專利名稱：動態(tài)無功功率分相補償裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于電力系統(tǒng)電能質(zhì)量控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種動態(tài)無功功率分相補償裝置。
目前，低壓并聯(lián)電容器組大多采用三角形接法，無功補償均為靜態(tài)補償，以交流接觸器作電力電容器的投切執(zhí)行元件，投入時沖擊電流大，切除時產(chǎn)生過電壓，自身觸頭易損，噪聲大甚至熔焊，而且投切時間長。在控制環(huán)節(jié)上基本不能做到分相、分級、快速及跟蹤補償?shù)囊蟆?br> 本實用新型提供的技術(shù)方案是一種動態(tài)無功功率分相補償裝置，由電壓變送器、電流變送器以及實時補償電路所構(gòu)成，所述實時補償電路由數(shù)據(jù)采集卡、工業(yè)PC機、晶閘管觸發(fā)電路、晶閘管開關(guān)組、電容器組、交流接觸器所構(gòu)成，其中，配電網(wǎng)系統(tǒng)母線上的電壓互感器和電流互感器的輸出信號分別經(jīng)電壓變送器和電流變送器送入安裝在工業(yè)PC機上的數(shù)據(jù)采集卡，工業(yè)PC機與晶閘管觸發(fā)電路相連，晶閘管觸發(fā)電路與晶閘管開關(guān)組相連，電容器組經(jīng)晶閘管開關(guān)組和交流接觸器接入配電網(wǎng)系統(tǒng)母線。
所述的晶閘管觸發(fā)電路在系統(tǒng)電壓正峰值發(fā)出觸發(fā)脈沖，晶閘管開關(guān)由晶閘管和二極管反并聯(lián)組成，電容器已經(jīng)預(yù)充電，因此無需過零檢測電路，電容器投入或切除時沒有過渡過程。此外，電容器每相四組，容量按1∶2∶4∶8成二進制分配，分相投切。
本實用新型以晶閘管作為執(zhí)行元件，用工業(yè)PC機進行控制，通過跟蹤檢測負(fù)荷的無功電流或無功功率，對多級電容器組進行分相投切，在電容器電壓與系統(tǒng)電壓相等的時刻投入電容器，完全消除了暫態(tài)過程，使補償效果快速、準(zhǔn)確、安全、易于控制。此外，由于采用分相補償，根據(jù)各相所需補償?shù)臒o功功率分別投入相應(yīng)的電容器，避免了三相負(fù)荷不平衡時，某些相過補償或某些相欠補償?shù)那闆r，可以對不平衡的無功功率進行完全補償。而且本實用新型的動態(tài)無功功率分相補償裝置成本低、可靠性高、相對需要維護工作量小。用于配電網(wǎng)無功補償時，能提高負(fù)荷的功率因數(shù)，使安裝地點的電能質(zhì)量大大改善，具有良好的推廣應(yīng)用前景。
本實用新型具有以下優(yōu)點和積極效果(1)采用晶閘管與二極管反并聯(lián)組成電子開關(guān)，投入或切除電容器時不會產(chǎn)生涌流；(2)由于晶閘管開關(guān)動作快，可在一個周波之內(nèi)投入或切除電容器，且能頻繁投切，實現(xiàn)動態(tài)無功補償；(3)跟蹤檢測負(fù)荷的無功電流或無功功率，對多級電容器組進行分相投切，能夠快速、準(zhǔn)確地投入電容器組，而且可以實現(xiàn)三相無功功率的最優(yōu)補償；(4)采用工業(yè)PC機進行控制，軟件界面友好，全自動運行，不需人工干預(yù)，維護工作量小。
圖4為本實用新型晶閘管光電觸發(fā)單元電路圖。
如

