CN109687476A - 电启备变用动态无功补偿装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了电启备变用动态无功补偿装置及其控制方法，涉及变压器高压动态无功补偿技术领域。本发明包括控制单元、高压动态链式无功发生单元和与其连接的高压可控并联电抗单元；高压动态链式无功发生单元包括启动模块、功率输出模块、功率输出串抗模块，其中控制单元包括无功及开入检测电路、人机接口电路、核心处理器、开关控制电路及其***电路；高压可控并联电抗单元包括高压真空接触器、高压并联电抗器。本发明通过检测进线及母线上的电参数，在发电机或启备变带厂用母线时都可以进行动态的无功补偿，尤其是在启备变带厂用母线时，可以避免充电功率及母线带载情况的变化给无功补偿带来的不确定性，从而实时跟踪进行动态补偿。

Description

电启备变用动态无功补偿装置及其控制方法

技术领域

本发明属于变压器高压动态无功补偿技术领域，特别是涉及一种发电厂厂用电启备变用动态无功补偿装置及其动态补偿控制方法。

背景技术

为了提高电力***的功率因数，减少线路损耗，越来越多的无功补偿装置被应用到电力***中。目前发电厂在发电机工作、厂用电启备变处于热备用状态时，网侧长距离电缆的充电功率使供电侧功率因数始终为负，存在罚款较多现象，大部分企业为降低或避免罚款使用无功补偿装置，而使用无功补偿的厂用电启备变现场都是用并联电抗、采取固定式补偿方式，不能真正实现动态实时补偿，无法满足实际需求，原因有以下几点：启备变处于热备用状态，各***电缆长度等参数不一样，补偿感性无功大小不一样；温度等环境因数变化，感性无功的需求也是变化的；启备变从热备用空载转为带载且负荷率比较高时，无功需求可能从感性需求变成容性需求，固定补偿完全不能满足；启备变不工作、发电机带厂用母线时，原来的补偿装置更是无法满足补偿要求。

发明内容

本发明的目的在于提供电启备变用动态无功补偿装置及其控制方法，通过，解决了现有的问题。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明为电启备变用动态无功补偿装置，包括电启备变用动态无功补偿装置，包括

控制单元，所述控制单元由无功及开入检测电路、HMI接口、核心处理器、开关控制电路、功率PWM控制电路及其***电路组成；所述的无功及开入检测电路由一组电压互感器、多组电流互感器、多个滤波电路及A/D转换器组成，其中，电压互感器跨接于低压主母线与地线之间，各组电流互感器分别套接于各低压母线的进线端，电压互感器和各电流互感器分别经各自的滤波电路连接至相应的A/D转换器的模拟信号输入端，各A/D转换器的数字信号输出端分别与DSP的I/O口连接；所述的功率PWM控制电路由PWM脉冲分配与光纤触发电路组成；

高压动态链式无功发生单元，所述的高压动态链式无功发生单元包括多个功率模块、启动模块、串联电抗模块，其中，多个功率模块是串联组成，并且通过串联电抗模块然后经启动模块跨接到高压母线上，各功率模块通过光纤与控制单元相连；所述的启动模块由高压接触器与启动电阻组成；

与高压动态链式无功发生单元连接的高压可控投切并联电抗单元，所述的高压可控投切并联电抗单元包括高压真空接触器、高压并联电抗器，其中高压并联电抗器通过高压真空接触器跨接到高压母线上。

进一步地，所述HMI接口由触摸屏及RS485通讯线组成，所述的HMI接口与核心处理器通过RS485通讯线连接。

进一步地，所述核心处理器由DSP28335及其***电路组成，核心处理器根据采样的数据进行分析、处理、判断、存储，并生成控制命令进行动态无功补偿控制。

进一步地，所述开关控制电路由DSP的I/O口与光耦组成。

进一步地，所述功率模块是由IGBT及其触发保护电路组成。

电启备变用动态无功补偿的控制方法，包括以下步骤：

步骤一、通过控制单元检测进线的电流及开关位置、母线的电压；

步骤二、高压动态链式无功发生单元根据控制单元的命令实时输出无功功率；

步骤三、发电机进线正常工作时，控制单元通过采样发电机进线电流及母线电压，实时计算无功，并根据无功情况控制高压动态链式无功发生单元进行跟踪补偿；

步骤四、发电机组检修或其他异常情况，备用进线投入使用时，控制单元自动控制投入高压可控投切并联电抗单元。

进一步地，所述步骤四中，控制单元自动控制的方法包括以下步骤：

A当母线上为空载时，高压可控并联电抗单元对电缆及其他的充电功率进行过补偿，使备用进线的无功功率为感性，控制单元检测进线的无功情况，控制高压动态链式无功发生单元实时补偿部分容性无功，使***进线功率因数接近1；

