專利名稱：數字式pt二次壓降自動計量補償器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電能計量補償裝置；更具體的涉及具有數字控制自動補償功能PT二次電壓降的自動計量補償裝置。
技術背景電能計量是電力生產的重要環(huán)節(jié)，它直接關系到電力系統的效益和發(fā)展。電能計量系統一般是由現場裝設的互感器(PT、CT)、傳輸線、電能表計三部分組成。在發(fā)電廠和變電站中，從現場裝設的電壓互感器(PT)到控制室內的電能表計之間連接的傳輸線往往較長(有的可達500米以上)，而且中間往往有各種開關、熔斷器、繼電器觸點、端子排等，存在著各種接觸電阻和材料電阻。隨著運行時間的增加，由于老化、銹蝕等原因，電阻還會不斷加大。如果二次所接表計、繼保裝置及其它負荷較重，負荷電流也較大，同時還有負載功率因數、接線方式、外磁場在二次回路中感生的電勢等都會產生PT二次回路電壓降。實際運行中，這部分誤差往往比電能表計和電壓互感器本身的誤差大的多，以至嚴重影響電能計量系統的正確性和公正性。由此造成發(fā)供電量不平衡，使電力部門少計發(fā)電量、供電量或售電量，直接經濟損失十分可觀。電力作為商品走向市場之后，供用電雙方都希望盡可能提高電能計量準確度，這直接關系到供用雙方的經濟利益，對大宗電力用戶尤其如此。
為了減少電能計量系統誤差，近年來在提高電能表計和PT、CT的準確度方面作了大量的工作，其技術水平也日益提高，國家有關標準和規(guī)定也越來越嚴格。但是作為整個電能計量系統的主要組成部分之一的傳輸環(huán)節(jié)則多年來基本沒有什么變化從PT到電能表計之間的輸電線路形成的壓降，仍然是電能計量系統誤差的重要因素。如果不采取措施減小此部分誤差，電能表計和互感器的準確度再高也不能使電能計量系統的準確度達到要求的準確度工程技術人員對電能計量系統誤差作了大量的調研和分析對各種減小誤差的方法作了對比和研究，認為在目前條件下，在PT二次回路中安裝使用二次回路壓降自動補償器。是既有效又經濟、既安全又簡便、既性價比高又很成熟的方法；普通模擬或PT二次壓降補償器體積大、功耗大、補償精度不穩(wěn)定，機溫偏高等問題。只有開發(fā)研制體積小、重量輕、功耗小，具有大動態(tài)補償范圍，高精度自動跟蹤補償和強負載性能的數字式PT二次壓降補償器，才能最大限度地滿足發(fā)電廠、變電站、PT二次回路壓降準確、穩(wěn)定補償的需求。

發(fā)明內容
本實用新型的目的在于為我國發(fā)電廠、變電站等部門的電能計量提供一種測量準確度高，操作簡便，安全可靠，適應性強的數字式PT二次壓降自動計量補償器。
本實用新型的目的是通過如下技術方案來實現的發(fā)明人針對現有技術產品存在的問題，以先進的具有智能特性的設計思想，以數字化的電路設計、以產品的高性能為目標，充分體現新型補償器技術的先進性和可行性，使得本補償器系統的整體性能達到了國內領先水平。
‘數字式PT二次壓降自動計量補償器’由電源模塊、補償模塊、檢測模塊、數字控制模塊和顯示模塊五部分構成(參見圖1)。補償模塊是一個基于自適應原理的帶有負反饋的閉環(huán)結構。是補償器的核心部分；檢測模塊要對電源狀態(tài)、母線狀態(tài)及補償模塊的工作狀態(tài)進行實時監(jiān)測，并根據實際情況產生相應的報警信號和母線言動切換請求，送給控制模塊進行處理；數字控制模塊提供對整個系統的控制功能，包括響應用戶的外部控制請求、處理內部檢測模塊送來的報警信息和母線自動切換請求等；顯示模塊可以顯示不同相線補償前與補償后的二次回路壓降電壓值、當前母線位置、電源指示、報警指示以及指示當前系統的工作狀態(tài)；電源模塊為整個系統提供可靠的工作電源。
補償器主電源由四個開關電源模塊組成。電源控制繼電器在系統上電后接通，當系統檢測到二次回路故障時斷開，切斷補償回路的電源，保護補償電器并對電源實施智能管理，是該補償器區(qū)別于其它補償器的顯著特點。
補償模塊由采樣電路、誤差運算處理電路、功率放大電路，根據自適應原理構成一個負反饋的閉環(huán)結構。是一個自動調節(jié)系統，該系統具備自適應特性，是真正意義上的矢量補償系統。
