专利名称：智能调节电力无功补偿装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种智能调节电力无功补偿装置。
电力线路上电能损耗的主要因素是感性负荷引起的功率因数下降，“无功”电流的增大。目前主要有两种方案解决线路的损耗问题，其一是“有触点”磁力开关投切电容器组来补偿无功电流的方法，此种方案由于采用交流接触器为控制开关，使之投切速度慢，可靠性差，同时触点易产生电火花和噪音，并且使用寿命短。其二是晶闸管投切电容器组控制装置，但目前所采用的此类技术方案存在如下问题(1)功率器件工作电压要求高电容器上虽然都并有放电电阻，但时间常数都很大。如果不设计切除电容器后残压快速衰减回路，晶闸管瞬时承受的电压为两倍交流电源峰值电压，在380V电压等级应用时，一般选择耐压为1600V的晶闸管，这样不但成本高，而且仍然不能避免电网电压异常升高带来的危险。
(2)功率器件工作电流选择大一般的做法是根据检测“测量变压器”二次侧的电压波形“间接检测”判断开通晶闸管的时间。各种因素对其准确度影响很大，一但开通时间不准，晶闸管和电容器会产生很大的“浪涌”电流，因此晶闸管工作电流选择必须也很大，来换取其可靠性。
(3)不能使用通用电力电容器“间接检测”判断开通晶闸管的方法，决定了它只能实用称之谓“三相控制”方式，即每组三相电容器必须使用三个晶闸管模块，实际上是三个单相控制的简单组合，因此必须订做有六个出线的特殊的三相电容器。
(4)由于上述原因，不但设备成本很高，约高出“有触点”的30％，而且可靠性仍不理想，因此不能大面积推广。
本实用新型的目的在于提供一种安全可靠，廉价的投切速度快，可对任两相母线控制的智能调节电力无功补偿装置。
本实用新型的目的是这样实现的一种智能调节电力无功补偿装置，它主要包括综合控制的电子调节器TJQ、相互并联的无功补偿分支电路和驱动器QDQ，电子调节器TJQ设有从母线采集的电压和电流的输入端和与驱动器QDQ相联的投切信号的输出端，驱动器QDQ输出的投切控制信号接无功补偿分支电路的控制端，无功补偿电路的输出分别接交流母线的任意两相。
电子调节器TJQ包括单片机IC1、IC2、电压采样回路、电流采样回路、同步电路和显示屏，电压采样回路、电流采样回路和同步电路的输出接单片机IC1的输入端，单片机IC1输出的显示信号经单片机IC2与显示屏相联。电子调节器TJQ还包括两路电路结构相同的过流保护采样回路，所说过流保护采样回路由配接于母线的电流互感器和相互并接在互感器次端的电阻R和电位器W组成，其电位器W的动触点接单片机IC1的输入端。
无功补偿分支电路由电容器组和两组晶闸管模块1MTC、2MTC组成，电容器组由电容C1-C3构成，每组晶闸管模块由两个反相并联的可控硅组成，其电容C2与电容C3的节点与晶闸管模块1MTC的一端相联，电容C3与电容C1的节点与晶闸管模块2MTC的一端相联，其两组晶闸管模块的另一端和电容C1和电容C2的节点分别与母线UA、UB、UC相联。
驱动器QDQ由相互并接在单片机IC3输入端的一组衰减过零检测电路、驱动电路和脉冲变压器组成，衰减过零检测电路的输入端接于晶闸管模块的两端，单片机IC3接收衰减过零检测电路的输出信号和由电子调节器TJQ输出的投切信号，单片机IC3的输出经驱动电路接脉冲变压器，其脉冲变压器的输出接无功补偿分支电路的控制端。
本实用新型取得的技术进步是采用两点采样原理，使投切准确速度快，同时使用两相控制方式，大大降低了晶闸管的工作电压和电流，提高了装置的可靠性，在相同容量相同电压等级实现相同功能的情况下，功率晶闸管少用1/3，工作电压减少25％，工作电流的选择小，从而大大降低了成本。
下面以附图为实施例对实用新型进一步的描述
图1为本实用新型的电原理图。
图2为电子调节器TJQ的电原理图。
图3为驱动器QDQ的电原理图。
