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CN107453370A - 无功功率补偿系统及其方法 - Google Patents

无功功率补偿系统及其方法 Download PDF

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CN107453370A
CN107453370A CN201710150602.9A CN201710150602A CN107453370A CN 107453370 A CN107453370 A CN 107453370A CN 201710150602 A CN201710150602 A CN 201710150602A CN 107453370 A CN107453370 A CN 107453370A
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CN
China
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load
control
reactive power
pattern
impedance
Prior art date
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Application number
CN201710150602.9A
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English (en)
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崔用吉
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LS Electric Co Ltd
Original Assignee
LSIS Co Ltd
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Publication date
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Abstract

本公开内容涉及一种无功功率补偿系统，其包括：无功功率补偿单元，其用于测量补偿无功功率；阻抗测量单元，其用于测量多个负载中的每个负载的阻抗值；以及学习控制单元，其用于基于所测量的阻抗值来控制无功功率补偿单元。

Description

无功功率补偿系统及其方法
技术领域
本公开内容涉及无功功率补偿系统及其方法。
背景技术
当功率被供应到被连接到负载的接收端时，功率不会全部被负载使用。换言之，功率不会全部被负载使用为有功功率，并且功率的部分被丢失为未贡献于实际工作的无功功率。
为了使无功功率最小化或补偿无功功率，采用无功功率补偿系统。
无功功率补偿系统调节电压的相位或电流的相位并且因此可以使无功功率最小化。
然而，在传统无功功率补偿系统中，由于在没有考虑负载21a、21b、21c、23a、23b和23c中的每个的负载状态或环境变化的情况下简单地补偿无功功率，所以无功功率的准确的且有效的补偿是不可能的。
发明内容
本公开内容的目标是要解决上述问题和其他问题。
本公开内容的另一目标是要提供一种用于在考虑负载21a、21b、21c、23a、23b和23c中的每个的负载状态或环境变化的情况下补偿无功功率的无功功率补偿系统以及其方法。
本公开内容的目标不限于上述目标，并且其他目标和优点能够由本领域技术人员从以下描述中认识到。另外，将容易认识到，本公开内容的目标和优点能够由随附权利要求中记载的装置及其组合来实践。
根据本公开内容的一个方面，一种用于补偿无功功率的系统包括：无功功率补偿单元，其用于测量补偿无功功率；阻抗测量单元，其用于测量多个负载中的每个负载的阻抗值；以及学习控制单元，其用于基于所测量的阻抗值来控制无功功率补偿单元。
根据本公开内容的一个方面，一种补偿无功功率的方法包括：测量多个负载中的每个负载的阻抗值；根据负载中的每个负载的负载状态或环境变化来监视阻抗变化量；基于所监视的阻抗变化量来确定最优控制模式；以及根据所确定的最优控制模式来生成用于补偿无功功率的控制信号。
附图说明
图1图示了根据本公开内容的实施例的无功功率补偿系统。
图2图示了图1的无功功率补偿单元。
图3是用于解释根据本公开内容的实施例的补偿无功功率的方法的流程图。