圖1所示，配電網(wǎng)系統(tǒng)母線1電壓與電流經(jīng)電壓互感器2、電流互感器3轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的100V電壓和標(biāo)準(zhǔn)的1A(5A)電流，送入動態(tài)無功功率分相補償裝置4。動態(tài)無功功率分相補償裝置4對采樣數(shù)據(jù)進行處理，計算出所需補償?shù)臒o功功率，并產(chǎn)生相應(yīng)的補償策略，投入或切除各相電容器組，對負(fù)荷5進行動態(tài)無功補償。
如圖2所示，本實用新型的動態(tài)無功功率分相補償裝置工作原理如下將接入母線1上的電壓互感器2和電流互感器3輸出的電壓、電流信號分別經(jīng)電壓變送器4.1、電流變送器4.2轉(zhuǎn)換成弱電壓uax、ubx、ucx，弱電流信號iax、ibx、icx。電壓信號uax、ubx、ucx和電流信號iax、ibx、icx傳送到數(shù)據(jù)采集卡4.3，由數(shù)據(jù)采集卡4.3測量并由工業(yè)PC機4.4計算出三相有功功率PA、PB和PC，各相相電壓的有效值UA、UB、UC和各相相電流有效值IA、IB、IC。根據(jù)無功功率的定義，由工業(yè)PC機4.4，計算得出三相無功功率分別為QA=SA2-PA2=(UAIA)2-PA2,QB=SB2-PB2=(UBIB)2-PB2,QC=SC2-PC2=(UCIC)2-PC2]]>作為各相電容器組的補償控制量。工業(yè)PC機4.4根據(jù)TSC的補償控制量計算得出各相需要投入的電容器的容量，作為晶閘管分接開關(guān)組4.6中相應(yīng)的晶閘管分接開關(guān)分接開關(guān)Si(i＝1、2、…n)閉合或斷開的判據(jù)。當(dāng)晶閘管斷開時，系統(tǒng)電源通過二極管給電容器充電，直至電容器上的電壓達(dá)到系統(tǒng)電壓的正峰值。利用同步電壓信號，將晶閘管的觸發(fā)時刻定在系統(tǒng)電壓的正峰值處，此時向晶閘管送出觸發(fā)脈沖，使晶閘管導(dǎo)通。由于此時電容器上的電壓等于系統(tǒng)電壓，因此沒有暫態(tài)過程，也不會出現(xiàn)沖擊電流，可以頻繁投切。工業(yè)PC機4.4控制晶閘管觸發(fā)電路4.5，可將低電位側(cè)的觸發(fā)脈沖經(jīng)光纖傳送至10kV～35kV的高電位側(cè)，向晶閘管開關(guān)組4.6中相應(yīng)的晶閘管發(fā)出觸發(fā)脈沖，使這些晶閘管導(dǎo)通，投入容量適合的電容器組4.7，使各相的功率因數(shù)在0.95以上；重復(fù)上述步驟，可以跟蹤負(fù)荷的變化，實現(xiàn)無功動態(tài)補償。交流接觸器4.8和刀閘開關(guān)4.9用于本裝置出現(xiàn)故障或例行檢修時，將裝置從系統(tǒng)中有效退出。
如圖3所示，晶閘管觸發(fā)電路由觸發(fā)脈沖發(fā)生器6，電壓—電流轉(zhuǎn)換單元7，電—光轉(zhuǎn)換器8，光纖9，光—電轉(zhuǎn)換器10，脈沖功放電路11，多路脈沖分配器12和脈沖功放電源13組成，可將低電位側(cè)的觸發(fā)脈沖經(jīng)光纖傳送至10kV～35kV的高電位側(cè)。
以下是一臺10kV，容量為30MVar動態(tài)無功功率分相補償裝置。電壓變送器4.1為小電壓互感器，電流變送器4.2為霍爾式電流傳感器，數(shù)據(jù)采集卡4.3采用ADVANTECHPCL-818L高速A/D轉(zhuǎn)換卡。晶閘管觸發(fā)電路4.5向晶閘管開關(guān)組發(fā)出觸發(fā)脈沖。晶閘管觸發(fā)電路4.5的具體電路如圖4所示，光電隔離采用的是惠普公司的HFBR-0400系列，發(fā)送器采用HFBR-1414，接受器采用HFBR-2412?？