本实用新型主要包括综合控制的电子调节器TJQ、相互并联的无功补偿分支电路和驱动器QDQ，电子调节器TJQ设有从母线采集的电压和电流的输入端和与驱动器QDQ相联的投切信号的输出端，驱动器QDQ输出的投切控制信号接无功补偿分支电路的控制端，无功补偿电路的输出分别接交流母线的任意两相。无功补偿分支电路由电容器组和两组晶闸管模块1MTC、2MTC组成，电容器组由电容C1-C3构成，每组晶闸管模块由两个反相并联的可控硅组成，其电容C2与电容C3的节点与晶闸管模块1MTC的一端相联，电容C3与电容C1的节点与晶闸管模块2MTC的一端相联，其两组晶闸管模块的另一端和电容C1和电容C2的节点分别与母线UA、UB、UC相联。
电子调节器TJQ从母线上采集电压和电流两组信号，在一个周波(20MS)内计算出无功功率，依据无功功率的大小TJQ向驱动器QDQ发出投切命令，驱动器QDQ自动完成晶闸管电压过零的直接检测，并发出控制脉冲，完成控制晶闸管自动投切电容器的功能。
如附图1所示，A、B、C为交流380V母线，N为零线；K为刀闸；SR为快速熔断保险，是本装置的后备过流保护；1、2、3虚线框内的回路分别表示相同结线形式不同容量的无功补偿分支电路，本实施例选用了三组，也可选用多组，三组电容器的容量比为4∶2∶1，三组的组合为7级(0不包括在内)，其中1MTC为反向并联的晶闸管模块，分别控制电容器组C1、C2、C3的B相和C相，显而易见，当B、C相都关断后，虽然A相始终与电源相连，但无电流，等于此组退出，反之等于投入，这样省略了A相(也可以B或C相)控制，从而节约了1/3的晶闸管功率模块。但是，如果无本实用新型的“晶闸管电压过零直接检测”省略A相控制将是十分困难的。
BLQ为避雷器，防止操作过电压和意外的高电压对本实用新型装置的伤害。DYB为本装置检测与调节控制用的电源变压器，其低压侧输出V1、V2供单片机和逻辑回路以及驱动脉冲的稳压电源用；Vb、Vc分别供B、C相“晶闸管电压过零直接检测”回路的稳压电源用、V、A1、A2、CO Sφ为本装置的监视仪表，它们是电压表、B相电流表、C相电流表、功率因数表。LOAD为用户的电力负荷。CTL为总电流互感器，也可以接在负荷(LOAD)侧，供功率因数表和无功功率检测用，其两种接法为现场安装提供了方便。CTA、CTB、CTC为本装置的A、B、C相电流互感器，供电流表和检测及过流保护用。
如图2所示，它主要完成检测、无功计算、发调节命令、保护和显示等功能。
电子调节器TJQ包括单片机IC1、IC2、电压采样回路、电流采样回路、同步电路和显示屏，电压采样回路、电流采样回路和同步电路的输出接单片机IC1的输入端，单片机IC1输出的显示信号经单片机IC2与显示屏相联。电子调节器TJQ还包括两路电路结构相同的过流保护采样回路，所说过流保护采样回路由配接于母线的电流互感器和相互并接在互感器次端的电阻R和电位器W组成，其电位器W的动触点接单片机IC1的输入端。电压采样回路由电压互感器PT和电位器W1组成，其电位器W1并接于电压互感器PT的次端，电位器W1的动触点接单片机IC1的输入端。电流采样回路由配接于母线的电流互感器CT和相互并接在互感器CT次端的电阻R1和电位器W2组成，其电位器W2的动触点接单片机IC1的输入端。同步电路由相互正反相并接在比较放大器输入端的二极管组成，其比较放大器的输入端接电压互感器PT的次端，其输出与单片机IC1相联。
该部分的核心部件为带有A/D转换器的16C71单片机IC1和驱动显示的16C55单片机IC2。220V交流电压a-N经电压互感器PT变成标准电压经电位器W1分压进入单片机IC1进行交流采样；A相CTL的二次电流LL-KL和装置的A相CTA的二次电流LA-KA经矢量相减进入小电流互感器CT，其输出经R1变成电压信号，再经W2分压进入IC1也进行交流采样。如果附图1中的CTL接在负荷(LOAD)侧则CT的输入只有一路电流LL-KL,LA-KA不接入。根据“两点法”采样原理，在一个周波(20ms)之内便可计算出无功功率，依据无功功率的大小单片机IC1通过TX向驱动器QDQ发出投切级数的命令(串行码)。
