一种基于主从控制的电能质量控制系统及控制方法技术方案

本发明专利技术属于电能质量控制技术领域，具体涉及一种基于主从控制的电能质量控制系统及控制方法，以解决现有电能质量技术中多台同容量设备并联使用中存在设备输出功率不统一、设备并机数受限的问题，本发明专利技术将传统电能质量设备的控制器，分为主控制器和从控制器，一套电能质量补偿设备的控制器由一个主控制器和若干从控制器组成，主控制器通过采集负载电压、电流，分析负载电流中谐波电流和无功电流的成分和含量，根据补偿要求，计算整个系统需补偿的谐波电流和无功电流的大小，根据设备并机数量计算单台并机设备所需补偿功率。既解决了每台设备输出功率不统一、设备并机数和并机容量受限的问题，又实现了多台设备间的统一协调控制，提升了设备资源利用率。提升了设备资源利用率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于主从控制的电能质量控制系统及控制方法


[0001]本专利技术涉及电能质量控制
，具体涉及一种基于主从控制的电能质量控制系统及控制方法。

技术介绍

[0002]当前电网中由于大功率电机调速装置、电弧炉等非线性或不平衡负载的大量使用，向电网吸收大量的无功、谐波电流，造成电流、电压发生畸变或不平衡，从而引起电网系统的效率和功率因数降低，电子设备误动作及使用年限降低等与电能质量相关的问题，而解决上述电能质量问题最好的方法就是通过无功、谐波补偿设备补偿无功、抑制谐波。但随着电机调速装置、电弧炉等非线性或不平衡负载的功率不断增大，所需的容量也不断增大。
[0003]为满足补偿容量的需求，电能质量补偿设备有两个发展的趋势：第一，补偿设备的单体容量不断增大，但存在的问题是成本高、可靠性低、冗余性差、补偿精度低、可扩展性不灵活；第二，通过多台相同小容量设备并联的形式，增大补偿设备整体容量，这种方式成本低、冗余性强、补偿精度高。但由于单台设备容量较小，所以并联设备的数量会比较多，当设备并联数达到一定数量时，各个并联设备之间的控制和协调将会成为很大的问题，且由于每台设备都会接收到外部信号(包括启动、停止、负载电流、系统总输出电流等)，并对其进行分析然后再给定输出，所需要的控制资源较大，且并联设备输出功率不同意，补偿设备并机数受限，并机容量受限。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了解决现有电能质量技术中多台同容量设备并联使用时，存在每台设备输出功率不统一、设备并机数受限的问题，提供了一种基于主从控制的电能质量控制系统。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种基于主从控制的电能质量控制系统，包括连接在三相电网电压上的电能质量补偿设备，电能质量补偿设备连接有三相负载电压和电流采集模块，三相负载电压和电流采集模块与三相非线性或不平衡负载连接；
[0007]所述电能质量补偿设备包括多个并联在三相电网电压上的Module模块，每个所述Module模块包括与三相电网电压连接的滤波模块，滤波模块连接有单机电压和电流采集模块，单机电压和电流采集模块连接有HB模块；
[0008]所述三相负载电压和电流采集模块还连接有用于采集负载电压和电流主控制单元，主控制单元双向连接有多个从控制单元，每个从控制单元与对应单机电压和电流采集模块连接用于采集对应Module模块的输出电压和电流，从控制单元可将对应Module模块的输出电压和电流传输给主控制单元，主控制单元可将下发给Module模块的补偿电流信号传输给从控制单元，HB模块与对应从控制单元连接用于执行从控制单元的补偿电流指令。
[0009]进一步地，滤波模块包括串接在三相电压上的第一三相进线电感L1、第二三相进
线电感L2，第一三相进线电感L1与第二三相进线电感L2之间的三个连接端子上并联有滤波电阻R
Lb
,滤波电阻R
Lb
上串联有滤波电容C
Lb
。
[0010]进一步地，HB模块包括并联设置的三组IGBT管S、一组直流电容，一组直流电容包括串联的第一直流电容C1、第二直流电容C2，IGBT管S包括串联的4个IGBT管S，两侧相邻IGBT管S之间串接有两个钳位二极管D，中间相邻IGBT管S之间与单机电压和电流采集模块的端子对应连接，两钳位二极管D之间、第一电容C1、第二电容C2之间均通过接线端子连接。
[0011]本专利技术还公开了一种基于主从控制的电能质量控制方法，包括以下步骤：本专利技术的外部信号(包括启动、停止、负载电流、系统总输出电流等)只与主控制器相连，主控制器通过光纤将从控制器控制字和电流给定值广播给所有的从控制器，通过从控制器实现对从机的控制；同时从控制器也通过光纤将从机的运行状态反馈给主控制器，实现对所有从机运行状态的监控，并统一协调。