檢測模塊有電源狀態(tài)檢測、母線狀態(tài)檢測、斷相和二次壓降溢出檢測等電路組成。所有檢測電路全部采用光電耦合來實現電氣隔離。
電源檢測電路將系統電源AC 220V經分壓后，整流濾波送入光耦電路，經模數電平轉換電路將電源狀態(tài)轉換為數字電平，送給控制電路數字控制模塊運用軟件對補償器的運行實施控制，使補償器的控制技術達到了智能控制的新水平。單片機是控制電路的核心，通過軟件配置來靈活實現各種控制功能。軟件控制由于采用了以單片機為核心的數字電路。使得控制模塊能夠通過軟件配置非常靈活、有效地對系統進行控制。增強了儀器的可操作性。提高了對故障的智能處理能力，使整機的性能有了新的突破同時，由于單片機工作于中斷方式下，有利于提高效率，延長使用壽命。
選擇電路由譯碼器、繼電器組成，由控制模塊送來的相選及補償前/后選擇信號經過譯碼電路譯碼，驅動繼電器選擇出要顯示的電壓內容，送至電壓計量電路。同時，一部分譯碼后的信號點亮發(fā)光二級管，指示當前的選擇狀態(tài)。
新型補償器集數字電路和模擬電路的特點，以它機型小(260×180×95)，精度高(幅差≤±0.04％、角差≤±1分，負載能力強(負載電流800mA，極限可達1000mA)的顯著特點順利通過國家技術監(jiān)督局的檢定大關。在變電站電網上運行穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強，能適應現場運行環(huán)境，補償效果顯著。
綜上所述，該補償器是一種高精度數字式電壓互感器(簡稱PT)二次回路壓降自動計量補償器。其檢測、控制和顯示電路在國內同行業(yè)中率先采用數字電路、通過軟件配置實現對整個系統進行智能、靈活、有效地控制，使補償器系統結構在技術上有了新的突破。補償電路基于自適應原理，利用深度負反饋閉環(huán)結構實現了對PT二次回路壓降進行高精度、大動態(tài)范圍的自動跟蹤矢量補償，整機的性能技術指標經四川省和國家電力公司科學技術成果鑒定，達到了國內領先水平。


圖1系統結構框圖圖2電源模塊結構框圖圖3后備電源結構框圖圖4補償模塊結構框圖圖5檢測模塊結構框圖圖6數控模塊結構框圖圖7顯示模塊結構框圖圖8電源板電原理圖圖9補償板電原理圖圖10顯示板電原理圖
具體實施方式
實施例 數字式PT二次壓降自動計量補償器的制備電源模塊部分參見圖2、圖3和圖8所示，為實現三相的補償回路之間完全的電氣隔離，主電源由四個開關電源模塊組成。
電源控制繼電器在系統上電后接通，當系統檢測到二次回路故障時斷開，切斷補償回路的電源，保護補償電器；采用電源模塊組成補償器的主電源，提供系統所需各相互隔離的電源并對電源實施智能管理，是該補償器區(qū)別于其它補償器的顯著特點之一。后備電源由9V免維護電池和智能充電電路組成。智能充電電路可根據電池的狀態(tài)，自動地給電池充電，并可在充滿后自動斷開；具體方案見圖3。
補償模塊部分參見圖4、圖5和圖9，補償模塊由采樣電路、誤差運算處理電路、功率放大電路，根據自適應原理構成一個負反饋的閉環(huán)結構。
采樣電路對當前工作母線的PT出口電位U和電能表的輸入電位(即補償器的輸出電位)U3進行采樣；為了實現補償器與二次回路的電氣隔離。采樣電路中使用了電壓互感器來傳遞被采樣的電壓信號；誤差運算處理電路由低電壓偏置運放構成。對采樣電路送過來的電壓信號進行求差并作適當的處理處理后的誤差信號送到功放電路中進行功率放大。然后通過輸出變玉器耦合，將補償電壓串入二次回路；功率放大采用準乙類對管功放電路，構成強驅動能力的深度負反饋電路功放工作在準乙類狀態(tài)，效率高(65％)。負反饋設計使用電路輸出阻抗低(＜1Ω)，帶負載能力強。輸出變壓器選擇適當的變化，兼顧電源利用率和阻抗變換。輸出變壓器初級上的補償要送到檢測模塊進行電壓監(jiān)測，以進行故障判斷。
由于誤差信號為補償后的等效二次壓降(二次回路等效電阻上的矢量電壓十補償矢量電壓)，所以電路工作在環(huán)路狀態(tài)，假如二次回路等效電阻上的矢量電壓發(fā)生變化，這一變化立即體現在誤差信號矢量電壓上，這時環(huán)路會自動調整補償矢量電壓，很快會自動穩(wěn)定在新的工作點上，并保持誤差信號在規(guī)定范圍內。
