专利名称:一种智能集成式快速谐波抑制无功补偿装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种智能集成式快速谐波抑制无功补偿装置，包括断路器、内部电流互感器、控制单元、投切补偿单元，投切补偿单元包括可控硅模块、阻容吸收电路、电抗器、电容器。断路器一端接入电网，另一端连接内部电流互感器及投切补偿单元；投切补偿单元中可控硅模块、电抗器、电容器依次相连，控制单元包括可控硅驱动电路、过零检测电路、内部电流检测电路、温度检测电路、人机显示面板、总线通讯和电平控制信号输入端口。本实用新型适合于负荷频繁变化的三相电网，响应速度快、过零投切、无涌流、无拉弧、无需放电即可再次投入，能够抑制谐波电流和闪变电流，并为负荷频繁变化的用电设备快速的提供所需的无功功率补偿。
【专利说明】一种智能集成式快速谐波抑制无功补偿装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及低压配电网【技术领域】中的无功补偿装置，特别是一种智能集成式快速谐波抑制无功补偿装置。
【背景技术】
[0002]传统的复合开关投切电感电容的无功补偿装置由于采用机械开关投切，响应速度慢，涌流大，且动作间隔时间长，即要等到电容器放电结束才能进行下一次投入动作，不能够随负荷无功电流的变化而快速变化，不适合负荷频繁变化的用电现场。且网内多台无功补偿装置组网工作时，主机和从机之间只有总线通讯一种控制方式，除去机械开关本身的延时外，投切响应速度仍受总线通讯延时的影响，且当总线通讯上受到干扰时，装置无法正常投切。
实用新型内容
[0003]本实用新型所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种正真的过零投切，无涌流，无过压，对电容器和电网无冲击、投切响应更快速的智能集成式快速谐波抑制无功补偿装置。
[0004]为了解决以上技术问题，本实用新型提供一种智能集成式快速谐波抑制无功补偿装置，包括控制单元，所述控制单元包括过零检测单元和可控硅驱动单元，其特征在于:还包括投切补偿单元，所述投切补偿单元包括第一可控硅模块、第二可控硅模块、第一电抗器、第二电抗器、第三电抗器以及角接电容器；所述第一可控硅模块的阳极端与外部三相电源的第一相线连接，阴极端与第一电抗器串联，所述第二可控硅模块的阳极端与外部三相电源的第三相线连接，阴极端与第二电抗器串联，所述第一、第二、第三电抗器并联后与角接电容器连接，所述第三电抗器另一端与外部三相电源的第二相线连接；所述第一可控硅模块的阴阳两极并联有第一阻容吸收电路、第二可控硅模块阴阳两极并联有第二阻容吸收电路。
[0005]所述可控硅驱动单元与第一可控硅模块、第二可控硅模块的控制极分别连接，所述过零检测单元与第一可控硅模块、第二可控硅模块的阴阳两极分别连接。
[0006]本实用新型进一步限定的技术方案是:
[0007]进一步的，在投切补偿单元和外部三相电源之间还串联有断路器和内部电流互感器。
[0008]进一步的，所述控制单元还包括内部电流检测端口，所述内部电流检测端口与内部电流互感器连接。
[0009]进一步的，所述控制单元还包括温度检测端口、人机显示端口、电源端口以及总线通讯和电平控制信号输入端口。
[0010]进一步的，所述电抗器、角接电容器、第一可控硅模块以及第二可控硅模块内置有温度传感器，所述温度传感器输出信号接至控制单元的温度检测端口。
[0011]进一步的，还包括电抗器风扇和散热器风扇，所述风扇与所述控制单元的信号控制端口连接。
[0012]进一步的，所述控制单元的单片机采用基于ARM平台的STM32F100RBT6。
