專利名稱：單片機控制全固態(tài)電力系統(tǒng)分時無功補償設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)無功補償設(shè)備。
電力系統(tǒng)中的用電設(shè)備大量感性負載使得電力線上電壓和電流在相位上產(chǎn)生偏差，電力系統(tǒng)功率因數(shù)降低，這對于電力用戶和電網(wǎng)性能都是有害的。傳統(tǒng)的無功補償設(shè)備大多采用人工手動投切或者采用繼電器作為開關(guān)的自動投切，這樣的產(chǎn)品不僅補償?shù)募皶r性和精確度較低，投切過程中觸點開斷時的火花使得設(shè)備可靠性很差，而且產(chǎn)生對電網(wǎng)危害極重的諧波干擾。
本發(fā)明的目的在于解決傳統(tǒng)補償設(shè)備存在的問題，采用單片機控制的能夠自動對電力系統(tǒng)進行無功補償設(shè)備。
本發(fā)明是由控制柜、單片機、功率因數(shù)檢測電路，零電壓觸發(fā)電路，可控硅模塊組件組成，功率因數(shù)檢測電路通過檢測線圈及檢測線路將所檢測出的各相電壓電流信號接入由電壓比較器和光電耦合器組成的功率因數(shù)檢測電路，電壓比較器輸入端接有限幅二極管，功率因數(shù)檢測電路輸出端接入單片機電路，單片機電路還設(shè)置有程序存貯器，并行接口，顯示譯碼器/驅(qū)動器電路，單片機輸出接入零電壓觸發(fā)電路的光控零壓開關(guān)電路，且輸入端為串聯(lián)連接，其輸出分別接入可控硅開關(guān)電路，控制柜內(nèi)設(shè)置有上述電路及散熱器，絕緣材料板，面部設(shè)置有控制器、電流表、指示燈及柜門。
本發(fā)明的優(yōu)點是通過對電網(wǎng)功率因數(shù)的實時檢測和分析計算，可以及時而精確地進行補償，并且按照電力系統(tǒng)負荷情況將功率因數(shù)調(diào)整到分時標準值。采用現(xiàn)代電力電子最新技術(shù)，利用可控硅模塊開關(guān)和固態(tài)零電壓觸發(fā)技術(shù)，投切速度快，徹底消除了諧波干擾，設(shè)備的可靠性大大提高。
附

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)原理框圖。
附圖2為本發(fā)明單片機電路結(jié)構(gòu)原理圖。
附圖3為本發(fā)明功率因數(shù)檢測電路(單相)結(jié)構(gòu)原理圖。
附圖4為本發(fā)明零電壓觸發(fā)電路和可控硅模塊組件(單路)電路結(jié)構(gòu)原理圖。
附圖5為本發(fā)明控制柜結(jié)構(gòu)示意圖。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述，本發(fā)明的方案是這樣實現(xiàn)的，無功補償設(shè)備包括功率因數(shù)檢測電路、單片機處理電路(硬件及軟件)，零電壓觸發(fā)電路和可控硅模塊組件，功率因數(shù)檢測電路以電力系統(tǒng)電壓、電流作為輸入，經(jīng)電路內(nèi)部整形變換作為計算功率因數(shù)的參考提供給單片機處理系統(tǒng)。
單片機處理系統(tǒng)通過對功率因數(shù)檢測電路提供信號進行計數(shù)計算，得到實時功率因數(shù)值，當該數(shù)值低于當前分時功率因數(shù)標準值時，控制補償電容投入，以提高實時功率因數(shù)；當該數(shù)值高于當前分時功率因數(shù)標準值時，控制補償電容切開，以降低實時功率因數(shù)。每次控制投入或切開的補償電容△C為設(shè)備最大電容量的八分之一到十六分之一。分時功率因數(shù)標準值是外部可調(diào)整的預定值，單片機系統(tǒng)內(nèi)有一個24小時實時時間計數(shù)器，可以在不同時間讀取相應的分時功率因數(shù)標準值。單片機系統(tǒng)還可通過另外的輸入端口讀取投切速度參數(shù)，適應不同電力系統(tǒng)負載變化情況。單片機還有實時時間、實時功率因數(shù)、投切狀態(tài)顯示電路。
