專利名稱：一種電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種改進(jìn)的電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償控制器，特別是一種既造用于低壓系統(tǒng)，又造用于高壓系統(tǒng)的無功電流補(bǔ)償控制器。
目前現(xiàn)有技術(shù)中使用最多的是“功率因數(shù)補(bǔ)償控制器”控制補(bǔ)償電容器的投切來提高電力系統(tǒng)的功率因數(shù)。這種功率因數(shù)補(bǔ)償控制器在輕負(fù)荷低因數(shù)的會發(fā)生“最小電容器組的反復(fù)投切振蕩”，對開關(guān)、電容器及整個電網(wǎng)均產(chǎn)生危害;在重負(fù)荷時又會產(chǎn)生靈敏度低的問題。近幾年雖然開發(fā)了“無功補(bǔ)率補(bǔ)償控制器”，但由于其成本高、精度低低、調(diào)試復(fù)雜，也不利于推廣應(yīng)用。國內(nèi)《電工技術(shù)》雜志1984年第11期所刊登的“感性無功功率快速自動補(bǔ)償”一文中所介紹的無功電流測量方法是在電壓過零時刻對負(fù)荷電流進(jìn)行瞬時采樣和保持的方法，其缺點(diǎn)是成本昂貴，負(fù)荷電流中的高次諧波完全不能抑制，產(chǎn)生測量誤差。國內(nèi)《電工技術(shù)》雜志1987年第12期所刊登的“一種原理全新的無功補(bǔ)償控制器”中所介紹的無功電流檢測方法是先把負(fù)荷電流變換成的電壓進(jìn)行放大，然后經(jīng)電子開關(guān)處理，再經(jīng)濾波器進(jìn)行濾波，得到無功電流成份，其缺點(diǎn)是所得到的無功電流的訊號幅值較低，易受放大器本身溫度漂移的影響。
目前，現(xiàn)有技術(shù)的無功補(bǔ)償控制器中，為了使本身的較多個繼電器能可靠動作，都不得不使用較大的電源變壓器，使得成本、體積和功耗都增加。
另外，現(xiàn)有技術(shù)的無功補(bǔ)償器中，多數(shù)未設(shè)保護(hù)電容器安全運(yùn)行的過電壓保護(hù)電路。即使有一部分設(shè)有此項(xiàng)功能，其中有一種是將本身工作電源變壓器兼做過電壓測量變壓器，結(jié)果過壓動作值變差過大，最終失去保護(hù)電容器的作用;另一種是將過壓檢測變壓器單獨(dú)設(shè)置，雖然過壓檢測電路工作很好，但成本、體積和功耗都增加。
本發(fā)明的目的是提供一種精度高，調(diào)試簡單，造價(jià)低廉以及功耗和體積大幅度減小的無功電流補(bǔ)償控制器。
根據(jù)本發(fā)明的無功電流補(bǔ)償控制器，無功電流檢測電路能將被檢測的負(fù)荷電流中的第N次諧波減少到N分之一，無功電流訊號的幅值較高，受溫度影響更小;繼電器回路采用省電工作方式，使整機(jī)功耗大為降低;過壓檢測電路采用直流工作電路中可變負(fù)荷電流的電壓降補(bǔ)償方式，在本身工作電源變壓器兼做過壓檢測變壓器的情況下，可以達(dá)到單獨(dú)設(shè)置過壓檢測變壓器的效果，使得過壓保護(hù)電路能精確工作。整機(jī)的成本，功耗和體積均大為降低。
本發(fā)明的目的是以如下方式實(shí)現(xiàn)的。被檢測的系統(tǒng)的電流I和電壓U輸入到無功電流檢測電路〔A〕，無功電流檢測電路〔A〕的輸出和電壓比較觸發(fā)器〔B〕的輸入端聯(lián)結(jié);電壓比較觸發(fā)器〔B〕的輸出端和邏輯控制電路〔C〕的輸入端聯(lián)結(jié);邏輯控制電路〔C〕的另一個輸入端和過壓檢測電路〔D〕的輸入端聯(lián)結(jié);邏輯控制電路〔C〕的輸出端和輸出電路〔E〕的輸入端聯(lián)結(jié);過壓檢測電路〔D〕的輸入端與電壓U聯(lián)結(jié)。
