基于瞬态变量动态测量技术SVC同步投切系统及方法与流程

背景技术：
：目前，国内电能消耗量大的企业众多，用电设备中含有容量不等的感性设备，导致企业在消耗有功功率的同时也消耗大量的无功功率。例如，平均功率因数为0.7-0.85之间时，企业消耗的无功功率大约占有功功率的60％-90％，如果功率因数提高到0.95左右，无功消耗的比例大幅度下降，只占有功消耗的30％。可见，提高功率因数对于企业带来显著的经济效益，尤其是在国家电网将功率因数作为电价高低的依据制度下，提高功率因数可降低企业电费开支。同时，提高功率因数可以降低负荷电流，增加设备的带载能力，减少企业电器设备的开支。现有无功补偿技术多采用集中补偿方式，以静态补偿为主(交流接触器为投切开关)，补偿精度低、跟随特性差，接触器控制将使附加损耗增大，投切过程产生的电火花，影响整个设备的安全性及使用寿命。

技术实现要素：
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发明目的：发明提供一种基于瞬态变量动态测量技术SVC同步投切系统及方法，其目的是解决以往所存在的问题。

技术方案：发明是通过以下技术方案实现的：

基于瞬态变量动态测量技术SVC同步投切系统，该系统主要包括DSP、功率因数测试模块、键盘输入模块、显示模块、报警模块、通讯模块、投切触发模块、同步投切控制模块、补偿模块、中央监控计算机和电网；其中功率因数测试模块的测量端与电网相连接，功率因数测试模块的信号输出端与DSP的信号输入端相连接，键盘输入模块的输出端与DSP的信号输入端相连接，显示模块的输入端与DSP的信号输出端元相连接，报警模块的输入端与DSP的信号输出端相连接，通讯模块的输入端与DSP的通讯输出端相连接，通讯模块的输出端与中央监控计算机相连接，投切触发模块的信号输入端与DSP的信号输出端相连接，同步投切控制模块的输入端与投切触发模块的输出端相连接，补偿模块的控制端与同步投切控制模块的输出端相连接。

功率因数测试模块主要包括电压互感器、电流互感器、信号处理电路A、信号处理电路B、电能测试单元、AVR单片机和光电隔离单元，其中电压互感器、电流互感器的测量端与电网相连接，电压互感器的信号输出端与信号处理单元A的信号输入端相连接，电流互感器的信号输出端与信号处理电路B的信号输入端相连接，信号处理电路A、信号处理电路B的信号输出端与电能测试单元的信号输入端相连接，电能测试单元的信号输出端与AVR单片机的信号出入端相连接，AVR单片机的信号输出端与光电隔离单元的信号输入端相连接，光电隔离单元的信号输出端与DSP的信号输入端相连接。

键盘输入模块与DSP的硬件连接电路由第一按键、第二按键、第三按键、第四按键、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻及电源组成，其中第一按键的一端与电源的地相连接，第一按键的另一端与第一电阻的一端及DSP的信号输入端相连接，第一电阻的另一端与电源的正级相连接，第二按键的一端与电源的地相连接，第二按键的另一端与第二电阻的一端及DSP的信号输入端相连接，第二电阻的另一端与电源的正级相连接，第三按键的一端与电源的地相连接，第三按键的另一端与第三电阻的一端及DSP的信号输入端相连接，第三电阻的另一端与电源的正级相连接，第四按键的一端与电源的地相连接，第四按键的另一端与第四电阻的一端及DSP的信号输入端相连接，第四电阻的另一端与电源的正级相连接。

功率因数测试模块的测量端通过测量固定架设置在被测物上，传感器固定架包括支撑盒、上V形支撑卡、下V形支撑卡和调整螺杆；在支撑盒的两端设置有限位滑道，限位滑道为沿支撑盒长度方向设置的条形滑道；

上V形支撑卡包括上卡臂和上随动臂，上卡臂和上随动臂通过扭簧连接形成V形结构；下V形支撑卡包括下卡臂和下随动臂，下卡臂和下随动臂通过另一个扭簧连接形成V形结构；两个扭簧均套在移动滚筒上，移动滚筒的中心设置有滚动轴，滚动轴的两端伸进限位滑道内并在使用时沿限位滑道移动；

