专利名称：智能高压无功补偿装置及其方法
技术领域：
本发明涉及一种智能高压无功补偿装置及其方法，尤其涉及一种用于高压电网并联 无功补偿的选相投切电容补偿装置及其有载调容和无载调容方法。
背景技术：
目前高压电网并联无功补偿装置包括有非选相投切补偿装置、选相投切补偿装置 和动态连续调节补偿装置。这些补偿装置均在存成本高、投切过程扰动、补偿效果这三 方面问题不能兼顾解决的问题。
上述的非选相投切补偿装置，投切过程对电网和补偿装置本身有很大冲击，不宜频 繁投切。这类补偿装置，如果减少投切次数以减少冲击并延长设备使用寿命，就会达不 到良好的补偿效果；如果要保证补偿效果设置频繁投切就会使电网频繁受到冲击，设备 的使用寿命就大大降低。因此非选相投切的补偿装置仅适合无功需求变化缓慢的不需频 繁投切的场合。
上述的选相投切补偿装置，采用高精度的机械选相开关或半导体选相开关，可以避 免投切过程的过压、过流冲击。由于选相开关造价较高，在多组投切的装置中采用不经 济，因此也出现了有采用一套选相开关和一套预选开关的组合应用技术。这种组合技术 只能无载调容，调容过程中会出现电网无功的大幅度波动。
上述的动态连续调节补偿装置通过对电抗器、变压器的调节，改变补偿装置的无功 输出量。由于采用电抗器、变压器以及大功率半导体器件，使得装置自身的功率损耗很 大，在改善电网质量的同时消耗较大的有功功率，同时高压大功率半导体器件价格和散 热成本很高，不适合以节能为主要目的的应用。
发明内容
本发明针对上述现有技术存在的问题而提供一种仅用一套选相开关，实现多组电容 的选相投切的低成本的智能高压无功补偿装置及其方法，兼顾解决了成本、投切过程扰 动和补偿效果这三方面问题。该装置选相投切高压电容器组，避免了投切过电压和投切 涌流，不对电网产生有害冲击，同时也延长了电容补偿装置寿命；各电容器组可以单独 投切，即有载调容，避免了工作中无载调容造成的电网无功大幅度波动；选相投切开关 在投切时承载工作，投切后退出工作，对于采用半导体选相开关的补偿装置可以省掉开 关本身的功率损耗及其大功率散热单元的成本；组合式结构，可以实现根据无功需求的
变化，增减补偿容量和改变补偿精度。
本发明智能高压无功补偿装置的技术方案如下
一种智能高压无功补偿装置，其特征在于它是由高压选相投切单元和电容补偿单元组通过双母排连接构成;高压选相投切单元包括选相投切开关和补偿控制器，选相投切 开关通过控制线与补偿控制器连接；电容补偿单元组是由多个具有相同的结构的电容补偿 单元构成，每个电容补偿单元设有两个高压接触器或高压电动隔离开关，分别作为选通开 关和工作开关；高压选相投切单元选相投切电容补偿单元；控制器通过控制线连接选相投 切开关和各个电容补偿单元的选通开关和工作开关的控制回路，'根据电网无功需求发出 组合动作控制信号，控制各电容器组的投切，各电容补偿单元的电容器组无载分组后同 时投入和切除，实现无载调容，或单独投入和切除，实现有载调容。
所述的电容补偿单元通过双母线排与相邻的电容补偿单元或高压选相投切单元连 接，实现电容补偿单元扩容组合，其中一条母线为工作承载母线，另一条母线为投切选通 母线，电容补偿单元沿直线左右布置，或根据安装地点空间需要转角布置，以实现灵活布 局。
所述的选相投切开关，仅用一套，采用选相断路器、选相接触器或半导体选相开关， 以在电容器补偿单元投切过程中实现选相投切。
所述的补偿控制器由若干电压互感器、电流互感器及开关位置状态检测传感元件，以 及由单片机或可编程序控制器PLC、工业计算机IPC、逻辑电路组成的逻辑控制装置，以 通过检测信息、人机界面信息和存储记忆信息，综合分析处理后发出组合动作控制信 号，控制各电容器组无载分组选相投切或单独选相投切调容。 本发明智能高压无功补偿方法，包括下述步骤
(1) 、有载调容补偿
补偿单元的投切操作根据需要投入和切除补偿单元，需增加补偿单元时.，投入相应的 补偿单元；需替换补偿单元时，先切除替下单元，后投入换上单元；有载调容过程仅做补 偿单元的增减，不需先切除全部补偿单元，无载调容后再投入；
补偿电容投入操作顺序是，先通过关合选通开关，将选相投切开关与工作开关并联， 关合选相投切开关后，再关合工作开关，然后开断选相投切开关和工作开关；
