一种柴油发电机机组功率因数的高效控制装置的制作方法

本发明涉及发电机领域，尤其涉及一种柴油发电机机组功率因数的高效控制装置。

背景技术：

随着全球工业的快速发展以及能源需求的急剧增加，电力供应量也在日益增多，柴油发电机因其具有稳定、使用持久、故障率低且在工况变化时燃油消耗较为均衡等优点，被许多发电单位及企业广泛应用。但由于柴油发电机机组离网运行，处于孤岛工作的状态，其构成的发电系统容量偏低，当接入大量的消耗无功功率的负载设备时，发电机输出的功率因数大大降低，输出的有功功率偏小，对于发电领域而言，总是希望把发出的电能，都去做有用功，尽可能多的转换成有功功率作用于负载，不希望在负载设备中的无功功率过多，它占用了一部分的容量，使容量规格本就受限的柴油发电机发电的效率降低，损耗增多且输出的电能质量也偏低。在常规的柴油发电机机组输出功率调控中，需要计算其输出端的功率因数，但在此计算过程中，在采集信号后往往需要a/d转换模块对其进行处理，并且引入了单片机进行控制，这个过程步骤和流程非常复杂，虽灵活性较好，但可操作性较差，误差易出现且准确度差，响应速度较慢。

技术实现要素：

本发明克服了上述现有技术的不足，提供一种柴油发电机机组功率因数的高效控制装置，通过采用电阻挡位设定单元按幅值差进行投切电容组的选定，增加了系统的响应速度和稳定性；通过电容器组单元进行投切备选，可扩大柴油发电机机组功率因数的调节范围；有效的解决了因功率因数计算和单片机处理，而导致的可操作性行差、准确度差、响应速度慢和易出现误差的技术问题。

本发明的技术方案：一种柴油发电机机组功率因数的高效控制装置，包括柴油发电机机组单元、电压电流采样及幅值变换单元、整流电路单元、电容滤波单元、电阻挡位设定单元、滞环比较单元、电容投切单元和电容器组单元；所述电压电流采样及幅值变换单元的一端依次连接整流电路单元、电容滤波单元、电阻挡位设定单元、滞环比较单元、电容投切单元和电容器组单元；所述电容器组单元的输出端与柴油发电机机组单元的功率输出端相接后，连接电压电流采样及幅值变换单元的另一端。

进一步地，所述电压电流采样及幅值变换单元包括电压互感器回路以及电流互感器回路，电压互感器原边侧与柴油发电机机组单元输出端连接，副边侧两端与电压互感器回路中的整流电路单元两端相接；电流互感器原边侧与柴油发电机机组单元输出端连接，副边侧与电流互感器回路中的整流电路单元两端相连。

进一步地，所述滞环比较单元包括滞环比较器a输入端的正极与电压互感器经采样变换及滤波后所得电阻挡位1两端的电压相接，负极与电流互感器经采样变换及滤波后所得电阻挡位1的两端电压相接；滞环比较器b输入端的正极与电压互感器经采样变换及滤波后所得电阻挡位2两端的电压相接，负极与电流互感器经采样变换及滤波后所得电阻挡位2两端电压相接；滞环比较器c输入端的正极与电压互感器经采样变换及滤波后所得电阻挡位3两端的电压相接，负极与电流互感器经采样变换及滤波后所得电阻挡位3两端电压相接。

进一步地，所述电阻挡位设定单元包括六个可变电阻r1、r2、r3、r4、r5和r6；用于设定幅值挡位；可变电阻r1,r2,r3在电压互感器回路中串联相接，可变电阻r4,r5,r6在电流互感器回路中串联相接，r3电阻下端和r6电阻下端与接地引脚gnd相接，在电阻的每一端引出并分别与滞环比较单元相接进行电压比较，,可变电阻r1一端同可变电阻r4一端引出并分别并入到滞环比较器a的输入正负极两端；可变电阻r2一端同可变电阻r5一端引出并分别并入到滞环比较器b的输入正负极两端；可变电阻r3一端同可变电阻r6一端引出并分别并入到滞环比较器c的输入正负极两端；可变电阻r1一端与可变电阻r3一端与电流互感器电路中的电容滤波单元的两端相接，可变电阻r4和可变电阻r6的两端与电压互感器电路中的电容滤波单元的两端相接。

