专利名称：基于最小系统的高压静止无功补偿装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于高压供配电装置技术领域。
背景技术：
目前高压静止无功补偿装置中，控制器控制可控硅来调节电抗器(TCR)中流过的电流或控制电容器投切(TSC)的方式，其开关响应比较快，可靠性比较高，技术比较先进，但在高电压、大容量补偿的情况下所面临的问题是解决多个晶闸管元件串联及均压，触发控制的同步性以及保护等，应用尚处于研究开发阶段。目前尚没有一种控制方法简单、安全、可靠、响应速度快、调节灵活、控制及保护功能齐全、补偿容量大、寿命长、设备投资小、安装维护方便且费用低的高压静止无功补偿装置，以控制专用真空接触器来投切电容器组。
发明内容本实用新型的目的是提供一种基于最小系统的高压静止无功补偿装置，其结构简单，用该装置，可实现高压静止无功补偿，具有控制简单灵活、安全可靠、响应速度快、补偿容量大、寿命长、投资少等特点。 本实用新型的主要技术方案是一种基于最小系统的高压静止无功补偿装置，包括控制柜、电容补偿柜和滤波柜，其特征在于设有最小系统的高压静止无功补偿控制器，该基于最小系统的高压静止无功补偿控制器的结构为具有高速数字信号处理芯片DSP，芯片DSP分别和采集电路的输出端、电源电路的输出端、外扩RAM电路以及外扩串口电路连接，芯片DSP的I/O 口和开入开出电路、键盘连接，芯片DSP其内部的串口与MAX3223芯片连接，接本地液晶显示屏；芯片DSP通过外扩串口经隔离电路与MAX485芯片连接，可接电站总控机。 所述的开出电路中在光耦的输入端反并联一个二极管为佳；驱动环节采用三极管为佳，并在开出端设有电容、电阻。 所述的采样电路中设有两级调理、滤波、比较电路为佳。[0007] 所述的装置中设有高压FC型滤波器为佳。 所述的基于最小系统的高压静止无功补偿装置，其特征在于基于最小系统的高压静止无功补偿装置的柜体分为控制柜、电容柜和滤波柜分开布置，控制柜中设有基于最小系统的高压静态无功补偿控制器、隔离开关及二次保护回路，电容柜中设有电容器组投切专用真空接触器、高压电容器、熔断器、串联电抗器、放电线圈、避雷器。使操作、维修安全；滤波柜根据现场环境可有可无，组合灵活。 本实用新型的积极效果是是一种最小系统的高压静止无功补偿控制器，控制专用真空接触器来投切电容器组。与现有技术相比，其结构简单，用该装置，可实现高压静止无功补偿，具有控制简单灵活、安全可靠、响应速度快、补偿容量大、寿命长、投资少、控制及保护功能齐全、安装维护方便且费用低等特点。适用于一供配电系统中，以提高负载和系统的功率因数，减少设备的功率损耗，稳定电压，提高供电质量。广泛应用于电力，冶金，环保等领域。 具体讲，该装置的优点是 ①用于本装置的无功补偿控制器是按最小系统来研发的，以减少开发投入资金，縮短开发周期，同时最大限度地提高产品的技术性能。该控制器采用高速数字信号处理芯片(DSP)作为核心，实时采集系统电压、电流等电气参量进行计算，根据设定参数、无功计算量、开入量保护信息等进行控制，不会出现过补的现象，达到快速、稳定的补偿无功功率。[0012] ②该控制器采用DMB12864B液晶显示终端模块，在自动运行下显示系统电压、电流、有功、功率因数等量的有效值。有良好的人机界面。 ③该控制器具有谐波检测功能，对谐波分析和滤波起重要的作用，对于谐波严重超标的场合，单纯加上一定电抗率的电抗器仍不能达到效果，装置可加装高压FC型滤波器，该滤波器由滤波电抗器和滤波专用电容器构成。