由于該補償模塊是一個基于自適應原理的負反饋閉環(huán)結構，所以是一個自動調節(jié)系統，該系統具備自適應特性，是真正意義上的矢量補償系統。當系統平衡時U1和U3的矢量差將是一個極小量。從補償原理上講，在補償回路的動態(tài)范圍內只要有矢量差U1-U3存在，系統總會使它趨近于零，即是說補償器的輸出電位U3的幅值和相位以極小的誤差趨近PT的出口電位U1。但與PT的輸出電壓的幅度相位無關，與二次壓降ΔU的大小和相角無關，與補償器所帶的二次負載的大小和性質無關。
工作電源輸入端經過防沖擊設計；電路工作電壓全部采用開關電源變換而得，能夠保證補償器在市電出現很大偏差的條件下正常工作。采樣輸入全部高阻輸入，并且串接自恢復保險絲，補償器不會對PT帶來隱患同時。由于關鍵點電壓受控設計，補償器能及時發(fā)觀內部異常情況，當出觀異常時補償器自動退出工作，補償器內部異常情況和PT二次回路故障不會損壞補償器，補償器自動推出工作后，不會影響PT二次回路運行狀況。
檢測模塊部分參見圖5和圖9，檢測模塊由電源狀態(tài)檢測、母線狀態(tài)檢測、斷相和二次壓降溢出檢測等電路組成。所有檢測電路全部采用光電耦合來實現電氣隔離。
電源檢測電路將系統電源AC 220V經分壓后，整流濾波送入光耦電路，經模數電平轉換電路將電源狀態(tài)轉換為數字電平，送給控制電路。
母線狀態(tài)的檢測是對II段母線的某一相電壓進行采樣并送入光耦電路系統的缺省母線位置是I段，當II段母線有電時，可以激勵光耦電路，使其輸出的電平狀態(tài)發(fā)生改變；II段母線斷電后，光耦失去激勵，同樣要改變輸出的狀態(tài)。經光耦的輸出進行模數電平轉換后就可以形成母線自動切換請求信號，送到控制模塊進行處理。
斷相檢測和二次壓降溢出檢測通過對補償模塊的輸出變壓器初級線圈的補償電壓進行檢測來實觀當母線出觀斷相或二次壓降溢出時？都會使補償模塊的輸出變壓器初級線圈補償電壓過大，通過對這個電壓和門限的比較來判斷是否有故障發(fā)生；產生相應的故障信號送給控制模塊進行處理，同時將故障信息送到顯示模塊，進行故障指示。
電源狀態(tài)的檢測實現了系統的失電報警功能；母線狀態(tài)的檢測可以產生相應的請求信號，通過控制模塊的軟件設計可實現母線的自動切換；光耦電路具有靈敏度高的特點，同時又可實現電氣隔離；故障檢測電路可以檢測母線斷相和二次壓降溢出的情況。保護補償系統不會因為空載或過載而導致損壞；當故障排除后，故障信號的狀態(tài)會發(fā)生變化；通過軟件設計，可以實觀系統工作狀態(tài)的自動恢復，真正做到無人值守；該補償器檢測功能的顯著特點是其它補償器所不具有的。
數字控制部分參見圖6和圖10，單片機是控制電路的核心，通過軟件配置來靈活實現各種控制功能。為了使控制和故障處理更可靠、有效，單片機的所有輸入均采用中斷方式。
鍵盤的設置是‘母線選擇自動/手動模式切換’、‘母線選擇I/II段切換’、‘相位顯示切換’、‘補償前/后顯示切換’、‘消音’和‘復位’。
‘母線選擇自動/手動模式切換’和‘母線選擇I/II段切換’用于對母線進行選擇；當選擇模式為‘自動’時，母線選擇驅動信號’響應‘母線自動選擇請求’信號的狀態(tài)，此時‘I/II段切換’鍵無效當選擇模式為‘手動’時。母線選擇驅動信號響應‘I/II段切換’鍵。每一次按鍵操作都將政變當前母線的位置，此時母線自動選擇請求被屏蔽。母線選擇模式指示和母線選擇驅動，信號送至顯示模式。根據當前母線選擇的工作模式及位置點亮相應的發(fā)光二極管，顯示在面板上。
‘相位顯示切換’和‘補償前/后顯示切換’用于選擇顯示模塊所顯示的內容。相應的輸出信號‘相選地址信號’和‘補償前后選擇信號’送到顯示電路，經譯碼后選擇對應的電壓信息進行顯示，同時點亮相應的發(fā)光二極管指示當前的狀態(tài)。
‘消音’鍵用于解除警報；當檢測模塊送來的故障信號指示PT二次回路出現故障時。控制電路通過‘補償回路電源控制’和‘退出補償驅動信號’驅動繼電器斷開補償回路的電源并使儀器退出補償狀態(tài)，同時‘報警信號輸出’驅動聲光報警，此時可按‘消音’鍵解除警報。