本發(fā)明的無功電流檢測電路〔A〕，其特征在于將被檢測的負(fù)荷電流通過電流電壓-變換電阻R0變換成與被檢測的負(fù)荷電流成正比的電壓訊號，并將此訊號輸入到一個放大器中;同時將被檢測系統(tǒng)的電壓通過正弦波-方波變換器變換成同相位的方波訊號，并輸入到上述的放大器中，以便對上面所說的電壓訊號進(jìn)行處理。其結(jié)果是放大器輸出的訊號已經(jīng)是按照方波的正負(fù)半周對輸入的電壓訊號進(jìn)行交替極性的放大的訊號。這一訊號經(jīng)平滑濾波后即能得到正比于輸入的負(fù)荷電流中無功成份的直流電壓。
在本發(fā)明的輸出電路〔E〕中包括一個繼電器省電工作電路，其特征是在繼電器的一對間置的常閉接點(diǎn)上并聯(lián)了一只電阻器和一只電容器，并將這付接點(diǎn)串聯(lián)于繼電器的線卷回路，在繼電器得電動作的初刻，繼電器線卷上得到全電壓而迅速吸合，吸合之后，由于常閉接點(diǎn)的斷開，而使電阻串于線卷回路，從而使繼電器以較小的電流保持吸合狀態(tài)，使功耗大為降低。
本發(fā)明的過壓檢測電路〔D〕，其特征在于將裝置本身的工作變壓器兼做過壓檢測變壓器。供檢測用的線卷所產(chǎn)生的電壓經(jīng)整流濾波后的直流電壓，和補(bǔ)償電壓串聯(lián)迭加后送入過壓檢測用的電壓比較觸發(fā)器中。所說的補(bǔ)償電壓是裝置本身直流工作電路中可變的直流電流經(jīng)一只電阻所產(chǎn)生的電壓降。
本發(fā)明采用無功電流作為補(bǔ)償電容器的投切控制量，因無功電流的大小間接反映了系統(tǒng)中欠缺和多余的電容器的容量，其動作整定值相當(dāng)于電容器的容量數(shù)值，和系統(tǒng)的負(fù)荷大小，功率因數(shù)高低無關(guān)，因而根本避免了“最小電容器組的反復(fù)投切振蕩”現(xiàn)象。所以本發(fā)明既能造用于高壓系統(tǒng)，又能適用于低壓系統(tǒng)。特別是在電壓波動較大的系統(tǒng)中使用，其動作整定值和電容器的實(shí)際補(bǔ)償值之間的誤差僅受電壓一次冪的影響，較之于此項(xiàng)誤差受電壓二次冪影響的無功功率補(bǔ)償控制器具有更為準(zhǔn)確的補(bǔ)償效果。本發(fā)明的繼電器省電工作電路，能使用較小容量的變壓器供較多個繼電器可靠工作。本發(fā)明的過壓檢測電路，在裝置僅使用一只電源變壓器的情況下，由于補(bǔ)償電壓的串入，使得本電路和單獨(dú)設(shè)置過壓檢測變壓器有同樣準(zhǔn)確的測量效果，從而確保電容器的安全運(yùn)行。
特別是在對稱的三相電力系統(tǒng)中，只要采用的電流量在系統(tǒng)的功率因數(shù)等于一時與所采用的電壓量相差π/2角度，即可實(shí)現(xiàn)無功電流的測檢。如可采用
AB和
c，或采用d
A和
A等。如果采用的電流量在系統(tǒng)的功率因數(shù)等于一時與所采用的電壓量同相位或反相位，即可實(shí)現(xiàn)有功電流的檢測，如可采用
A和
A等。因此本發(fā)明亦可用作廉價(jià)的電力負(fù)荷定量器等其它裝置，進(jìn)一步擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。
本發(fā)明的解決方案，可進(jìn)一步用以下的附圖進(jìn)行說明。


圖1是本發(fā)明的原理方框圖。
圖2是本發(fā)明的無功電流檢測電路圖。
圖3是本發(fā)明的繼電器省電工作電路圖。
圖4是本發(fā)明的過壓檢測電路。
圖5是本發(fā)明的無功電流檢測電路的相量圖和波形圖。
圖6是本發(fā)明的一種實(shí)用原理圖。
圖1是本發(fā)明的原理方框圖，其中無功電流檢測電路〔A〕的輸入端輸入電流i和電壓
，其輸出端與電壓比較觸發(fā)器〔B〕的輸入端相聯(lián)，電壓比較觸發(fā)器〔B〕的輸出端與邏輯控制電路〔C〕的輸入端相聯(lián)，邏輯控制電路〔C〕的輸出端與輸出電路〔E〕的輸入端相聯(lián)，過壓檢測電路〔D〕的輸入端輸入電壓U，而其輸出端與邏輯控制電路〔C〕的另一輸入端相聯(lián)。
另外，在圖1中，電壓比較觸發(fā)器〔B〕和邏輯控制電路〔C〕是一般的通用電路，因此不再詳細(xì)描述。
