專利名稱：一種含有可變電容模塊的無功補(bǔ)償裝置及其可變電容模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無功補(bǔ)償技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種含有可變電容模塊的無功補(bǔ)償裝置及其可變電容模塊。
背景技術(shù)：
目前無功補(bǔ)償市場上主要應(yīng)用的是TSC (Thyristor Swich Capacitor)晶閘管投切補(bǔ)償裝置，TSC晶閘管投切補(bǔ)償裝置是將總的無功量分成許多電容器組成，然后根據(jù)無功補(bǔ)償量的大小進(jìn)行投切，這種裝置的缺點是不能連續(xù)補(bǔ)償，補(bǔ)償電容器個數(shù)多，容易出現(xiàn)過補(bǔ)或欠補(bǔ)的情況，補(bǔ)償效果不佳且補(bǔ)償效率低。此外市場上出現(xiàn)了一種SVG (Static VarGenerator)靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置，SVG無功補(bǔ)償裝置是利用電力電子技術(shù)而將無功補(bǔ)償量調(diào)制到電網(wǎng)上，SVG無功補(bǔ)償裝置的缺點是算法復(fù)雜，結(jié)構(gòu)復(fù)雜且價格高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于提供一種含有可變電容模塊的無功補(bǔ)償裝置，本無功補(bǔ)償控制裝置不但結(jié)構(gòu)簡單，而且可以實現(xiàn)連續(xù)補(bǔ)償，補(bǔ)償效果好且補(bǔ)償效率高，同時本裝置的成本較低。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案一種含有可變電容模塊的無功補(bǔ)償裝置，本裝置包括控制單元、濾波單元和可變電容模塊；所述可變電容模塊包括兩個彼此并聯(lián)的電容單元，且兩個電容單元均由彼此串聯(lián)的電容和調(diào)控開關(guān)構(gòu)成，兩個電容單元 中的電容均為一端接地，電容的另一端與調(diào)控開關(guān)的一端相連，調(diào)控開關(guān)的另一端與濾波單元電聯(lián)接，所述調(diào)控開關(guān)中還設(shè)置有用于接收調(diào)控信號以確定調(diào)控開關(guān)啟閉狀態(tài)的調(diào)控端；所述控制單元的輸入端與母線電聯(lián)接，控制單元的輸出端與調(diào)控開關(guān)的調(diào)控端相連；所述濾波單元與三相母線中的其中一相電聯(lián)接。同時，本發(fā)明還可以通過以下技術(shù)措施得以進(jìn)一步實現(xiàn)優(yōu)選的，所述控制單元包括電壓電流采樣模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊、運(yùn)算處理器、PWM信號輸出端、保護(hù)反饋驅(qū)動模塊和接口模塊構(gòu)成；所述電壓電流采樣模塊與母線電聯(lián)接，且所述電壓電流采樣模塊的信號輸出端與AD轉(zhuǎn)換模塊的信號輸入端相連，AD轉(zhuǎn)換模塊的信號輸出端與運(yùn)算處理器的信號輸入端相連，運(yùn)算處理器與所述保護(hù)反饋驅(qū)動模塊和接口模塊均為雙向通信聯(lián)接，所述運(yùn)算處理器的信號輸出端與PWM信號輸出端的信號輸入端相連，所述PWM信號輸出端的信號輸出端通過光纖與所述調(diào)控開關(guān)的調(diào)控端電聯(lián)接。優(yōu)選的，所述濾波單元包括電感和濾波電容，所述電感的一端與母線中的其中一相電聯(lián)接，電感的另一端與濾波電容串聯(lián)，濾波電容的另一端接地；所述電感與濾波電容串聯(lián)的一端還與可變電容模塊的遠(yuǎn)離電容接地端的一端電聯(lián)接。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述調(diào)控開關(guān)為雙向可控硅，所述雙向可控硅通過第一陽極與可變電容模塊中的電容串連，雙向可控硅通過第二陽極與所述濾波單元電聯(lián)接，且雙向可控硅的控制極即為其調(diào)控端。
