專利名稱：基于磁控電抗器的電壓無功綜合控制裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及的是一種電力系統(tǒng)技術(shù)領域的裝置，具體是一種基于磁控電抗器的電壓無功綜合控制裝置。
背景技術(shù)：
目前電力系統(tǒng)變電所中無功補償一般為斷路器投切電容器組。隨著電力系統(tǒng)電纜線路逐漸增加，當負荷較輕時，這些容性無功顯得過剩，傳統(tǒng)SVC很難對這些容性無功進行補償，導致系統(tǒng)電壓偏高、無功不平衡，影響系統(tǒng)穩(wěn)定和電氣設備安全，不利于電力系統(tǒng)穩(wěn)定高效運行。晶閘管相控(TCR)采用晶閘管控制電抗器方式補償無功，控制過程執(zhí)行速度快，并可將無功補償?shù)姆秶鷶U大到超前和滯后兩個可連續(xù)調(diào)節(jié)的范圍，具有雙向無功調(diào)節(jié)能力。TCR方式電力電子器件直接工作在高電壓(10kV或者35kV)下，對其控制需要采用晶閘管串聯(lián)同步觸發(fā)和過壓保護(BOD)技術(shù)，同步觸發(fā)和均壓難度較大，控制維護復雜，系統(tǒng)可靠性還待進一步提高，產(chǎn)品的造價也高，因此還未在電力系統(tǒng)得到推廣使用。磁控電抗器是運用鐵心可控飽和原理實現(xiàn)容量連續(xù)可調(diào)的電抗器。與TCR對比，磁控電抗器具有如下優(yōu)勢可靠性高，不存在突然死亡期；可控硅控制電壓低、控制容量小，所以可控硅冗余度大，可靠性高；使用壽命長，20年；使用維護簡單；諧波電流??；抑制過電壓能力強；占地面積小；節(jié)能效果好。磁控電抗器最先由俄羅斯研制出來，并成功運用到10kV～500kV電網(wǎng)的動態(tài)無功補償中。目前所有資料表明，俄羅斯研制的都為油浸式磁控電抗器，未見干式磁控電抗器應用于動態(tài)無功補償?shù)膱蟮馈?br> 經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，專利申請?zhí)枮?5223137.9、申請日為1995年9月24日的中國專利公開了一種磁閥式可控電抗器原理及應用，其主要結(jié)構(gòu)為單相帶旁軛。電力系統(tǒng)一般為三相系統(tǒng)，使用上述專利的磁控電抗器時需要三只同樣的電抗器，整個體積大、占地面積多并且損耗也增大，不利于城市室內(nèi)變電所、地下變電所和地鐵牽引變安裝使用。上述專利也未涉及與有載分接開關和電容器組綜合控制問題。實際上，由于無功對電壓影響，電壓也會影響無功和功率因數(shù)，要取得真正的電壓穩(wěn)定和無功平衡，必須實現(xiàn)磁控電抗器、電容器組和有載分接開關綜合控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種基于磁控電抗器的電壓無功綜合控制裝置，使其通過采用磁控電抗器作為可控電抗器，結(jié)合電容器組自動投切和主變有載分接開關自動調(diào)節(jié)，在保證高可靠性的前提下，采用智能控制實現(xiàn)電力電壓穩(wěn)定和無功功率動態(tài)平衡。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明的基于磁控電抗器的電壓無功綜合控制裝置包括三相六柱環(huán)氧澆注干式磁控電抗器、主變有載分接開關控制模塊、電容器投切模塊、電抗器保護模塊、脈沖電光轉(zhuǎn)換電路、觸發(fā)控制模塊和智能控制模塊。連接關系為高壓電源經(jīng)過變壓器降壓后送到低壓母線，有載分接開關在變壓器內(nèi)部，實現(xiàn)變壓器輸出電壓可調(diào)。三相六柱環(huán)氧澆注干式磁控電抗器與電容器組并聯(lián)在變壓器低壓側(cè)母線上。主變有載分接開關控制模塊連接到主變有載分接開關，用來控制有載分接開關檔位的升檔或者降檔。觸發(fā)控制模塊接在三相六柱環(huán)氧澆注干式磁控電抗器，控制電抗器輸出容量的大小。脈沖電光轉(zhuǎn)換電路連接在觸發(fā)控制模塊和智能控制模塊之間，實現(xiàn)觸發(fā)脈沖電信號轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘?。電容器投切模塊連接到外部電容器組斷路器線圈，實現(xiàn)電容器自動投切和故障判斷。電抗器保護模塊連接到外部磁控電抗器斷路器線圈，監(jiān)測到三相六柱環(huán)氧澆注干式磁控電抗器異常時，自動切除三相六柱環(huán)氧澆注干式磁控電抗器。主變有載分接開關控制模塊、電容器投切模塊、電抗器保護模塊同時與智能控制模塊連接，智能控制模塊主要完成電壓電流采樣計算、控制參數(shù)設定和智能判斷后控制輸出功能。
