一种自适应型工厂用功率因数万用补偿方法、装置与流程

1.本发明涉及电能质量技术领域，尤其是涉及一种自适应型工厂用功率因数万用补偿装置。


背景技术：

2.市面现有的电能质量补偿装置可以在一定程度上提高功率因数，改善电能质量，但是却不能完美的应对工厂电网的三相电路的三相不平衡状态，无法进行进一步的精确补偿。对于用电量较大的大型工厂而言，电能质量的改善能够显著降低运营成本。在大型工厂中，供电系统电网的质量不会一直稳定，会随着时间的推移导致功率因数的下降或三相不平衡的情况发生，此时对电网情况的检测与自动修复将显得尤为重要。由于现有补偿装置的不足，使得无功功率补偿的装置一直存在自适应性较差的短板。


技术实现要素：

3.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种自适应型工厂用功率因数万用补偿方法、装置。
4.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
5.一种自适应型工厂用功率因数万用补偿方法，该方法包括：
6.实时采集计算：实时对三相电路的电压、电流进行采集，计算各相功率因数；
7.粗略补偿：采用整体投切用电容组对三相电路进行粗略补偿；
8.精确补偿：采用单独投切用电容组对各相所需补偿电容进行单相精确补偿。
9.优选地，所述的粗略补偿的具体方式为：三个电容为一组连接成三角形同时接入三相电路中。
10.优选地，所述的精确补偿的具体方式为：每一相分别设置多组不同大小的并联电容，根据各相所需补偿电容的大小将相应大小的并联电容投切入对应相中。
11.一种自适应型工厂用功率因数万用补偿装置，该装置包括：
12.采集电路：采集三相电路的电压、电流；
13.控制电路：计算三相电路中各相的功率因数，并控制电容组的投切进行功率因数补偿控制；
14.补偿电路：包括整体投切用电容组和单独投切用电容组，用于分别进行三相单路的粗略补偿和精确补偿。
15.优选地，所述的采集电路包括：
16.降压采集器：用于对各相电压进行降压采集，包括依次连接的分压器和电压跟随器；
17.电流采集器：用于对各相电流进行采集，包括依次连接的电流互感器、转换电阻、运算放大器和电压跟随器；
18.滞后时间测量电路：用于对各相的电流滞后电压的时间进行测量。
19.优选地，所述的滞后时间测量电路包括第一过零比较器、第二过零比较器和异或门，所述的第一过零比较器输入端正极为电压波形，所述的第一过零比较器输入端负极接地，所述的第二过零比较器输入端正极为电流波形，所述的第二过零比较器输入端负极接地，所述的第一过零比较器和第二过零比较器的输出端均连接至异或门的输入端，异或门的输出端的高电平时间为电流波形滞后电压波形的时间。
20.优选地，所述的控制电路：
21.相位差计算模块：根据电流波形滞后电压波形的时间计算电压和电流的相位差；
22.补偿电容计算模块：根据相位差计算补偿各相补偿电容的容值；
23.粗略补偿控制模块：用于在首次补偿时采用整体投切用电容组对三相电路进行粗略补偿；
24.精确补偿控制模块：用于在首次补偿后采用单独投切用电容组对各相所需补偿电容进行单相精确补偿。
25.优选地，所述的控制电路以单片机为核心进行补偿控制。
26.优选地，所述的整体投切用电容组的具体组成为：三个电容为一组连接成三角形同时并联接入三相电路中。
27.优选地，所述的单独投切用电容组的具体组成为：每一相分别设置多组不同大小的并联电容。
28.与现有技术相比，本发明具有如下优点：
29.(1)本发明通过多次采样实现一次粗略补偿和多次精确补偿，逐步逼近最终较高的功率因数，并且通过三相整体补偿与单相分别补偿较好地应对电网电路三相不平衡状态的情况，具有更强的自适应性与更高的自动化程度。
30.(2)本发明万用补偿装置可以广泛应用于大型工厂，因其具有更强的自适应性与更高的自动化程度，在有效的提高功率因数和改善电网质量的同时，能够极大地减少运营与维护成本，节约能源，并且在电路出现三相不平衡的情况时能够进行更加精确地电容投切补偿，比同类补偿装置用途更加广泛。
附图说明
31.图1为本发明一种自适应型工厂用功率因数万用补偿方法的流程框图；
32.图2为本发明降压采集器的电路示意图；
33.图3为本发明整流滤波电路的电路示意图；
34.图4为本发明电流采集器的电路示意图；
35.图5为本发明滞后时间测量电路的电路示意图；
36.图6为本发明整体投切用电容组的电路示意图；
37.图7为本发明单独投切用电容组的电路示意图。
具体实施方式