补偿电容切除操作顺序是，先通过关合选通开关，将选相投切开关与工作开关并联， 关合选相投切开关后，再开断工作开关，然后开断选相投切开关，再开断选通开关；
选相投切开关在投切补偿单元时复用，且选相投切开关操作为选相无扰操作，不会产 生过电压和过电流；
选通开关和工作开关均在与其并联的开关闭合状态下操作，为无载操作；
(2) 、无载调容补偿
各补偿单元的无载分组后同时选相无扰投入和切除。无载调容过程仅先切除全部补 偿单元，无载调容后再一起投入需要的补偿单元；切除全部补偿单元的顺序是，先关合选通开关和选相投切开关，与工作开关并联，然 后开断工作开关，再开断选相投切开关，最后开断选通开关；
无载调容后再投入补偿单元的顺序是，先根据需要开断或关合对应的选通开关，无载 选通补偿电容器组，再关合选相投切开关，将选通的补偿电容器组同时投入； 选相投切开关操作为选相无扰操作，不会产生过电压和过电流； 选通开关和工作开关均在与其并联的开关闭合状态下操作，为无载操作。 本发明的有益效果是
1. 低成本仅用一套选相开关，实现多组电容的选相投切，无需每组电容配置一套 选相投切开关；选通开关和工作开关仅做无载操作。
2. 低扰动选相投切高压电容器组，避免了投切过电压和投切涌流，不对电网产生 有害冲击，同时对也延长了电容补偿装置寿命；各电容器组可以单独投切，即有载调 容，避免了工作中无载调容造成的电网无功大幅度波动。
4. 低功耗选相投切开关在投切吋承载工作，投切后退出工作，对于采用半导体选 相开关的补偿装置可以省掉开关本身的功率损耗及其大功率散热单元的成本。
5. 配置灵活组合式结构，可以实现根据无功需求的变化，增减补偿容量和改变补 偿精度。
图1为本发明智能高压无功补偿无功补偿装置的结构示意图。 图2为本发明智能高压无功补偿装置的工作原理示意图。
图中，1、高压选相投切单元，2、电容器补偿单元，3、投切选通母线，4、工作承载 母线，5、选相投切开关，6、高压进线，7、补偿控制器，8、工作开关，9、补偿电容器 组，10、选通开关。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例详细描述本发明。
实施例1
如图1所示，本发明智能高压无功补偿装置是由高压选相投切单元1和电容补偿单元 组通过双母排连接构成。电容补偿单元组是由多个电容补偿单元2构成，每个电容补偿单 元2具有相同的结构，同样的结构可以扩展到多组。
电容补偿单元2通过双母线排与相邻的电容器补偿单元或高压选相投切单元1连接， 实现电容器补偿单元扩容组合。其中一条母线为工作承载母线4，另一条母线为投切选 通母线3，电容补偿单元2可以沿直线左右布置，也可以根据安装地点空间需要转角布 置，以实现灵活布局。
高压选相投切单元l内部包括补偿控制器7和一套三相选相投切开关5，工作承载母排接选相投切开关5并延伸连接电容补偿单元2，选相投切开关5的输出端接投切选通母 排，选相投切开关5也延伸连接到电容补偿单元2，选相投切开关5通过控制线接补偿控 制器7。
电容补偿单元2内设一个选通开关10和一个工作开关8。工作承载母排接工作开关8 并延伸连接下一组电容补偿单元；投切选通母排接选通开关IO并延伸连接下一组电容补 偿单元；选通开关10的另一端与工作开关8的另一端连接后，接补偿电容器9。选通开 关10和工作开关8通过控制线接补偿控制器7。
高压选相投切单元1的选相投切开关5，可以是选相永磁真空断路器，也可以是半导 体选相开关，它在电容器补偿单元的投切过程中实现选相投切。
电容补偿单元2内的选通开关10和工作开关8可以是高压接触器或高压电动隔离开 关，它们均不做有载开断或关合动作，仅起到隔离、选通和承载工作电流的作用。
补偿控制器7通过控制线连接选相投切开关5和各个电容补偿单元2的选通开关10 和工作开关8的控制回路。
补偿控制器7包括检测装置和控制装置，检测装置由若干电压互感器PT、电流互感 器CT及开关位置状态检测传感元件组成，检测装置检测各开关的状态及各点电压、相 位，送给控制装置；控制装置是由单片机、可编程序控制器PLC、工业计算机IPC或逻 辑电路组成的逻辑控制装置，逻辑控制装置将检测装置检测的信息、人机界面信息以及 存储记忆信息，进行综合分析处理，根据电网无功需求发出组合动作控制信号，控制各 电容器组9的投切；各电容器补偿单元2的电容器组9可以无载分组后同时选相无扰投入 和切除，实现无载调容，也可以单独选相无扰投入和切除，实现有载调容。