所述的三相六柱環(huán)氧澆注干式磁控電抗器，包含六根鐵心柱TA1、TB2、TC1、TC2、TB1、TA2、六組線圈A1、B2、C1、C2、B1、A2。六只觸發(fā)控制模塊分別對應六只線圈和鐵心柱。線圈A1套在鐵心柱TA1上，A1線圈中間3根抽頭連接觸發(fā)控制模塊MA1。線圈B2套在鐵心柱TB2上，B2線圈中間3根抽頭連接觸發(fā)控制模塊MB2。線圈C1套在鐵心柱TC1上，C1線圈中間3根抽頭連接觸發(fā)控制模塊MC1。線圈C2套在鐵心柱TC2上，C2線圈中間5根抽頭連接觸發(fā)控制模塊MC2。線圈B1套在鐵心柱TB1上，B1線圈中間5根抽頭連接觸發(fā)控制模塊MB1。線圈A2套在鐵心柱TA2上，A2線圈中間5根抽頭連接觸發(fā)控制模塊MA2。線圈A1、A2并聯(lián)構(gòu)成電抗器A相，B1、B2并聯(lián)構(gòu)成電抗器B相，C1、C2并聯(lián)構(gòu)成電抗器C相。ABC三相一次主接線為三角形聯(lián)結(jié)，用以吸收三次諧波。六只控制模塊MA1、MB2、MC1、MC2、MB1、MA2分別控制六只鐵心磁閥飽和程度。鐵心柱沖缺形成小截面段，每柱小截面段數(shù)為7段。鐵心柱的每只線圈提供了交、直流磁通的通路，使結(jié)構(gòu)緊湊。每只線圈中間3根或者5根抽頭形成各自控制繞組，控制繞組與線圈構(gòu)成的自耦變壓器提供電源，經(jīng)過觸發(fā)控制模塊整流產(chǎn)生直流，無需外加直流電源，結(jié)構(gòu)簡單。
觸發(fā)控制模塊一共有六只即觸發(fā)控制模塊MA1、MB2、MC1、MC2、MB1、MA2。觸發(fā)控制模塊對地絕緣，使用環(huán)氧絕緣支柱支撐安裝固定。
觸發(fā)控制模塊MA1、MB2、MC1結(jié)構(gòu)相同，包括可控硅、散熱器、觸發(fā)驅(qū)動板、光纖、溫控開關、風扇。
觸發(fā)控制模塊MC2、MB1、MA2結(jié)構(gòu)相同，除了包括可控硅、散熱器、觸發(fā)驅(qū)動板、光纖、溫控開關、風扇，還包括二極管。
連接關系為可控硅、二極管、觸發(fā)驅(qū)動板安裝固定在散熱器表面，一方面為可控硅和二極管散熱，另外一方面節(jié)省空間，結(jié)構(gòu)緊湊。可控硅連接線圈上下兩抽頭，二極管連接同相兩只線圈的中間抽頭。觸發(fā)驅(qū)動板所需的電源從三相六柱環(huán)氧澆注干式磁控電抗器線圈抽頭，并通過可控硅的一根抽頭組成觸發(fā)驅(qū)動板的交流電源輸入。交流電源進入觸發(fā)驅(qū)動板變壓器，經(jīng)整流后給電路板供電。觸發(fā)驅(qū)動板輸出連接可控硅觸發(fā)門極。光纖連接觸發(fā)驅(qū)動板和模塊外部的脈沖電光轉(zhuǎn)換，將脈沖經(jīng)過光纖傳送到觸發(fā)驅(qū)動板。溫控開關串聯(lián)在風扇回路中，直接緊貼散熱器安裝。風扇電源與觸發(fā)驅(qū)動板電源并聯(lián)，都由三相六柱環(huán)氧澆注干式磁控電抗器線圈供電。
在三相六柱環(huán)氧澆注干式磁控電抗器整個容量調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，鐵心中間只有小截面段磁路飽和，其余段均處于未飽和線性狀態(tài)，鐵心損耗小?？煽毓栌|發(fā)角大，則直流電流小，飽和度低，電抗器提供容量小，可控硅觸發(fā)角0度時，鐵心小截面處全飽和，電抗器容量達到額定值。在可控硅截止期間，二極管起續(xù)流作用，防止可控硅端電壓突變導致誤導通。本發(fā)明三相六柱環(huán)氧澆注干式磁控電抗器一次繞組采用三角形接線方式。線電流中具有較小的諧波電流，總諧波含量不大于3％，運行時僅需要少量濾波器或者不需要濾波器。線圈采用薄絕緣帶填料環(huán)氧樹脂真空澆注技術(shù)，膨脹系數(shù)與銅接近。環(huán)氧樹脂可以滲透到層間、匝間。環(huán)氧樹脂混合料里加有石英砂，使環(huán)氧樹脂和固化劑的含量相對減少，散熱性好。
觸發(fā)控制模塊MA1、MB2、MC1、MC2、MB1、MA2采用光纖隔離觸發(fā)、電抗器本體供電工作方式?？煽毓柚苯咏釉诖趴仉娍蛊骶€圈中間抽頭，與系統(tǒng)有電氣連接。本發(fā)明磁控電抗器控制模塊采用光纖隔離觸發(fā)方法解決隔離問題。觸發(fā)可控硅的觸發(fā)驅(qū)動板電源采用電抗器線圈直接供電方式，解決了高壓部分電源供電問題?？煽毓栌|發(fā)脈沖由智能控制模塊發(fā)出，經(jīng)過脈沖電光轉(zhuǎn)換、光纖傳輸后送到觸發(fā)控制模塊的觸發(fā)驅(qū)動板，觸發(fā)驅(qū)動板進一步放大觸發(fā)信號觸發(fā)可控硅。與現(xiàn)有的脈沖變壓器觸發(fā)可控硅方式相比，采用繞組供電、光纖隔離觸發(fā)方式具有體積小、可靠性高、觸發(fā)分散性小等優(yōu)點。該方式既解決了高電位可控硅觸發(fā)隔離問題，又增強了抗干擾性，進一步提高了觸發(fā)性能。
所述的電容器投切模塊，包括電容器當前狀態(tài)檢測電路、電容器投切控制電路。連接關系電容器當前狀態(tài)檢測電路連接外部開關量變化，讀入后返回給智能控制模塊作進一步處理。電容器投切控制電路接受智能控制模塊的分合閘指令，驅(qū)動外面斷路器分合閘線圈。