[0012]步骤1、按照权利要求3将该电能质量控制系统连接好后，主控制器开始程序初始化，并通过查询从控制器编码地址，确定系统内的并机数量，同时测试主控制器与每一个从控制器之间的通信是否正常，若通信异常，主控制器会报出具体与哪一个从控制器通信异常；
[0013]步骤2、在测试主控制器与所有从控制器通信正常以后，主控制器查询所有从控制器内从机的相应信息，包括从机输出电压、输出功率等，并将所有从机的相应信息与主控制器内系统设置的信息进行核实，以保证主控制器与从控制器是相匹配的，避免出现匹配错误。在判断主控制器与所有从控制器相匹配之后，主控制器还会通过并机数量及从机的输出功率，计算整个系统可输出的总功率；
[0014]步骤3、在系统接收到合闸指令以后，主控制器会根据从控制器编码地址依次对所有的从控制器发出合闸指令，并检测每一个从控制器控制从机合闸以后从机的状态，若所有从机合闸后状态正常，则可进行下一步操作；若有一个或多个从机报出故障，则主控制器会在故障时间内发出复位信号，若从机故障被复位，则说明该从机恢复正常状态，若从机故障不能被复位，则控制器会切除故障从机，并根据可正常运行的从机数量和从机功率，重新计算整个系统可输出的总功率；
[0015]步骤4、在系统接收到运行指令后，主控制器会同时给每一个从控制器广播运行使能指令，且给每一个从控制器广播一个初始电流给定值。每一个从控制器在接收到主控制器的运行使能指令和初始电流给定值后，通过其对应的从机内部电压环和电流环，分别建立各自的从机闭环控制系统，控制对应的从机输出初始给定电流。与此同时，主控制器会采集整个系统的电压、输出电流，建立整个系统的电流闭环控制系统，控制整个系统输出稳定的给定电流；
[0016]步骤5、主控制器还会采集负载电流、电压，分析负载电流中谐波电流和无功电流的成分和含量，根据补偿要求，计算整个系统需补偿的谐波电流和无功电流的大小，且根据可正常工作的从机数量，计算每个从控制器的给定电流值，并将其广播给每个从控制器；
[0017]步骤6、每一个从控制器在接收到主控制器的给定电流值后，首先会判断给定电流值是否大于对应从机的最大输出电流，若给定电流值大于对应从机的最大输出电流，则从控制器控制从机按照从机的最大输出电流输出；若给定电流值小于对应从机的最大输出电流，则从控制器控制从机按照给定电流值输出；
[0018]步骤7、主控制器采集整个系统的电压、输出电流和电网的电压、电流，通过整个系统的电流闭环控制系统保证输出电流的稳定性和实时跟踪性；
[0019]进一步地，在整个系统正常运行的过程中，若某一个从机发生故障，则对应从控制器会将该从机的故障反馈给主控制器，主控制器会给该从控制器发送停机命令，将该从机切除运行，此时其他从机还处于正常运行状态。主控制器会在故障时间内向故障从机发出复位信号，若从机故障被复位，则并将其切入运行状态，说明该从机已恢复正常状态；若从机故障不能被复位，则主控制器会旁路故障从机，并根据可正常运行的从机数量和从机功率，重新计算整个系统可输出的总功率和每个从机的给定电流值，并广播给每一个从控本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于主从控制的电能质量控制系统，其特征是：包括连接在三相电网电压(1)上的电能质量补偿设备(3)，电能质量补偿设备(3)连接有三相负载电压和电流采集模块(4)，三相负载电压和电流采集模块(4)与三相非线性或不平衡负载(2)连接；所述电能质量补偿设备(3)包括多个并联在三相电网电压(1)上的Module模块(5)，每个所述Module模块(5)包括与三相电网电压(1)连接的滤波模块(6)，滤波模块(6)连接有单机电压和电流采集模块(7)，单机电压和电流采集模块(7)连接有HB模块(8)；所述三相负载电压和电流采集模块(4)还连接有用于采集负载电压和电流主控制单元(9)，主控制单元(9)双向连接有多个从控制单元(10)，每个从控制单元(10)与对应单机电压和电流采集模块(7)连接用于采集对应Module模块(5)的输出电压和电流，从控制单元(10)可将对应Module模块(5)的输出电压和电流传输给主控制单元(9)，主控制单元(9)可将下发给Module模块(5)的补偿电流信号传输给从控制单元(10)，HB模块(8)与对应从控制单元(10)连接用于执行从控制单元(10)的补偿电流指令。2.根据权利要求1所述的一种基于主从控制的电能质量控制系统，其特征是：所述滤波模块(6)包括串接在三相电压上的第一三相进线电感L1、第二三相进线电感L2，第一三相进线电感L1与第二三相进线电感L2之间的三个连接端子上并联有滤波电阻R
Lb
,滤波电阻R
Lb
上串联有滤波电容C
Lb