LB-KB和LC-KC经ctb和ctc的变换原理和CT类同，但用处不同，进入单片机IC1的A/D转换数据供判断装置的运行状况；输出ib进入过流保护4和输出ic进入过流保护5，它们的输出进入单片机IC2供过流显示用，同时二者“或”后产生保护动作信号BH送入单片机IC1和驱动器，该信号是应急信号，它会中止单片机IC1发送命令和在0.1ms之内停止驱动器工作。其中6、7、8为断相保护，电压UA-a、UB-b、UC-c进入断相保护6、7、8，输出进入单片机IC2供显示用，同时三者“或”后形成综合保护信号ZB输入到单片机IC1，它会中止发调节命令。
采样同步电压来自PT进入同步形成回路，输出方波进入单片机IC1，它控制着A/D转换的节拍。RUN、STOP信号来自“启”、“停”按扭，低电平有效，单片机IC1接收到启、停信号后，向驱动器QDQ和显示发送相应信号，同时控制继电器点亮表盘上的红灯HD或绿灯LD。
显示器XSH1-XSH5由单片机IC2直接驱动，显示运行状态、投切级数、电流、电压、无功功率、过流保护、过压保护、断相保护、晶闸管模块工作状态等。
附图3为驱动器QDQ示意图，它接收调节器的命令，自动完成晶体管电压过零直接检测、触发驱动、最终达到控制晶闸管投切电容的目的。
如图3所示，驱动器QDQ由相互并接在单片机IC3输入端的一组衰减过零检测电路、驱动电路和脉冲变压器组成，衰减过零检测电路的输入端接于晶闸管模块的两端，单片机IC3接收衰减过零检测电路的输出信号和由电子调节器TJQ输出的投切信号，单片机IC3的输出经驱动电路接脉冲变压器，其脉冲变压器的输出接无功补偿分支电路的控制端。衰减过零检测电路由电容器残压快速衰减回路和晶闸管电压过零直接检测电路组成，所说电容器残压快速衰减回路由压敏电阻YM和与其并接的由电阻R6和电容C4组成的阻容吸收回路构成，所说晶闸管电压过零直接检测电路由电阻R7-R11、二极管D6、D7、电压比较器BJ和光电耦合器GD组成，电压比较器BJ的输入端经电阻R7-R9的分压与压敏电阻YM两端相联，电压比较器BJ的输出经光电耦合器GD接单片机IC3的输入端。
本实施例选用了六路结构、工作原理相同的衰减过零检测电路并接于单片机IC3的输入端，其各不相同的仅是检测用电源有所区别，即凡接晶闸管模块B相的，检测电源用VBB，接C相的用VCC，其VBB与VCC电源是不共地的，并互为隔离。下面仅以一路为例输入的UB-1和UB接在晶闸管模块的两端，YM为压敏电阻，构成本实用新型的电容器残压快速衰减回路，其跨接在晶闸管模块的两端，在关断晶闸管后的第一个半周期的峰值瞬间快速泄放电容电荷，以达到快速衰减电容器残压的目的，从而降低了晶闸管承受的反压。电阻R6和电容C4为限制电压上升的阻容吸收回路。其电阻R7-R9、二极管D6、D7和电压比较器BJ构成晶闸管电压过零直接检测电路，BJ是一个宽电压范围的比较器，可在0.3伏-2000伏之间可靠工作，它的输出经电阻R10及光电耦合器GD送入高速单片机IC3，型号为16C55/HS。单片机IC3接收到电子调节器TJQ发出的投切命令后，根据投切级数和过零检测状态，发出频率为10000周的触发脉冲，经驱动门IC4、IC5(型号为MC1413)驱动相应的脉冲变压器T1、T2，脉冲变压器T1、T2输出的G1,G1′-G6,G6′对应连接六个晶闸管的控制极。本实用新型设计的驱动脉冲的产生，完全由单片机IC3来实现，不需外加脉冲信号源和逻辑门电路，是一个智能化的脉冲发生器。
从电子调节器TJQ输入来的过流保护信号BH，可立即中断单片机IC3触发脉冲的输出，直到有回复信号到来之前，IC3保持待命状态。从电子调节器TJQ输入来的命令信号RD，是控制单片机IC3进行投切级数的信号。