圖2表示圖1中的無功電流檢測電路〔A〕。在圖2中，被檢測的負(fù)荷電流I通過端子10和11在電阻R0上產(chǎn)生電壓降，并從和R0并聯(lián)的電位器W1的滑動觸頭14上輸出，再經(jīng)過電阻R1和R2分別聯(lián)接到放大器21的負(fù)輸入端15和正輸入端16上;端子11按系統(tǒng)接線。放大器的負(fù)輸入端15還通過電阻R4按系統(tǒng)地線，同時通過電阻R3接放大器本身的輸出端17;放大器的正輸入端16和系統(tǒng)地線之間還接入電子開關(guān)20;電子開關(guān)20的控制端和正弦波-方波變換器的輸出端19聯(lián)接。正弦波-方波變換器由電阻R5、R6以及放大器23等組成。放大器21的輸出端17和由電阻R7、R8、R9、R10、電容器C1、C2以及放大器22所組成的平滑濾波器相接，平滑濾波器的輸出端18上即可得到正比于被測負(fù)荷電流中無功成份的直流電壓。
圖3是圖1中本發(fā)明的輸出電路〔E〕中的繼電器省電工作電路。繼電器線卷JX和二極管D1并聯(lián)，和二極管D1的負(fù)極相接的一端和電源+V端聯(lián)接;和二極管D1的正極相接的一端同時和電容器C3，電阻器R11以及繼電器的常用接點(diǎn)J相聯(lián);電容器C3，電阻器R11以及繼電器常閉接點(diǎn)J的另一端接在一起，同時和三極管BG的集電極相接。
圖4是圖1中本發(fā)明的過壓檢測電路〔D〕的電路圖。變壓器B的第一線卷n1接到被測量的系統(tǒng)電壓上，第二線卷n2是供給本裝置整機(jī)直流電源的工作繞組，第三線卷n3是供過壓檢測用的繞組。繞組n3輸出的電壓經(jīng)過整流元件24整流之后，再經(jīng)電阻R13、電容器C6、C7組成的濾波器濾波后從端子25和26輸出。繞組n2的輸出電壓經(jīng)整流濾波穩(wěn)壓后供給直流工作電路使用，直流工作電路中的可變直流電流△I從-V端流出，經(jīng)過電阻R14返回-E端。直流工作電路的-V端又和供過壓檢測用的直流電壓的負(fù)端25相聯(lián)接。端子25和26之間并接一只供調(diào)節(jié)過壓動作值的電位器W2，W2的滑動觸頭27去聯(lián)接由電阻R15、R16、R17以及放大器28所組成的電壓比較觸發(fā)器。
圖5是本發(fā)明的無功電流檢測電路的相量圖和波形圖。
下面結(jié)合圖1、圖2和圖3來說明。無功電流檢測電路是這樣工作的被檢測的負(fù)荷電流在電阻R0上產(chǎn)生的電壓降從電位器W1的滑動觸頭上輸出，經(jīng)電阻R1和R2進(jìn)入運(yùn)算放大器21的負(fù)輸入端15和正輸入端16;正弦波-方波變換器的輸出端19和電子開關(guān)的控制端相聯(lián)，并使電子開關(guān)在方波的正半周導(dǎo)通，負(fù)半周截止。在電子開關(guān)導(dǎo)通時，放大器21工作于反相放大狀態(tài)，在電子開關(guān)截止時放大器工作同相放大狀態(tài)。結(jié)合圖5a所示的三相電力系統(tǒng)的相量圖和圖5b所示的波形圖，設(shè)所采用的電壓為UCA，電流為IB，且IB落后于UB一個角度φ。并設(shè)UCA＝UmSinwt，那么IB＝ImSin(wt+π2-φ)設(shè)電子開關(guān)在wt＝2kπ～(2k+1)π時導(dǎo)通，其余時間截止，(式中k＝0、1、2、3……)，則放大器21的輸出電壓為
若選R3/R1＝1+R3/R4，并將U17進(jìn)行付里葉展開，則其中的直流分量為
式中的Kw1為電位器W1的觸頭位置所決定的系數(shù)，式中的ImSimφ即被測負(fù)荷電流中的無功分量。U17經(jīng)平滑濾波器濾去交流成份后即得到了和被檢測的負(fù)荷電流中無功分量成正比的直流電壓。
在圖3中，繼電器省電工作電路是這樣工作的在三極管BG飽和導(dǎo)通的初刻，繼電器線卷JX得到全電壓而迅速動作吸合銜鐵，吸合后由于其常閉接點(diǎn)J的斷開，而使電阻R11串聯(lián)于回路中，使其以較小的電流保持吸合狀態(tài)。電容器C3的作用是加速繼電器的吸合動作，并保證其可靠地吸合到最終位置。
