体相应速度快，补偿效果好，补偿范围广，既能补偿容性无功又能补偿感性无功，部分还可以治理谐波，使用寿命较长，但是造价比较高。而电容存在响应速度慢，对某些负载变化特别快的现场，使用比较困难，补偿效果非线性，容易出现过补或者欠补的情况，功率因数不能提高到很高，但是造价比较低。


技术实现要素：

4.为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种svg与电容混合补偿的控制方法及系统。
5.本发明公开了一种svg与电容混合补偿的控制方法，用于控制多模块电容器的投入和切除，结合svg设备共同补偿负载的无功，包括：
6.采集电网的三相电压、三相电流以及负载电流电压，并根据三相电压和三相电计算电网功率因数和负载无功功率；
7.判断所述svg设备是否正常运行，若不运行，则选择功率因数投切模式；若运行，则选择负载无功投切模式；
8.其中，所述功率因数投切模式包括切除所述多模块电容器中的所有电容；
9.所述负载无功投切模式包括：
10.将所述电网功率因数与零相比，若小于，则等待切除所述电容；
11.若大于，则再将所述电网功率因数与预先设置的目标功率因数阈值相比，若大于，则返回继续检测；若小于，判断将所述负载无功功率是否大于预先设置的电容容量阈值，若大于，则等待投入所述电容，若小于，则返回继续检测；
12.同时，将所述负载无功功率与预先设定的投入阈值和切除阈值相比，若大于所述预先设定的投入阈值，则等待投入所述电容；若小于所述切除阈值，则等待切除所述电容；若大于所述切除阈值，小于所述预先设定的投入阈值，则返回继续检测。
13.优选的是，还包括设置所述电容投入等待时间和所述电容切除等待时间。
14.优选的是，所述电网功率因数计算公式为：
[0015][0016]
式中，p为所述电网功率因数；u为所述三相电压值；i为所述三相电流值；&系数。
[0017]
优选的是，所述负载无功投切模式启动之前对所述多模块电容器进行调试，将所述多模块电容器中的每组电容进行投入和切除测试。
[0018]
本发明还提供一种所述的svg与电容混合补偿的控制方法的系统，包括：
[0019]
采集计算模块，用于采集电网的三相电压、三相电流以及负载电流电压，并根据三相电压和三相电计算电网功率因数和负载无功功率；
[0020]
模式选择模块，用于判断所述svg设备是否正常运行，若不运行，则选择功率因数投切模式；若运行，则选择负载无功投切模式；
[0021]
功率因数投切模块，用于切除所述多模块电容器中的所有电容；
[0022]
负载无功投切模块，用于将所述电网功率因数与零相比，若小于，则等待切除所述电容；
[0023]
若大于，则再将所述电网功率因数与预先设置的目标功率因数阈值相比，若大于，则返回继续检测；若小于，判断将所述负载无功功率是否大于预先设置的电容容量阈值，若大于，则等待投入所述电容，若小于，则返回继续检测；
[0024]
同时，将所述负载无功功率与预先设定的投入阈值和切除阈值相比，若大于所述预先设定的投入阈值，则等待投入所述电容；若小于所述切除阈值，则等待切除所述电容；若大于所述切除阈值，小于所述预先设定的投入阈值，则返回继续检测。
[0025]
优选的是，还包括设置所述电容投入等待时间和所述电容切除等待时间。
[0026]
优选的是，所述电网功率因数计算公式为：
[0027][0028]
式中，p为所述电网功率因数；u为所述三相电压值；i为所述三相电流值；&系数。
[0029]
优选的是，所述负载无功投切模式启动之前对所述多模块电容器进行调试，将所述多模块电容器中的每组电容进行投入和切除测试。
[0030]
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
[0031]
本发明将svg与电容混合补偿，让电容补偿大部分无功，svg精准补偿剩余无功，避免电容的频繁投切，这样最终能够提高补偿精度效果，延缓系统的使用寿命，提高稳定性、降低故障率。
附图说明
[0032]
图1为本发明svg与电容混合补偿的控制方法流程图；
[0033]
图2为只采用电容补偿和应用本发明补偿的实际效果图。
具体实施方式
[0034]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0035]
