用于具有差分補償變化和減少的線瞬態(tài)噪聲的無源功率因素補償方法的算法
【專利說明】用于具有差分補償變化和減少的線瞬態(tài)噪聲的無源功率因 轟補償方法的算法
[000。 版權(quán)聲明
[0002] 本專利文獻的公開內(nèi)容的一部分包含有受版權(quán)保護的材料。由于本專利文獻或本 專利公開出現(xiàn)在專利商標局的專利文獻中或有所記錄，因此著作權(quán)人對于任何人對本專利 文獻或本專利公開進行的傳真印刷沒有異議，但卻對任何人都保留其版權(quán)所有權(quán)。
[0003] 要求的優(yōu)先權(quán)
[0004]本申請要求2013年3月30日提交的美國臨時專利申請No. 61/806, 868的優(yōu)先權(quán)， 其內(nèi)容在此通過參照全部合并到本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0005]本發(fā)明整體上設(shè)及電力的生成與分配。特別地，本發(fā)明設(shè)及電力質(zhì)量補償方法和 系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0006]在加入有許多不同的現(xiàn)代電器和電子設(shè)備的電源配電系統(tǒng)中，電力質(zhì)量的問題日 益突出。在交流（AC)電源電器系統(tǒng)中，因為國家的不同，存在著50或60Hz的頻率的交替 的正的和負的正弦波電壓。在AC系統(tǒng)中，電流也具有正弦波形，不過具有和電壓波形有關(guān) 的特別的相位角。眾所周知，因為電感負荷連接至電氣系統(tǒng)，因此，電源由于電感負荷的電 抗而開始滯后于電壓波形。電壓與電流之間的相位差被表述為功率因素（P巧。當電壓和電 流同相位時，PF等于1(PF= 1)。由于電感負荷的增加，隨著電流開始滯后于電壓波形，PF 降低。運在供電成本方面造成了嚴重的后果，并且引起了低的PF會征收的稅，運增加了發(fā) 電和輸電的成本。例如，在PF<0. 7的情況下，繁重的征稅和額外的付費會轉(zhuǎn)而變成開給最 終用戶的賬單。
[0007] 存在無源電力質(zhì)量補償設(shè)備，運些設(shè)備依賴于在穿過電力系統(tǒng)相位的各種線電容 器中進行切換而對電感負荷進行補償，并且將PF校正回更接近于1的較高的水平，從而恢 復(fù)電力質(zhì)量。通過運些無源電力質(zhì)量補償設(shè)備，首先，測量了PF;其次，通過例如從查閱表、 最小和最大限值等進行推導之類的各種方式計算了所需的電容量；最終，接入了該電容量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 現(xiàn)要求保護的發(fā)明的目的是提供一種基于差分電容器變化的無源功率因素補償 的計算機可實現(xiàn)的算法?，F(xiàn)要求保護的發(fā)明的另一目的是提供一種能夠減少差分電容器變 化過程中的線瞬態(tài)噪聲的算法。
[0009]根據(jù)各種實施方式，本發(fā)明利用了測量如下數(shù)值的計算機可實現(xiàn)的控制算法：1) 無功功率；對PF;3)電壓；W及4)線頻率。計算機可實現(xiàn)的控制算法計算或為正（要增加 的電容）或為負（要減去的電容）的差分補償電容。而且，該算法還考慮所需的差分電容 的限值，如果在最小限值之內(nèi)，則該算法將不會繼續(xù)改變?nèi)魏坞娙?，并且該算法的運一部分 限制了電容器的切換頻率。
[0010] 一旦確定了或為正（要增加的電容）或為負（要減去的電容）的所需的差分補償 電容，并且該差分補償電容也在最小限值之外時，則根據(jù)差分補償電容與當前補償電容之 和或差計算得出新的補償電容。該算法將用于當前補償電容的電容器切換位模式與用于新 的補償電容的電容器切換位模式進行比較，并相應(yīng)地選擇電容器切換位映射。用于新的補 償電容的電容器切換組合根據(jù)該電容器切換位映射遞增地切換。為了達到所選擇的電容器 切換組合，每次僅切換一個開關(guān)W使得線瞬態(tài)噪聲最小化。該算法的此部分一直持續(xù)至PF 被修正為止，其中使得電容器切換W每次延遲毫秒間隔的方式被接通/切斷W使得線瞬態(tài) 噪聲最小化。
[0011] 每隔15分鐘，該算法再次測量：1)無功功率；2)PF誠電壓；化及4)線頻率。該 算法再次運行運個例程并且考慮差分電容值的最小限值，W及考慮是否需要進入電容器模 式變化。
[0012] 可W可選地進行線功率的電壓過零檢測。將測定繼電器的接通和切斷的瞬間的 時間W使得繼電器觸點在電力線的瞬時電壓近于零時打開或閉合，W便進一步減小切換干 擾。
【附圖說明】
[0013] 在后文中參照附圖更詳細地描述了本發(fā)明的實施方式，附圖中：