[0013]本实用新型的工作原理为:由综合测控装置采集三相电网的电压、电流信号，分析、计算得到需要补偿的无功缺额，通过总线通讯或电平控制输出端口输出投切控制信号，至所述装置的控制单元；所述控制单元的过零检测电路检测可控硅两端的过零信号，并根据综合测控装置给出的投切控制信号，确定过零投切时刻，将投切信号送至所述控制单元的可控硅驱动电路；所述控制单元的可控硅驱动电路根据接收的控制信号输出触发脉冲信号，并把触发脉冲信号传给所述投切补偿单元的可控硅模块，控制可控硅模块的通断；所述投切补偿单元根据可控硅模块的通断输出补偿电流，补偿电流经过断路器输送至电网。
[0014]本实用新型的有益效果是:该装置综合测控装置配套使用，实现智能组网，可提供总线、电平和混合控制三种控制方式，网内最多可容纳32台无功补偿装置。使用本实用新型时，对于负荷频繁变化的三相电网，响应速度快、过零投切、无涌流、无拉弧、无需放电即可再次投入，能够抑制谐波电流和闪变电流，并为负荷频繁变化的用电设备快速的提供所需的无功功率补偿。
【附图说明】
[0015]图1为本实用新型工作原理图。
[0016]图2为本实用新型中控制单元中的过零检测电路示意图。
[0017]图3为本实用新型中控制单元中的可控硅驱动电路示意图。
【具体实施方式】
[0018]实施例1
[0019]本实施例提供的一种智能集成式快速谐波抑制无功补偿装置，如图1所示:包括控制单元和投切补偿单元，控制单元包括过可控硅驱动单元、过零检测单元、内部电流检测端口、温度检测端口(电抗器、电容器、可控硅、环境温度)、人机显示面板、总线通讯和电平控制信号输入端口。
[0020]投切补偿单元包括第一可控硅模块、第二可控硅模块、第一电抗器、第二电抗器、第三电抗器以及角接电容器。
[0021]第一可控硅模块的Al、Kl端、gl端，第二可控硅模块的A2、K2端、g2端分别接入控制单元的控制信号端。第一可控硅模块的Al端接断路器的A相出线、Kl端接第一电抗器，第二可控硅模块的Al端接断路器的C相出线、Kl端接第三电抗器。
[0022]可控硅驱动电路给出驱动脉冲信号至第一可控硅模块的gl端、第二可控硅模块的g2端ο
[0023]第一可控硅模块的A1、K1端、第二可控硅模块的A2、K2端分别接入控制单元的过零检测电路。
[0024]内部电流互感器输出的内部电流信号接至内部电流检测电路。电抗器、电容器内置的温度传感器、可控硅的温度传感器以及环境温度传感器的输出信号接至温度检测端口。总线通讯电路与测控装置及其他无功补偿装置的通讯端相连接，测控装置输出的电平控制信号接至无功补偿装置的电平控制信号输入端口。
[0025]如图2所示，本实用新型所述控制单元中的过零检测电路，以A相可控硅过零检测为例，Rl —端连接Kl，另一端依次连接R2、R3，R4 一端连接K2，另一端依次连接R5、R6，R3、R6的另一端连接VI，Vl的输出端连接NI的输入，NI的输出一端连接3.3V电源，另一端连接输出过零信号Zero。其中K1、K2端分别接所述投切补偿单元中第一可控硅模块的Α1、Κ1端，电阻R1~R6起限流作用，整流桥堆Vl把正弦电压波形整流为半波，光耦NI起隔离作用，当Kl，K2两端的电压相等时，光耦截止，输出为低电平，不相等时，输出为高电平，由于该方法使用电流导通光耦，具备一定的抗谐波能力，抗干扰能力较好。电容器的过零投切即需要根据该过零信号来判断。
[0026]如图3所示，本实用新型所述控制单元中的可控硅驱动电路，以A相可控硅驱动电路为例，A_CTRL依次连接R6、R7、Q3，Q3的输出端3连接R5，R5的另一端连接Q2、R4，Q2的输出端3连接依次连接Rl、C2、R3，Rl的另一端连接Ql，Ql的输出端2连接D3、Zl, Zl的另一端连接Tl，Tl的两路输出端分别连接D1、Cl、R2、D2及D4、C3、R2、D5，D2的一端连接G1，另一端连接K1，D5的一端连接G2，另一端连接K2。由脉冲变压器Tl驱动双向可控硅模块触发其导通，其中脉冲变压器Tl的驱动电路部分采用MOS管Ql驱动，A_CTRL为单片机发出的触发控制信号端口，在单片机复位后，A_CTRL为低电平，三极管Q3不导通，Q2也不导通，MOS管Ql不导通，保证单片机上电时脉冲变压器不工作，当A_CTRL置高电平时，三极管Q3导通，Q2也导通，MOS管Ql导通，脉冲变压器两端加12V电压，产生触发电流，导通可控硅模块。单片机在收到投切信号后，会在电压的过零时刻发出驱动脉冲信号，投入电容器，投入时序按照先投入C相可控硅，判断C相已投入后，再投入A相可控硅模块。