电抗器和电容器在特征次谐波频率下形成LC串联谐振，使谐波电流大部分流入滤波回路，能够将谐波全部或大部分吸收，而且本身又能进行无功补偿，并消除谐波带来的各种危害，使供电质量达到国家标准的要求，收到良好的经济效益。 ④该装置采用在电压过零时投切电容器组，所以不产生谐波，大大减轻了主电路对数字控制器的干扰。 ⑤该装置具有串口通讯功能，便于综合自动化电站的网络化管理和远方管理，方便了电站和上级调度部门的监控管理。 ⑥该控制器可自动/手动循环投切电容器组，各组电容器容量既可等值，也可以是8421倍增方式，最大可完成16级分级投切。具有过流保护、过压保护、欠压保护、开入量等保护功能。
以下结合附图及实施例作详述，但不作为对本实用新型的限定。
图1是本实用新型的电气原理图。[0019] 图2是本实用新型中的控制器的结构框图。[0020] 图3是图2中采集电路的调理环节。[0021] 图4是图2中采集电路的滤波环节。[0022] 图5是图2中开出电路的隔离及驱动环节。[0023] 图6是图2中外扩串口原理图。 以上各图中的符号说明如下CT-电流互感器，PT-电压互感器，QS-隔离开关，FU-熔断器，QF-真空接触器，C-电容器，L-电抗器，Cl C3、 C200 C203、 C300 C301、C700 C701-电容，DI D2、 D301 D302- 二极管(IN4007) ， Ul、 U200-LF353， Rl R4、R200 R203、 R300 R303、 R701 R703-电阻，Zl Z2、 DW200-稳压二极管，RT1-可调电阻器，U300-光耦，ZJ300-中间继电器，Q300-三极管，VREF-参考电压，CR700-晶振。
具体实施方式参见图1 图6，该基于最小系统的高压静态无功补偿装置，包括控制柜、电容补偿柜和滤波柜，其特征在于设有最小系统的高压静止无功补偿控制器，该最小系统的高压静止无功补偿控制器的结构为具有高速数字信号处芯片DSP，芯片DSP分别和采集电路的输出端、电源电路的输出端、外扩RAM电路以及外扩串口电路连接；其I/O 口和开入开出电路、键盘、运行状态指示等连接；芯片DSP其内部的串口与MAX3223芯片连接，使输出的数据格式为RS232，接本地液晶显示屏；操作简单，显示明确，人机界面明了。用芯片DSP可合理利用其资源，无需过多的扩展。达到系统的最小化、结构简单、控制安全可靠的目的。该芯片的1/0 口可作为投切指令、故障/状态显示、键盘操作等直接使用。芯片DSP通过外扩串口经隔离电路与MAX485芯片连接，使输出的数据格式为RS485，可接电站总控机。开出电路中在光耦(U300)的输入端反并联一个二极管(D301);开出信号(EXTJ)UT1)通过电阻(R300)与光耦的引脚2连接，并通过电容(C300)滤波；+24V电源通过上拉电阻(R301)与光耦的副边4脚相连，隔离后的开出信号(0UT1)通过电阻(R302)与放大驱动环节中的三极管(Q300)基极相连；在中间继电器(ZJ300)的输出端并有阻容吸收电路，由电容(C301)和电阻(R303)组成。采样电路中通过两级调理滤波电路。在第一级调理滤波电路中，其特点是在运放的输入端并联两个反并联的二极管(D1、D2)为佳，反馈电阻采用可调电阻器(RT1);运放(U1A)的输出端通过电阻(Rl、 R2)与运放(U1B)的正向输入端相连，运放(U1B)的输入信号采用电容(C1、C2)进行滤波，输出信号通过(R4)得出第一级采样信号(XJN0)，并进入第二级调理运放(U200A)的正向输入端，二级调理运放的输出信号通过滤波电容(C201)后和参考电压(VREF)在运放(U200B)中进行比较产生的电压信号通过限流电阻(R203)，并通过电容(C202)滤波(DW200)稳压后得出DSP芯片的采样输入信号(ADCINO)。