作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選方案，所述調(diào)控開關(guān)由一個NPN三極管和一個PNP三極管構(gòu)成，所述NPN三極管的發(fā)射極和PNP三極管的發(fā)射極彼此相連后與可變電容模塊中的電容串聯(lián)，所述NPN三極管的集電極和PNP三極管的集電極彼此相連后與所述濾波單元電聯(lián)接，NPN三極管的基極和PNP三極管的基極均為調(diào)控開關(guān)的調(diào)控端，且NPN三極管的基極和PNP三極管的基極均與控制單元的輸出端電聯(lián)接。進(jìn)一步的，所述電壓電流采樣模塊由電壓互感器和電流互感器構(gòu)成；所述AD轉(zhuǎn)換模塊為14位MAX128AD芯片，所述運(yùn)算處理器為TMS320F2812DSP芯片。更進(jìn)一步的，所述電壓互感器和電流互感器均為型號為H0P205的霍爾傳感器。本發(fā)明的另一個目的是提供一種可變電容模塊，本模塊包括兩個彼此并聯(lián)的電容單元，且兩個電容單元均由彼此串聯(lián)的電容和調(diào)控開關(guān)構(gòu)成；兩個電容單元中的電容均為一端接地，電容的另一端與調(diào)控開關(guān)的一端相連，所述調(diào)控開關(guān)中還設(shè)置有用于接收調(diào)控信號以確定調(diào)控開關(guān)啟閉狀態(tài)的調(diào)控端；
優(yōu)選的，所述調(diào)控開關(guān)為雙向可控硅，所述雙向可控硅通過第一陽極與所述電容串聯(lián)，雙向可控硅通過第二陽極呈懸置狀，所述雙向可控硅的控制極即為其調(diào)控端。作為本發(fā)明的另一個優(yōu)選方案，所述調(diào)控開關(guān)由一個NPN三極管和一個PNP三極管構(gòu)成，所述NPN三極管的發(fā)射極和PNP三極管的發(fā)射極彼此相聯(lián)后再與所述電容串聯(lián)，所述NPN三極管的集電極和PNP三極管的集電極彼此相聯(lián)后呈懸置狀，NPN三極管的基極和PNP三極管的基極均為調(diào)控開關(guān)的調(diào)控端。本發(fā)明的有益效果在于I)、本發(fā)明通過兩個彼此并聯(lián)的電容單元，彌補(bǔ)了 TSC晶閘管投切補(bǔ)償裝置和SVG靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置二者的缺點，可以實現(xiàn)連續(xù)補(bǔ)償?shù)哪康?，補(bǔ)償效率高且造價低。2)、本發(fā)明能夠有效地提高電網(wǎng)的供電效率和用電效益，并大大降低了電網(wǎng)的損耗。


圖1是可變電容模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是可變電容模塊工作原理示意圖。圖3是圖2中的脈沖波形結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是含有可變電容模塊的無功補(bǔ)償裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標(biāo)記的含義如下10—控制單元11 一電壓電流采樣模塊 12—AD轉(zhuǎn)換模塊13-運(yùn)算處理器14-PWM信號輸出端15—保護(hù)反饋驅(qū)動模塊16-接口模塊20-濾波單元30-可變電容模塊31—電容32—調(diào)控開關(guān)
具體實施例方式下面結(jié)合圖1 3先對可變電容模塊的工作原理做詳細(xì)說明。如圖1所示，可變電容模塊30包括兩個彼此并聯(lián)的電容單元，且兩個電容單元均由彼此串聯(lián)的電容31和調(diào)控開關(guān)32構(gòu)成；兩個電容單元中的電容31均為一端接地，電容31的另一端與調(diào)控開關(guān)32的一端相連，所述調(diào)控開關(guān)32中還設(shè)置有用于接收調(diào)控信號以確定調(diào)控開關(guān)32啟閉狀態(tài)的調(diào)控端；所述調(diào)控開關(guān)32由一個NPN三極管和一個PNP三極管構(gòu)成，所述NPN三極管的發(fā)射極和PNP三極管的發(fā)射極彼此相聯(lián)后再與所述電容31串聯(lián)，所述NPN三極管的集電極和PNP三極管的集電極彼此相聯(lián)，NPN三極管的基極和PNP三極管的基極均為調(diào)控開關(guān)32的調(diào)控端。如圖2所示，電感L是串入線路中的電感，Pl和P2脈沖是PWM脈寬調(diào)制波，Pl脈沖用來控制NPN三極管Tl和PNP三極管T2的通斷以投入和切除電容C1，P2脈沖用來控制NPN三極管T3和PNP三極管T4的通斷以投入和切除電容C2。所述三極管Tl、三極管T2與三極管T3、三極管T4動作是互補(bǔ)的，即T1、T2導(dǎo)通，T3、T4截止；反過來Τ1、Τ2截止，Τ3、Τ4導(dǎo)通。