下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：
[0036]
参照图1，本发明提供一种svg与电容混合补偿的控制方法，用于控制多模块电容器的投入和切除，结合svg设备共同补偿负载的无功，包括：
[0037]
采集电网的三相电压、三相电流以及负载电流电压，并根据三相电压和三相电计算电网功率因数和负载无功功率；
[0038]
判断svg设备是否正常运行，若不运行，则选择功率因数投切模式；若运行，则选择负载无功投切模式；
[0039]
其中，功率因数投切模式包括切除多模块电容器中的所有电容；
[0040]
负载无功投切模式包括：
[0041]
将电网功率因数与零相比，若小于，则等待切除电容；
[0042]
若大于，则再将电网功率因数与预先设置的目标功率因数阈值相比，若大于，则返回继续检测；若小于，判断将负载无功功率是否大于预先设置的电容容量阈值，若大于，则等待投入电容，若小于，则返回继续检测；
[0043]
同时，将负载无功功率与预先设定的投入阈值和切除阈值相比，若大于预先设定的投入阈值，则等待投入电容；若小于切除阈值，则等待切除电容；若大于切除阈值，小于预先设定的投入阈值，则返回继续检测。
[0044]
进一步地，还包括设置电容投入等待时间和电容切除等待时间。
[0045]
在本实施例中，电网功率因数计算公式为：
[0046][0047]
式中，p为电网功率因数；u为三相电压值；i为三相电流值；&系数。
[0048]
在本实施例中，负载无功投切模式启动之前对多模块电容器进行调试，将多模块电容器中的每组电容进行投入和切除测试。
[0049]
进一步地，该控制方法中还可以切换成手动投切模式。
[0050]
通过上述方法，将不同模式设置成不同标志，方便识别各个模式以及方法确认具体状态；具体包括：
[0051]
设定电容投切模式，等于0为手动投切模式，等于1为自动投切模式，只有在自动投切模式下，才会执行混合补偿控制逻辑。在手动投切模式下，可以对电容控制进行调试，进行单组电容的投入和切除。
[0052]
设定一个电容全切标志，当svg设备有故障时，或者svg设备失联时，电容全切标志＝1，此情况下系统会切除所有投入的电容，防止对电网造成影响。
[0053]
设定一个停机投切使能标志，当该标志为1时，且在svg设备不运行的情况下，进行电容的投切控制，此时执行功率因数投切模式；当该标志为1 时，且在svg设备运行的情况下，进行电容的投切控制，此时执行负载无功投切模式。当该标志为0时，只有在svg设备运行的情况下，才能进行电容的投切控制，此时执行负载无功投切模式；当该标志为0时，且没有svg设备运行的情况下，系统会切除所有电容。
[0054]
功率因数投切模式下，需要根据电网无功，电网有功计算电网总功率因数，然后与0比较，设定一个投切指令标志，当电网总功率因数小于0时，投切指令＝-1，表示需要切除，然后判断svg设备是否有故障和svg设备通信是否正常，如果一切正常，设定一个电容投切标志，此时电容投切标志＝-1，等待切除电容。当电网总功率因数大于0时，需要跟系统设定的功率因数目标值进行比较，当电网总功率因数大于功率因数目标值时，此时投切指令＝0，表示不投不切，然后判断svg设备是否有故障和svg设备通信是否正常，如果一切正常，则电容投切标志＝2，此时结束判断，返回开始检测位置。当电网总功率因数小于功率因数目
标值时，投切指令＝1，表示需要投入电容，此时需要判断，设备总无功功率与电容容量设定值，当设备总无功功率大于电容容量设定值时，然后判断svg设备是否有故障和svg设备通信是否正常，如果一切正常，则电容投切标志＝1，等待投入电容。
[0055]
负载无功投切模式下，需要计算设备总负载无功平均值。设定一个电容投入阈值，和一个电容切除阈值。当设备总负载无功平均值大于电容投入阈值时，然后判断svg设备是否有故障和svg设备通信是否正常，如果一切正常，则电容投切标志＝1，等待投入电容。当设备总负载无功平均值小于电容切除阈值时，然后判断svg设备是否有故障和svg设备通信是否正常，如果一切正常，则电容投切标志＝-1，等待切除电容。当设备总负载无功平均值大于电容切除阈值且小于电容投入阈值时，然后判断svg设备是否有故障和svg设备通信是否正常，如果一切正常，则电容投切标志＝2，此时结束判断，返回开始检测位置。