进一步地，所述电容滤波单元分别位于电压互感器回路与电流互感器回路中，两端分别与各自回路中的整流电路单元以及电阻挡位设定单元连接，其中位于电压互感器回路中的电容滤波单元一端与可变电阻r1一端相接，另一端与可变电阻r3一端相接；位于电流互感器回路中的电容滤波单元一端与可变电阻r4一端相接，另一端与可变电阻r6一端相接。

进一步地，所述电容投切单元包括中间继电器与开关触点，中间继电器两端与滞环比较单元输出端以及开关触点相接，开关触点另一端与电容器组单元连接。

本发明相对于现有技术具有以下有益效果：本发明提供了一种柴油发电机机组功率因数的高效控制装置，通过电压电流采样及幅值变换单元，将电压电流的最大幅值变为相同，通过滞环比较单元测量二者之间的幅值差，即可间接判断出电压电流的相位差进而间接的计算出需要补偿的电容值，从而按挡位控制电容投切单元进行电容补偿。采用电阻挡位设定单元按幅值差进行投切电容组的选定，增加了系统的响应速度和稳定性；通过电容器组单元进行投切备选，可扩大柴油发电机机组功率因数的调节范围，也可避免过补偿或欠补偿，使系统结构简单，成本更低，更加可靠，还能够减少误差和延时；有效的解决了因功率因数计算和单片机处理，而导致的可操作性行差、准确度差、响应速度慢和易出现误差的技术问题。

附图说明

图1是本发明的系统原理结构示意图；

图2是电压电流采样比较电路图；

图3是滞环比较电路图；

图4是三种电阻档位选定电路图；

图5是幅值差控制电容投切原理图；

图6是三种档位补偿量示意图；

图7是本发明的系统控制方法图。

图中：1-柴油发电机机组g，2-电压电流采样及幅值变换单元，3-整流电路单元，4-电容滤波单元，5-电阻挡位设定单元，6-滞环比较单元，7-电容投切单元，8-电容器组单元。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明进行详细说明：

一种柴油发电机机组功率因数的高效控制装置，如图1-图7所示，包括柴油发电机机组单元1、电压电流采样及幅值变换单元2、整流电路单元3、电容滤波单元4、电阻挡位设定单元5、滞环比较单元6、电容投切单元7和电容器组单元8；所述电压电流采样及幅值变换单元2的一端依次连接整流电路单元3、电容滤波单元4、电阻挡位设定单元5、滞环比较单元6、电容投切单元7和电容器组单元8；所述电容器组单元8的输出端与柴油发电机机组单元1的功率输出端相接后，连接电压电流采样及幅值变换单元2的另一端。

工作原理：电压电流采样及幅值变换单元2从柴油发电机机组单元1的输出端采集发电机发出的电压及电流，并对二者进行等幅值变换，便于比较幅值差进行电容投切的挡位选定，电压电流采样及幅值变换单元2的另一端经整流电路单元3及电容滤波单元4后与电阻挡位设定单元5相接，按照实时的幅值差进入相应设定的挡位，并与滞环比较单元6相接进行比较后，输出高电平则将信号送给电容投切单元7的中间继电器带动触点控制电容器组的投切。具体地，所述电压电流采样及幅值变换单元2包括电压互感器回路以及电流互感器回路，电压互感器原边侧与柴油发电机机组单元1输出端连接，副边侧两端与电压互感器回路中的整流电路单元3两端相接；电流互感器原边侧与柴油发电机机组单元1输出端连接，副边侧与电流互感器回路中的整流电路单元3两端相连。

具体地，所述滞环比较单元6包括滞环比较器a输入端的正极与电压互感器经采样变换及滤波后所得电阻挡位1两端的电压相接，负极与电流互感器经采样变换及滤波后所得电阻挡位1的两端电压相接；滞环比较器b输入端的正极与电压互感器经采样变换及滤波后所得电阻挡位2两端的电压相接，负极与电流互感器经采样变换及滤波后所得电阻挡位2两端电压相接；滞环比较器c输入端的正极与电压互感器经采样变换及滤波后所得电阻挡位3两端的电压相接，负极与电流互感器经采样变换及滤波后所得电阻挡位3两端电压相接。滞环比较单元6包括三组滞环比较器，为a,b,c，电阻挡位设定单元5设定有三个挡位，一挡挡位对应滞环比较器a,二挡挡位对应滞环比较器b,三挡挡位对应滞环比较器c,输入端正极与电压互感器回路相接，输入端负极与电流互感器回路相接，设定功率因数的数值，对应着相位差转化为电压电流的幅值差，通过滞环比较单元6控制电容投切单元7；柴油发电机机组1发出固定频率50hz的交流电，波形的周期t为20ms，经过整流电路单元3及电容滤波单元4后，波形的周期t变为10ms。设定发电机的三组功率因数分别是pf1、pf2和pf3，与同一时刻电压与电流的幅值差对应，若幅值差相差5v左右，设其对应功率因数为0.95，进入滞环比较器a进行比较，若幅值差相差10v左右，设其对应功率因数为0.8，进入b比较器进行比较，若幅值差相差20v左右，设其对应功率因数为0.65，则进入c比较器进行比较，三组滞环比较器分别于各自的电容投切单元7相接，通过输出高低电平进而控制电容器组单元8投切。