上随动臂与下随动臂通过活动轴活动连接，活动轴连接带有螺纹的拉动杆，拉动杆沿与限位滑道垂直的方向穿过支撑盒并通过螺纹与支撑盒螺纹配合；

在上卡臂的上端设置有用于在横向方向压住传感器的横向固定压片。

键盘输入模块用于设置系统运行模式、功率因数、电压和电流参数，采用4*1的复用键盘，当键盘信号输出，DSP1根据对应的I/O口状态来识别按键，并执行键盘输入模块的指令。

利用上述的基于瞬态变量动态测量技术SVC同步投切系统所实施的瞬态变量动态测量技术SVC同步投切方法，其特征在于：该方法过程如下：

(1)电压与电流互感器实时采集电网电压与电流信号，经过信号处理单元后反馈给功率因数测试模块；

(2)功率因数测试模块采集电压与电流曲线，根据电压与电流波形的相角差计算电网的功率因数；

(3)DSP采集功率因数测试模块反馈的功率因数、电压与电流信号，调用功率因数预设值，并进行比较；

(4)DSP根据功率因数偏差，计算需要投切容量，判断补偿装置的投切方式；

(5)根据电压、电流相角选择合理的投切时刻，实现补偿装置的无涌流全自动投切。

优点效果：一种基于瞬态变量动态测量技术SVC同步投切系统及方法，其优点及有益效果是：利用DSP和AVR单片机双处理器的数据处理能力，实现对电力企业电网功率因数自动化调节。该专利基于瞬态变量测量理论，能够在电网电压零点处对投入补偿装置、电流零点处切除补偿装置，抑制补偿装置投切产生的涌流。本专利具有结构简单、补偿速度快、实时性好等优点，能够很好的改善电网质量，节约企业运行成本，提高经济效益。。

附图说明

图1是基于瞬态变量动态测量技术SVC同步投切系统整体结构图；

图2是功率因数测试模块结构简图；

图3是键盘输入模块与DSP1的硬件连接电路图；

图4为功率因数测试模块采集电压与电流曲线图；

图5为测量固定架的示意图。

1 DSP；2功率因数测试模块；3键盘输入模块；4显示模块；5报警模块；6通讯模块；7投切触发模块；8同步投切控制模块；9补偿模块；10中央监控计算机；11电网；12电压互感器；13电流互感器；14信号处理电路A；15信号处理电路B；16电能测试单元；17 AVR单片机；18光电隔离单元；19第一按键；20第二按键；21第三按键；22第四按键；23第一电阻；24第二电阻；25第三电阻；26第四电阻；27电源。

具体实施方式

如图1所示，发明提供一种基于瞬态变量动态测量技术SVC同步投切系统及方法，其实现了电网瞬态变量实时测量和补偿装置无涌流全自动投切，提高企业电力设备功率因数，节省运行成本。

基于瞬态变量动态测量技术SVC同步投切系统结构图如附图1所示，主要包括DSP1、功率因数测试模块2、键盘输入模块3、显示模块4、报警模块5、通讯模块6、投切触发模块7、同步投切控制模块8、补偿模块9、中央监控计算机10和电网11，其中功率因数测试模块2的测量端与电网11相连接，功率因数测试模块2的信号输出端与DSP1的信号输入端相连接，键盘输入模块3的输出端与DSP1的信号输入端相连接，显示模块4的输入端与DSP1的信号输出端元相连接，报警模块5的输入端与DSP1的信号输出端相连接，通讯模块6的输入端与DSP1的通讯输出端相连接17，通讯模块6的输出端与中央监控计算机10相连接，投切触发模块7的信号输入端与DSP1的信号输出端相连接，同步投切控制模块8的输入端与投切触发模块7的输出端相连接，补偿模块9的控制端与同步投切控制模块8的输出端相连接。