設(shè)脈沖(脈沖波形如圖3所示)Pl的寬度為Λ tl，脈沖P2的寬度為Λ t2，并且Λ tl十Λ t2= Δ t，控制脈沖的占空比K為Λ tl/ Δ t，因此令Λ t保持恒定，則通過調(diào)節(jié)控制脈沖的占空比K就可以調(diào)節(jié)投入電容的容量。根據(jù)PWM控制技術(shù)的面積等效原理，沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在有慣性的環(huán)節(jié)上，環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同，則在Λ tl時間內(nèi)投入的電容Cl與在At時間內(nèi)投入的等效電容對整個電路的作用效果相同，所以在一 個脈沖周期內(nèi)，Λ tl和Λ t2時間內(nèi)分別投入電容Cl和C2與在Λ t時間內(nèi)投入等效電容C對整個電路的作用效果相同，通過調(diào)節(jié)占空比K的大小即可調(diào)節(jié)脈沖的寬度。綜合上述，如圖1所示，通過控制調(diào)控開關(guān)32的通斷，從而使得本可調(diào)電容模塊30的電容容量在兩個電容CA與Ca之和的數(shù)量級范圍內(nèi)連續(xù)線性變化，也即做到了可改變電容容量的效果，最終達(dá)到連續(xù)調(diào)節(jié)無功功率的目的。如圖4所示，一種含有可變電容模塊的無功補(bǔ)償裝置，本裝置包括控制單元10、濾波單元20和可變電容模塊30 ;所述可變電容模塊30包括兩個彼此并聯(lián)的電容單元，且兩個電容單元均由彼此串聯(lián)的電容31和調(diào)控開關(guān)32構(gòu)成，兩個電容單元中的電容31均為一端接地，電容31的另一端與調(diào)控開關(guān)32的一端相連，調(diào)控開關(guān)32的另一端與濾波單元20電聯(lián)接，所述調(diào)控開關(guān)32中還設(shè)置有用于接收調(diào)控信號以確定調(diào)控開關(guān)32啟閉狀態(tài)的調(diào)控端；所述控制單元10的輸入端與母線40電聯(lián)接，控制單元10的輸出端與調(diào)控開關(guān)32的調(diào)控端相連；所述濾波單元20與三相母線40中的其中一相電聯(lián)接。優(yōu)選的，如圖4所示，所述控制單元10包括電壓電流采樣模塊11、AD轉(zhuǎn)換模塊12、運(yùn)算處理器13、PWM信號輸出端14、保護(hù)反饋驅(qū)動模塊15和接口模塊16構(gòu)成；所述電壓電流采樣模塊11與母線50電聯(lián)接，且所述電壓電流采樣模塊11的信號輸出端與AD轉(zhuǎn)換模塊12的信號輸入端相連，AD轉(zhuǎn)換模塊12的信號輸出端與運(yùn)算處理器13的信號輸入端相連，運(yùn)算處理器13與所述保護(hù)反饋驅(qū)動模塊15和接口模塊16均為雙向通信聯(lián)接，所述運(yùn)算處理器13的信號輸出端與PWM信號輸出端14的信號輸入端相連,所述PWM信號輸出端14的信號輸出端通過光纖與所述調(diào)控開關(guān)32的調(diào)控端電聯(lián)接。優(yōu)選的，如圖4所示，所述濾波單元20包括電感LI和濾波電容Cl，所述電感LI的一端與母線40中的其中一相電聯(lián)接，電感LI的另一端與濾波電容Cl串聯(lián)，濾波電容Cl的另一端接地；所述電感LI與濾波電容Cl串聯(lián)的一端還與可變電容模塊30的遠(yuǎn)離電容接地端的一端電聯(lián)接。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述調(diào)控開關(guān)32為雙向可控硅，所述雙向可控硅通過第一陽極與可變電容模塊30中的電容31串連，雙向可控硅通過第二陽極與所述濾波單元20電聯(lián)接，且雙向可控硅的控制極即為其調(diào)控端。作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選方案，所述調(diào)控開關(guān)32由一個NPN三極管和一個PNP三極管構(gòu)成，所述NPN三極管的發(fā)射極和PNP三極管的發(fā)射極彼此相連后與可變電容模塊30中的電容31串聯(lián)，所述NPN三極管的集電極和PNP三極管的集電極彼此相連后與所述濾波單元20電聯(lián)接，NPN三極管的基極和PNP三極管的基極均為調(diào)控開關(guān)的調(diào)控端，且NPN三極管的基極和PNP三極管的基極均與控制單元10的輸出端電聯(lián)接。圖4中的電感L1、L2、L3系高頻續(xù)流電感，且與電容Cl、C2、C3構(gòu)成高通濾波，所述電感LI與電容Cl串聯(lián)構(gòu)成濾波單元20用于濾除系統(tǒng)高次諧波，電感L2與電容C2的結(jié)構(gòu)以及電感L3與電容C3的結(jié)構(gòu)也均相同。