智能电容器过零投切时间的校正方法与流程

1.本发明涉及电容器的投切技术领域，具体地说，涉及智能电容器过零投切时间的校正方法。


背景技术：

2.低压无功补偿是低压配电系统中改善用电质量必不可少的技术。现有技术大多采用电容器来实现无功补偿，通过采集、计算电网参数，并通过开关控制电路实现电容器的投切，从而实现无功补偿。
3.目前在380v配电网中应用最广泛的无功补偿装置是低压智能电容器，其成本较低，受广大客户青睐。低压智能电容器采用的开关元件主要有两种类型：一种是由可控硅和继电器组成的复合开关，另一种是直接由接触器或继电器构成的同步开关。前者成本较高，且可控硅过流及过压能力差、容易毁坏，后者有成本低、涌流小、寿命长等优点，控制相对复杂。同步开关因其成本低、电压等级高、功率大等优点，被广泛应用在智能电容器中。
4.接触器和继电器的分合闸时间具有分散性，受生产工艺、操作电压、电网频率、环境温度、机械损耗状态等因素影响。为了保证智能电容器电压过零闭合、电流过零断开，需要对同步开关的动作时间进行在线补偿。专利“低压触头开关自适应过零投切驱动器”(专利号：cn201410311664.x)根据继电器分合闸时刻反馈来实时调整投切延迟时间来补偿继电器动作时间的变化，这样只能补偿在相同的工作环境下由于机械损耗造成的误差，实际上相邻两次继电器动作时间由于机械损耗造成的差异是微乎其微的，影响继电器动作时间的是其他因素。专利“在线自适应过零投切校正的智能电容器”(专利号：cn201410781858.6)利用闭合关断检测模块检测磁保持继电器闭合和关断时刻，应用单片机校正磁保持继电器闭合关断驱动时刻，其原理其实和专利cn201410311664.x类似，也是根据继电器分合闸时刻反馈来实时调整投切延迟时间来补偿继电器动作时间的变化。以上方法在实验室验证可能可行，在实际工业环境应用中，不但不能解决继电器动作时间的分散性问题，还会带来更大的不确定性误差。
5.工程应用中，无功补偿的电容器投切是随着负荷变化的，一般是工程电动机等感性负荷运转起来带来无功缺额，电容器才闭合运行，工厂下班产线停下来了电容器就退出运行。电容器投切时环境温度是变化的，并且有可能差别较大，特别是北方和高原地区，所以短期来看，电容器投切开关受温度影响最大，受机械损耗影响较小。
6.所以，需要解决继电器动作时间的分散性问题，需要综合考虑多种因素，这样才能真正实现继电器的在线自适应过零投切校正。