[0026] 最小系统的高压静止无功补偿控制器中设有谐波检测功能并控制投切装置中设有的高压FC型滤波器。控制柜、电容补偿柜和滤波柜分开布置，控制柜中设有基于最小系统的高压静止无功补偿控制器、隔离开关及二次保护回路；电容补偿柜中由电容器组投切专用真空接触器、高压电容器、熔断器、串联电抗器、放电线圈、避雷器；滤波柜中有接触器、滤波电容、滤波电抗。特点是强弱分离，滤波与补偿分离。该控制器的控制方式为在电压过零时发投切指令，所以不产生谐波，大大减轻了主电路对数字控制器的干扰。投切方式可自动/手动循环投切电容器组，各组电容器容量既可等值，也可以是8421倍增方式，最大可完成16级分级投切。另外该控制器具有谐波检测功能，经过检测控制投切高压FC型滤波器。该控制器的控制方式为在电压过零时发投切指令，所以不产生谐波，大大减轻了主电路对数字控制器的干扰。另外该控制器具有谐波检测功能，经过检测控制投切高压FC型滤波器。 本实用新型的控制系统通过接在高压母线上的电流检测互感器CT和电压检测互感器PT实时采集高压母线上的电流和电压的瞬时值，进入控制器的采样电路，采样信号通过调理、滤波、比较电路后得到符合输入条件的采样信号(ADCINO)，此信号进入主控芯片TMS320LF2407的A/D转化器进行模数转化，然后通过傅立叶分解得到基波分量，经过复杂的计算得出准确的无功功率，并与用户设置的投入门限、切除门限相比较，再考虑系统电压的幅值情况确定电容器组的投切指令(EXTJ)UT1)，经过隔离放大后，由输出控制部分(CJ1、 C0M1)控制专用真空接触器(QF)投入电容器组(C)，实现无功功率的补偿。本实用新型的控制器的输入电路由键盘来完成，分别为功能键、外部复位键、右移键、加减键以及确定键。通过键盘可完成定值和变比的设定、投切方式的选定、参数修改以及装置复位等功能。显示电路由指示灯及DMB12864B液晶显示终端模块组成。指示灯分别为自动/手动、滞后/超前、电压异常、保护动作、过流指示等状态显示以及电容器组投切指示；液晶显示终端主要显示系统的电压、电流、有功、无功以及功率因数。该控制器操作简单，具有良好的人机界面，指示一目了然。 本实用新型的控制系统通过接在高压母线上的电流检测互感器CT和电压检测互感器PT实时采集高压母线上的电流和电压，采用高速数字信号处理芯片(DSP)把采集到的信号通过傅立叶分解得到基波分量，经过复杂的计算得出准确的无功功率，并与用户设置的投入门限、切除门限相比较，再考虑系统电压的幅值情况确定电容器组的投切指令，再由输出控制部分控制专用真空接触器投入电容器组，实现无功功率的补偿。输入电路由键盘来完成，显示电路采由DMB12864B液晶显示终端模块，自动/手动、滞后/超前、电压异常、保护动作、过流指示等状态显示、电容器组投切指示三部分组成。 其主要工作原理为采集电路实时采集系统电压、电流等电气参量的瞬时值，经过
调理环节、滤波环节进入(DSP)主控芯片，主控芯片通过傅立叶分解得到基波分量，利用瞬
时无功功率理论，计算出电网无功功率的方向和数值P。根据设定参数、无功计算量、开入量
保护信息等做出判断，通过开出电路控制电容器组的投切，实现无功补偿的目的。 对于谐波严重超标的场合，装置可加装高压FC型滤波器。也可以根据需要，装置
由控制柜和高压FC型滤波器组成，即完成滤波又完成补偿。 本实用新型的控制器的硬件资源是基于最小系统设计研发的，功能齐全、控制可靠、经济实用。