38.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。注意，以下的实施方式的说明只是实质上的例示，本发明并不意在对其适用物或其用途进行限定，且本发明并不限定于以下的实施方式。
39.实施例
40.如图1所示，本实施例提供一种自适应型工厂用功率因数万用补偿方法，该方法包括：
41.实时采集计算：实时对三相电路的电压、电流进行采集，计算各相功率因数；
42.粗略补偿：采用整体投切用电容组对三相电路进行粗略补偿；
43.精确补偿：采用单独投切用电容组对各相所需补偿电容进行单相精确补偿。
44.粗略补偿的具体方式为：三个电容为一组连接成三角形同时接入三相电路中。
45.精确补偿的具体方式为：每一相分别设置多组不同大小的并联电容，根据各相所需补偿电容的大小将相应大小的并联电容投切入对应相中。
46.本发明数据采集完成之后首先计算出最接近最优容值的电容组通过三相电路同时投切电容进行粗略补偿，再进行二次数据采集和分析，通过二次分析得到的数据对三相电路中的各相分别进行小幅度的精确补偿，以达到最终整体功率因数最高的目的。
47.本实施例还提供一种自适应型工厂用功率因数万用补偿装置，该装置包括：
48.采集电路：采集三相电路的电压、电流；
49.控制电路：计算三相电路中各相的功率因数，并控制电容组的投切进行功率因数补偿控制；
50.补偿电路：包括整体投切用电容组和单独投切用电容组，用于分别进行三相单路的粗略补偿和精确补偿。
51.具体地，采集电路包括：
52.1、降压采集器：用于对各相电压进行降压采集，包括依次连接的分压器和电压跟随器。
53.如图2所示，以三相电路其中一项为例，通过分压器(由r1
‑
50kω和r2
‑
1kω组成)将低电压幅值至7v以下通过电压跟随器减少杂波，得到相应的电压信号u1。图3为整流滤波电路，电压采集电路采集的信号u1经过下图所示电路后即可输入单片机的模数转化器中进行幅值的计算。
54.2、电流采集器：用于对各相电流进行采集，包括依次连接的电流互感器、转换电阻、运算放大器和电压跟随器。
55.如图4所示，以三相电路其中一项为例，单相的电流通过两个电流互感器后，采集到的电流为i2(相电流的10
‑5倍)，i2流过r2将电流信号转换为电压信号，接着经过集成运算放大器将电压放大25.1倍后送入电压跟随器减少杂波，此时得到的u2为所需关于电流信号的函数。
56.3、滞后时间测量电路：用于对各相的电流滞后电压的时间进行测量。滞后时间测量电路包括第一过零比较器、第二过零比较器和异或门，第一过零比较器输入端正极为电压波形，第一过零比较器输入端负极接地，第二过零比较器输入端正极为电流波形，第二过零比较器输入端负极接地，第一过零比较器和第二过零比较器的输出端均连接至异或门的输入端，异或门的输出端的高电平时间为电流波形滞后电压波形的时间。
57.如图5所示为滞后时间测量电路的电路图，v3为采集到的电压波形，v4为采集到的电流波形；两个信号分别送入过零比较器后得到电平信号u1和u2，再将u1与u2输入异或门，最后得到u0，u0为高电平的时间即为电流滞后的时间。
58.控制电路：
59.相位差计算模块：根据电流波形滞后电压波形的时间计算电压和电流的相位差，具体地，相位差可表示为：
[0060][0061]
其中，t
u0
为电流滞后时间，t为电压/电流周期；
[0062]
补偿电容计算模块：根据相位差计算补偿各相补偿电容的容值；
[0063]
具体地，在未进行无功功率补偿前，复阻抗为：z＝r jω
·
l，此时，l，此时，t＝2π/ω，由此可以得出：
[0064]
假设经过电容c进行功率因数补偿，补偿后的复阻抗表示为z
′
：
[0065][0066]
经变换得到：
[0067][0068]
为了提高功率因数，理想状态下，功率因数为1，复阻抗虚部应为0，将为了提高功率因数，理想状态下，功率因数为1，复阻抗虚部应为0，将代为上式，可求得：
[0069][0070]
其中，
[0071]
粗略补偿控制模块：用于在首次补偿时采用整体投切用电容组对三相电路进行粗略补偿；
[0072]
精确补偿控制模块：用于在首次补偿后采用单独投切用电容组对各相所需补偿电容进行单相精确补偿。
[0073]
控制电路以单片机为核心进行补偿控制。
[0074]
如图6所示，整体投切用电容组的具体组成为：三个电容为一组连接成三角形同时并联接入三相电路中。
[0075]
如图7所示，单独投切用电容组的具体组成为：每一相分别设置多组不同大小的并联电容。
[0076]
上述实施方式仅为例举，不表示对本发明范围的限定。这些实施方式还能以其它各种方式来实施，且能在不脱离本发明技术思想的范围内作各种省略、置换、变更。