稍诎l(fā)送器和接受器之間傳送模擬信號和數(shù)字信號，傳送數(shù)據(jù)速率為5MBd，傳送距離為2000m.HFBR-1414正向工作電壓VF＜1.5V，最大正向工作電流IF為60mA，最大衰減為4dB/km最大時延為50ns。三極管Q1起開關(guān)管的作用，KCZ2產(chǎn)生脈沖使Q1導(dǎo)通，HFBR-1414上就有電流流過，電流大小為IF＝(VCC-VF)/R1＝(5V-1.5V/0.1KΩ＝35mA。HFBR-2412輸出端6腳為TTL電平輸出，但輸出和輸入是反向的，所以用三極管Q7作反向器。Q4為大功率三極管，二極管D1和脈沖變壓器的原邊反并聯(lián)，D1起續(xù)流的作用，迅速釋放變壓器線圈上的能量，使脈沖變壓器上流過的使大功率的高速脈沖。同時注意高壓側(cè)電源必須和低壓側(cè)電源隔離，才能真正起到高低壓隔離作用，高壓側(cè)電源從高壓端由電流互感器取能得到。晶閘管開關(guān)組4.6由12對反并聯(lián)的晶閘管和二極管及相應(yīng)的保護電路構(gòu)成(每相四對)，電容器每相四組，容量按1∶2∶4∶8成二進制分配，三相共30MVar。工業(yè)PC機4.4采用以工業(yè)級PIII處理器為核心的ADVANTECH系列工控機，抗干擾能力強，計算速度快。
權(quán)利要求1.一種動態(tài)無功功率分相補償裝置，包括電壓變送器、電流變送器以及實時補償電路，其特征在于實時補償電路由數(shù)據(jù)采集卡、工業(yè)PC機、晶閘管觸發(fā)電路、晶閘管開關(guān)組、電容器組、交流接觸器所構(gòu)成，其中，母線上的電壓互感器和電流互感器的輸出信號分別經(jīng)電壓變送器和電流變送器送入安裝在工業(yè)PC機上的數(shù)據(jù)采集卡，工業(yè)PC機與晶閘管觸發(fā)電路相連，晶閘管觸發(fā)電路與晶閘管開關(guān)組相連，電容器組經(jīng)晶閘管開關(guān)組和交流接觸器接入系統(tǒng)母線。
2.根據(jù)權(quán)利1要求所述動態(tài)無功功率分相補償裝置，其特征在于采用反并聯(lián)的晶閘管和二極管作為電容器的開關(guān)。
3.根據(jù)權(quán)利1或2要求所述的動態(tài)無功功率分相補償裝置，其特征在于電容器每相四組，容量按1∶2∶4∶8成二進制分配，分相投切。
專利摘要本實用新型公開了一種動態(tài)無功功率分相補償裝置。該裝置以反并聯(lián)的晶閘管和二極管作為補償電容器的開關(guān)，用工業(yè)PC機進行控制，通過跟蹤檢測負(fù)荷的無功電流或無功功率，對多級電容器組進行分相投切。在電容器電壓與系統(tǒng)電壓相等的時刻投入電容器，完全消除了暫態(tài)過程，使補償效果快速、準(zhǔn)確、安全、易于控制。此外，還可以對不平衡的無功功率進行完全補償，避免了某些相欠補償?shù)耐瑫r，某些相過補償，這是以往的補償裝置難以勝任的，而且該裝置成本低、可靠性高、相對需要維護工作量小。本實用新型無論從理論還是實驗結(jié)果都證明了原理的正確性、結(jié)構(gòu)可行性和控制策略的有效性。這種新型動態(tài)無功功率分相補償裝置用于配電網(wǎng)無功補償時，能提高負(fù)荷的功率因數(shù)，使安裝地點的電能質(zhì)量大大改善，具有良好的推廣應(yīng)用前景。
文檔編號H02J3/18GK2585466SQ0227955
公開日2003年11月5日 申請日期2002年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月16日
發(fā)明者陳允平, 劉會金, 彭輝 申請人:武漢大學(xué)