電容器與電抗器并聯(lián)在系統(tǒng)低壓母線上。電容器投切模塊聯(lián)連接智能控制模塊，接收智能控制模塊的分合閘指令后，向電容器斷路器(接觸器)的分合閘線圈發(fā)出操作，并檢測電容器輔助節(jié)點返回狀態(tài)正確與否。投切操作結(jié)束后，電容器投切模塊向智能控制模塊提供操作結(jié)果。
所述的主變有載分接開關控制模塊，包括主變有載分接開關位置檢測電路和升檔降低控制電路。連接關系主變有載分接開關位置檢測電路連接外部有載分接開關控制器的BCD碼端子，讀入檔位信息后返回給智能控制模塊處理。升檔降低控制電路接受智能控制模塊的升降檔指令，驅(qū)動外部有載分接開關控制器進行升降檔操作。
主變有載分接開關控制模塊與智能控制模塊聯(lián)結(jié)，接收升檔、降檔操作指令，向主變有載分接開關控制器發(fā)出相應操作，并檢測主變有載分接開關控制器操作返回結(jié)果。升降檔操作結(jié)束后，主變有載分接開關控制模塊向智能控制模塊提供操作結(jié)果。
所述的電抗器保護模塊，包括單片機、存儲器、模擬量處理模塊和跳閘輸出模塊，連接關系為單片機為該模塊控制核心。存儲器接連單片機，用以存儲設定參數(shù)。磁控電抗器電流互感器二次側(cè)電流進入模擬量處理模塊后，送給單片機內(nèi)部AD進行采樣計算。計算結(jié)果與設定值比較，如果大于設定值，則通過跳閘輸出模塊跳閘輸出。
所述的智能控制模塊，包括CPU模塊、模擬量采集模塊、開關量輸入輸出模塊、觸發(fā)脈沖輸出模塊、通信模塊、人機接口和打印模塊。連接關系外部電壓互感器和電流互感器二次信號進入模擬量采集模塊，經(jīng)過模擬量采集模塊內(nèi)部DSP采樣計算后將結(jié)果送給CPU模塊。外部斷路器的狀態(tài)接到智能控制模塊的開關量輸入輸出模塊，結(jié)果送給CPU模塊監(jiān)視相關量變化。磁控電抗器觸發(fā)角直接由CPU模塊送給觸發(fā)脈沖輸出模塊，由觸發(fā)脈沖輸出模塊生成同步脈沖輸出。人機接口模塊主要包括單鍵飛梭按鍵和液晶顯示屏，操作人員通過按鍵整定運行參數(shù)后存入CPU模塊內(nèi)。需要打印結(jié)果時，CPU模塊發(fā)出打印指令給打印模塊。通信模塊也與CPU模塊直接相連，用于對外信息交換和數(shù)據(jù)上傳。
本發(fā)明工作時，智能控制模塊實時檢測母線電壓電流，計算有功、無功和功率因數(shù)。將計算結(jié)果與整定參數(shù)進行比較，如果功率因數(shù)偏低則增大補償無功輸出，智能控制模塊增大輸出觸發(fā)角。觸發(fā)角脈沖經(jīng)過電光轉(zhuǎn)換后由光纖傳送給觸發(fā)控制模塊的觸發(fā)驅(qū)動板，觸發(fā)驅(qū)動板將光信號還原為電脈沖信號并放大處理，送到可控硅門極，觸發(fā)可控硅。觸發(fā)角增大，則可控硅導通角減小，引起電抗器線圈內(nèi)直流電流減小，鐵心飽和度降低，電抗器電流減小，最終電抗器輸出容量減小。智能控制模塊繼續(xù)監(jiān)視功率因數(shù)變化，如果還是偏低，則繼續(xù)增大觸發(fā)角輸出。如果觸發(fā)角已經(jīng)到最大角度(可控硅導通角已經(jīng)最小)，則投入電容器。同樣，如果功率因數(shù)偏高，則減小觸發(fā)角，最大可控硅導通角使得電抗器輸出容量增加。如果電抗器容量已經(jīng)最大功率因數(shù)還是偏高，則切除電容器。如果電壓偏高，功率因數(shù)合格，控制模塊發(fā)出調(diào)節(jié)有載分接開關檔位指令，有載分接開關控制模塊完成升降檔工作。智能控制模塊繼續(xù)檢測電壓，直至電壓合格為止。
如果功率因數(shù)和電壓都不合格，本發(fā)明在綜合比較現(xiàn)有基于電容器組和主變有載分接開關控制方法的基礎上，提出專門針對磁控電抗器的“七區(qū)圖”控制策略。將設定和功率因數(shù)和電壓合格范圍分為七區(qū)，其中0區(qū)為不動作區(qū)，1～7區(qū)為動作區(qū)。采用七區(qū)圖控制方法，簡化了控制過程，降低了電容器和有載分接開關動作次數(shù)，避免了電容器組和有載分接開關振蕩投切和控制，提高了控制穩(wěn)定性和系統(tǒng)可靠性。
本發(fā)明中智能控制模塊，在軟件中將磁控電抗器、外部電容器投切控制和主變有載分接開關調(diào)節(jié)三者放在同一界面，使用單鍵飛梭操作，針對不同時間段可以獨立設定這三者的運行方式、設定功率因數(shù)和電壓的合格范圍。每天最多可以分成48時段獨立設定。采用這種分時段的時間表方式，解決了磁控電抗器、電容器控制和主變有載分接開關控制獨立設定和運行相結(jié)合的難題，可以按照負荷峰谷要求獨立設定不同時間段的功率因數(shù)和電壓合格范圍，給用戶極大的設置靈活性。