具体实施方式
以上目标、特征和优点将从参考附图的详细描述变得显而易见。以充分的细节来描述实施例以使得本领域技术人员能够容易地实践本公开内容的技术构思。公知的功能或配置的详细描述可以被省略以便不会不必要地使本公开内容的目标模糊不清。在下文中，将参考附图详细描述本公开内容的实施例。在附图中，类似的附图标记指代类似的元件。
因为发明构思允许各种变化和许多实施例，所以将在附图中图示特定实施例并且在撰写的说明书中详细描述该特定实施例，其中，附图中的类似的附图标记指代类似的元件，并且因此将不再重复对它们的描述。在下面的描述中使用的针对组件的后缀“模块”和“单元”仅仅在考虑了撰写说明书中的便捷度的情况下被分配和混合。即，后缀其本身不具有不同的含义或作用。然而，这不旨在将本发明构思限于特殊实践模式，并且要认识到，不脱离本发明构思的精神和技术范围的所有变化、等效方案和替代方案被包含在本发明构思中。在本发明构思的描述中，当认为相关技术的某些详细解释可以不必要地使本发明构思的本质模糊不清时省略相关技术的某些详细解释。
图1图示了根据本公开内容的实施例的无功功率补偿系统。图2图示了图1的无功功率补偿单元30。
参考图1和图2，根据当前实施例的无功功率补偿系统可以包括无功功率补偿单元30和控制系统40。
多个负载21a、21b、21c、23a、23b和23c可以被连接到接收端11。具体地，支线12可以从接收端11分支，并且负载21a、21b、21c、23a、23b和23c可以被连接到支线12。
尽管图1图示了支线12被连接到接收端11，但是负载21a、21b、21c、23a、23b和23c可以被直接连接到接收端11而没有支线12。
负载21a、21b、21c、23a、23b和23c可以被连接到系统(未示出)而非接收端11。该系统可以例如为AC系统、DC系统、或HVDC系统，但是本公开内容不限于此。
负载21a、21b、21c、23a、23b和23c可以是提供在铁制品中的负载，例如电弧炉21a、21b和21c或熔化炉23a、23b和23c，但是本公开内容不限于此。
无功功率补偿单元30可以与负载21a、21b、21c、23a、23b和23c并联连接到并且与负载21a、21b、21c、23a、23b和23c被共同连接到支线12或接收端11，但是本公开内容不限于此。因此，被供应到接收端11的功率可以不仅被供应到负载21a、21b、21c、23a、23b和23c，而且还被供应到无功功率补偿单元30。
如图2所示的无功功率补偿单元30可以包括晶闸管控制的电抗器(TCR)25、晶闸管开关的电容器(TSC)27以及谐波滤波器单元29。
TCR 25可以包括电抗器和晶闸管开关(即，阀)。电抗器的数量或布置可以通过各种方法来实现。
TSC 27可以包括电容器和晶闸管开关(即，阀)。电容器的数量或布置可以通过各种方法来实现。
谐波滤波器单元29可以包括多个滤波器。每个滤波器可以包括电阻器、电容器和电感器。尽管电阻器和电感器可以被并联连接，但是本公开内容不限于此。
不必提供TCR 25和TSC 27两者。可以仅仅提供TCR 25和TSC 27中的一个，但是本公开内容不限于此。
尽管未图示，但是除了TCR 25或TSC 27，还可以提高固定补偿单元。固定补偿单元可以是固定电容器。
无功功率补偿单元30可以控制被提供在内部晶闸管开关以补偿无功功率。
根据本公开内容，无功功率可以通过测量负载21a、21b、21c、23a、23b和23c中的每个的阻抗并反映负载21a、21b、21c、23a、23b和23c中的每个的阻抗中的变化量来补偿。
负载21a、21b、21c、23a、23b和23c中的每个的阻抗可以根据负载21a、21b、21c、23a、23b和23c中的每个的负载状态或环境变化而变化。
例如，当图1中图示的负载21a、21b、21c、23a、23b和23c中的六个负载中的两个负载被操作时负载21a、21b、21c、23a、23b和23c中的每个的阻抗可以与当负载21a、21b、21c、23a、23b和23c中的五个被操作时负载21a、21b、21c、23a、23b和23c中的每个的阻抗不同。
另外，环境变化可以包括要由负载21a、21b、21c、23a、23b和23c中的每个处理的工作的类型、量、温度、等等，并且负载21a、21b、21c、23a、23b和23c中的每个的阻抗可以根据工作的类型、量、温度、等等而变化。
因此，无功功率可以通过反映根据负载21a、21b、21c、23a、23b和23c中的每个的负载状态或环境变化而变化的阻抗变化量来补偿。因此，由于执行了无功功率的相对准确的补偿，所以可以有效地使用功率并且可以改进无功功率补偿系统的进一步可靠性。