具体地，所述电容器组单元包括三组电容器c1、c2和c3；对滞环比较器的上限阈值与下限阈值分别进行设定，从而保证开关的通断更加稳定，输出电平不会因信号不稳定而波动导致开关误动作。实时，当电压与电流的幅值差小于5v时，进入一挡挡位，对滞环比较器a而言，功率因数处在要求范围内，故比较器输出低电平，无需电容补偿，当二者幅值差为5v时，比较器a输出高电平，将a组电容器投入到柴油发电机机组的输出端，另外两组不投入；当电压电流的幅值差达到10v时，进入二挡挡位，滞环比较器b输出高电平，将b两组电容器投入到柴油发电机机组的输出端；当电压电流的幅值差达到20v时，进入三挡挡位，滞环比较器c输出高电平，将c组电容器投入到柴油发电机机组的输出端进行无功电容补偿；电容器的投切分为四种情况，将功率因数设定为pf1、pf2和pf3，分别为0.95、0.8和0.65，发电机输出的实际功率因数pf>0.95，电容器不投入；功率因数符合0.95>pf>0.8，投入第一组电容器c1，而电容器组c2和c3不进行投入；功率因数符合0.8>pf>0.65，投入第二组电容器c2，而电容器组c3不投入；功率因数符合pf<0.65，则投入第三组电容器。

具体地，所述电阻挡位设定单元5包括六个可变电阻r1、r2、r3、r4、r5和r6；用于设定幅值挡位；可变电阻r1,r2,r3在电压互感器回路中串联相接，可变电阻r4,r5,r6在电流互感器回路中串联相接，r3电阻下端和r6电阻下端与接地引脚gnd相接，在电阻的每一端引出并分别与滞环比较单元6相接进行电压比较，,可变电阻r1一端同可变电阻r4一端引出并分别并入到滞环比较器a的输入正负极两端；可变电阻r2一端同可变电阻r5一端引出并分别并入到滞环比较器b的输入正负极两端；可变电阻r3一端同可变电阻r6一端引出并分别并入到滞环比较器c的输入正负极两端；可变电阻r1一端与可变电阻r3一端与电流互感器电路中的电容滤波单元4的两端相接，可变电阻r4和可变电阻r6的两端与电压互感器电路中的电容滤波单元4的两端相接。

具体地，所述电阻挡位设定单元5根据电压与电流同一时刻对应的幅值差设定，由于电压电流采样及幅值变换单元2已将电压及电流变为等幅值的波形，因此实时采集的幅值差大小即可反应出电压与电流的相位差大小，电压比电流的幅值相差越大，实时的相位相差的越大，需要补偿的电容量越多。将电压互感器回路中的三个档位一次设定为一挡、二挡及三挡，电流互感器回路设定方式与电压互感器回路设定方式相对应，设定电阻阻值使电压互感器回路的一挡挡位中的电位比电流互感器回路一挡挡位中的电位高5v，设定电阻阻值使电压互感器回路二挡挡位中的电位比电流互感器回路对应挡位中的电位高10v，设定电阻阻值使电压互感器回路三挡挡位中的电位比电流互感器回路对应挡位中的电位高20v，按照进入的挡位进入滞环比较单元6进行比较。

具体地，所述电容滤波单元4分别位于电压互感器回路与电流互感器回路中，两端分别与各自回路中的整流电路单元3以及电阻挡位设定单元5连接，其中位于电压互感器回路中的电容滤波单元4一端与可变电阻r1一端相接，另一端与可变电阻r3一端相接；位于电流互感器回路中的电容滤波单元4一端与可变电阻r4一端相接，另一端与可变电阻r6一端相接。

具体地，所述电容投切单元7包括中间继电器与开关触点，中间继电器两端与滞环比较单元6输出端以及开关触点相接，开关触点另一端与电容器组单元8连接。

以上实施例只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。