。3.根据权利要求2所述的一种基于主从控制的电能质量控制系统，其特征是：所述HB模块(8)包括并联设置的三组IGBT管S、一组直流电容，一组直流电容包括串联的第一直流电容C1、第二直流电容C2，IGBT管S包括串联的4个IGBT管S，两侧相邻IGBT管S之间串接有两个钳位二极管D，中间相邻IGBT管S之间与单机电压和电流采集模块(7)的端子对应连接，两钳位二极管D之间、第一电容C1、第二电容C2之间均通过接线端子连接。4.一种基于主从控制的电能质量控制方法，其特征是，包括以下步骤：步骤1、按照权利要求3将该电能质量控制系统连接好后，主控制器开始程序初始化，并通过查询从控制器编码地址，确定系统内的并机数量，同时测试主控制器与每一个从控制器之间的通信是否正常；步骤2、在测试主控制器与所有从控制器通信正常以后，主控制器查询所有从控制器内从机的相应信息，包括从机输出电压、输出功率，并将所有从机的相应信息与主控制器内系统设置的信息进行核实，保证主控制器与从控制器相匹配，之后主控制器通过并机数量及从机的输出功率，计算整个系统可输出的总功率；步骤3、在系统接收到合闸指令以后，主控制器根据从控制器编码地址依次对所有的从控制器发出合闸指令，并检测每一个从控制器控制从机合闸以后从机的状态，若所有从机合闸后状态正常，则进行下一步操作；若有一个或多个从机报出故障，则主控制器会在故障时间内发出复位信号，若从机故障被复位，则说明该从机恢复正常状态，若从机故障不能被复位，则控制器会切除故障从机，并根据可正常运行的从机数量和从机功率，重新计算整个系统可输出的总功率；步骤4、在系统接收到运行指令后，主控制器同时给每一个从控制器广播运行使能指令，且给每一个从控制器广播一个初始电流给定值，每一个从控制器在接收到主控制器的运行使能指令和初始电流给定值后，通过其对应的从机内部电压环和电流环，分别建立各自的从机闭环控制系统，控制对应的从机输出初始给定电流，同时，主控制器采集整个系统
的电压、输出电流，建立整个系统的电流闭环控制系统，控制整个系统输出稳定的给定电流；步骤5、主控制器采集负载电流、电压，分析负载电流中谐波电流和无功电流的成分和含量，根据补偿要求，计算整个系统需补偿的谐波电流和无功电流的大小，且根据可正常工作的从机数量，计算每个从控制器的给定电流值，并将其广播给每个从控制器；步骤6、每一个从控制器在接收到主控制器的给定电流值后，首先会判断给定电流值是否大于对应从机的最大输出电流，若给定电流值大于对应从机的最大输出电流，则从控制器控制从机按照从机的最大输出电流输出；若给定电流值小于对应从机的最大输出电流，则从控制器控制从机按照给定电流值输出；步骤7、主控制器采集整个系统的电压、输出电流和电网的电压、电流，通过整个系统的电流闭环控制系统保证输出电流的稳定性和实时跟踪性。5.根据权利要求4所述的一种基于主从控制的电能质量控制方法，其特征是：在整个系统正常运行的过程中，若某一个从机发生故障，则对应从控制器会将该从机的故障反馈给主控制器，主控制器会给该从控制器发送停机命令，将该从机切除运行，此时其他从机还处于正常运行状态；主控制器会在故障时间内向故障从机发出复位信号，若从机故障被复位，则并将其切入运行状态，说明该从机已恢复正常状态；若从机故障不能被复位，则主控制器会旁路故障从机，并根据可正常运行的从机数量和从机功率，重新计算整个系统可输出的总功率和每个从机的给定电流值，并广播给每一个从控制器，保证系统可靠运行。6.根据权利要求3所述的一种基于主从控制的电能质量控制系统，其特征是：所述Module模块(5)的数量N、单Module模块(5)中第一三相进线电感L1、第二三相进线电感L2、滤波电阻R
Lb
、滤波电容C
Lb
、HB模块参数(11)、第一直流电容C1和第二直流电容C2的具体计算步骤如下：步骤1、首先根据系统线电压U
ab
、电能质量补偿设备最大功率S
Lmax
和Module模块(5)的单台功率P，确定电能质量补偿设备中Module模块(5)的数量N的选取依照公式为：步骤2、根据系统线电压U
ab
和Module模块(5)的单台功率P，确定Module模块(5)的额定电流Is，额定电流Is的选取依照公式为：步骤3、根据步骤2得到的Module模块(5)额定电流Is，然后确定Module模块(5)中连接的第一三相进线电感L1、第二三相进线电感L2的电感值，具体公式如下：的第一三相进线电感L1、第二三相进线电感L2的电感值，具体公式如下：其中，f为电网频率，f＝50Hz；步骤4、根据步骤3中计算的第一三相进线电感L1、第二三相进线电感L2的电感值，确定
Module模块(5)中滤波电阻R
Lb
、滤波电容C
Lb
值，具体公式如下：值，具体公式如下：其中，fs为开关频率；步骤5、根据Module模块(5)额定电流Is的值选取IGBT管和钳位二极管的型号；IGBT管和钳位二极管型号满足以下条件：IGBT管的电流I
IGBT
大于额定电流Is，I...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋佳琛，袁小伟，宋浩正，林鸿元，温欢，白冬青，乔贵，蔺金佑，
申请(专利权)人：天水电气传动研究所集团有限公司，
类型：发明
国别省市：