专利名称：霍尔效应式电网无功功率自动补偿控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属电力电网供电系统，无功功率自动补偿控制装置。
现有技术中的补偿器种类较多，例如有用晶体管式补偿器、集成电路及相敏电路补偿器、用微机控制的智能式功率因数自动补偿器等。这些补偿器虽各有特点，但其共同之处仍然是以检测电网电压和电流相位差φ角或余弦值COSφ为主。对于补偿容量来讲仍属于间接检测，这种间接检测很难避免补偿器在额定功率因数附近产生的投切振荡现象(即无效动作)，另一种是采用光电转换技术将单位时间内无功电度表的转数转换成无功功率进行补偿容量的控制，还有一种是利用采样电网无功电流进行控制。综上所述各种控制大体存在着遇负载严重不平衡时或电压、电流波形出现畸变时，控制误差大，精度低，故障率多等缺陷。
本实用新型的目的在于采用霍尔功率传感器直接在线实时检测用电设备无功功率，以此信号控制补偿容量，实现自动控制电网并联电容器的投入与切除，补偿无功功率和节约电能，提高输配电设备利用率的目的。
本实用新型的技术方案是这样实现的用电设备无功功率的检测是由两个相同电路无功功率检测通道组成，每个通道在环形聚磁铁芯的缺口处安装霍尔功率传感器，电网线电流直接穿过环形聚磁铁芯、线电压经R1送到电压隔离模块进行线性隔离，其输出电压经移相电路和V－I转换电路送入霍尔功率传感器，霍尔功率传感器输出的功率信号经差动放大电路和有源二阶滤波电路送至加法器，再经同相放大器放大后输入到投切判断电路去驱动电容器投切控制电路，以决定电容器的投入或切除，同时投切判断电路又分别受过压检测电路、自动／手动转换电路及联锁电路的控制。
本实用新型与现有技术相比，采用霍尔无功传感器直接检测用电设备无功功率，具有如下特点①控制补偿效果好，可使补偿后的电网功率因数在0.96～0.99之间；②克服了一般补偿方案中，补偿器在额定功率因数附近产生的反复投切的“无效动作”现象；③具有电网电压、电流与控制回路电隔离特性，绝缘电压可高达12KV即使在电网发生严重短路的情况下，也不会损坏控制回路；④具有电网过电压切除功能，可整定过电压值或在电网电压高于电容器额定电压10％时，使全部运行电容器强行退出电网；⑤测量精度不受电网电压、电流波形畸变及频率波动的影响。
采用本实用新型的技术方案除了具有上述特点之外，它还具有手动、自动转换、节约电能、互锁功能、能提高输配电设备的利用率，且检测精度高、故障率少、结构简单、成本低、有广泛的社会和经济效益，是电力用户不可缺少的节能装置。
图1是本实用新型的电气原理框图；图2是本实用新型电压隔离模块、移相电路V／I转换电路接线图图3是本实用新型差动放大电路和低通滤波电路接线图；图4为投切判断及控制电路接线图附图是本实用新型的一个具体实施例，
以下结合附图对本实用新型作进一步说明图1是由两个功率通道组成的一个电原理框图，无功检测由通道Ⅰ和Ⅱ来实现，功率通道Ⅰ和功率通道Ⅱ工作原理完全一样，同时，该控制装置还可作成多个工作原理一样的功率通道，现以功率通道Ⅰ为例说明其功率通道的工作原理功率通道Ⅰ由环形聚磁铁芯1，在环形聚磁铁芯1的缺口处安装霍尔功率传感器1′，电网线电流IA直接穿过环形聚磁铁芯1聚磁到霍尔功率传感器1′，其磁通密度B正比于线电流iA。电网线电压UAC由电压隔离模块3线性电隔离，输出电压送到移相电路4完成线电压π／2的后移，其幅值保持不变，经Ⅴ－Ⅰ转换器5使滞后π／2的线电压信号转换成霍尔功率传感器1′电流需要的电流信号送入霍尔功率传感器1′至此霍尔功率传感器1′，实现了电压和电流的乘积功能。输出电压UH1送入差动放大器6和滤波电路7后，输出电压u1的大小就表示电网无功功率Q1＝UACISinφ1。
同理可知，功率通道Ⅱ的输出电压U2的大小就表示无功功率Q2＝UBCIBSinφ2。
将功率通道Ⅰ和Ⅱ的输出电压信号U1和U2经加法器13、同相放大器14、输出电压U表征用电设备的总无功功率，即Q＝Q1＋Q2＝UACIASinφ1＋UBCIBSinφ2，因此功率信号控制投切判别电路17发出投切或退出命令，驱动电容器投切控制电路18的接通与断开，使电容器投入或切除电网，通过整定门限电压值可使补偿容量小于检测无功容量，其是COSφ保持在0.96～0.99之间，这样的补偿级数越多，级差越小，效果越好。