实施例2
本发明有载调容补偿
智能高压无功补偿装置可以使各电容器补偿单元的电容器组单独选相无扰投入和切 除，实现有载调容。补偿控制器根据检测装置检测的信息、人机界面信息以及存储记忆 信息，进行综合分析处理，计算出适合电网无功需求变化的电容器补偿单元投切策略， 需要增加补偿单元时，投入相应的补偿单元，需要替换补偿单元时，采用先切除替下单 元，后投入换上单元的策略，进行投切操作。以下步骤第一步到第三步为电容切除过 程。以下第四步到第七步为电容投入过程。
第一步、关合选通开关和选相投切开关 补偿控制器控制需要切除的电容补偿单元的选通开关和选相投切开关关合。选通开关和 选相投切开关为无载操作。
第二步、开断工作开关
补偿控制器控制需要切除的电容补偿单元电容补偿单元的工作开关开断。工作开关为无载操作。
第三步、开断选相投切开关
补偿控制器控制需要切除的电容补偿单元的选相投切开关开断。开断方法是通过检 测装置检测各点电压、电流和相位，选择三相选相投切开关每一相的在电压过零时刻开 断，切除补偿电容。选相投切开关的操作为选相无扰操作，因此不会产生过电压和过电 流。
第四步、开断选通开关
补偿控制器控制选通开关开断。工作开关为无载操作。 第五步，无载选通补偿电容器组
补偿控制器控制需要投入的电容补偿单元中的选通开关关合。由于选相投切开关 处在开断状态，因此，开断选通开关的操作为无载操作。 第六步、选相投切开关关合
补偿控制器通过其检测装置检测各点电压、电流和相位，选择三相选相投切开关每 一相的在电压过零时刻关合，投入补偿电容。选相开关的操作为选相无扰操作，因此不 会产生过电压和过电流。
第七步、关合电容补偿单元的工作开关
补偿控制器控制工作开关关合。由于选相投切开关和选通开关串联后与工作开关并 联，而选相投切开关和选通开关已经关合，因此，工作开关的关合是无载操作。 第八步、开断选相投切开关和选通开关 补偿控制器控制与已关合工作开关的电容补偿单元的选相投切开关和选通开关开 断，选相投切开关和选通开关的开断是无载操作
本发明高压电网选相投切补偿装置还可以使各电容器补偿单元的电容器组无载分组后同 时选相无扰投入和切除，实现无载调容。 实施例3
本发明无载调容补偿
智能高压无功补偿装置还可以使各电容器补偿单元的电容器组无载分组后同时选相 无扰投入和切除，实现无载调容。以下步骤第一步到第四步为电容切除过程。以下第五 步到第六步为电容投入过程。
第一步、关合选通开关和选相投切开关
补偿控制器根据检测装置检测的信息、人机界面信息以及存储记忆信息，进行综合 分析处理，计算出电网无功需求的最佳组合，当对照这一组合与现电容补偿电容投切组 合不同时，检査工作开关处在关合状态的电容补偿单元，逐一关合其选通开关和选相投切开关。选通开关和选相投切开关为无载操作。 第二步、开断工作开关
补偿控制器逐一控制开断电容补偿单元的工作开关。工作开关为无载操作。 第三步、开断选相投切开关
补偿控制器逐一控制开断电容补偿单元的选相投切开关。开断方法是通过检测装置 检测各点电压、电流和相位，选择三相选相投切开关每一相的在电压过零时刻开断，切 除补偿电容。选相投切开关的操作为选相无扰操作，因此不会产生过电压和过电流。 第四步、开断选通开关
补偿控制器逐一控制开断选通开关。工作开关为无载操作。 第五步、无载选通补偿电容器组
补偿控制器根据检测装置检测的信息、人机界面信息以及存储记忆信息，进行综合 分析处理，计算出电网无功需求的最佳组合，并按照这一组合，逐一控制需要投入的电 容补偿单元中的选通开关关合。由于选相投切开关处在开断状态，因此，开断选通开关 的操作为无载操作。
第六步、关合选相投切开关
补偿控制器通过其检测装置检测各点电压、电流和相位，选择三相选相投切开关每 一相的在电压过零时刻关合，投入补偿电容。选相开关的操作为选相无扰操作，因此不 会产生过电压和过电流。
权利要求