技术实现要素：

7.有鉴于此，本发明提出智能电容器过零投切时间的校正方法，提供一种基于综合因素的电容器过零投切技术，主要用于低压电容器的电压过零同步投入、电流过零同步退出。
8.本发明的技术方案是这样实现的：智能电容器过零投切时间的校正方法，其特征在于：所述校正方法包括：记录继电器在不同温度下的闭合动作时间和断开动作时间，根据测得的闭合动作时间得到闭合动作时间序列，根据测得的断开动作时间得到断开动作时间序列；并且将闭合动作时间序列和断开动作时间序列存入主控芯片；实时监控电网运行数据，主控芯片根据电网运行数据和无功补偿算法得到无功补偿信号，无功补偿信号驱动继电器闭合或断开来投入电容器或退出电容器，实现无功补偿；投入电容器时，利用线性插值法由闭合动作时间序列获取继电器在闭合实时环境温度下的闭合动作时间，电网电压周期减闭合动作时间得到投入延迟时间，在电压第一过零点延迟所述投入延迟时间后，主控芯片发出继电器闭合指令，继电器执行闭合动作，完成投入电容器，并且由继电器闭合时刻反馈得到继电器的闭合动作误差，利用闭合动作误差来修正继电器的闭合动作时间序列；退出电容器时，利用线性插值法由断开时间序列获取继电器在断开实时环境温度下的断开动作时间，电网电压周期减断开动作时间得到退出延迟时间，在电压第一过零点延迟所述退出延迟时间与四分之一电压周期后，主控芯片发出继电器断开指令，继电器执行断开动作，完成退出电容器，并且由继电器断开时刻反馈得到继电器的断开动作误差，利用断开动作误差来修正继电器的断开动作时间序列。
9.在以上技术方案的基础上，优选的，闭合动作时间序列和断开动作时间序列的获得方法如下，温度在-20℃～60℃范围内，由-20℃开始，每隔5℃测试若干次继电器的闭合动作时间和断开动作时间，得到对应温度下的闭合动作时间平均值和断开动作时间平均值；将不同温度下测试所得到的若干闭合动作时间平均值组成闭合动作时间序列，将不同温度下测试所得到的若干断开动作时间平均值组成断开动作时间序列。
10.在以上技术方案的基础上，优选的，电网实时数据包括电网电压、电网电流、电网有功功率、电网无功功率、电网功率因素和电网频率，主控芯片根据电网无功功率和电网功率因素执行无功补偿算法决定投入电容器或退出电容器。
11.在以上技术方案的基础上，优选的，投入电容器时，主控芯片获取电网频率以及闭合实时环境温度，根据闭合动作时间序列，利用线性插值法获得闭合实时环境温度下继电器的闭合动作时间，根据电网频率和闭合动作时间得到继电器投入延迟时间，所述电网频率为f、闭合实时环境温度为t、闭合动作时间为投入延迟时间为τ，
12.在以上技术方案的基础上，优选的，主控芯片检测到第一个电网电压过零点，立即启动第一计时器和第一定时器，所述第一定时器有延时，第一定时器的延时为投入延迟时间τ，第一定时器到时后，主控芯片发出闭合脉冲，控制继电器闭合，投入电容器。
13.在以上技术方案的基础上，优选的，第一计时器记录继电器闭合时刻的时间为t
cp
和下一个电网电压过零点时间为根据t
cp
和得到闭合动作误差δt，利用闭合动作误差δt修正继电器的闭合动作时间序列。
14.在以上技术方案的基础上，优选的，退出电容器时，主控芯片获取电网频率以及断开实时环境温度，根据断开动作时间序列，利用线性插值法获得断开实时环境温度下继电器的断开动作时间，根据电网频率和断开动作时间得到继电器的退出延迟时间，所述电网频率为f、断开实时环境温度为t’、断开动作时间为和退出延迟时间为τ’，
15.在以上技术方案的基础上，优选的，主控芯片检测到第一个电网电压过零点，立即启动第二计时器和第二定时器，所述第二定时器有延时，所述第二定时器的延时为退出延迟时间为第二定时器到时后，主控芯片发出断开脉冲，控制继电器完成断开，退出电容器。
16.在以上技术方案的基础上，优选的，第二计时器记录继电器的断开时刻的时间为t
cp’和下一个电网电压过零点时间根据t
cp’和得到断开动作误差δt’，利用断开动作误差δt’修正继电器的断开动作时间序列。
17.在以上技术方案的基础上，优选的，闭合实时温度t下，所述闭合动作时间序列所对应的闭合动作时间为闭合动作误差为δt，修正后的闭合动作时间为所述断开实时温度t下，所述断开动作时间序列所对应的断开动作时间为所述断开动作误差为δt’，修正后的断开动作时间为
18.本发明的智能电容器过零投切时间的校正方法相对于现有技术具有以下有益效果：
19.本发明综合考虑影响继电器动作时间的各种因素，建立不同温度下继电器闭合动作时间序列和断开动作时间序列，根据实时环境温度得到对应的继电器闭合动作时间或断开动作时间，同时利用继电器的闭合动作误差、断开动作误差来修正继电器的闭合动作时间序列、断开动作时间序列，有效消除了外界因素对继电器闭合动作时间和断开动作时间的影响，最大程度地保证了电容器的过零投切，有效地降低了闭合涌流和断开拉弧，大大提高电容器和继电器的运行安全和使用寿命。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中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。
21.图1为本发明智能电容器过零投切电路的结构示意图；
22.图2为本发明智能电容器过零投切时间的校正方法的逻辑框图。
具体实施方式
23.下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