在圖4中，過壓檢測電路的工作情況如下由于整個裝置只使用一只電源變壓器，而直流工作電路中又有繼電器等占較大比重的直流負(fù)荷電流。當(dāng)直流負(fù)荷電流增大時，勢必引起容量較小的電源變壓器B的次級繞組n2和n3輸出電壓降低。本發(fā)明的特征在于將直流工作電路中的可變直流負(fù)荷電流經(jīng)過一個電阻R14再返回-E端?？勺兊闹绷髫?fù)荷電流△I越大，那么它在電阻器R14上所產(chǎn)生的電壓降△U也越大。雖然此時線卷n3的輸出電壓也越低，但由于n3輸出的經(jīng)整流濾波后的直流電壓已和電阻器R14上的電壓降△U串聯(lián)迭加在一起，所以有效地消除了由于n3繞組電壓降低所產(chǎn)生的誤差。從而使過壓檢測電路準(zhǔn)確地工作，進(jìn)而保護(hù)電容器的安全運(yùn)行。
在圖2所示的電路中，電阻器R1、R2、R3和R4的最佳配比為R1=R2= (R3R4)/(R3+R4) 。
圖6所示的電路為一實(shí)用電路圖。圖中〔A〕部分為無功電流檢測電路，其中20為電子開關(guān)。平滑濾波器的輸出端上接有由W3調(diào)整滿度值的測量指示儀表CB，CB的零點(diǎn)在中央位置，用以定量地指示被檢系統(tǒng)中無功電流的余缺數(shù)值。圖中〔B〕部分為電壓比較觸發(fā)器，以做為投和切的定量值觸發(fā)器。投和切的定值分別由Wh和WL來進(jìn)行調(diào)整。在達(dá)到投或切的定值時，比較觸發(fā)器30或31都是輸出高電平，并燃亮發(fā)光二極管32或33以作為指示。圖中K2為一只三個位置的功能開關(guān)，位置1為強(qiáng)行試投，位置2為正常運(yùn)行，位置3為強(qiáng)行試切。圖中〔D〕部分為過壓檢測電路，并將直流工作電源也歸在此處。過壓檢測繞組n3的交流電壓整流濾波后，其負(fù)端25迭加在-V端上，-V端通過電阻R14接在-E端上。從-V端流過電阻R14的可變直流負(fù)荷電流來自于輸出電路〔E〕中各三極管的發(fā)射極電流。過壓檢測用的直流電壓的正端26的電壓，通過電位器W2和W4的滑動觸頭引到電壓比較觸發(fā)器28和36上，與系統(tǒng)的地線電壓進(jìn)行比較。第一過壓值由電位器W4進(jìn)行整定并由電壓比較觸發(fā)器36輸出其訊號V1，較高的第二過壓值由電位器W2進(jìn)行整定并由電壓比較觸發(fā)器28輸出其訊號V2。圖中〔C〕部分為邏輯控制電路，它將投和切定值觸發(fā)器〔B〕所產(chǎn)生的訊號以及它本身所檢測到的投滿訊號M和切完訊號N進(jìn)行邏輯組合，在系統(tǒng)電壓低于第一過壓值時它將按照系統(tǒng)中無功電流的余缺進(jìn)行投切控制;在系統(tǒng)的電壓介于第一過壓值和第二過壓值中間時，它將只準(zhǔn)在無功電流多余時切除電容器而不準(zhǔn)在無功電流欠缺時投入電容器;當(dāng)系統(tǒng)的電壓高于第二過壓值時，它將強(qiáng)行加速切除已投入的所有電容。投和切的間隔脈沖是由時基電路LM555產(chǎn)生的。投或切的動作是由兩只八位靜態(tài)移位寄存器38和39以及異或門產(chǎn)生的。異或門的輸出訊號進(jìn)入輸出電路〔E〕中的三極管的基極，由三極管BG進(jìn)行放大，并推動繼電器JX動作，并由觸點(diǎn)J1輸出第一路控制訊號，去控制交流接觸器去投或切電容器。第二路到第八路的電路與第一路完全相同。各繼電器的觸點(diǎn)J1～J8均畫在圖中的〔D〕部分。圖中發(fā)光二極管40作為每一路的投入指示。
權(quán)利要求
1.一種改進(jìn)的無功電流補(bǔ)償控制器，由以下部分組成系統(tǒng)的電流i和電壓U輸入到無功電流檢測電路[A]，無功電流檢測電路[A]的輸出與電壓比較觸發(fā)器[B]的輸入端聯(lián)結(jié)；電壓比較觸發(fā)器[B]的輸出與邏輯控制電路[C]的輸入端聯(lián)結(jié)；邏輯控制電路[C]的另一個輸入端與過壓檢測電路[D]的輸出端聯(lián)結(jié)；邏輯控制電路[C]的輸出端和輸出電路[E]的輸入端聯(lián)結(jié)；過壓檢測電路的輸入端與電壓U聯(lián)結(jié)。其特征為a)其中無功電流檢測電路[A]包括供被檢測的負(fù)荷電流產(chǎn)生電壓降的電阻Ro，以及與Ro并聯(lián)的電位器W1；Ro的兩端是端子10和11，端子11按系統(tǒng)地線。