权利要求一种基于最小系统的高压静止无功补偿装置，包括控制柜、电容补偿柜和滤波柜，其特征在于设有最小系统的高压静止无功补偿控制器，该基于最小系统的高压静止无功补偿控制器的结构为具有高速数字信号处理芯片DSP，芯片DSP分刷和采集电路的输出端、电源电路的输出端、外扩RAM电路以及外扩串口电路连接，芯片DSP的I/O口和开入开出电路、键盘连接，芯片DSP其内部的串口与MAX3223芯片连接，接本地液晶显示屏；芯片DSP通过外扩串口经隔离电路与MAX485芯片连接，可接电站总控机。
2. 根据权利要求1所述的基于最小系统的高压静止无功补偿装置，其特征在于所述的控制器开出电路中在光耦U300的输入端反并联一个二极管D301 ;开出信号EXTJ)UT1通过电阻R300与光耦的引脚2连接，并通过电容C300滤波；+24V电源通过上拉电阻R301与光耦的副边4脚相连，隔离后的开出信号0UT1通过电阻R302与放大驱动环节中的三极管Q300基极相连；在中间继电器ZJ300的输出端并有阻容吸收电路，由电容C301和电阻R303组成。
3. 根据权利要求1所述的基于最小系统的高压静止无功补偿装置，其特征在于所述的控制器采样电路中通过两级调理滤波电路，在第一级调理滤波电路中，在运放的输入端并联两个反并联的二极管Dl、二极管D2，反馈电阻采用可调电阻器RT1 ;运放U1A的输出端通过电阻Rl、电阻R2与运放U1B的正向输入端相连，运放U1B的输入信号采用电容Cl、电容C2进行滤波，输出信号通过电阻R4得出第一级采样信号X_IN0，并进入第二级调理运放U200A的正向输入端，二级调理运放的输出信号通过滤波电容C201后和参考电压VREF在运放U200B中进行比较产生的电压信号通过限流电阻R203，并通过电容C202滤波稳压二极管DW200稳压后得出DSP芯片的采样输入信号ADCINO。
4. 根据权利要求1所述的基于最小系统的高压静止无功补偿装置，其特征在于所述的最小系统的高压静止无功补偿控制器中设有谐波检测功能。
5. 根据权利要求1所述的基于最小系统的高压静止无功补偿装置，其特征在于装置中设有高压FC型滤波器。
6. 根据权利要求1、2、3、4或5所述的基于最小系统的高压静止无功补偿装置，其特征在于所述的控制柜、电容补偿柜和滤波柜分开布置，控制柜中设有基于最小系统的高压静止无功补偿控制器、隔离开关及二次保护回路；电容补偿柜中由电容器组投切专用真空接触器、高压电容器、熔断器、串联电抗器、放电线圈、避雷器；滤波柜中有接触器、滤波电容、滤波电抗。
专利摘要本实用新型提供了一种基于最小系统的高压静止无功补偿装置，属于高压供配电装置技术领域。包括控制柜、电容补偿柜、滤波柜，其特征在于设有最小系统的高压静止无功补偿控制器，结构为具有高速数字信号处理芯片DSP分别和采集电路的输出端、电源电路的输出端、外扩RAM电路以及外扩串口电路连接，芯片DSP的I/O口和开入开出电路连接，芯片DSP其内部的串口与MAX3223芯片连接，接本地液晶显示屏；芯片DSP通过外扩串口经隔离电路与MAX485芯片连接，可接电站总控机。本实用新型具有结构简单、控制简单灵活、安全可靠、响应速度快、补偿容量大、寿命长、投资少、控制及保护功能齐全、安装维护方便且费用低等特点。
文档编号H02J13/00GK201466737SQ200920102359
公开日2010年5月12日 申请日期2009年4月2日 优先权日2009年4月2日
发明者任晓鹏, 刘立军, 张喜军, 王保利, 王淼, 穆桂霞 申请人:保定天威集团有限公司