本發(fā)明采用三相六柱環(huán)氧澆注干式磁控電抗器作為可控電抗器，運用到動態(tài)無功補償中，具有如下優(yōu)點(1)實現(xiàn)無功功率無極快速調(diào)節(jié)，解決傳統(tǒng)投切電容器方式只能補償不能吸收過剩無功問題。(2)可控硅控制電壓低、控制容量小，不需要串聯(lián)使用和不需要串聯(lián)同步觸發(fā)，可控硅冗余度大，可靠性高；(3)線圈采用干式環(huán)氧澆注絕緣方式，運行更環(huán)保衛(wèi)生、無污染。(4)類似變壓器的運行方式，使用維護簡單；(5)采用TCR方式可控電抗器諧波電流較大，需要增加濾波設備。磁控電抗器諧波電流小，基本無需額外濾波設備，降低整體成本；(6)瞬時過電壓時將引起鐵心過度飽和，輸出容量急劇增大，有效降低電壓，抑制過電壓能力強；(7)三相一體結(jié)構(gòu)，運行安裝占地面積更小。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)2為本發(fā)明三相六柱環(huán)氧澆注干式磁控電抗器結(jié)構(gòu)框3為本發(fā)明三相六柱環(huán)氧澆注干式磁控電抗器控制接線示意4為本發(fā)明磁控電抗器控制過程原理5為本發(fā)明電容器投切模塊原理圖其中5(A)電容器當前狀態(tài)檢測電路，(B)電容器投切控制電路圖6為本發(fā)明主變有載分接開關控制模塊原理圖其中6(A)主變有載分接開關位置檢測電路，(B)升檔降低控制電路圖7為本發(fā)明電抗器保護模塊原理8為本發(fā)明智能控制模塊結(jié)構(gòu)原理9為本發(fā)明測量控制過程10為本發(fā)明七區(qū)圖控制原理11為本發(fā)明運行方式的時間表示意圖
具體實施例方式
如圖1所示，本發(fā)明包括三相六柱環(huán)氧澆注干式磁控電抗器(MCR)1、主變有載分接開關控制模塊2、電容器投切模塊3、電抗器保護模塊4、脈沖電光轉(zhuǎn)換電路5、觸發(fā)控制模塊6和智能控制模塊7。連接關系為三相六柱環(huán)氧澆注干式磁控電抗器MCR 1(以下簡稱磁控電抗器1)與電容器組并聯(lián)在變壓器低壓側(cè)母線上，主變有載分接開關控制模塊2連接到主變有載分接開關，用來控制有載分接開關檔位的升檔或者降檔。觸發(fā)控制模塊6接在三相六柱環(huán)氧澆注干式磁控電抗器MCR 1，控制電抗器輸出容量的大小。脈沖電光轉(zhuǎn)換電路5連接在觸發(fā)控制模塊6和智能控制模塊7之間，實現(xiàn)觸發(fā)脈沖電信號轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘?。電容器投切模塊3連接到外部電容器組斷路器線圈，實現(xiàn)電容器自動投切和故障判斷。電抗器保護模塊4連接到外部磁控電抗器斷路器線圈，監(jiān)測到三相六柱環(huán)氧澆注干式磁控電抗器MCR 1異常時，自動切除磁控電抗器1。主變有載分接開關控制模塊2、電容器投切模塊3、電抗器保護模塊4同時與智能控制模塊7連接，智能控制模塊7主要完成電壓電流采樣計算、控制參數(shù)設定和智能判斷后控制輸出功能。觸發(fā)控制模塊6對地絕緣，使用環(huán)氧絕緣支柱支撐安裝固定。
圖1中，三相六柱環(huán)氧澆注干式磁控電抗器MCR 1與電容器組C1、C2并聯(lián)在系統(tǒng)母線上，三相六柱環(huán)氧澆注干式磁控電抗器MCR 1用來吸收系統(tǒng)多余的無功功率，而電容器組發(fā)出無功功率。當系統(tǒng)需要無功時，增加電容器組投入或者減小電抗器無功輸出；當系統(tǒng)無功過剩時，切除電容器組或者增加三相六柱環(huán)氧澆注干式磁控電抗器MCR 1容量輸出。當系統(tǒng)電壓不合格時，自動調(diào)節(jié)有載分接開關Z改變主變電壓輸出。
如圖2、3所示，所述的三相六柱環(huán)氧澆注干式磁控電抗器MCR 1，包含六根鐵心柱TA1、TB2、TC1、TC2、TB1、TA2、六組線圈A1、B2、C1、C2、B1、A2。六只觸發(fā)控制模塊分別對應六只線圈和鐵心柱，控制六只鐵心磁閥飽和程度。線圈A1套在鐵心柱TA1上，A1線圈中間3根抽頭連接觸發(fā)控制模塊MA1。線圈B2套在鐵心柱TB2上，B2線圈中間3根抽頭連接觸發(fā)控制模塊MB2。線圈C1套在鐵心柱TC1上，C1線圈中間3根抽頭連接觸發(fā)控制模塊MC1。線圈C2套在鐵心柱TC2上，C2線圈中間5根抽頭連接觸發(fā)控制模塊MC2。線圈B1套在鐵心柱TB1上，B1線圈中間5根抽頭連接觸發(fā)控制模塊MB1。線圈A2套在鐵心柱TA2上，A2線圈中間5根抽頭連接觸發(fā)控制模塊MA2。磁控電抗器本體控制接線如圖3所示，線圈A1、A2并聯(lián)構(gòu)成電抗器A相，B1、B2并聯(lián)構(gòu)成電抗器B相，C1、C2并聯(lián)構(gòu)成電抗器C相。ABC三相一次主接線為三角形聯(lián)結(jié)。鐵心柱沖缺形成小截面段，每柱小截面段數(shù)為7段。鐵心柱的每只線圈提供了交、直流磁通的通路。每只線圈中間3根或者5根抽頭形成各自控制繞組，控制繞組與線圈構(gòu)成的自耦變壓器提供電源，經(jīng)過觸發(fā)控制模塊6整流產(chǎn)生直流。
如圖4所示，觸發(fā)控制模塊6總共有六只即觸發(fā)控制模塊MA1、MB2、MC1、MC2、MB1、MA2，每只觸發(fā)控制模塊6對地絕緣，使用環(huán)氧絕緣支柱支撐安裝固定。