24.如图1和图2所示，智能电容器过零投切时间的校正方法，
25.闭合动作时间序列的获得方法如下：
26.温度在-20℃～60℃范围内，由-20℃开始，每隔5℃测试20次继电器的闭合动作时间，得到对应温度下的闭合动作时间平均值；将不同温度下测试所得到的若干闭合动作时间平均值组成闭合动作时间序列。
27.断开动作时间序列的获得方法如下：
28.温度在-20℃～60℃范围内，由-20℃开始，每隔5℃测试20次继电器的断开动作时间，得到对应温度下的断开动作时间平均值；将不同温度下测试所得到的若干断开动作时间平均值组成断开动作时间序列。
29.上述闭合动作时间序列和断开动作时间序列均存储在主控芯片中，便于调取不同温度下的闭合动作时间和断开动作时间。
30.由于电容器的可靠使用温度在-20℃～60℃，所以本技术方案在该温度范围内测得继电器得闭合动作时间序列和断开动作时间序列，本次实验中，申请人在每个温度下进行了20次实验获得闭合动作时间或断开动作时间然后求得平均值，若想得到更加可靠的数据，实验次数可以增加，温度间隔可以缩小。
31.闭合实时环境温度下和断开实时温度下利用线性插值法获得闭合动作时间和断开动作时间：
32.在技术方案中在闭合实时温度下获得闭合动作时间或在断开实时温度下获得断开动作时间利用了线性插值法，此时以闭合动作时间序列为例，当闭合实时温度为t的时候，若想获得闭合动作时间获得该闭合动作时间序列中温度为t1的时候的闭合动作时间获得该闭合动作时间序列中温度为t2的时候的闭合动作时间其中t1≤t《t2，此时根据断开动作时间序列，利用线性插值法获得断开动作时间的过程也类似，此处不再过多赘述。
33.所述电网实时数据包括电网电压、电网电流、电网有功功率、电网无功功率、电网功率因素和电网频率，主控芯片根据电网无功功率和电网功率因素执行无功补偿算法得到无功补偿信号，无功补偿信号驱动继电器闭合或断开来投入或退出电容器，实现无功补偿。
34.投入电容器时：
35.主控芯片获取电网频率以及闭合实时环境温度，根据闭合动作时间序列，利用线性插值法获得闭合实时环境温度下继电器的闭合动作时间，根据电网频率和闭合动作时间得到继电器投入延迟时间，所述电网频率为f、闭合实时环境温度为t、闭合动作时间为闭合延时为τ，
36.主控芯片检测到第一个电网电压过零点，立即启动第一计时器和第一定时器，所述第一定时器有延迟，第一定时器的延迟时间为投入延迟时间τ，第一定时器到时，主控芯片立即发出闭合脉冲，控制继电器闭合，投入电容器。
37.电容器投入，一次动作完成，为了进一步提高电容器电压过零投入的精确度，我们引入了闭合动作误差修正闭合动作时间序列。
38.其中，闭合动作误差的计算方法如下：
39.第一计时器记录继电器闭合时刻的时间为t
cp
和下一个电网电压过零时间为根据t
cp
和得到闭合动作误差δt，用该闭合动作误差δt修正闭合动作时间序列。
40.闭合动作时间的修正方法如下：
41.闭合实时环境温度为t，闭合动作时间序列中的闭合动作时间为闭合动作误差为δt，所述修正后的闭合动作时间为
42.电容器下一次投入过程中利用修正后的闭合动作时间，投入电容器的精确度进一步提高。
43.退出电容器时：
44.主控芯片获取电网频率以及断开实时环境温度，根据断开动作时间序列，利用线性插值法获得断开实时环境温度下继电器的断开动作时间，根据电网频率和断开动作时间得到继电器的退出延迟时间，所述电网频率为f、断开实时环境温度为t’、断开动作时间为和退出延迟时间为τ’，
45.主控芯片检测到第一个电网电压过零点，立即启动第二计时器和第二定时器，所述第二定时器有延时，所述第二定时器的延时为第二定时器到时后，主控芯片发出断开脉冲，控制继电器完成断开，退出电容器。
46.退出电容器，一次动作完成，为了进一步提高退出电容器电流过零切除的精度，我们引入了断开动作误差修正断开动作时间序列。
47.第二计时器记录继电器的断开动作时刻的时间为t
cp’和下一个电网电压过零时间根据t
cp’和得到断开动作误差δt’，利用断开动作误差δt’修正断开动作时间序列。
48.断开动作时间的修正方法如下：
49.断开实时环境温度为t’，断开动作时间序列中断开动作时间为断开动作误差为δt’，所述修正后的断开动作时间为
50.电容器下一次退出过程中利用修正后的断开动作时间，退出电容器的精确度进一步提高。
51.图1中，温度检测电路用于获得实时环境温度，过零检测电路用于检测电压过零点，交采计量芯片获得电网电压、电网电流、电网有功功率、电网无功功率、电网功率因素和电网频率；
52.断开闭合控制电路控制继电器的闭合和断开，开关状态检测电路用于检测继电器的闭合和断开。
53.本发明综合考虑影响继电器动作时间的各种因素，建立不同温度下继电器闭合动作时间序列和断开动作时间序列，根据实时环境温度得到对应的继电器闭合动作时间或断开动作时间，同时利用继电器闭合和断开的闭合动作误差、断开动作误差来修正继电器的
闭合动作时间序列、断开动作时间序列，有效消除了外界因素对继电器闭合动作时间和断开动作时间的影响，最大程度地保证了电容器的过零投切，有效地降低了闭合涌流和断开拉弧，大大提高电容器和继电器的运行安全和使用寿命。
54.以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，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。