专利名称：低压三相负荷不平衡自动调整及无功补偿装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及调节技术领域，是一种低压三相负荷不平衡自动调整及无功补偿装置。
技术背景在我国的城乡电网中，主要采用三相四线制的配电方式，配电变压器为Y/YN0接线方式。由于在用户端存在着大量的单相负荷， 而且用电不具同时性，因此，必然使配电变压器处于不平衡运行状 态。而配电变压器的不平衡运行，会产生大量的中线电流和负序电 流，而中线电流的增大，会增加变压器的铁损和铜损，降低了变压 器的出力，严重时会烧断中线，威胁变压器的安全运行；由于Y/YN0 接线的变压器一次侧没有中线，不 零序电流感应的零序磁通产生的零 成三相电压不平衡，负荷重的相电 大大降低供电质量，严重时甚至烧 使电能计量精度下降，减少用电器 失。现有技术通常是采用角接三相 采用单相电容器分相投切的补偿装 相电容器组同时投切的补偿装置， 照最小电感量相来进行补偿，否则 的投入方式对零线电流没影响，因 的，三相角接电容器的投入对电流不平衡无改善，所以零线电流不 变，因此，三项电容器同时投切的补偿装置不适于在三相电流严重 不平衡的系统中使用；采用单相电容器分相投切的补偿装置，投入能流过零序磁通，因此二次侧的 序电势，使中性点电压偏移，造 压降低，负荷轻的相电压升高， 毁用户的用电设备。负序电流能 出力和使用寿命，给用户造成损 电容器组同时投切的补偿装置或 置进行无功补偿的。采用角接三 由于三相的电感量不同，只能参 该相就会产生过补偿。这种电容 为零线电流是由不平衡电流引起 电容器后的零线电流有所减小，这是因为零线中的不平衡无功电流 被消除掉了，只剩下不平衡有功电流部分，这比三相电容器同时投 切的补偿装置使用效果要好些，但是这类装置的性价比较低，有时 电流的不平衡度却有可能更大。 发明内容本实用新型所要解决的技术问题在于，提供一种性能可靠，操 作方便，价格低，能够有效的改善供电质量，降低供电损耗，延长 用电设备寿命的低压三相负荷不平衡自动调整及无功补偿装置。本实用新型的低压三相负荷不平衡自动调整及无功补偿装置所 遵循的基本原理是在正常三相系统中，三相是对称的，即各相量 的绝对值相等，且相邻相间的相位差相等。而对于三相不平衡系统， 可采用对称分量法将不对称的三相量分解为正序、负序和零序三组 对称分量。依据此原理，可将三相不平衡负荷的电流分解为正序电 流、负序电流和零序电流，如果将其中的负序电流和零序电流给补 偿掉，那么该不平衡的三相负荷电流就转变成平衡的三相电流了 。解决其技术问题采用的技术方案是 一种低压三相负荷不平衡 自动调整及无功补偿装置，它包括与三相四线制配电主线路连接的电流互感器CTa、 CTb、 CTc，其特殊之处是还包括微机控制器6， 所述微机控制器6由前置信号调理电路1、单片机8、存储器7、键 盘显示电路5、复合开关输出电路4、通信接口电路3和继电器输出 电路2组成，前置信号调理电路1的电流互感器CT1、 CT2、 CT3与 三相四线制配电主线路连接的电流互感器CTa、 CTb、 CTc连接，前 置信号调理电路1的电压互感器PT1、 PT2、 PT3与三相四线制配电主线路连接，各自的前置信号调理电路1分别与微机控制器6的单 片机8连接，微机控制器6的单片机8分别与存储器7、键盘显示
电路5、复合开关输出电路4、通信接口电路3和继电器输出电路2 连接，在与三相四线制配电主线路连接的至少三组支线路的三相线 上分别连接有复合开关FK1、 FK2和FK3，在每组三相线连接的复合 开关FK1、 FK2和FK3下端的相线与相线之间，相线与零线之间通过 继电器输出电路2的若干个继电器接点分别连接有电容器。本实用新型的低压三相负荷不平衡自动调整及无功补偿装置采 用微机控制器控制电容器在相之间及相对零线之间不等量投切，达 到在补偿功率因数的同时调整有功不平衡电流的目的，使市网变压 器的负荷得到合理均衡的分配，且无功得到补偿。具有性能可靠， 操作方便，价格低，能够有效的改善供电质量，降低供电损耗，延长用电设备使用寿命等优点。