所述可變電容模塊中的晶體三極管采用西門康的 IGBT550,補(bǔ)償電容 Ca、Cb、Ce 采用容量 1100uf/550v, CA、CB、CC 采用容量 440uf/450v。電壓電流采樣模塊11主要由電流互感器和電壓互感器組成采樣電路，電壓互感器和電流互感器均采用北京霍遠(yuǎn)科技有限公司的霍爾傳感器，霍爾傳感器的型號為H0P205,作用是將電網(wǎng)上的電壓電流采集到AD轉(zhuǎn)換模塊12。AD轉(zhuǎn)換模塊12使用MAXim公司的14位MAX128AD芯片，該芯片把采集到的電壓電流量轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)量再傳送給運(yùn)算處理器13也即DSP處理。所述DSP采用的是TI公司的TMS320F2812DSP，該DSP具有浮點運(yùn)算，150MHZ的時鐘，把數(shù)據(jù)運(yùn)算處理后，通過PI控制輸出PWM信號輸出端14的脈寬，并通過光纖耦合到主電源部分的晶體三極管上，根據(jù)前述的原理說明可知改變PWM的脈寬就可改變補(bǔ)償電容的容量，并達(dá)到調(diào)節(jié)補(bǔ)償無功地目的，從而完成整個系統(tǒng)的控制。保護(hù)反饋驅(qū)動模塊13監(jiān)測主電源部分的電路狀態(tài)，主要包含過流保護(hù)，過壓保護(hù)，超溫保護(hù)，控制器保留這三種保護(hù)的輸入輸出節(jié)點，一旦出現(xiàn)保護(hù)，控制器的輸入節(jié)點出現(xiàn)信號，對應(yīng)的輸出節(jié)點輸出保護(hù)信號。接口模塊16也即HMI模塊主要是菜單顯示和鍵盤輸入，起到人機(jī)交互的作用。以上所述的實施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進(jìn)行描述，并非對本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種含有可變電容模塊的無功補(bǔ)償裝置，其特征在于本裝置包括控制單元(10)、 濾波單元(20)和可變電容模塊(30);所述可變電容模塊(30)包括兩個彼此并聯(lián)的電容單元，且兩個電容單元均由彼此串聯(lián)的電容(31)和調(diào)控開關(guān)(32)構(gòu)成，兩個電容單元中的電容(31)均為一端接地，電容(31)的另一端與調(diào)控開關(guān)(32)的一端相連，調(diào)控開關(guān)(32)的另一端與濾波單元(20)電聯(lián)接，所述調(diào)控開關(guān)(32)中還設(shè)置有用于接收調(diào)控信號以確定調(diào)控開關(guān)(32)啟閉狀態(tài)的調(diào)控端；所述控制單元(10)的輸入端與母線(40)電聯(lián)接，控制單元(10)的輸出端與調(diào)控開關(guān)(32)的調(diào)控端相連；所述濾波單元(20)與三相母線(40)中的其中一相電聯(lián)接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無功補(bǔ)償裝置，其特征在于所述控制單元(10)包括電壓電流采樣模塊(11)、AD轉(zhuǎn)換模塊(12)、運(yùn)算處理器(13)、PWM信號輸出端(14)、保護(hù)反饋驅(qū)動模塊(15)和接口模塊(16)構(gòu)成；所述電壓電流采樣模塊(11)與母線(50)電聯(lián)接，且所述電壓電流采樣模塊(11)的信號輸出端與AD轉(zhuǎn)換模塊(12 )的信號輸入端相連，AD轉(zhuǎn)換模塊 (12)的信號輸出端與運(yùn)算處理器(13)的信號輸入端相連，運(yùn)算處理器(13)與所述保護(hù)反饋驅(qū)動模塊(15)和接口模塊(16)均為雙向通信聯(lián)接，所述運(yùn)算處理器(13)的信號輸出端與PWM信號輸出端(14)的信號輸入端相連,所述PWM信號輸出端(14)的信號輸出端通過光纖與所述調(diào)控開關(guān)(32)的調(diào)控端電聯(lián)接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無功補(bǔ)償裝置，其特征在于所述濾波單元(20)包括電感和濾波電容，所述電感的一端與母線(40)中的其中一相電聯(lián)接，電感的另一端與濾波電容串聯(lián)，濾波電容的另一端接地；所述電感與濾波電容串聯(lián)的一端還與可變電容模塊(30)的遠(yuǎn)離電容接地端的一端電聯(lián)接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無功補(bǔ)償裝置，其特征在于所述調(diào)控開關(guān)(32)為雙向可控硅，所述雙向可控硅通過第一陽極與可變電容模塊(30)中的電容(31)串連，雙向可控硅通過第二陽極與所述濾波單元(20)電聯(lián)接，且雙向可控硅的控制極即為其調(diào)控端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無功補(bǔ)償裝置，其特征在于所述調(diào)控開關(guān)(32)由一個NPN 