[0056]
当电容投切标志＝1时，设定一个电容投入计时标志，此时电容投入计时开始，设定一个电容投入等待时间，当电容投入计时大于电容投入等待时间，投入一组电容，设定一个电容投入指针标志，电容投入指针加1，然后清除电容投入计时，清除电容投切标志，此时结束判断，返回开始检测位置。
[0057]
当电容投切标志＝-1时，设定一个电容切除计时标志，此时电容切除计时开始，设定一个电容切除等待时间，当电容切除计时大于电容切除等待时间，切除一组电容，设定一个电容切除指针标志，电容切除指针加1，然后清除电容切除计时，清除电容投切标志，此时结束判断，返回开始检测位置。
[0058]
详细实施过程如下：首先选择电容投切模式为手动投切模式，进行电容调试，逐一对电容组进行投入和切除，测试电容是否正常，并测试电容的通信控制是否正常，此步骤是为了确保在自动投切模式下，电容正常工作。当调试完成后，根据实际情况对系统参数进行设置，电容支路总数为实际电容组总数，电容容量设定值为实际单组电容组的总容量，目标功率因数为最终期望补偿后达到的功率因数值，电容投入阈值和电容切除阈值需要根据实际负荷大小进行预先设定，当实际负荷较小时，可以不由电容进行补偿，而由 svg补偿较小的部分，这样可以避免电容的频繁投切，对电容的开关器件进行保护。电容投入等待实际和电容切除等待时间需要根据实际电容本身投入的时间间隔进行预先设定，需要考虑到电容接触器的投切寿命以及负荷波动的时间周期规律。
[0059]
停机投切使能根据现场实际情况进行设置，当停机投切使能为1时，如果svg设备不运行，则进行电容的投切控制，为功率因数投切模式；停机投切使能为1时，如果svg设备有运行，则进行电容的投切控制，此时执行负载无功投切模式。当停机投切使能标志为0时，只有在svg设备运行的情况下，才能进行电容的投切控制，此时执行负载无功投切模式；当停机投切使能标志为0时，在没有svg设备运行的情况下，系统会切除所有电容。另外，电容全切标志是判断svg设备有无故障和通信是否正常的重要标志，当有故障或者通信失联时，该标志置1，则切除所有电容，防止出现问题，对电网造成损坏。
[0060]
当停机投切使能标志为1，且没有设备运行时，此时执行功率因数投切模式，首先需要计算电网总功率因数，由于功率因数＝有功/根号下(有功的平方+ 无功的平方)，我们首先需要根据采样的电网电流和电网电压数据，计算出电网有功和电网无功，定义a、b、c三相电网电流分别为ia、ib、ic，定义a、 b、c三相电网电压分别为ua、ub、uc，定义a、b、c三相电网有功电流分别为iay、iby、icy，定义a、b、c三相电网无功电流分别为iaw、ibw、 icw，由公
式i有功＝i*cos&可以计算出三相电网有功电流分别为iay＝ia*cos&、 iby＝ib*cos&、icy＝ic*cos&,由公式i无功＝i*sin&可以计算出三相电网无功电流分别为iaw＝ia*cos&、ibw＝ib*cos&、icw＝ic*cos&,定义设备电网总有功电流为iy,则iy＝iay+iby+icy。定义设备电网总无功电流为iw,则 iw＝iaw+ibw+icw。定义电网总功率因数为pf，因此可以计算出电网总功率因数为pf＝iy/根号下(iy*iy+iw*iw)。当计算出电网总功率因数后，首先与0 做比较，如果pf《0，则表示过补，表示需要切除电容，然后判断svg设备是否有故障和svg设备通信是否正常，如果一切正常，则电容投切标志＝-1，等待切除电容；如果pf》0,还需要与设定的目标功率因数做比较，如果 pf》pfset,投切指令＝0，表示达到目标功率因数值，不需要投入电容或切除电容，然后判断svg设备是否有故障和svg设备通信是否正常，如果一切正常，则电容投切标志＝2，此时结束判断，返回开始检测位置；如果pf《pfset, 投切指令＝1，表示未达到目标功率因数值，需要投入电容进行补偿，然后判断svg设备是否有故障和svg设备通信是否正常，如果一切正常，则电容投切标志＝1，等待投入电容。
[0061]