图1为低压三相负荷不平衡自动调整及无功补偿装置连接结构 示意图。图2为微机控制器6的前置信号调理电路l原理图(其中一路)。 图3为微机控制器6的单片机8原理图。图4为微机控制器6的存储器7原理图。 图5为微机控制器6的通信接口电路3原理图。 图6为微机控制器6的键盘显示电路5原理图。 图7为微机控制器6的继电器输出电路2原理图。 图8为微机控制器6的复合开关输出电路4原理图。 图9为软件流程框图。图中l前置信号调理电路，2继电器输出电路，3通信接口电 路，4复合开关输出电路，5键盘显示电路，6微机控制器，7存储 器，8单片机。
具体实施方式
下面利用附图所示的实施例对本实用新型作进一步说明。参照图1，低压三相负荷不平衡自动调整及无功补偿装置所采 用的电子元器件均为市售产品。低压三相负荷不平衡自动调整及无功补偿装置具有与三相四线制配电主线路连接的电流互感器CTa、 CTb、 CTc。设有微机控制器6，所述微机控制器6由前置信号调理 电路l、单片机8、存储器7、键盘显示电路5、复合开关输出电路 4、通信接口电路3和继电器输出电路2组成。前置信号调理电路1 的电流互感器CT1、 CT2、 CT3与三相四线制配电主线路连接的电流 互感器CTa、CTb、CTc连接。前置信号调理电路1的电压互感器PT1、 PT2、 PT3与三相四线制配电主线路连接。各自的前置信号调理电路 1分别与微机控制器6的单片机8连接，微机控制器6的单片机8 分别与存储器7、键盘显示电路5、复合开关输出电路4、通信接口 电路3和继电器输出电路2连接。在与三相四线制配电主线路连接 的至少三组支线路的三相线上分别连接有复合开关输出电路4控制 的复合开关FK1、 FK2和FK3，在每组三相线连接的复合开关FK1 、 FK2和FK3下端的相线与相线之间，相线与零线之间通过继电器输 出电路2的若干个继电器接点分别连接有电容器。图1中，复合开 关FK1通过继电器接点Jl、 J2控制电容器Cll，继电器接点J3、 J4 控制电容器C12，继电器接点J5、 J6控制电容器C13的切换；复合 开关FK2通过继电器接点J7、 J8控制电容器C21，继电器接点J9、 J10控制电容器C22，继电器接点Jll、 J12控制电容器C23的切换； 复合开关FK3通过继电器接点J13、 J14控制电容器C31，继电器接 点J15、 J16控制电容器C32，继电器接点J17、 J18控制电容器C33 的切换。
参照图2，所述微机控制器6的前置信号调理电路1共有六个 结构完全相同的电路组成。构成三路电压信号和三路电流信号共六 个输入通道。前置信号调理电路1均由电流互感器CT1、 CT2、 CT3 (电压互感器PT1、 PT2、 PT3)分别与稳压管D1、电阻R1 R8，可 变电阻器RT1、 RT2和运算放大器U2相连接组成。前置信号调理电 路1的功能是把由电压互感器PT1 PT3和电流互感器CT1 CT3引 入的高压交流强电信号转换成低压弱电信号，经运算放大器U2，型 号LM358进行电平调整并送入单片机8的AD通道，对交流信号采样。参照图3，所述微机控制器6的单片机8 (CPU)采用嵌入式单 片机，型号为ARM7。参照图4，所述微机控制器6的存储器7的型号为CAT24WC256， 与嵌入式单片机ARM7串行接口 。参照图5，所述微机控制器6的通信接口电路3由两片芯片U10 和U11组成，其型号均为MAX232。 一路用于接GPRS模块，实现远 程无线通信，另一路可接外部设备(如笔记本电脑)，实现有线数据 传输。参照图6，所述微机控制器6的键盘显示电路5由芯片U4、数 码显示器U5、 U6和按键SI-S8相连接组成。芯片4型号为ZLG7290 是可编程键盘显示器管理芯片。它能自动扫描键盘是否按下，并把 信息送给单片机8，同时接受单片机8的数据并送出到数码管U5、 U6进行显示。参照图7，所述微机控制器6的继电器输出电路2由输出缓冲 器U12、光电耦合器U14和继电器相连接组成。缓冲器U12型号为 74HC374,共有相同的十八路继电器，此处只画了一路。例如通过 继电器接点J1、 J2控制电容器C11，继电器接点J3、 J4控制电容
