专利名称：数字化有功调节节能装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种有功调节节能装置，尤其是涉及一种三相380V配电系统新型数字化有功调节节能装置。属于电力设施技术领域。
背景技术：
随着经济持续高速发展，对洁净、高效电力能源需求大幅度提升，与此同时全国城乡电网改造全面推进，城乡用电负荷快速增加，电力行业为提高供电质量、降低电网传输损耗、控制电网谐波污染、营造优质供电环境、争创一流供电企业等方面不遗余力地做了大量的工作。但在电力系统中由于终端三相负荷分配不平衡，造成系统三相不平衡，零序电流大，中线损耗严重，变压器不平衡运行会大大降低变压器的出力，影响变压器使用寿命，增加变压器的运行损耗，严重影响了用电质量。而现有电网补偿装置只能补偿电网无功功率，无法实现对有功功率的补偿和调节，这已不能适应供电发展的要求。
发明内容
本发明的首要目的在于针对现有三相380V配电系统中存在的三相有功功率不平衡和零序电流损耗的问题，提出一种对系统有功功率无级调节，实现系统有功三相平衡，降低零序电流损耗，降低变压器允许损耗，增大变压器的出力的新型数字化有功调节节能装置，从而适应供电系统迅速发展的要求。
本发明进一步的目的在于提出一种可以便捷实现参数指令双向传输的低压配电系统数字化有功调节节能装置，从而有助于提高本发明的补偿精度和动态响应速度。
本发明的首要目的是这样实现的一种数字化有功调节节能装置，由含有感应元件的测量电路、控制电路和含有逆变器及通断切换器件的主电路组成，所述测量电路的测量信号采集端与电网耦合，测量信号反馈端接控制电路的信号输入端，所述主电路的补偿电流输出端接电网，所述控制电路主要由主控DSP芯片以及与该芯片对应端口连接的RAM构成，所述控制电路的控制信号输出端接主电路逆变器驱动端及通断切换器件的受控端。
工作时，测量电路中的感应元件对电网的电压、电流以及功率因素变化进行监测，并实时将采集到的测量信号反馈到控制电路，经数字化后直接送到DSP芯片。DSP芯片根据系统的同步脉冲信号以及热敏继电器信号，对输入的数字化信号进行计算分析发出后，向主电路发出逆变器驱动脉冲信号和通断控制器件投切等控制信号，从而使主电路实现有功调节。
由于本发明采用了高性能、智能化的DSP处理器，因此将有功调节装置和综合电能质量分析仪有机结合，可以及时作出响应，实现高精度的有功调节，确保供电质量。
图1为本发明的一个实施例的总体结构示意图。
图2是图1实施例中控制电路的电路原理图。
图3是图1实施例中测量电路的电路原理图。
图4是图1实施例中主电路的电路原理图。
具体实施例方式实施例一本实施例数字化有功调节节能装置的总体结构如图1所示，由测量电路、控制电路、主电路、遥控器(图中未示出)以及电源电路组成。其中测量电路的测量信号采集端与接负载的电网耦合，测量信号反馈端接控制电路的信号输入端。控制电路的控制信号输出端接主电路的受控端。主电路的补偿电流输出端接电网。遥控器可以与控制电路双向通讯。电源电路用以提供测量电路、控制电路的电源。
控制电路如图2所示，由主控DSP芯片(数字信号处理器)以及与该芯片对应端口连接的RAM构成。控制电路接收来自测量电路的反馈变量、系统的同步脉冲信号以及热敏继电器的信号，DSP芯片对输入的数字化信号进行计算分析，发出以下信号——主电路IGBT的驱动脉冲信号——电磁接触器、继电器的投切信号——工作状态显示灯控制信号(运行、电压异常保护、电流异常保护、过热保护、缺相保护)测量电路如图3所示，主要由运算放大器、提拉电路和钳位二级管构成，用以采样测量和反馈信号。测量电路没有采用传统的电压、电流互感器，而是以霍尔传感器和提拉电路相结合的方式对系统及反馈信号进行采集。采样和反馈信号在测量电路经过调理后，直接送入控制电路的核心——DSP芯片，具体来说，测量电路中的霍尔传感器分别经限流电阻与电网接入点和主电路电流输出端耦合，采样过来的信号经过运算放大器的隔离输送给提拉电路。提拉电路由3.3VA电源和电阻R510/R5110组成，运算放大器的信号经过提位电路后其电平范围控制在0～+3.3V之间。提拉电路的输出端连接到钳位电路输入端。钳拉电路由二极管D504、D503组成。钳位电路输出端直接连接到DSP的负责采样的管脚ADC0～ADC9上。由DPS芯片完成各种数据的运算与处理。
在测量电路中，共有接入点电压、直流侧电压、负载电流、输出电流等九个变量被测量反馈。
主电路如图4所示，实质为三相二电平逆变器及防涌流电路，主要器件有四个二元素IGBT(绝缘栅双极型晶体管)模块、四个电抗器L1、L2、L3、L4、电容器C、三相电磁接触器SW2、继电器和防涌流电阻R。四个二元素IGBT模块并联后，与防涌流电阻R和电容C的串联电路并联，构成三相二电平逆变器，该逆变器的前三个输出端分别与三个电SW2的三对主触点分别连接，三对主触点分别连接到三相低压配电系统的三相电压。逆变器的第四个输出端与零线电抗器L4的输入端相连，零线电抗器L4的输出端连接到三相配电系统的零线。