当停机投切使能标志为1，且有设备运行时，或者当停机投切使能标志为 0，且有设备运行时，此时执行负载无功投切模式，当首先需要计算负载无功平均值，定义a、b、c三相负载电流分别为ia、ib、ic，定义a、b、c三相负载无功电流分别为iaw、iaw、iaw，由公式i无功＝i*sin&可以计算出三相负载无功电流分别为iaw＝ia*cos&、ibw＝ib*cos&、icw＝ic*cos&,定义设备总负载无功为iw_add,则iw_add＝(iaw+ibw+icw)。计算好设备总负载无功后，需要和预先设定的电容投入阈值，电容切除阈值做比较，当设备总负载无功大于电容投入阈值时，表示需要投入电容，然后判断svg设备是否有故障和svg 设备通信是否正常，如果一切正常，则电容投切标志＝1，等待投入电容；当设备总负载无功小于电容切除阈值时，表示需要切除电容，然后判断svg设备是否有故障和svg设备通信是否正常，如果一切正常，则电容投切标志＝-1，等待切除电容；当设备总负载无功小于电容投入阈值，且大于电容切除阈值时，表示不用需要投入和切除电容，然后判断svg设备是否有故障和svg 设备通信是否正常，如果一切正常，则电容投切标志＝2，此时结束判断，返回开始检测位置。
[0062]
当电容投切标志＝1时，设定一个电容投入计时标志，此时电容投入计时开始，设定一个电容投入等待时间，当电容投入计时大于电容投入等待时间，投入一组电容，如果在电容投入计时小于电容投入等待时间内，出现了不满足投入电容或者出现需要切除电容的条件，则计时停止，并清0。设定一个电容投入指针标志，电容投入指针加1，然后清除电容投入计时，清除电容投切标志，此时结束判断，返回开始检测位置。当电容投切标志＝-1时，设定一个电容切除计时标志，此时电容切除计时开始，设定一个电容切除等待时间，当电容切除计时大于电容切除等待时间，切除一组电容，如果在电容切除计时小于电容切除等待时间内，出现了不满足切除电容或者出现需要投入电容的条件，则计时停止，并清0。设定一个电容切除指针标志，电容切除指针加 1，然后清除电容切除计时，清除电容投切标志，此时结束判断，返回开始检测位置。
[0063]
在执行电容投入和切除时，本发明还设计了一种，电容先入先出的投切方式，即先投入的电容先切除，投入电容时，先投入之前未投入的电容，切除电容时，从最早投入的电容开始切除。这样做的目的是为了避免对电容的频繁投切，对电容的开关元件，如接触器等进行保护。
[0064]
本发明解决的核心问题在于，只有电容单独补偿时，补偿效果非线性，呈阶梯状，
如图2阶梯状曲线所示，补偿效果差，如果只采用svg补偿，则投入较大，花费较高。本发明结合svg和传统电容的补偿方式，同时使用svg 和电容，通过电容补偿电网中的大部分无功，通过svg设备进行精准调节。当负载无功很小时，不投入电容，只通过svg进行调节；当负载无功增大，但未达到电容投入条件时，svg出力增大；当负载无功增大到达到投入电容的条件时，投入一组电容，如果还满足投入条件，继续投入一组电容，此时可能出现轻微过补，所以减小svg的出力效果，由电容承担大部分补偿功能， svg进行精准补偿。当负载无功减小时，但未达到电容切除条件时，svg出力减小；当负载无功减小到达到切除电容的条件时，切除一组电容，如果还满足切除条件，继续切除一组电容，此时可能出现轻微欠补，所以增大svg 的出力效果。最终补偿效果如图2曲线所示，就可以达到很好的效果，功率因数也能达到很高。
[0065]
本发明还提供一种的svg与电容混合补偿的控制方法的系统，包括：
[0066]
采集计算模块，用于采集电网的三相电压、三相电流以及负载电流电压，并根据三相电压和三相电计算电网功率因数和负载无功功率；
[0067]
模式选择模块，用于判断svg设备是否正常运行，若不运行，则选择功率因数投切模式；若运行，则选择负载无功投切模式；
[0068]
功率因数投切模块，用于切除多模块电容器中的所有电容；
[0069]
负载无功投切模块，用于将电网功率因数与零相比，若小于，则等待切除电容；
[0070]
若大于，则再将电网功率因数与预先设置的目标功率因数阈值相比，若大于，则返回继续检测；若小于，判断将负载无功功率是否大于预先设置的电容容量阈值，若大于，则等待投入电容，若小于，则返回继续检测；
[0071]
同时，将负载无功功率与预先设定的投入阈值和切除阈值相比，若大于预先设定的投入阈值，则等待投入电容；若小于切除阈值，则等待切除电容；若大于切除阈值，小于预先设定的投入阈值，则返回继续检测。