图2是电压隔离模块、移相电路及电压－电流转换电路接线图。该电路主要由R2和C2组成两条并联支路，并接在电压隔离模块3的输出端输出电压Uab大小和电压隔离模块3输出电压相等而相位滞后π／2，完成移相功能，经A1和R3组成移相电路4输出。集成运放A1为高共模抑制比，电压－电流转换电路5使输出电压信号转换成霍尔功率传感器3要求的电流信号。
图3为差动放大和滤波电路。由集成运放A3、A4、A5和R6、R7组成差动放大电路6，对霍尔功率传感器1′的输出霍尔电压UH1进行差动放大，此时电路对霍尔输出电压响应性能好，通过调节Rω可调节差动放大倍数，并串联电阻R5。
由集成运放A6、A7、C3、C4、C5、R8～R12组成有源二阶低通滤波器7。
无功输出信号U1、同相放大器14、电网过电压检测电路15、自动手动转换电路16、联锁信号19的信号均通过投切判断电路17进行判别。
图4为投切判断及控制电路接线图。
参照图4的接线图可知，该电路是由门限比较电路、两级RC延时电路、投切显示电路和执行电路构成，其门限比较电路又是由W1、W2R13－R15A8－A11组成；两级延时电路由R16－R39C5－C12A12－A15组成；投切显示电路由R41－R44D11－D14G1－G4组成；执行电路由T1L1－T1L4、J1－J4D15－D18组成。
本实用新型对电容器的投切与下列条件有关①检测电网无功功率信号是否大于投切判断电路各分级门限无功电压验定值，高于时投入，低于时切除。
②电网电压是否高于过电压整定值或电容器额定电压10％高于时全部强行切除。
③检测用电设备无功功率信号为负时，强行切除全部电容器。
④电容器二次回路启动主令开关后，当检测到无功信号持续时间小于60秒时，电容器不投入。
权利要求1.一种霍尔效应式电网无功功率自动补偿控制装置，其特征在于该装置由两个相同电路的无功功率检测通道(Ⅰ、Ⅱ)组成，每个通道在环形聚磁铁芯(1、2)的缺口处安装霍尔功率传感器(1′、2′)，电网线电流直接穿过环形聚磁铁芯(1、2)，线电压经R1送到电压隔离模块(3、8)进行线性隔离，其输出电压经移相电路(4、9)和V-I转换电路(5、10)送入霍尔功率传感器(1′、2′)，霍尔功率传感器(1′、2′)输出的功率信号(uH1、uH2)经差动放大电路(6、11)和有源二阶滤波电路(7、12)送到加法器(13)，再经同相放大器(14)放大后输入到投切判断电路(17)，经投切判断电路(17)输出到投切控制电路(18)驱动电容器(20)的投入或切除，同时投切判断电路(17)又分别受过电压检测电路(15)、自动/手动转换电路(16)及联锁电路(19)的控制。
2.根据权利要求1所述的霍尔效应式电网无功功率自动补偿控制装置，其特征在于控制电路与电网之间采用了由环形铁芯的电磁转换实现的电流信号的隔离和由隔离模块实现的电压隔离。
3.根据权利要求1或2所述的霍尔效应式电网无功功率自动补偿控制装置，其特征在于在功率检测电路中采用由R2、C2、R3、A1组成移相电路。
4.根据权利要求1所述的霍尔效应式电网无功功率自动补偿控制装置，其特征在于每级投切判断电路中由R15、C5和R19、C6组成两级延时电路。
专利摘要本实用新型涉及电力电网的无功功率自动补偿控制装置，其装置是在环形聚磁铁芯的缺口处安装霍尔功率传感器，电网线电流直接穿过环形聚磁到霍尔功率传感器上，电网线电压由电压隔离模块进行线性电隔离，然后经过移相、电压电流转换、差动放大和滤波电路，将同相放大的功率信号输入到投切判断电路判别电容器是投入或切除电网。利用本装置具有无论电网发生短路或过电压，不损坏控制电路，并能节约电能和提高输配电设备的利用率。
文档编号H02J3/18GK2175486SQ9320064
公开日1994年8月24日 申请日期1993年1月3日 优先权日1993年1月3日
发明者付周兴, 耿稳强, 卢文科, 龚银河 申请人:西安矿业学院