三極管和一個PNP三極管構(gòu)成，所述NPN三極管的發(fā)射極和PNP三極管的發(fā)射極彼此相連后與可變電容模塊(30 )中的電容(31)串聯(lián)，所述NPN三極管的集電極和PNP三極管的集電極彼此相連后與所述濾波單元(20)電聯(lián)接，NPN三極管的基極和PNP三極管的基極均為調(diào)控開關(guān)的調(diào)控端，且NPN三極管的基極和PNP三極管的基極均與控制單元(10)的輸出端電聯(lián)接。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無功補(bǔ)償裝置，其特征在于所述電壓電流采樣模塊(11)由電壓互感器和電流互感器構(gòu)成；所述AD轉(zhuǎn)換模塊(12)為14位MAX128AD芯片，所述運(yùn)算處理器(13)為 TMS320F2812DSP 芯片。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的無功補(bǔ)償裝置，其特征在于所述電壓互感器和電流互感器均為型號為H0P205的霍爾傳感器。
8.—種可變電容模塊，其特征在于本模塊包括兩個彼此并聯(lián)的電容單元，且兩個電容單元均由彼此串聯(lián)的電容(31)和調(diào)控開關(guān)(32)構(gòu)成；兩個電容單元中的電容(31)均為一端接地，電容(31)的另一端與調(diào)控開關(guān)(32)的一端相連，所述調(diào)控開關(guān)(32)中還設(shè)置有用于接收調(diào)控信號以確定調(diào)控開關(guān)(32)啟閉狀態(tài)的調(diào)控端。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的可變電容模塊，其特征在于所述調(diào)控開關(guān)(32)為雙向可控硅，所述雙向可控硅通過第一陽極與所述電容(31)串聯(lián)，雙向可控硅通過第二陽極呈懸置狀，所述雙向可控硅的控制極即為其調(diào)控端。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的可變電容模塊，其特征在于所述調(diào)控開關(guān)(32)由一個NPN 三極管和一個PNP三極管構(gòu)成，所述NPN三極管的發(fā)射極和PNP三極管的發(fā)射極彼此相聯(lián)后再與所述電容(31)串聯(lián)，所述NPN三極管的集電極和PNP三極管的集電極彼此相聯(lián)后呈懸置狀，NPN三極管的基極和PNP三極管的基極均為調(diào)控開關(guān)(32)的調(diào)控端。
全文摘要
本發(fā)明屬于無功補(bǔ)償技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種含有可變電容模塊的無功補(bǔ)償裝置及其可變電容模塊。本裝置包括控制單元、濾波單元和可變電容模塊；可變電容模塊包括兩個彼此并聯(lián)的電容單元，兩個電容單元均由彼此串聯(lián)的電容和調(diào)控開關(guān)構(gòu)成，兩個電容單元中的電容均為一端接地，電容的另一端與調(diào)控開關(guān)的一端相連，調(diào)控開關(guān)的另一端與濾波單元電聯(lián)接，調(diào)控開關(guān)中還設(shè)置有調(diào)控端；控制單元的輸入端與母線電聯(lián)接，控制單元的輸出端與調(diào)控開關(guān)的調(diào)控端相連；濾波單元與三相母線中的其中一相電聯(lián)接。本發(fā)明通過可變電容模塊可以實現(xiàn)連續(xù)補(bǔ)償?shù)哪康?，補(bǔ)償效率高且造價低，并有效地提高電網(wǎng)的供電效率和用電效益，且大大降低了電網(wǎng)的損耗。
文檔編號H02J3/18GK103023050SQ20121057892
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月27日
發(fā)明者李瑜, 張目 申請人:安徽天沃電氣技術(shù)有限公司