器C12,继电器接点J5、 J6控制电容器C13，继电器接点J7、 J8 控制电容器C21，继电器接点J9、 J10控制电容器C22，继电器接点 Jll、 J12控制电容器C23，继电器接点J13、 J14控制电容器C31， 继电器接点J15、 J16控制电容器C32，继电器接点J17、 J18控制 电容器C33的切换。参照图8，所述复合开关输出电路4由三组光电耦合器U7 U9 和各自的分流电阻R32 R34相连接组成。参照图9，本实用新型低压三相负荷不平衡自动调整及无功补 偿装置的微机控制器6采用模块化结构程序设计，其中主要模块有 显示、A/D转换、看门狗、键盘扫描、参数计算、投切电容、通信 的模块，核心子程序是参数计算模块和投切电容模块。软件程序的 编制依据自动控制和计算机数据处理技术，是本领域技术人员所熟 悉的技术。微机控制器6的工作过程如下低压三相四线制配电主线路的 电压和电流经前置信号调理电路1的电压互感器PT1 PT3和电流互 感器CT1 CT3变为可供微机采样的交流信号，接入嵌入式单片机 ARM7的A/D通道，经A/D转换，将模拟量转为数字量，暂存于存储 器CAT24WC256中，然后嵌入式单片机ARM7对采样所得的数据进行 计算，算出三相电压、电流、有功、无功、功率因数等数值，这些 数据被存储于存储器CAT24WC256中。嵌入式单片机ARM7根据这些 数据，再分析计算出各相间及备相与零线之间所需投切的电容器数 量，通过继电器输出电路2和复合开关输出电路4控制复合开关 FK1 FK3和继电器接点J1 J18动作，使相连接的电容器投入或切 除。另外，嵌入式单片机ARM7还可以通过键盘显示器电路5接受键 盘信息，执行对应操作，将各相电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数等显示出来。通信接口电路3可以与GPRS无线数传模块相 连，实现无线通信，将所有数据通过公用移动无线通信网和Internet互联网传输到监测中心，实现远距离实时控制。
权利要求1. 一种低压三相负荷不平衡自动调整及无功补偿装置，它包括与三相四线制配电主线路连接的电流互感器(CTa)、 (CTb)、 (CTc), 其特征是还包括微机控制器(6)，所述微机控制器(6)由前置信 号调理电路(1)、单片机(8)、存储器(7)、键盘显示电路(5)、 复合开关输出电路(4)、通信接口电路(3)和继电器输出电路(2) 组成，前置信号调理电路(1)的电流互感器(CT1、 CT2、 CT3)与 三相四线制配电主线路连接的电流互感器(CTa、 CTb、 CTc)连接， 前置信号调理电路(1)的电压互感器(PT1、 PT2、 PT3)与三相四 线制配电主线路连接，各自的前置信号调理电路(1)分别与微机控 制器(6)的单片机(8)连接，微机控制器(6)的单片机(8)分别与 存储器(7)、键盘显示电路(5)、复合开关输出电路(4)、通信接 口电路(3)和继电器输出电路(2)连接，在与三相四线制配电主 线路连接的至少三组支线路的三相线上分别连接有复合开关(FK1)、 (FK2)和(FK3)，在每组三相线连接的复合开关(FK1)、 (FK2)和 (FK3)下端的相线与相线之间，相线与零线之间通过继电器输出电 路(2)的若干个继电器接点分别连接有电容器。
专利摘要一种低压三相负荷不平衡自动调整及无功补偿装置，它包括与三相四线制配电主线路连接的电流互感器，还包括由前置信号调理电路、单片机、存储器、键盘显示电路、复合开关输出电路、通信接口电路和继电器输出电路组成的微机控制器，前置信号调理电路的电流互感器与三相四线制配电主线路的电流互感器连接，前置信号调理电路的电压互感器与三相四线制配电主线路连接；在与三相四线制配电主线路连接的至少三组支线路的三相线上分别连接有复合开关，在每组三相线的复合开关下端相线与相线之间，相线与零线之间通过若干个继电器接点分别连接有电容器。具有性能可靠，操作方便，价格低，能够改善供电质量，降低供电损耗，延长用电设备使用寿命等优点。
文档编号H02J3/26GK201038783SQ200720093268
公开日2008年3月19日 申请日期2007年1月31日 优先权日2007年1月31日
发明者轩 宋 申请人:吉林市龙华电力技术有限公司