觸發(fā)控制模塊MA1、MB2、MC1結(jié)構(gòu)相同，包括可控硅8、散熱器9、觸發(fā)驅(qū)動板11、光纖12、溫控開關13、風扇14，可控硅8和觸發(fā)驅(qū)動板11固定在散熱器9表面，可控硅8連接其所控制的線圈上下兩抽頭，觸發(fā)驅(qū)動板11的電源從該組線圈一根抽頭和可控硅8的一根抽頭輸入，光纖12連接觸發(fā)驅(qū)動板11和模塊外部的脈沖電光轉(zhuǎn)換電路5。智能控制模塊7發(fā)出觸發(fā)脈沖，經(jīng)過脈沖電光轉(zhuǎn)換電路5變成光信號、經(jīng)光纖12傳輸?shù)接|發(fā)控制模塊6的觸發(fā)驅(qū)動板11，觸發(fā)驅(qū)動板11光電轉(zhuǎn)換、放大觸發(fā)信號后觸發(fā)可控硅8，溫控開關13直接緊貼散熱器9，其節(jié)點串聯(lián)在風扇14控制回路中，散熱器9溫度高時，溫控開關自動啟動風扇進行散熱。風扇14電源與觸發(fā)驅(qū)動板11電源并聯(lián)，都由三相六柱環(huán)氧澆注干式磁控電抗器1對應線圈供電。
觸發(fā)控制模塊MC2、MB1、MA2結(jié)構(gòu)相同，除了包括可控硅8、散熱器9、觸發(fā)驅(qū)動板11、光纖12、溫控開關13、風扇14，還包括二極管10，、二極管10固定在散熱器9表面，二極管10跨接同相兩只線圈的中間抽頭。
所述的電容器投切模塊3，包括電容器當前狀態(tài)檢測電路14、電容器投切控制電路15。連接關系電容器當前狀態(tài)檢測電路14連接外部開關量變化，讀入后返回給智能控制模塊7作進一步處理。電容器投切控制電路15接受智能控制模塊7的分合閘指令，驅(qū)動外面斷路器分合閘線圈。
電容器投切模塊3連接智能控制模塊7，接收智能控制模塊7的分合閘指令后，向電容器斷路器(接觸器)的分合閘線圈發(fā)出操作，并檢測電容器輔助節(jié)點返回狀態(tài)正確與否，投切操作結(jié)束后，電容器投切模塊3向智能控制模塊7提供操作結(jié)果。
如圖5A所示，電容器當前狀態(tài)檢測電路14連接圖，外部電容器斷路器位置輔助觸點接入POS1和POS2處，經(jīng)光耦TLP521-4隔離，送給總線驅(qū)動74LS244芯片輸出給總線。
如圖5B所示，電容器投切控制電路15連接圖，分合閘命令由數(shù)據(jù)線DB0～DB7送入，經(jīng)過74LS273鎖存、GAL20V8B防誤編碼后，經(jīng)TLP521-4光耦隔離送給驅(qū)動芯片2803驅(qū)動分合閘繼電器JD1和JD2，從而控制外部斷路器分合閘動作。
所述的主變有載分接開關控制模塊2，包括主變有載分接開關位置檢測電路16和升檔降低控制電路17。
如圖6A所示，主變有載分接開關位置檢測電路16連接圖，外部有載分接開關控制器的BCD碼輸入接入BCD1、BCD2、BCD3、BCD4和BCD5處，讀入檔位信息后返回給智能控制模塊7處理。
如圖6A所示，升檔降低控制電路17連接圖，接收智能控制模塊7的升降檔指令后，經(jīng)過74LS273鎖存、GAL16V8B防誤編碼后，經(jīng)TLP521-4光耦隔離送給驅(qū)動芯片2803驅(qū)動繼電器JD1、JD3和JD4，驅(qū)動外部有載分接開關控制器進行升檔、降檔或者急停操作。升降檔操作結(jié)束后，主變有載分接開關控制模塊2向智能控制模塊7提供操作結(jié)果。
如圖7所示，所述的電抗器保護模塊4包括單片機18、存儲器19、模擬量處理模塊20和跳閘輸出模塊21，連接關系為存儲器19接連單片機18，用以存儲設定參數(shù)。磁控電抗器電流互感器二次側(cè)電流進入模擬量處理模塊20后，送給單片機18內(nèi)部AD進行采樣計算。計算結(jié)果與設定值比較，如果大于設定值，則通過跳閘輸出模塊21跳閘輸出。其中，單片機18采用飛利浦87C591單片機。
如圖8所示，所述的智能控制模塊7包括CPU模塊22、模擬量采集模塊23、開關量輸入輸出模塊24、觸發(fā)脈沖輸出模塊25、通信模塊26、人機接口模塊27和打印模塊28。連接關系外部電壓互感器和電流互感器二次信號進入模擬量采集模塊23，經(jīng)過模擬量采集模塊23的內(nèi)部DSP采樣計算后將結(jié)果送給CPU模塊22。外部斷路器的狀態(tài)接到開關量輸入輸出模塊24，結(jié)果送給CPU模塊22監(jiān)視相關量變化。磁控電抗器1觸發(fā)角直接由CPU模塊22送給觸發(fā)脈沖輸出模塊25，由觸發(fā)脈沖輸出模塊25生成同步脈沖輸出。人機接口模塊27整定運行參數(shù)后存入CPU模塊22內(nèi)。需要打印結(jié)果時，CPU模塊22發(fā)出打印指令給打印模塊28。通信模塊26也與CPU模塊22直接相連，用于對外信息交換和數(shù)據(jù)上傳。
智能控制模塊7中，CPU模塊22采用工業(yè)PC104模塊為核心，負責核心計算和控制，內(nèi)存為4M的RAM，運行數(shù)據(jù)和記錄存儲在2M的電子盤DOC中。