[0014] 圖1示出了描繪了示例性的電源電路的電路圖，該示例性的電源電路與根據(jù)現(xiàn)要 求保護的本發(fā)明的實施方式的用于基于差分電容器變化的無源功率因素補償?shù)挠嬎銠C可 實現(xiàn)的控制算法相結(jié)合。
[0015] 圖2A示出了描繪了另一示例性的電源電路的電路圖，該示例性的電源電路與根 據(jù)現(xiàn)要求保護的本發(fā)明的另一實施方式的用于基于差分電容器變化的無源功率因素補償 的計算機可實現(xiàn)的控制算法相結(jié)合。
[0016] 圖2B描繪了示出用于圖2A中所示的電源電路的電容器切換操作的流程圖。
[0017] 圖3A、圖3B、圖3C和圖3D描繪了根據(jù)現(xiàn)要求保護的本發(fā)明的又一實施方式的用 于基于差分電容器變化的無源功率因素補償?shù)挠嬎銠C可實現(xiàn)的控制算法的過程步驟的流 程圖。
[0018] 圖3E描繪了示出與補償電容器的示例性接合相對應(yīng)的位模式過度的表格。
[0019]圖4描繪了示出了用于儲存在外部非易失性存儲器中的補償電容值和參數(shù)的數(shù) 據(jù)結(jié)構(gòu)的示例性實施方式的表格。
[0020] 圖5A示出了羅列了現(xiàn)要求保護的本發(fā)明的示例性實施例的補償電容值和參數(shù)W 及結(jié)果的表格；而圖5B示出了電容器選擇邏輯狀態(tài)與無功功率的關(guān)系的圖表。
【具體實施方式】
[0021] 在W下的描述中，W優(yōu)選的示例闡明了結(jié)合了基于差分電容器變化的無源功率因 素補償?shù)挠嬎銠C可實現(xiàn)的控制算法的方法和系統(tǒng)等。對本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員而言顯而易 見的是，在不背離本發(fā)明的范圍和精神的情況下，可W做出包括增加和/或替換在內(nèi)的改 型?？赡苁÷粤司唧w的細節(jié)W免難W理解本發(fā)明；然而，記載本公開是為了使得本領(lǐng)域的一 般技術(shù)人員能夠無需過度的實驗而實施本文的教導。
[0022] 圖1示出了描繪了示例性的電源電路的電路圖，該示例性的電源電路與根據(jù)現(xiàn)要 求保護的本發(fā)明的實施方式的用于基于差分電容器變化的無源功率因素補償?shù)挠嬎銠C可 實現(xiàn)的控制算法相結(jié)合。該電源電路用于=相系統(tǒng)；然而，可W將類似的構(gòu)造應(yīng)用至另外的 雙相系統(tǒng)。在該電源電路中，^個電容器。（106)八2(105)和〔3(104)能夠根據(jù)電力質(zhì)量補 償所需的確定的補償電容而通過它們對應(yīng)的開關(guān)SW&。（103)、SW&1 (102)和SW&2 (101)單 獨地被接入或斷開。另外，測量模塊（107)收集包括電壓、電流、功率因素、實際功率和無功 功率在內(nèi)的電力線質(zhì)量數(shù)據(jù)。
[0023] 在該控制算法中能夠W二進制形式表現(xiàn)開關(guān)的位置和狀態(tài)。W下為一個示例性實 施方式：
[00幼表格1
[0026] 為了使線瞬態(tài)噪聲最小化，為了達到所選擇的電容器開關(guān)組合，每次僅切換一個 開關(guān)。參照W下的表格2。例如，如果所需的補償電容將從25uF增加至62uF，則運S個開 關(guān)的狀態(tài)的改變將按順序經(jīng)過狀態(tài)3、狀態(tài)4,最終至狀態(tài)5。
[0029]表格 2
[0030] 作為示例選擇了電容器的數(shù)量和它們的值是為了描述現(xiàn)要求保護的本發(fā)明的原 理的目的。為了現(xiàn)要求保護的本發(fā)明的實施，可W采用任何數(shù)量的電容器和任何的電容值。
[0031] 圖2A示出了描繪了與計算機可實現(xiàn)的控制算法相結(jié)合的另一示例性的電源電路 的電路圖。在該電源電路中，電容器開關(guān)與涌流繼電器一起實施。圖2B描繪了示出用于該 實施例的電容器切換操作的流程圖。例如，為了接入電容器Cs,開關(guān)SW&2。（202)首先被接 通，等待一段延遲周期（例如30毫秒），接著接通開關(guān)SW&2 (201);為了斷開電容器Cs,開關(guān) SW&2 (201)首先被斷開，等待一段延遲周期（例如30毫秒），接著斷開開關(guān)SW&2。（202)。
[0032] 為了確定所需的補償電容，基于W下的數(shù)學運算進行計算：
[0033]給定：
[0034] 觀CAC電源線電壓 fl 線頻率 PP 功率因素 P_ri3al. 實際功率 P_apparent