B当母线上带载时，控制单元检测进线的无功情况，根据实时的无功大小及正负来控制高压动态链式无功发生单元的输出，使***进线功率因数接近1。

本发明具有以下有益效果：

本发明的该动态无功补偿装置结合其动态补偿控制方法，可通过检测进线及母线上的电参数，在发电机或启备变带厂用母线时都可以进行动态的无功补偿，尤其是在启备变带厂用母线时，可以避免充电功率及母线带载情况的变化给无功补偿带来的不确定性，从而实时跟踪进行动态补偿。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为电启备变用动态无功补偿装置的结构示意图；

图2为图1中高压动态链式无功发生单元的原理示意图；

图3为控制单元的电路结构原理图；

图4为电启备变用动态无功补偿装置的动态补偿控制方法的示意图；

图5为动态补偿控制方法的软件流程图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明为电启备变用动态无功补偿装置及其控制方法。

该装置包括控制单元1、高压动态链式无功发生单元2和与其并联连接的高压可控投切并联电抗单元3。

如图1所示，发电机进线7通过高压开关5连接到母线4，启备变低压侧出线8通过高压开关6连接到母线4。

高压开关5、6的辅助常开接点接入控制单元1的开关量输入电路14；母线4电压PT二次侧、进线7的电流CT二次侧、进线8的电流CT二次侧分别接入控制单元1的模拟量采样及处理电路17。

高压并联电抗31通过高压真空接触器32跨接到母线4上。高压真空接触器32的控制线圈连接到控制单元1的开关量输出电路13，其辅助常开接点连接到控制单元1的开关量输入电路14。其中，高压并联电抗31的容量要求取最大线路充电无功功率的1.1倍，从而保证注入***感性无功电流使整个进线电流变大，便于控制单元1的采样。

如图2所示，功率模块26串联串联限流电抗器25、充电电阻24、高压真空接触器21及隔离开关28最后跨接到母线4上；功率模块26通过光纤接到控制单元1的光纤接口16；避雷器23接在21与28连接节点上；另外一个高压真空接触器22一端接在21与28之间连接节点，一端接在24与25之间的连接节点上；27实时监测高压动态链式无功发生单元的输出电流，其二次侧接入模拟量采样及处理电路17；21/22的控制线圈接到开关量输出电路13上，其辅助常开接点连接到开光量输入电路14。

如图3所示，所述控制单元包括电压电流采样及处理电路17、开关量输入电路14、HMI接口12、核心处理器11、开关量输出电路13、功率PWM脉冲分配控制电路15及其光纤接口16组成；电压电流采样及处理电路17接入11的A/D模块，开关量输入电路14及开关量输出电路13接入11的I/O口，HMI接口12接入11的485通讯接口。

结合上述装置的原理及结构，如图4动态补偿控制方法包括以下步骤：

图4中，纵坐标上数字代表图1中各主要模块，曲线代表各模块随时间变化的状态。

5表示发电机进线开关状态，图中高电平则表示开关处于合位，反之处于分位。

6表示启备变进线开关状态，图中高电平则表示开关处于合位，反之处于分位。

9表示母线上所有负载在进线电流互感器上的电流变化，图中曲线表示负载的大小变化带来的无功功率大小变化。

2表示高压动态链式无功发生单元状态，曲线反映单元输出无功功率大小的变化。

3表示高压可控投切并联电抗单元状态，高电平表示并联电抗单元投入，低电平表示并联电抗单元未投入。

t0表示开始时刻，t1表示6从分位变化到合位时刻，t2表示5从合位变化到分位时刻，t3表示负载从空载到额定功率变化时刻。

控制单元1实时采样进线7、8的电流及母线4的电压、各开关的辅助接点。负载电流9的曲线反映实际负载无功功率的需求，并是通过所提供电源进线的CT计算得来。

当开关5处于合位，开关6处于分位，即仅进线7给母线4供电时，如图4所示t0～t2时间段。控制单元判断开关5辅助节点处于合闸位置且开关6辅助节点处于分闸位置时，可根据实际的负载电流9的实时变化，计算出***实时无功功率需求，通过2输出***需要的无功功率，保证进线7的功率因数接近目标功率因数，图中t0～t2时间段2实时跟踪9的实时变化输出无功；