模擬量采集模塊23實現(xiàn)模擬量處理、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(AD)MAX125采樣和專用信號處理器(DSP)TMS320C5402測量計算。外面電壓電流信號經(jīng)過模擬量處理后統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為2mA電流，經(jīng)過I/V轉(zhuǎn)換變成電壓信號，再經(jīng)MAX125模數(shù)轉(zhuǎn)換后變成數(shù)字信號送給DSP，DSP計算出實際電壓電流值的實部和虛部送給CPU模塊進一步計算幅值和相位，并進行有功無功計算。
開關量輸入輸出模塊24實現(xiàn)TLP521光耦隔離輸入和光耦隔離、解碼輸出。外部開關量信號經(jīng)過光耦隔離后讀入CPU模塊的總線。開關量輸出時，CPU模塊發(fā)來的輸出信號經(jīng)過74LS273鎖存、GAL20V8防誤操作解碼、TLP521光耦隔離和ULN2803驅(qū)動繼電器輸出。
觸發(fā)脈沖輸出模塊25實現(xiàn)三相同步電壓方波生成、鎖相環(huán)PLL、邏輯CPLD處理和脈沖隔離輸出。外部輸入ABC三相電壓經(jīng)過比較器生成同步方波信號，送入CPLD邏輯。鎖相環(huán)PLL同步電壓頻率，生成50×16384Hz的脈沖，作為CPLD的時鐘信號。CPLD根據(jù)CPU模塊發(fā)來的觸發(fā)角、同步方波和脈沖時鐘，綜合比較后產(chǎn)生三相同步觸發(fā)脈沖。同步觸發(fā)脈沖經(jīng)過光耦隔離后輸出給脈沖電光轉(zhuǎn)換電路5。
人機接口27主要由單鍵飛梭按鈕和LCD液晶屏組成。LCD液晶屏采用240×128點陣圖形顯示屏。
通信模塊26包括RS232-RS485接口轉(zhuǎn)換和通信協(xié)議，通信內(nèi)容包括系統(tǒng)電壓電流、有功無功、電容器狀態(tài)、磁控電抗器運行狀態(tài)、容量等信息。打印模塊28為熱敏打印機SP-RMDN32PH，完成數(shù)據(jù)打印功能。
如圖9所示本發(fā)明量控制過程，系統(tǒng)電壓電流經(jīng)過電壓互感器和電流互感器轉(zhuǎn)換成二次信號，經(jīng)過智能控制模塊7中模擬量采集模塊23處理轉(zhuǎn)換并計算后將結(jié)果送入CPU板22。CPU板22根據(jù)設定的合格功率因數(shù)范圍和電壓合格范圍，結(jié)合電容器、有載分接開關、磁控電抗器1當前的工作狀態(tài)，運用智能控制策略得出控制結(jié)果。該控制結(jié)果可能是調(diào)節(jié)有載分接開關檔位，也可能是調(diào)節(jié)磁控電抗器觸發(fā)角來改變輸出容量，也可能是對電容器組進行投入或者切除。當前動作結(jié)束后，系統(tǒng)電壓、電流會發(fā)生變化，裝置繼續(xù)按照上述流程繼續(xù)調(diào)節(jié)，最終實現(xiàn)系統(tǒng)功率因數(shù)和電壓滿足設定合格范圍。
對磁控電抗器1控制過程為CPU模塊22根據(jù)計算結(jié)果發(fā)出特定的觸發(fā)角，觸發(fā)脈沖輸出模塊25接收到觸發(fā)角后轉(zhuǎn)換為三相同步觸發(fā)脈沖信號。同步觸發(fā)脈沖經(jīng)過電光轉(zhuǎn)換電路5后變?yōu)楣庑盘栍晒饫w12傳送給高電位的可控硅觸發(fā)控制模塊10。電光轉(zhuǎn)換電路5中電光轉(zhuǎn)換器采用安捷倫HFBR-1523?？煽毓栌|發(fā)控制模塊10先將該光信號還原為電脈沖信號，經(jīng)過驅(qū)動放大后送到可控硅8門極?？煽毓?導通角大小控制電抗器繞組中直流大小，從而改變鐵心柱飽和程度，最終實現(xiàn)磁控電抗器容量平滑調(diào)節(jié)。當可控硅8不導通時，由二極管9給電抗器繞組續(xù)流。
如圖10所示，為本發(fā)明磁控電抗器、電容器和有載分接開關綜合智能控制策略圖。根據(jù)當前運行狀態(tài)和所處不同分區(qū)，采取相應控制策略。具體如下0區(qū)不控制1區(qū)增大觸發(fā)角，減小感性無功，增大容性無功；若觸發(fā)角到最大角度，則投電容；2區(qū)增大觸發(fā)角，減小感性無功，增大容性無功；若觸發(fā)角到最大角度，則投電容；如無電容可投入，則升壓；3區(qū)升壓，若檔位已到極值，增大觸發(fā)角減小感性無功，若觸發(fā)角到最大角度，強投電容；4區(qū)減小觸發(fā)角，增大感性無功補償；若觸發(fā)角到最小角度，切除電容；5區(qū)減小觸發(fā)角，增大感性無功補償；若觸發(fā)角到最小角度，切除電容器；若無電容器可切，則升檔位降壓；6區(qū)降壓，如果檔位已到極值位置，減小觸發(fā)角，增大感性無功；若觸發(fā)角到最小角度，切電容。