功率因数测试模块结构图如附图2所示，主要包括电压互感器12、电流互感器13、信号处理电路A14、信号处理电路B15、电能测试单元16、AVR单片机17、光电隔离单元18，其中电压互感器12、电流互感器13的测量端与电网11相连接，电压互感器12的信号输出端与信号处理单元A14的信号输入端相连接，电流互感器13的信号输出端与信号处理电路B15的信号输入端相连接，信号处理电路A14、信号处理电路B15的信号输出端与电能测试单元16的信号输入端相连接，电能测试单元16的信号输出端与AVR单片机17的信号出入端相连接，AVR单片机17的信号输出端与光电隔离单元18的信号输入端相连接，光电隔离单元18的信号输出端与DSP1的信号输入端相连接。

键盘输入模块3用于设置系统运行模式、功率因数、电压和电流等参数，采用4*1的复用键盘，当键盘信号输出，DSP1根据对应的I/O口状态来识别按键，并执行键盘输入模块3的指令。键盘输入模块3与DSP1的硬件连接电路如图3所示，电路由第一按键19、第二按键20、第三按键21、第四按键22、第一电阻23、第二电阻24、第三电阻25、第四电阻26及电源27组成，其中第一按键19的一端与电源27的地相连接，第一按键19的另一端与第一电阻23一端及DSP1的信号输入端相连接，第一电阻23的另一端与电源27的正级相连接，第二按键20的一端与电源27的地相连接，第二按键20的另一端与第二电阻24一端及DSP1的信号输入端相连接，第二电阻24的另一端与电源27的正级相连接，第三按键21的一端与电源27的地相连接，第三按键21的另一端与第三电阻25一端及DSP1的信号输入端相连接，第三电阻25的另一端与电源27的正级相连接，第四按键22的一端与电源27的地相连接，第四按键22的另一端与第四电阻26一端及DSP1的信号输入端相连接，第四电阻26的另一端与电源27的正级相连接。

功率因数测试模块的测量端通过测量固定架设置在被测物上，传感器固定架包括支撑盒111、上V形支撑卡、下V形支撑卡和调整螺杆888；在支撑盒111的两端设置有限位滑道666，限位滑道666为沿支撑盒111长度方向设置的条形滑道；

上V形支撑卡包括上卡臂333和上随动臂333-1，上卡臂333和上随动臂333-1通过扭簧连接形成V形结构；下V形支撑卡包括下卡臂222和下随动臂222-1，下卡臂222和下随动臂222-1通过另一个扭簧444连接形成V形结构；两个扭簧均套在移动滚筒上，移动滚筒的中心设置有滚动轴555，滚动轴555的两端伸进限位滑道666内并在使用时沿限位滑道666移动；

上随动臂333-1与下随动臂222-1通过活动轴777活动连接，活动轴777连接带有螺纹999的拉动杆888，拉动杆888沿与限位滑道666垂直的方向穿过支撑盒111并通过螺纹999与支撑盒111螺纹配合；

在上卡臂333的上端设置有用于在横向方向压住传感器的横向固定压片000。

该测量固定架使用时，将拉动杆888向内旋拧(也就是图中的右上方向)，使得上卡臂333与下卡臂222之间向外张开，然后将上卡臂333与下卡臂222分别置于被测装置的侧表面和下表面，将测量端置于横向固定压片000内部(即图中的右侧)，然后反向旋拧动杆888，使得上卡臂333与下卡臂222之间向内收拢并逐渐夹紧被测物，使得传感器与被测物紧密接触完成操作，卸下或更换时重复旋拧拉动杆888的动作即可。

瞬态变量动态测量技术SVC同步投切系统工作过程描述：

(1)电压与电流互感器实时采集电网电压与电流信号，经过信号处理单元后反馈给功率因数测试模块。

(2)功率因数测试模块采集电压与电流曲线(如图4所示)，根据电压与电流波形的相角差计算电网的功率因数。

(3)DSP采集功率因数测试模块反馈的功率因数、电压与电流信号，调用功率因数预设值，并进行比较。

(4)DSP根据功率因数偏差，计算需要投切容量，判断补偿装置的投切方式。

(5)根据电压、电流相角选择合理的投切时刻，实现补偿装置的无涌流全自动投切。