零電壓觸發(fā)電路的輸入受單片機系統(tǒng)控制，其輸出用來控制觸發(fā)可控硅模塊組件開關(guān)，同時它還具有檢測可控硅模塊上電壓大小的作用。當單片機系統(tǒng)發(fā)出控制信號欲投入一組補償電容時，某一零電壓觸發(fā)電路檢測它所控制的可控硅模塊上的交流電壓，當此電壓低于某一數(shù)值(約±15伏)時，發(fā)出觸發(fā)信號，控制可控硅模塊導通，將一組補償電容投入電力系統(tǒng)；當單片機系統(tǒng)欲切開一組補償電容時，向相應的零電壓觸發(fā)電路發(fā)切開命令，禁止它發(fā)出觸發(fā)信號，相應的可控硅模塊在電壓的第一個過零點后變?yōu)閿嚅_狀態(tài)。
可控硅模塊組件三個一組作為一種全固態(tài)開關(guān)，一端通過熔斷器和空氣開關(guān)接到三相電力線上，一端接到△接三相補償電容上，它的導通和斷開受單片機系統(tǒng)和零電壓觸發(fā)電路控制。
1.單片機處理部分單片機處理系統(tǒng)的核心是8031/8051單片機7、2764程序存貯器8、8255并行接口9和一系列顯示譯碼器/驅(qū)動器電路10。8031/8051的P0口作為復用的數(shù)據(jù)總線和低8位地址總線，P2口作為高位地址總線，P1口通過4片4511BCD至7段譯碼/驅(qū)動器連接到4位LED字符，正常運行情況下顯示測量的實時功率因數(shù)值，調(diào)試過程中可以通過外部設(shè)置顯示時間計數(shù)值或分時功率因數(shù)標準值。8031/8051的P3口除讀/寫線外的6條線用作實時功率因數(shù)檢測輸入。并行接口8255有三個8位口，其中一個作為對可控硅模塊開通或斷開的控制輸出口，一個作為投切補償狀態(tài)的指示輸出口，另外一個作為外部參數(shù)(分時功率因數(shù)標準值、投切速度、精度等)設(shè)置的輸入口。設(shè)備的投切補償狀態(tài)通過n(例n＝8)個發(fā)光二極管指示出來，各二極管都有相應的電阻R起限流作用。程序存貯器2764中存放有所有的運行指令程序和所需參數(shù)，其中包括一個24小時時間計數(shù)程序，一個外部可控的分時功率因數(shù)標準值設(shè)置和投切方式、投切速度設(shè)置程序，一個實時功率因數(shù)分析計算程序，一個可選擇的功率因數(shù)顯示和投切工作狀態(tài)、時間顯示程序和一個可選擇的8421方式或單路遞增方式的投切開關(guān)控制程序。
2.功率因數(shù)檢測電路功率因數(shù)分相檢測，某一相(如A相)的功率因數(shù)檢測電路1主要由檢測線圈2及檢測線路3及兩片CA311電壓比較器4和兩片TIL113光電耦合器5構(gòu)成。其中一片CA311和一片TIL113分別作為電流信號(來自設(shè)備外的電流互感器CTA)的整形和隔離，另外一片CA311和TIL113分別作為電壓信號的整形和隔離。R1是限流電阻，限幅二極管6D1D2和D3D4分別對取樣電流、電壓信號進行限幅，達到CA311要求的輸入電平范圍。R2和R3分別作為兩個CA311的輸出偏置電阻，R4和R5別是兩個TIL113的集電極負載電阻。檢測電路的輸出從兩個光電耦合器TL113的集電極輸出，以TIL電平提供給8031/8051單片機。