[0027]工作时，一次电流互感器采集电网的电流信号，并将电流信号传给综合测控装置，综合测控装置内部采集电压信号，并将电压、电流信号进行分析、计算，得到所需补偿的无功缺额，并根据当前的无功功率及功率因数判断是否对所述装置进行投切操作。
[0028]当当前无功功率大于零且功率因数小于目标功率因数时，综合测控装置给出投入命令，通过总线通讯端口或电平控制端口给到装置的控制单元；装置控制单元的过零检测电路检测可控硅两端的过零信号，并在收到综合测控装置给出的投入命令后，在电压过零时刻，发出触发脉冲信号，触发双向可控硅模块，每半个周波轮流触发其导通，这样所述投切补偿单元输出补偿电流，补偿电流经过断路器输送至电网，补偿了电网的无功缺额，并将功率因数提高到目标功率因数。
[0029]当当前无功功率小于零或者功率因数大于目标功率因数时，综合测控装置给出切除命令，通过总线通讯端口或电平控制端口给到装置的控制单元；装置控制单元的可控硅驱动电路撤除触发脉冲信号，关断所述装置投切补偿单元的可控硅模块，切断电容器、电抗器通路。
[0030]本实施例控制单元的单片机采用基于ARM平台的STM32F100RBT6 ;可控硅的驱动由脉冲变压器生成触发驱动信号，脉冲变压器的型号为KMB418-311，为可控硅专用触发变压器，脉宽在20us以上可以可靠触发可控硅。
[0031 ] 除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围。
【权利要求】
1.一种智能集成式快速谐波抑制无功补偿装置，其特征在于:包括控制单元和投切补偿单元，所述控制单元包括过零检测单元和可控硅驱动单元； 所述投切补偿单元包括第一可控硅模块、第二可控硅模块、第一电抗器、第二电抗器、第三电抗器以及角接电容器；所述第一可控硅模块的阳极端与外部三相电源的第一相线连接，阴极端与第一电抗器串联，所述第二可控硅模块的阳极端与外部三相电源的第三相线连接，阴极端与第二电抗器串联，所述第一、第二、第三电抗器并联后与角接电容器连接，所述第三电抗器另一端与外部三相电源的第二相线连接；所述第一可控硅模块的阴阳两极并联有第一阻容吸收电路、第二可控硅模块阴阳两极并联有第二阻容吸收电路； 所述可控硅驱动单元与第一可控硅模块、第二可控硅模块的控制极分别连接，所述过零检测单元与第一可控硅模块、第二可控硅模块的阴阳两极分别连接。2.根据权利要求1所述的智能集成式快速谐波抑制无功补偿装置，其特征在于:在投切补偿单元和外部三相电源之间还串联有断路器和内部电流互感器。3.根据权利要求2所述的智能集成式快速谐波抑制无功补偿装置，其特征在于:所述控制单元还包括内部电流检测端口，所述内部电流检测端口与内部电流互感器连接。4.根据权利要求1所述的智能集成式快速谐波抑制无功补偿装置，其特征在于:所述控制单元还包括温度检测端口、人机显示端口、电源端口以及总线通讯和电平控制信号输入端口。5.根据权利要求4所述的智能集成式快速谐波抑制无功补偿装置，其特征在于:所述电抗器、角接电容器、第一可控硅模块以及第二可控硅模块内置有温度传感器，所述温度传感器输出信号接至控制单元的温度检测端口。6.根据权利要求1所述的智能集成式快速谐波抑制无功补偿装置，其特征在于:还包括电抗器风扇和散热器风扇，所述风扇与所述控制单元的信号控制端口连接。7.根据权利要求1-6任一项所述的智能集成式快速谐波抑制无功补偿装置，其特征在于:所述控制单元的单片机采用基于ARM平台的STM32F100RBT6。
【文档编号】H02J3-18GK204304446SQ201420771565
【发明者】徐魁, 常新平, 李铭栀 [申请人]江苏南自通华电力自动化有限公司