本發(fā)明采用時間表方式設定磁控電抗器、電容器、主變有載分接開關控制運行方式、功率因數(shù)合格范圍和電壓合格范圍，如下表所示。時段按照半小時為單位，每天最多有48個時段。時間表中第一行選擇運行方式號(1、2、3、4)；第二行設定時間段，設定好后程序自動分段；第三、四行設定有載分接開關和電抗器運行方式。電抗器可以設置為“自動”、“定容量”、“禁止”，有載分接開關可以設置為“自動”、“禁止”。第七、八行設定功率因數(shù)合格范圍和電壓合格范圍。設定好運行方式后，裝置按照七區(qū)圖控制策略自動運行。
權(quán)利要求
1.一種基于磁控電抗器的電壓無功綜合控制裝置，包括三相六柱環(huán)氧澆注干式磁控電抗器(1)、主變有載分接開關控制模塊(2)、電容器投切模塊(3)、電抗器保護模塊(4)、脈沖電光轉(zhuǎn)換電路(5)、觸發(fā)控制模塊(6)和智能控制模塊(7)，其特征在于，三相六柱環(huán)氧澆注干式磁控電抗器(1)與電容器組并聯(lián)在變壓器低壓側(cè)母線上，主變有載分接開關控制模塊(2)連接到主變有載分接開關，用來控制有載分接開關檔位的升檔或者降檔，觸發(fā)控制模塊(6)接在三相六柱環(huán)氧澆注干式磁控電抗器(1)，控制電抗器輸出容量的大小，脈沖電光轉(zhuǎn)換電路(5)連接在觸發(fā)控制模塊(6)和智能控制模塊(7)之間，實現(xiàn)觸發(fā)脈沖電信號轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘?，電容器投切模塊(3)連接到外部電容器組斷路器線圈，實現(xiàn)電容器自動投切和故障判斷，電抗器保護模塊(4)連接到外部磁控電抗器斷路器線圈，監(jiān)測到三相六柱環(huán)氧澆注干式磁控電抗器(1)異常時，自動切除磁控電抗器(1)，主變有載分接開關控制模塊(2)、電容器投切模塊(3)、電抗器保護模塊(4)同時與智能控制模塊(7)連接，智能控制模塊(7)完成電壓電流采樣計算、控制參數(shù)設定和智能判斷后控制輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于磁控電抗器的電壓無功綜合控制裝置，其特征是，觸發(fā)控制模塊(6)總共有六只即觸發(fā)控制模塊MA1、MB2、MC1、MC2、MB1、MA2，每只觸發(fā)控制模塊(6)對地絕緣，使用環(huán)氧絕緣支柱支撐安裝固定。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于磁控電抗器的電壓無功綜合控制裝置，其特征是，觸發(fā)控制模塊MA1、MB2、MC1結(jié)構(gòu)相同，包括可控硅(8)、散熱器(9)、觸發(fā)驅(qū)動板(11)、光纖(12)、溫控開關(13)、風扇(14)，可控硅(8)和觸發(fā)驅(qū)動板(11)固定在散熱器(9)表面，可控硅(8)連接其所控制的線圈上下兩抽頭，觸發(fā)驅(qū)動板(11)的電源從該組線圈一根抽頭和可控硅(8)的一根抽頭輸入，光纖(12)連接觸發(fā)驅(qū)動板(11)和模塊外部的脈沖電光轉(zhuǎn)換電路(5)，智能控制模塊(7)發(fā)出觸發(fā)脈沖，經(jīng)過脈沖電光轉(zhuǎn)換電路(5)變成光信號、經(jīng)光纖(12)傳輸?shù)接|發(fā)控制模塊(6)的觸發(fā)驅(qū)動板(11)，觸發(fā)驅(qū)動板(11)光電轉(zhuǎn)換、放大觸發(fā)信號后觸發(fā)可控硅(8)，溫控開關(13)直接緊貼散熱器(9)，其節(jié)點串聯(lián)在風扇(14)控制回路中，風扇(14)電源與觸發(fā)驅(qū)動板(11)電源并聯(lián)，都由三相六柱環(huán)氧澆注干式磁控電抗器(1)對應線圈供電。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于磁控電抗器的電壓無功綜合控制裝置，其特征是，觸發(fā)控制模塊MC2、MB1、MA2結(jié)構(gòu)相同，除了包括可控硅(8)、散熱器(9)、觸發(fā)驅(qū)動板(11)、光纖(12)、溫控開關(13)、風扇(14)，還包括二極管(10)，二極管(10)固定在散熱器(9)表面，并跨接同相兩只線圈的中間抽頭。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于磁控電抗器的電壓無功綜合控制裝置，其特征是，所述的三相六柱環(huán)氧澆注干式磁控電抗器1，包含六根鐵心柱TA1、TB2、TC1、TC2、TB1、TA2、六組線圈A1、B2、C1、C2、B1、A2，六只觸發(fā)控制模塊MA1、MB2、MC1、MC2、MB1、MA2分別對應六根鐵心柱TA1、TB2、TC1、TC2、TB1、TA2、六組線圈A1、B2、C1、C2、B1、A2，控制六只鐵心磁閥飽和程度，線圈A1、A2并聯(lián)構(gòu)成電抗器A相，B1、B2并聯(lián)構(gòu)成電抗器B相，C1、C2并聯(lián)構(gòu)成電抗器C相，ABC三相一次主接線為三角形聯(lián)結(jié)，鐵心柱TA1、TB2、TC1、TC2、TB1、TA2沖缺形成小截面段，每柱小截面段數(shù)為7段，鐵心柱的每只線圈提供了交、直流磁通的通路，每只線圈中間3根或者5根抽頭形成各自控制繞組，控制繞組與線圈構(gòu)成的自耦變壓器提供電源，經(jīng)過觸發(fā)控制模塊(6)整流產(chǎn)生直流。