3.零電壓觸發(fā)電路和可控硅模塊組件電路零電壓觸發(fā)電路和可控硅模塊組件電路按照控制補償投切的通路數(shù)目配置。每一通路的零電壓觸發(fā)電路主要由入端串聯(lián)的三個MOC308X光電耦合型光控零壓開關(guān)電路11構(gòu)成。每一通路的可控硅開關(guān)電路12的可控硅模塊三個一組作為該通路的三相(A、B、 C)電源通斷開關(guān)，決定電力系統(tǒng)中補償電容(△接三相電容)的投入或切開，每個可控硅模塊內(nèi)部是兩個正反向并聯(lián)的單向可控硅，在本設(shè)備中作為雙向開關(guān)使用。當單片機系統(tǒng)決定投入一組補償電容時，從并行接口8255的輸出控制口的相應位產(chǎn)生一個控制信號，作為零電壓觸發(fā)電路的控制輸入，同時加到入端串聯(lián)的三個MOC308X上，連接至A相可控硅模塊上的MOC308X通過R8、R9和R12(及可控硅模塊陰極門極內(nèi)阻)檢測開關(guān)兩端電壓，且在該電壓V過零(＋15V＜V＜-15V)時產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，控制該可控硅模塊導通。連接到B相和C相可控硅模塊上的MOC308X分別通過R7、R10、R13和R6、R11、R14對相應的開關(guān)電壓檢測，且在各自過零時觸發(fā)導通。至此一組補償電容投入到電力系統(tǒng)。當需要切開一組補償電容時，只要單片機系統(tǒng)撤掉相應的控制輸出信號，相應的三個MOC308X零壓開關(guān)都不再產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，所控的三個可控硅模塊便在各自的端壓過零點斷開，使一組補償電容脫離電力系統(tǒng)。每個可控硅模塊上都并接著一個串聯(lián)RC電路(C1R15、C2R16和C6R17)，它們用來消除開關(guān)過程中的尖峰電壓，對可控硅模塊起保護作用。
4.設(shè)備機柜控制柜3為鋼板結(jié)構(gòu)，內(nèi)設(shè)兩個補償電容架，位于控制柜后部下方，一塊安裝有空氣開關(guān)和熔斷器的絕緣材料板15，位于控制柜前部下方。機柜的中部為可控硅模塊組件、散熱器14和零電壓觸發(fā)電路，上部為接線端子排?？刂乒袂懊娣譃樯舷聝刹糠郑戏絾伍_門上裝有內(nèi)含單片機系統(tǒng)和功率因數(shù)檢測電路的控制器16、電流表17和投切狀態(tài)指示燈18，下方雙開門的柜門19主要起防護作用。
權(quán)利要求
1.單片機控制全固態(tài)電力系統(tǒng)分時無功補償設(shè)備，是由控制柜、單片機、功率因數(shù)檢測電路，零電壓觸發(fā)電路，可控硅模塊組件組成，其特征在于功率因數(shù)檢測電路通過檢測線圈2及檢測線路3將所檢測出的各相電壓電流信號接入由電壓比較器4和光電耦合器5組成的功率因數(shù)檢測電路1，電壓比較器輸入端接有限幅二極管6，功率因數(shù)檢測電路輸出端接入單片機電路7，單片機電路還設(shè)置有程序存貯器8，并行接口9，顯示譯碼器/驅(qū)區(qū)動器電路10，單片機輸出接入零電壓觸發(fā)電路的光控零壓開關(guān)電路11，且輸入端為串聯(lián)連接，其輸出分別接入可控硅開關(guān)電路12，控制柜13內(nèi)設(shè)置有上述電路及散熱器14，絕緣材料板15，面部設(shè)置有控制器16、電流表17、指示燈18及柜門19。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)無功補償設(shè)備，功率因數(shù)檢測電路通過檢測線圈及檢測線路將所檢測出的各相電壓電流信號接入功率因數(shù)檢測電路，其輸出端接入單片機電路，單片機輸出接入零電壓觸發(fā)電路，其輸出端接入可控硅開關(guān)電路，上述電路安裝在控制柜內(nèi)，可適時對電力系統(tǒng)進行分時無功補償，具有投切速度快、消除諧波干擾，設(shè)備可靠性高等特點。
文檔編號H02J3/18GK1133502SQ95110168
公開日1996年10月16日 申請日期1995年4月13日 優(yōu)先權(quán)日1995年4月13日
發(fā)明者王英薈, 張振川, 佟榮芝 申請人:王英薈, 張振川, 佟榮芝