负载21a、21b、21c、23a、23b和23c可以被分别提供有阻抗检测单元51至59。分别被提供在负载21a、21b、21c、23a、23b和23c中的阻抗检测单元51至59可以检测作为模拟信号的阻抗值。由负载21a、21b、21c、23a、23b和23c检测的模拟阻抗值可以被提供到控制系统40。
控制系统40可以包括阻抗测量单元41、学习控制单元43和存储单元45。
阻抗测量单元41可以接收由负载21a、21b、21c、23a、23b和23c中的每个检测的模拟阻抗值的输入，将接收到的模拟阻抗值转换为数字信号并对数字信号进行放大和/或调制，由此测量阻抗值。关于负载21a、21b、21c、23a、23b和23c中的每个所测量的阻抗值可以被提供到学习控制单元43。
尽管未图示，但是负载21a、21b、21c、23a、23b和23c中的每个可以被提供有能够检查负载21a、21b、21c、23a、23b和23c中的每个的负载状态的设备(例如开关)。当负载被操作时，与该负载对应的开关被打开，并且当负载不被操作时，开关可以被关闭。因此，可以根据与被提供在负载21a、21b、21c、23a、23b和23c中的开关的负载对应的开关的打开状态或关闭状态来检查是否操作负载。因此，负载21a、21b、21c、23a、23b和23c中的每个的负载状态信息可以被提供到学习控制单元43。
另外，要由负载21a、21b、21c、23a、23b和23c中的每个处理的工作的类型或量是预设的，并且学习控制单元43可以实时识别工作的类型或量。
另外，由被提供在负载21a、21b、21c、23a、23b和23c被放置在其中的地方中的温度传感器(未示出)感测的工作温度可以被提供到学习控制单元43。
学习控制单元43可以基于根据负载21a、21b、21c、23a、23b和23c中的每个的负载状态或环境变化的负载阻抗变化量来运行学习控制算法，由此控制无功功率的补偿。
学习控制算法是具有学习功能的控制系统。控制方法其本身未被提前设计，但是在观察控制对象或处理情形时通过学习搜索控制方法并运行找到的控制方法。
模糊、神经、混沌、人工智能等等可以被用作学习控制算法。
以下四种控制模式之一可以基于使用学习控制算法的确定的结果来选择，并且无功功率可以根据所选择的控制模式来补偿。
(1)电压控制模式
(2)无功功率控制模式
(3)闪烁补偿模式
(4)电压不平衡模式
电压控制模式是用于将被供应到接收端11的功率维持处于恒定状态中的控制模式。例如，当无功功率的量增大时，被供应到接收端11的功率的电压下降。在这种情况下，运行电压控制模式以在电压下降之前增大被供应到接收端11的功率的电压以将其维持在一定电压。
无功功率控制模式是用于计算无功功率的量并基于所计算的无功功率量来补偿无功功率的控制模式。例如，当电压和电流的相位接近90°时，无功功率的量增大。因此，当无功功率控制模式被运行时，被提供在TCR 25和TSC 27中的每个中的晶闸管开关可以当电压和电流的相位接近0°时是开关控制的。
闪烁补偿模式是用于防止出于各种原因而生成的电压闪烁的控制模式。原因如下。
(1)由转换器、焊接器、电弧测试器、等等对电弧放电装置的操作、停止和重复
(2)归因于由直接闪电、诱发的闪电、等等或诱发的浪涌引起的闪电损坏的闪电浪涌输入
(3)通过传送机对诸如电机的接触器的频繁打开和关闭
(4)当由于短路或接地故障而发生故障时的高电流以及其阻断
(5)由变压器浪涌电流对开关的打开和关闭操作
(6)逆变器的极短打开和关闭时间以及电压变化量中的突变。
当操作在闪烁补偿模式中时，无功功率量可以基于ΔV参考值(例如Δ10)来计算，并且无功功率可以基于所计算的无功功率量来补偿。在Δ10的情况下，通过一般地将一个小时的电压波动重新计算为10Hz的大小，可以计算闪烁的大小或出现的频率。
电压不平衡模式可以是用于补偿电压不平衡的模式。
由于负载是具有AC中的大波动的单相负载，所以电压不平衡出现在三相功率供应侧上并且在特定相位之间出现大的电压波动。由于电压不平衡引起过热或功率下降，所以电压不平衡可以通过在具有大短路容量的电源接收功率的同时将3相转换为2相来减少。
因此，在电压不平衡模式中，3相被控制为被转换为2相。
参考回到图1，学习控制单元43可以基于负载21a、21b、21c、23a、23b和23c中的每个的阻抗变化量来确定要控制的控制模式，并且根据所确定的控制模式来生成控制信号。