权利要求1.一种智能调节电力无功补偿装置，其特征在于它主要包括综合控制的电子调节器TJQ、相互并联的无功补偿分支电路和驱动器QDQ，电子调节器TJQ设有从母线采集的电压和电流的输入端和与驱动器QDQ相联的投切信号的输出端，驱动器QDQ输出的投切控制信号接无功补偿分支电路的控制端，无功补偿电路的输出分别接交流母线的任意两相。
2.根据权利要求1所述的电力无功补偿装置，其特征在于所说的电子调节器TJQ包括单片机IC1、IC2、电压采样回路、电流采样回路、同步电路和显示屏，电压采样回路、电流采样回路和同步电路的输出接单片机IC1的输入端，单片机IC1输出的显示信号经单片机IC2与显示屏相联。
3.根据权利要求2所述的电力无功补偿装置，其特征在于所说的电子调节器TJQ还包括两路电路结构相同的过流保护采样回路，所说过流保护采样回路由配接于母线的电流互感器和相互并接在互感器次端的电阻R和电位器W组成，其电位器W的动触点接单片机IC1的输入端。
4.根据权利要求2所述的电力无功补偿装置，其特征在于所说的电压采样回路由电压互感器PT和电位器W1组成，其电位器W1并接于电压互感器PT的次端，电位器W1的动触点接单片机IC1的输入端。
5.根据权利要求2所述的电力无功补偿装置，其特征在于所说的电流采样回路由配接于母线的电流互感器CT和相互并接在互感器CT次端的电阻R1和电位器W2组成，其电位器W2的动触点接单片机IC1的输入端。
6.根据权利要求2所述的电力无功补偿装置，其特征在于所说的同步电路由相互正反相并接在比较放大器输入端的二极管组成，其比较放大器的输入端接电压互感器PT的次端，其输出与单片机IC1相联。
7.根据权利要求2所述的电力无功补偿装置，其特征在于所说的无功补偿分支电路由电容器组和两组晶闸管模块1MTC、2MTC组成，电容器组由电容C1-C3构成，每组晶闸管模块由两个反相并联的可控硅组成，其电容C2与电容C3的节点与晶闸管模块1MTC的一端相联，电容C3与电容C1的节点与晶闸管模块2MTC的一端相联，其两组晶闸管模块的另一端和电容C1和电容C2的节点分别与母线UA、UB、UC相联。
8.根据权利要求1所述的电力无功补偿装置，其特征在于所说的驱动器QDQ由相互并接在单片机IC3输入端的一组衰减过零检测电路、驱动电路和脉冲变压器组成，衰减过零检测电路的输入端接于晶闸管模块的两端，单片机IC3接收衰减过零检测电路的输出信号和由电子调节器TJQ输出的投切信号，单片机IC3的输出经驱动电路接脉冲变压器，其脉冲变压器的输出接无功补偿分支电路的控制端。
9.根据权利要求8所述的电力无功补偿装置，其特征在于所说的衰减过零检测电路由电容器残压快速衰减回路和晶闸管电压过零直接检测电路组成，所说电容器残压快速衰减回路由压敏电阻YM和与其并接的由电阻R6和电容C4组成的阻容吸收回路构成，所说晶闸管电压过零直接检测电路由电阻R7-R11、二极管D6、D7、电压比较器BJ和光电耦合器GD组成，电压比较器BJ的输入端经电阻R7-R9的分压与压敏电阻YM两端相联，电压比较器BJ的输出经光电耦合器GD接单片机IC3的输入端。
专利摘要本实用新型涉及一种智能调节电力无功补偿装置,它主要包括综合控制的电子调节器、相互并联的无功补偿分支电路和驱动器,电子调节器设有从母线采集来的电压和电流的输入端和与驱动器相联的投切信号输出端,驱动器输出的投切控制信号接无功补偿分支电路的控制端,无功补偿分支电路的输出分别接交流母线的任意两相。采用两点法采样,使之投切准确速度快,同时使用两相控制方式,可有效地减少1/3晶闸管的用量及其相关的附属器件。从而大大降低该装置的成本。是一种理想的智能调节电力无功补偿装置。
文档编号G05F1/70GK2331019SQ9820053
公开日1999年7月28日 申请日期1998年1月19日 优先权日1998年1月19日
发明者刘瑞多, 刘岩 申请人:刘瑞多