实验表明，本实施例具有以下特点
1)以高性能的DSP处理器为核心，完成全部的控制运行与计算，精度高，速度快，可以达到电压测量精度0.5％；电流测量精度0.1％；有功功率测量精度0.5％；无功功率精度0.1％；功率因数测量精度0.5％；有功电度测量精度0.1％；无功电度数测量精度0.5％。
2)能够根据设定的控制方式和控制参数投入运行，并无级调节有功功率，实现系统有功三相平衡。降低损耗，增大变压器的出力。
3)能够补偿零序电流，消除零序损耗。
4)具有综合电能质量监测仪功能，能够同时显示和记录配网的三相电压、电流、功率因数、有功功率、无功功率、有功电度、无功电度以及自身发生的无功电度、电压和电流总畸变率。
5)可以存储每天24小时的各项定点时刻配网记录数据和统计数据(包括电压、电流、功率因数、有功、无功、有功电度、无功电度、日电压/电流最值、停电时刻、累计停电时间、每相的过压/欠压/缺相时刻及时间等)。
6)科学的控制方式控制方式分三种恒功率因数控制、恒电压控制、恒功率因数和恒电压自动切换控制。控制精度为恒功率因数控制精度±0.5％；恒电压控制精度±0.5％。
7)对IGBT具有硬件保护电路和缓冲电路，具有过电压、欠电压、过电流、过热、防雷击及缺相报警及保护功能，并自动形成动作报告。
8)具有工作电源、输出回路工作状态保护动作显示功能。
9)具有自动检测并且自动调整电流和电压互感器极性功能，使电流输入不受极性影响。
10)遇到过电压、欠电压、过电流、过热缺相等异常情况时，能够自动报警，点亮相应的报警，点亮相应的报警灯，同时闭锁相应的自动控制功能，记录各种故障信息。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形式的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。
权利要求
1.一种数字化有功调节节能装置，包括含有感应元件的测量电路、控制电路和含有逆变器及通断切换器件的主电路，所述测量电路的测量信号采集端与电网耦合，测量信号反馈端接控制电路的信号输入端，所述主电路的补偿电流输出端接电网，其特征在于所述控制电路包括主控DSP芯片以及与该芯片对应端口连接的RAM，所述控制电路的控制信号输出端接主电路逆变器驱动端及通断切换器件的受控端。
2.根据权利要求1所述的一种数字化有功调节节能装置，其特征在于所述测量电路包括霍尔传感器、运算放大器、提拉电路和钳位二级管，作为感应元件的霍尔传感器分别与电网接入点和主电路电流输出端耦合，通过提拉电路输出到控制电路，所述主电路的直流电压端经分压电阻后，通过钳位二级管接控制电路的DSP芯片信号输入端口。
3.根据权利要求2所述的一种数字化有功调节节能装置，其特征在于测量电路中的霍尔传感器分别经限流电阻与电网接入点和主电路电流输出端耦合，霍尔传感器采样过来的信号经过运算放大器的隔离输送给提拉电路，提拉电路包括3.3VA电源和电阻R510、R5110，提拉电路输出端连接到钳位电路输入端，钳拉电路包括二极管D504和D503，钳位电路输出端直接连接到DSP的负责采样的管脚ADC0～ADC9上。
4.根据权利要求1或2、3所述的一种数字化有功调节节能装置，其特征在于所述主电路包括四个二元素IGBT模块、四个电抗器L1、L2、L3、L4、电容C、三相电磁接触器SW2、继电器和防涌流电阻R，所述四个二元素IGBT模块并联后，与防涌流电阻R和电容C的串联电路并联，构成三相二电平逆变器，所述逆变器的前三个输出端分别与三个电抗器L1、L2、L3的输入端相连，所述三个电抗器的输出端分别与电磁接触器SW2的三对主触点分别连接，三对主触点分别连接到三相低压配电系统的三相电压，逆变器的第四个输出端与零线电抗器L4的输入端相连，零线电抗器L4的输出端连接到三相配电系统的零线。
全文摘要
本发明涉及一种数字化有功调节节能装置，包括含有感应元件的测量电路、控制电路和含有逆变器及通断切换器件的主电路，所述测量电路的测量信号采集端与电网耦合，测量信号反馈端接控制电路的信号输入端，所述主电路的补偿电流输出端接电网，其特点是所述控制电路包括主控DSP芯片以及与该芯片对应端口连接的RAM，所述控制电路的控制信号输出端接主电路逆变器驱动端及通断切换器件的受控端。发明将有功调节装置和综合电能质量分析仪有机结合，可以及时作出响应，实现高精度的有功调节，确保供电质量。
文档编号H02J3/26GK1665096SQ200510038238
公开日2005年9月7日 申请日期2005年1月25日 优先权日2005年1月25日
发明者张建兴, 范满红, 任春红, 陈建友 申请人:江阴侨星电器有限公司