[0072]
进一步地，还包括设置电容投入等待时间和电容切除等待时间。
[0073]
在本实施例中，电网功率因数计算公式为：
[0074][0075]
式中，p为电网功率因数；u为三相电压值；i为三相电流值；&系数。
[0076]
在本实施例中，负载无功投切模式启动之前对多模块电容器进行调试，将多模块电容器中的每组电容进行投入和切除测试。
[0077]
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种svg与电容混合补偿的控制方法，用于控制多模块电容器的投入和切除，结合svg设备共同补偿负载的无功，其特征在于，包括：采集电网的三相电压、三相电流以及负载电流电压，并根据三相电压和三相电计算电网功率因数和负载无功功率；判断所述svg设备是否正常运行，若不运行，则选择功率因数投切模式；若运行，则选择负载无功投切模式；其中，所述功率因数投切模式包括切除所述多模块电容器中的所有电容；所述负载无功投切模式包括：将所述电网功率因数与零相比，若小于，则等待切除所述电容；若大于，则再将所述电网功率因数与预先设置的目标功率因数阈值相比，若大于，则返回继续检测；若小于，判断将所述负载无功功率是否大于预先设置的电容容量阈值，若大于，则等待投入所述电容，若小于，则返回继续检测；同时，将所述负载无功功率与预先设定的投入阈值和切除阈值相比，若大于所述预先设定的投入阈值，则等待投入所述电容；若小于所述切除阈值，则等待切除所述电容；若大于所述切除阈值，小于所述预先设定的投入阈值，则返回继续检测。2.如权利要求1所述的svg与电容混合补偿的控制方法，其特征在于，还包括设置所述电容投入等待时间和所述电容切除等待时间。3.如权利要求1所述的svg与电容混合补偿的控制方法，其特征在于，所述电网功率因数计算公式为：式中，p为所述电网功率因数；u为所述三相电压值；i为所述三相电流值；&为系数。4.如权利要求1所述的svg与电容混合补偿的控制方法，其特征在于，所述负载无功投切模式启动之前对所述多模块电容器进行调试，将所述多模块电容器中的每组电容进行投入和切除测试。5.一种如权利要求1-4任一项所述的svg与电容混合补偿的控制方法的系统，其特征在于，包括：采集计算模块，用于采集电网的三相电压、三相电流以及负载电流电压，并根据三相电压和三相电计算电网功率因数和负载无功功率；模式选择模块，用于判断所述svg设备是否正常运行，若不运行，则选择功率因数投切模式；若运行，则选择负载无功投切模式；功率因数投切模块，用于切除所述多模块电容器中的所有电容；负载无功投切模块，用于将所述电网功率因数与零相比，若小于，则等待切除所述电容；若大于，则再将所述电网功率因数与预先设置的目标功率因数阈值相比，若大于，则返回继续检测；若小于，判断将所述负载无功功率是否大于预先设置的电容容量阈值，若大于，则等待投入所述电容，若小于，则返回继续检测；同时，将所述负载无功功率与预先设定的投入阈值和切除阈值相比，若大于所述预先设定的投入阈值，则等待投入所述电容；若小于所述切除阈值，则等待切除所述电容；若大
于所述切除阈值，小于所述预先设定的投入阈值，则返回继续检测。6.如权利要求5挡所述的svg与电容混合补偿的控制方法的系统，其特征在于，还包括设置所述电容投入等待时间和所述电容切除等待时间。7.如权利要求5所述的svg与电容混合补偿的控制方法的系统，其特征在于，所述电网功率因数计算公式为：式中，p为所述电网功率因数；u为所述三相电压值；i为所述三相电流值；&系数。8.如权利要求5所述的svg与电容混合补偿的控制方法的系统，其特征在于，所述负载无功投切模式启动之前对所述多模块电容器进行调试，将所述多模块电容器中的每组电容进行投入和切除测试。

技术总结
本发明公开了一种SVG与电容混合补偿的控制方法及系统，用于控制多模块电容器的投入和切除，结合SVG设备共同补偿负载的无功。本发明使负载中的大部分无功由电容进行补偿，有效降低成本，SVG负责监控和调节电容补偿，可以及时调节，显著提高补偿效果、动态特性，通过统一控制，可以实现快速补偿，功率因数可以达到很好的效果。的效果。的效果。


技术研发人员：李昱 易家涛 郎丰杰 杨凯
受保护的技术使用者：西安科湃电气有限公司
技术研发日：2022.02.11
技术公布日：2022/5/25