W1的滑動觸頭14通過電阻R1和R2分別聯(lián)接到放大器21的負(fù)輸入端15和正輸入端16上；放大器21的負(fù)輸入端15還通過電阻R4按系統(tǒng)地線，同時通過電阻R3和放大器21的輸出端17聯(lián)接；放大器的正輸入端16和系統(tǒng)地線之間還接入電子開關(guān)20；電子開關(guān)20的控制端和正弦波一方波變換器的輸出端19聯(lián)接。放大器21的輸出端再和一個平滑濾波器聯(lián)接。b)其中過壓檢測電路[D]是這樣構(gòu)成的變壓器B的第一線卷n1接到被測量的系統(tǒng)電壓上，第二線卷n2是供給本裝置整機(jī)直流工作電源的工作繞組，第三線卷n3是供過壓檢測用的繞組。繞組n3的輸出電壓經(jīng)整流濾波后從端子25和26輸出。繞組n2的輸出電壓經(jīng)整流濾波釋壓后供給直流工作電路使用，直流工作電路中的可變直流電流ΔI從-V端流出經(jīng)過電阻R14返回-E端。直流工作電路的-V端又和供過壓檢測用的直流電壓的負(fù)端25相聯(lián)結(jié)。端子25和26之間并接電位器W2，W2的滑動觸頭27和電壓比較觸發(fā)器的輸入端聯(lián)接。c)其中的輸出電路[E]中包括繼電器省電工作電路。繼電器省電工作電路是這樣構(gòu)成的繼電器線卷JX和二極管D1并聯(lián)，和二極管D1的負(fù)端聯(lián)接的一端和電源+V端聯(lián)接；和二極管D1正極聯(lián)接的一端同時和電容器C3，電阻器R11以及繼電器本身的常閉接點(diǎn)J相聯(lián)；電阻器R11，電容器C3以及繼電器接點(diǎn)J的另一端接在一起同時和三極管BG的集電極相聯(lián)接。三極管BG的基極通過電阻聯(lián)接到邏輯控制電路[E]的輸出端上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無功電流檢測電路〔A〕中，其特征是電阻Ro的數(shù)值范圍是0.01Ω到1Ω。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無功電流檢測電路〔A〕中，其特征是電阻器R1，R2，R3和R4的最佳配比為R1=R3= (R3R4)/(R3+R4) 。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過壓檢測電路〔D〕中，其特征R14的數(shù)值范圍為0.1Ω到10Ω。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸出電路〔E〕中的繼電器省電工作電路，其特征為電容C3和電阻器R11的配置為，時間常數(shù)τ＝R11·C3＞20ms。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無功電流檢測電路〔A〕中的平滑濾波器是由電阻器，電容器以及放大器組成的通用電路。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無功電流檢測電路〔A〕中的正弦波一方波變換器是由電阻器，放大器組成的通用電路。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償控制器。本發(fā)明包括無功電流檢測電路[A]，電壓比較觸發(fā)器[B]，邏輯控制電路[C]，輸出電路[E]及過壓檢測電路[D]。無功電流檢測電路[A]由電流—電壓變換電阻，電子開關(guān)，放大器，正弦波—方波變換器及平滑濾波器組成。它能將被測系統(tǒng)中的第N次諧波分量抑制到N分之一。過壓檢測電路[D]直流工作電路中可變的直流電流在電阻上產(chǎn)生電壓降串聯(lián)迭加在過壓檢測電壓上，使電源變壓器兼做過壓檢測變壓器。
文檔編號H02J3/18GK1033718SQ8810643
公開日1989年7月5日 申請日期1988年12月19日 優(yōu)先權(quán)日1988年12月19日
發(fā)明者梁克昌 申請人:梁克昌