1、一种智能高压无功补偿装置，其特征在于它是由选相投切单元和电容补偿单元组通过双母线连接构成；选相投切单元包括选相投切开关和补偿控制器，选相投切开关通过控制线与补偿控制器连接；电容补偿单元组是由若干个具有相同的结构的电容补偿单元构成，每个电容补偿单元设有两个开关，分别作为选通开关和工作开关；第一条母线作为进线，接选相投切开关，同时连接每个电容补偿单元的工作开关，选相投切开关的另一端通过第二条母线与每个电容补偿单元的选通开关相连，每个电容补偿单元的选通开关的另一端接工作开关的另一端和补偿电容器组；补偿控制器通过控制线连接选相投切开关和各个电容补偿单元的选通开关和工作开关的控制回路，根据电网无功需求发出组合动作控制信号，控制各电容器组的投切，各电容补偿单元的电容器组无载分组后同时选相投入和选相切除，实现无载调容，或单独选相投入和选相切除，实现有载调容。
2、 根据权利要求l所述的智能高压无功补偿装置，其特征在于所述的电容补偿单 元组同样的结构可以扩展到多组。
3、 根据权利要求l所述的智能高压无功补偿装置，其特征在于所述的电容补偿单 元通过双母线与相邻的电容补偿单元或高压选相投切单元连接，实现电容补偿单元扩容 组合，其中第一条母线为工作承载母线，第二条母线为投切选通母线，电容补偿单元沿 直线左右布置，或根据安装地点空间需要转角布置，以实现灵活布局。
4、 根据权利要求l所述的智能高压无功补偿装置，其特征在于所述的选相投切开 关，仅用一套，采用选相断路器、选相接触器或半导体选相开关，以在电容器补偿单元投 切过程中实现选相投切。
5、根据权利要求1所述的智能高压无功补偿装置，其特征在于所述的补偿控制 器由若干电压互感器、电流互感器及开关位置状态检测传感元件，以及由单片机或可编程 序控制器PLC、工业计算机IPC、逻辑电路组成的逻辑控制装置，以通过检测信息、人机 界面信息和存储记忆信息，综合分析处理后发出组合动作控制信号，控制各电容器组无 载分组选相投切或单独选相投切调容。
6、 一种智能高压无功补偿方法，其特征在于包括下述步骤 (1)、有载调容补偿补偿单元的投切操作根据需要投入和切除补偿单元，需增加补偿单元时，投入相应 的补偿单元；需替换补偿单元时，先切除替下单元，后投入换上单元；有载调容过程仅 做补偿单元的增减，不需先切除全部补偿单元，无载调容后再投入；补偿电容投入操作顺序是，先通过关合选通开关，将选相投切开关与工作开关并 联，关合选相投切开关后，再关合工作开关，然后开断选相投切开关和工作开关；补偿电容切除操作顺序是，先通过关合选通开关，将选相投切开关与工作开关并联，关合选相投切开关后，再开断工作开关，然后开断选相投切开关，再开断选通开 关；选相投切开关在投切补偿单元时复用，且选相投切开关操作为选相无扰操作，不会 产生过电压和过电流；选相开关在投切完成后退出工作，无功率消耗；选通开关和工作开关均在与其并联的开关闭合状态下操作，为无载操作； (2)、无载调容补偿各补偿单元的无载分组后同时选相无扰投入和切除；无载调容过程仅先切除全部补 偿单元，无载调容后再一起投入需要的补偿单元；切除全部补偿单元的顺序是，先关合选通开关和选相投切开关，与工作开关并联， 然后开断工作开关，再开断选相投切开关，最后开断选通开关；无载调容后再投入补偿单元的顺序是，先根据需要开断或关合对应的选通开关，无 载选通补偿电容器组，再关合选相投切开关，将选通的补偿电容器组同时投入；选相投切开关操作为选相无扰操作，不会产生过电压和过电流；选通开关和工作开关均在与其并联的开关闭合状态下操作，为无载操作。
全文摘要
本发明涉及一种智能高压无功补偿装置及其方法。该装置由一个高压选相投切单元和一个以上的电容补偿单元通过双母排连接结构组合而成，仅用一套选相开关，实现多组电容的选相投切。组合式结构，可根据无功需求，增减补偿容量和改变补偿精度。选相无扰增减补偿单元的有载调容的补偿方法及先切除全部补偿单元，无载调容后再一起投入的无载调容的补偿方法，投切不对电网产生有无功扰动和有害冲击，选相开关投切后无功率消耗，选通开关和工作开关只做无载操作，电容补偿装置寿命延长，兼顾解决了成本、投切过程扰动和补偿效果这三方面问题。
文档编号H02J3/18GK101604846SQ20091001136
公开日2009年12月16日 申请日期2009年4月30日 优先权日2009年4月30日
发明者浩 张 申请人:沈阳华岩电力技术有限公司