例如，当控制模式被确定为无功功率控制模式或闪烁补偿模式时，控制信号可以被提供到无功功率补偿单元30，并且无功功率可以根据由无功功率补偿单元30提供的控制信号来补偿。在这种状态中，无功功率补偿单元30可以包括TCR 25、TSC 27或固定电容器(未示出)，并且当被提供在TCR 25或TSC 27中的晶闸管开关是开关控制的时，可以补偿无功功率。
例如，当控制模式被确定为电压控制模式时，控制信号可以被发送到供应端以用于将功率供应到接收端11。供应端可以根据控制信号来增大功率的电压并且之后具有增大的电压的功率可以被供应到接收端11。因此，在负载21a、21b、21c、23a、23b和23c被连接到其的接收端11的位置处的电压可以由具有增大的电压的功率维持恒定。
例如，当控制模式被确定为闪烁补偿模式时，控制信号可以被提供到无功功率补偿单元30，并且因此无功功率可以由无功功率补偿单元30根据控制信号来补偿。
存储单元45可以存储与学习控制算法有关的程序。
存储单元45可以存储各种设置信息片，例如，要由负载21a、21b、21c、23a、23b和23c中的每个处理的工作的类型或量。
存储单元45可以存储在负载21a、21b、21c、23a、23b和23c被放置在其中的地方中感测到的工作温度。
存储单元45可以存储由学习控制单元43确定的控制模式信息、无功功率补偿系统的状态信息、负载21a、21b、21c、23a、23b和23c中的每个的状态信息、等等。
存储单元45可以存储未在以上描述的但是实现本公开内容需要的各种信息片。
图3是用于解释根据本公开内容的实施例的补偿无功功率的方法的流程图。
参考图1至图3，阻抗测量单元41可以测量初始负载阻抗(S111)。尽管初始负载阻抗可以在无功功率补偿系统的操作期间被测量，但是本公开内容不限于此。
具体地，模拟阻抗值可以由分别被提供在负载21a、21b、21c、23a、23b和23c中的阻抗检测单元51至59检测，并且被提供到阻抗测量单元41。阻抗测量单元41可以通过将由负载21a、21b、21c、23a、23b和23c中的每个检测到的模拟阻抗值转换为数字信号并且之后对该信号进行放大和调制来测量初始阻抗值。
在考虑负载21a、21b、21c、23a、23b和23c中的每个的工作量的情况下执行加载(S113)。加载可以表示负载21a、21b、21c、23a、23b和23c中的每个被操作。
可以在操作负载21a、21b、21c、23a、23b和23c中的每个之前测量初始阻抗值。
可以监视加载状态(S115)。
可以基于被提供在负载21a、21b、21c、23a、23b和23c中的每个中的开关的打开状态或关闭状态来监视负载21a、21b、21c、23a、23b和23c中的每个是否被操作。
学习控制单元43可以监视阻抗变化量并且可以基于监视的结果来执行学习控制(S117)。
负载21a、21b、21c、23a、23b和23c中的每个的阻抗可以根据操作中的负载的数量或环境变化而变化。
环境变化可以包括要由负载21a、21b、21c、23a、23b和23c中的每个处理的工作的类型、量、温度、等等。
因此，学习控制单元43可以监视根据负载21a、21b、21c、23a、23b和23c中的每个的负载状态或环境变化而变化的阻抗变化量。
接下来，学习控制单元43可以通过使用学习控制算法来执行学习。
最优控制模式可以通过学习从用于补偿无功功率的多种控制模式之中来选择。
学习运行是诸如学习控制的术语，其将人类的学习功能引入到控制系统中，并且通过如人类中的经历来给予控制系统改变行为的功能。
人类记住他/她在某些状况下经历的或从外面学习的事实，并且基于所记住的经历当遭遇相同的状况时判断和表现。汽车的驾驶方法的学习可以是其示例。
当学习功能被应用到控制系统时，控制操作必要的信息可以甚至在其中未充分地获知控制系统的动态特性和干扰信号的本质的环境中通过经历来获得。在学习控制系统中，应当执行教育以改进学习效果。教育可以一般通过安装训练模型并修改模型以概括和记忆过去经历的形式来执行。
控制模式可以包括电压控制模式、无功功率控制模式、闪烁补偿模式以及电压不平衡模式。
电压控制模式、无功功率控制模式、闪烁补偿模式以及电压不平衡模式中的一种可以基于根据负载21a、21b、21c、23a、23b和23c中的每个的负载状态或环境变化而变化的阻抗变化量来选择。
学习控制单元43可以根据所选择的控制模式来计算无功功率量(S119)，并且基于所计算的无功功率量来确定无功功率补偿部分(S121)。
无功功率量可以基于负载21a、21b、21c、23a、23b和23c中的每个的所测量的阻抗值来计算。