當‘故障信號’恢復正常狀態(tài)時，說明故障已排除，此時控制系統通過軟件控制，可自行停止報警，并使整個系統重新進入補償狀態(tài)‘復位’鍵用于在系統出現故障時進行手動復位。
軟件控制由于采用了以單片機為核心的數字電路。使得控制模塊能夠通過軟件配置非常靈活、有效地對系統進行控制。增強了儀器的可操作性。提高了對故障的智能處理能力，使整機的性能有了新的突破；同時，由于單片機工作于中斷方式下，有利于提高效率，延長使用壽命。
數字控制模塊的設計與運用，用軟件對補償器的運行實施控制，使補償器的控制技術達到了智能控制的新水平。此項技術是該補嘗器技術的創(chuàng)新之處，也是同其它補償器的顯著區(qū)別。
顯示模塊部分參見圖7和圖10，選擇電路由譯碼器、繼電器組成，由控制模塊送來的相選及補償前/后選擇信號經過譯碼電路譯碼，驅動繼電器選擇出要顯示的電壓內容，送至電壓計量電路。同時，一部分譯碼后的信號點亮發(fā)光二級管，指示當前的選擇狀態(tài)。
電壓轉換電路包括分壓和交流有效值到直流電壓的轉換。通常，補償前二次回路的壓降是伏特數量級的，而補償后二次回路壓降只有幾十毫伏，考慮到交流有效值-直流轉換電路的輸入動態(tài)范圍和電壓測量電路的量程。需要對采樣電路的輸出進行分壓分壓電路由一系列串聯的精密電阻完成。交流有效值的轉換是由運算放大器OP07以及相應外圍元件組成的交流有效值-直流轉換電路來完成。
轉換電路最終的輸出是一個對地的、包含被測電壓交流有效值信息的直流電平，這個電壓被送到電壓測量和顯示電路。在那里被采樣、處理、譯碼、顯示，這些工作由一片整合芯片ICL7136來實現。顯示屏采用的是通用的31/2位LCD顯示屏。
從控制模塊送來的母線選擇模式和位置信息以及從檢測模塊送來的故障信息分別在顯示模塊上點亮相應的發(fā)光二級管，顯示在面板上。
顯示電路摒棄了其它補償器普通的模擬條段顯示方式，而采用數字方式對補償前和補償后的PT二次壓降的電壓值進行準確的顯示，這樣用戶就可以通過鍵盤操作直接觀察二次回路壓降的大小以及補償后的二次回路電壓與PT輸出電壓的差值，直觀地了解補償器的補償效果。
補償器的技術指標1、補償準確度幅差≤±0.04％角差≤±1(分)2、補償范圍 幅差≤±5％角差≤180(分)3、負載能力 負載電流0-800mA4、附加波形失真 ＜0.05％5、工作電壓范圍 165V-265VAC(50Hz)6、環(huán)境溫度 -10℃-50℃7、環(huán)境相對濕度 ≤85％。
權利要求1.一種新型的數字式PT二次壓降自動計量補償器，包含電源模塊、補償模塊、檢測模塊、數字控制模塊和顯示模塊；其特征在于補償模塊和檢測模塊相連接；檢測模塊和數字控制模塊相連接，數字控制模塊和顯示模塊相連接，電源模塊為補償器提供可靠的工作電源。
2.如權利要求1所述的自動計量補償器，其特征在于補償器補償模塊是一個基于自適應原理的帶有負反饋的閉環(huán)結構。
3.如權利要求1所述的自動計量補償器，其特征在于補償器電源模塊由四個開關電源模塊組成，電源控制繼電器在系統上電后接通，當系統檢測到二次回路故障時斷開，切斷補償回路的電源，保護補償電器并對電源實施智能管理。
專利摘要本實用新型公開了一種高精度數字式PT二次壓降自動計量補償器，其檢測和顯示電路在國內同行業(yè)中率先采用數字電路，通過軟件配置實現對整個系統進行智能、靈活、有效地控制；補償電路基于自適應原理，利用深度負反饋閉環(huán)結構實現了對PT二次回路壓降進行高精度、大功態(tài)范圍的自動跟蹤和矢量補償；補償準確度、補償范圍、負載電流、抗干擾性、安全性等項技術指標及整機的綜合性能均達到國內領先水平，完全滿足當前的電能計量系統減少誤差，提高準確度的要求。
文檔編號G01R21/00GK2720451SQ0325017
公開日2005年8月24日 申請日期2003年9月1日 優(yōu)先權日2003年9月1日
發(fā)明者沈翔松, 周東明, 周泰民 申請人:成都正惠電氣投資發(fā)展公司