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于磁控電抗器的電壓無功綜合控制裝置，其特征是，線圈A1套在鐵心柱TA1上，A1線圈中間3根抽頭連接觸發(fā)控制模塊MA1，線圈B2套在鐵心柱TB2上，B2線圈中間3根抽頭連接觸發(fā)控制模塊MB2，線圈C1套在鐵心柱TC1上，C1線圈中間3根抽頭連接觸發(fā)控制模塊MC1，線圈C2套在鐵心柱TC2上，C2線圈中間5根抽頭連接觸發(fā)控制模塊MC2，線圈B1套在鐵心柱TB1上，B1線圈中間5根抽頭連接觸發(fā)控制模塊MB1，線圈A2套在鐵心柱TA2上，A2線圈中間5根抽頭連接觸發(fā)控制模塊MA2。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于磁控電抗器的電壓無功綜合控制裝置，其特征是，所述的電容器投切模塊(3)，包括電容器當前狀態(tài)檢測電路(14)、電容器投切控制電路(15)，電容器當前狀態(tài)檢測電路(14)連接外部開關量變化，讀入后返回給智能控制模塊(7)作進一步處理，電容器投切控制電路(15)接受智能控制模塊(7)的分合閘指令，驅(qū)動外面斷路器分合閘線圈。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于磁控電抗器的電壓無功綜合控制裝置，其特征是，所述的主變有載分接開關控制模塊(2)，包括主變有載分接開關位置檢測電路(16)和升檔降低控制電路(17)，主變有載分接開關位置檢測電路(16)連接外部有載分接開關控制器的BCD碼端子，讀入檔位信息后返回給智能控制模塊(7)處理，升檔降低控制電路(17)接受智能控制模塊(7)的升降檔指令，驅(qū)動外部有載分接開關控制器進行升降檔操作。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于磁控電抗器的電壓無功綜合控制裝置，其特征是，所述的電抗器保護模塊(4)包括單片機(18)、存儲器(19)、模擬量處理模塊(20)和跳閘輸出模塊(21)，存儲器(19)接連單片機(18)，用以存儲設定參數(shù)，磁控電抗器電流互感器二次側(cè)電流進入模擬量處理模塊(20)后，送給單片機(18)內(nèi)部AD進行采樣計算，計算結(jié)果與設定值比較，如果大于設定值，則通過跳閘輸出模塊(21)跳閘輸出。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于磁控電抗器的電壓無功綜合控制裝置，其特征是，所述的智能控制模塊(7)包括CPU模塊(22)、模擬量采集模塊(23)、開關量輸入輸出模塊(24)、觸發(fā)脈沖輸出模塊(25)、通信模塊(26)、人機接口模塊(27)和打印模塊(28)，外部電壓互感器和電流互感器二次信號進入模擬量采集模塊(23)，經(jīng)過模擬量采集模塊(23)的內(nèi)部DSP采樣計算后將結(jié)果送給CPU模塊(22)，外部斷路器的狀態(tài)接到開關量輸入輸出模塊(24)，結(jié)果送給CPU模塊(22)監(jiān)視相關量變化，磁控電抗器(1)觸發(fā)角直接由CPU模塊(22)送給觸發(fā)脈沖輸出模塊(25)，由觸發(fā)脈沖輸出模塊(25)生成同步脈沖輸出，人機接口模塊(27)整定運行參數(shù)后存入CPU模塊(22)內(nèi)，需要打印結(jié)果時，CPU模塊(22)發(fā)出打印指令給打印模塊(28)，通信模塊(26)也與CPU模塊(22)直接相連，用于對外信息交換和數(shù)據(jù)上傳。
全文摘要
一種電力系統(tǒng)領域的基于磁控電抗器的電壓無功綜合控制裝置，其中，觸發(fā)控制模塊接在三相六柱環(huán)氧澆注干式磁控電抗器，脈沖電光轉(zhuǎn)換電路連接在觸發(fā)控制模塊和智能控制模塊之間，電容器投切模塊連接到外部電容器組斷路器線圈，電抗器保護模塊連接到外部磁控電抗器斷路器線圈，監(jiān)測到三相六柱環(huán)氧澆注干式磁控電抗器異常時，自動切除磁控電抗器，主變有載分接開關控制模塊、電容器投切模塊、電抗器保護模塊同時與智能控制模塊連接。本發(fā)明通過采用磁控電抗器作為可控電抗器，結(jié)合電容器組自動投切和主變有載分接開關自動調(diào)節(jié)，在保證高可靠性的前提下，采用智能控制實現(xiàn)電力電壓穩(wěn)定和無功功率動態(tài)平衡。
文檔編號H02J3/18GK1790860SQ20051011042
公開日2006年6月21日 申請日期2005年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月17日
發(fā)明者黃祥偉, 侯建國, 何雪松, 丁丹 申請人:上海思源電氣股份有限公司