阻抗值可以由下面的方程1表示。
[方程1]
在方程1中，“Z”表示阻抗，“R”表示电阻，并且“X(＝XL-XC)”表示总电抗。
“X”可以是当电感性时具有正值并且当电容性时具有负值。
负载是具有电感性组件还是电容性组件可以基于所测量的阻抗值来确定。
无功功率可以由下面的方程2表示。
Q＝U*I＝ZI2
在方程2中，“Q”表示无功功率，“U”表示电抗电压，并且“I”表示电流。
因此，无功功率可以通过所测量的阻抗Z和在接收端11中流动的电流I来计算。
无功功率补偿部分可以是当控制模式为电压控制模式时要增大的电压。
当控制模式是无功功率控制模式或闪烁补偿模式时，无功功率补偿部分可以根据超前无功功率或滞后无功功率而被计算为+Q或者–Q。
超前无功功率可以是在电流的相位比电压的相位提前时的无功功率。滞后无功功率可以是在电压的相位比电流的相位提前时的无功功率。
学习控制单元43可以通过反映无功功率补偿部分来生成控制信号(S123)。
可以响应于控制信号而补偿无功功率(S125)。
在补偿了无功功率之后，学习控制单元43可以根据负载状态或环境变化连续地计算负载阻抗变化量(S127)，并且之后可以执行操作S117至S125。
在本公开内容中，由于可以通过使用学习控制算法根据负载21a、21b、21c、23a、23b和23c中的每个的负载状态或环境变化基于负载21a、21b、21c、23a、23b和23c中的每个的阻抗变化量来确定最优控制模式，并且根据所确定的控制模式来补偿无功功率，所以不仅功率的有效使用可以是可能的，而且可以改进无功功率补偿系统的可靠性。
如以上所描述的，在根据本公开内容的无功功率补偿系统以及其方法中，无功功率可以通过反映根据负载中的每个负载的负载状况或环境变化而变化的阻抗变化量来补偿。因此，由于执行了无功功率的相对准确的补偿，所以可以有效地使用功率并且可以改进无功功率补偿系统的进一步可靠性。
以上描述的本公开内容可以由本发明构思涉及的领域的技术人员在不脱离本公开内容的范围和精神的情况下以各种方式来替代、更改和修改。因此，本公开内容不限于上述示例性实施例和附图。

Claims (10)

1.一种用于补偿无功功率的系统，所述系统包括：
无功功率补偿单元，其被配置为测量补偿无功功率；
阻抗测量单元，其被配置为测量多个负载中的每个负载的阻抗值；以及
学习控制单元，其被配置为基于所测量的阻抗值来控制所述无功功率补偿单元。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述学习控制单元根据负载状态或环境变化来监视阻抗变化量，基于所监视的阻抗变化量来确定最优控制模式，以及根据所确定的最优控制模式来生成用于控制所述无功功率补偿单元的控制信号。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述最优控制模式是电压控制模式、无功功率控制模式、闪烁补偿模式以及电压不平衡模式中的一种。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，当所述最优控制模式是无功功率控制模式或闪烁补偿模式时，所述控制信号被提供到所述无功功率补偿单元以补偿所述无功功率补偿单元的无功功率。
5.根据权利要求3所述的系统，其中，当所述最优控制模式是电压控制模式时，所述控制信号被发送到供应端以增大所述供应端的功率的电压。
6.根据权利要求2所述的系统，其中，所述环境变化是要由所述负载中的每个负载处理的工作的类型、量以及温度中的至少一个。
7.一种补偿无功功率的方法，所述方法包括：
测量多个负载中的每个负载的阻抗值；
根据所述负载中的每个负载的负载状态或环境变化来监视阻抗变化量；
基于所监视的阻抗变化量来确定最优控制模式；以及
根据所确定的最优控制模式来生成用于补偿无功功率的控制信号。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述最优控制模式是电压控制模式、无功功率控制模式、闪烁补偿模式以及电压不平衡模式中的一种。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述环境变化是要由所述负载中的每个负载处理的工作的类型、量以及温度中的至少一个。
10.根据权利要求7所述的方法，其中，所述最优控制模式通过使用学习控制算法来确定，并且所述学习控制算法是模糊、神经、混沌以及人工智能中的一种。
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