当开关5处于分位，开关6处于合位，即进线8给母线4供电时，如图4所示t1时刻之后。控制单元判断开关6辅助节点处于合闸位置且等待开关5辅助节点变为分闸位置时，即如图4所示的t2时刻之后，控制单元1立即投入高压并联可控投切单元3，此注入法高压并联电抗31输出的感性无功电流一方面抵消启备变高压电缆的充电容性无功功率且使***进线8无功功率为感性，另一方面使进线侧电流变大，便于控制单元进行采样，保证控制单元无功功率需求计算的准确性，再通过2输出，保证进线8的功率因数接近目标功率因数。

软件中实时检测CT电流，实时判断5、6的位置，根据其位置决定注入法的使用，再计算无功需量，给定补偿电流，通过光纤控制2的每个模块输出，如软件流程图5所示，

经过入口、采样计算进入循环开始，

实时判断5、6的位置；

如果是合位，然后判断6处于合位？是，则进入实时判断5、6的位置，否则进入切除3，计算5侧CT无功需量，根据容量给定补偿电流，按给定电流控制2输出；

如果是分位，6处于分位？是，则请给定电流切除3；是，则投入3，计算6侧CT无功需量，根据容量给定补偿电流，按给定电流控制2输出。

该装置及其动态补偿控制方法应用于发电厂厂用电启备变***中。该装置结构简单，既可以在发电机供电情况下，对***母线进行动态无功补偿，更可以在启备变供电情况下对***母线进行动态无功补偿，同时解决了启备变供电情况下母线空载或轻载时，功率因数或无功功率为负值的感性无功功率补偿，而且采用了注入法解决了电流较小采样不准的情况。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (7)

1.电启备变用动态无功补偿装置，其特征在于：包括

控制单元，所述控制单元由无功及开入检测电路、HMI接口、核心处理器、开关控制电路、功率PWM控制电路及其***电路组成；

所述的无功及开入检测电路由一组电压互感器、多组电流互感器、多个滤波电路及A/D转换器组成，其中，电压互感器跨接于低压主母线与地线之间，各组电流互感器分别套接于各低压母线的进线端，电压互感器和各电流互感器分别经各自的滤波电路连接至相应的A/D转换器的模拟信号输入端，各A/D转换器的数字信号输出端分别与DSP的I/O口连接；

所述的功率PWM控制电路由PWM脉冲分配与光纤触发电路组成；

高压动态链式无功发生单元，所述的高压动态链式无功发生单元包括多个功率模块、启动模块、串联电抗模块，其中，多个功率模块是串联组成，并且通过串联电抗模块然后经启动模块跨接到高压母线上，各功率模块通过光纤与控制单元相连；

所述的启动模块由高压接触器与启动电阻组成；

与高压动态链式无功发生单元连接的高压可控投切并联电抗单元，所述的高压可控投切并联电抗单元包括高压真空接触器、高压并联电抗器，其中高压并联电抗器通过高压真空接触器跨接到高压母线上。

2.根据权利要求1所述的电启备变用动态无功补偿装置，其特征在于，所述HMI接口由触摸屏及RS485通讯线组成，所述的HMI接口与核心处理器通过RS485通讯线连接。

3.根据权利要求1所述的电启备变用动态无功补偿装置，其特征在于，所述的核心处理器由DSP28335及其***电路组成，核心处理器根据采样的数据进行分析、处理、判断、存储，并生成控制命令进行动态无功补偿控制。

4.根据权利要求1所述的电启备变用动态无功补偿装置及其控制方法，其特征在于，所述的开关控制电路由DSP的I/O口与光耦组成。

5.根据权利要求1所述的电启备变用动态无功补偿装置，其特征在于，所述的功率模块是由IGBT及其触发保护电路组成。

6.如权利要求1-5任意一所述的电启备变用动态无功补偿的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、通过控制单元检测进线的电流及开关位置、母线的电压；

步骤二、高压动态链式无功发生单元根据控制单元的命令实时输出无功功率；

步骤三、发电机进线正常工作时，控制单元通过采样发电机进线电流及母线电压，实时计算无功，并根据无功情况控制高压动态链式无功发生单元进行跟踪补偿；

步骤四、发电机组检修或其他异常情况，备用进线投入使用时，控制单元自动控制投入高压可控投切并联电抗单元。

7.根据权利要求6所述的电启备变用动态无功补偿的控制方法，其特征在于，所述步骤四中，控制单元自动控制的方法包括以下步骤：

A当母线上为空载时，高压可控并联电抗单元对电缆及其他的充电功率进行过补偿，使备用进线的无功功率为感性，控制单元检测进线的无功情况，控制高压动态链式无功发生单元实时补偿部分容性无功，使***进线功率因数接近1；

B当母线上带载时，控制单元检测进线的无功情况，根据实时的无功大小及正负来控制高压动态链式无功发生单元的输出，使***进线功率因数接近1。