專利名稱：一種低壓動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種低壓動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置，具體涉及一種采用DSP控制的全數(shù) 字化低壓動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置。
背景技術(shù)：
在電力系統(tǒng)中，無功功率是影響電壓穩(wěn)定的一個(gè)重要因素，它關(guān)系到整個(gè)電力系 統(tǒng)能否安全穩(wěn)定地運(yùn)行，無功補(bǔ)償是保證電力系統(tǒng)高效可靠運(yùn)行的有效措施之一。目前，電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償主要采用以下幾種方式同步調(diào)相機(jī)，同步調(diào)相機(jī)屬于早 期無功補(bǔ)償裝置的典型代表，它不僅能補(bǔ)償固定的無功功率，對(duì)變化的無功功率也能進(jìn)行 動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。并補(bǔ)裝置，并聯(lián)電容器是無功補(bǔ)償領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛的無功補(bǔ)償裝置，但電容補(bǔ) 償只能補(bǔ)償固定的無功，盡管采用電容分組投切相比固定電容器補(bǔ)償方式能更有效適應(yīng)負(fù) 載無功的動(dòng)態(tài)變化，但是電容器補(bǔ)償方式仍然屬于一種有級(jí)的無功調(diào)節(jié)，不能實(shí)現(xiàn)無功的 平滑無級(jí)的調(diào)節(jié)。并聯(lián)電抗器，目前所用電抗器的容量多是固定的，除吸收系統(tǒng)容性負(fù)荷外，用以抑 制過電壓。以上幾種方式在電力系統(tǒng)中已經(jīng)有多年的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，并取得了一定效果。但是， 在實(shí)際的無功補(bǔ)償工作中也存在一些問題電壓調(diào)節(jié)方式的補(bǔ)償設(shè)備帶來的問題。有些無 功補(bǔ)償設(shè)備是依據(jù)電壓來確定無功投切量的，這有助于保證用戶的電能質(zhì)量，但對(duì)電力系 統(tǒng)而言卻并不可取。因?yàn)殡m然線路電壓的波動(dòng)主要由無功量變化引起的，但線路的電壓水 平是由系統(tǒng)情況決定的。當(dāng)線路電壓基準(zhǔn)偏高或偏低時(shí)，無功的投切量可能與實(shí)際需求相 去甚遠(yuǎn)，出現(xiàn)無功過補(bǔ)或欠補(bǔ)。且現(xiàn)有技術(shù)由于對(duì)電網(wǎng)的無功檢測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)，無法對(duì)無功變 化進(jìn)行快速跟蹤，加上電容電壓的影響，使得電容的投切無法對(duì)無功功率進(jìn)行快速的補(bǔ)償， 而且在投切瞬間容易產(chǎn)生較大的電流沖擊。這樣就限制了無功補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用，特別是電焊機(jī)、 電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、精密電子儀器設(shè)備等應(yīng)用領(lǐng)域。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型提供一種低壓動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置，目的是要解決現(xiàn)有技術(shù)不能實(shí)現(xiàn)無 功的平滑無級(jí)調(diào)節(jié)和出現(xiàn)無功過補(bǔ)或欠缺的問題。為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是—種低壓動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置，包括主電路，用于對(duì)電網(wǎng)投入電容；電壓傳感器，將電網(wǎng)和主電路中電容器的電壓轉(zhuǎn)化為信號(hào)電壓；電流傳感器，用于將負(fù)載、主電路中電容器和電網(wǎng)的電流轉(zhuǎn)化為信號(hào)電流；信號(hào)采集電路，用于處理電壓傳感器的信號(hào)電壓和電流傳感器的信號(hào)電流，并輸 出電壓信號(hào)和電流信號(hào)；數(shù)字控制電路，接收信號(hào)采集電路輸出的電壓信號(hào)、電流信號(hào)和主電路中電容器 的電壓信號(hào)，輸出投切驅(qū)動(dòng)信號(hào)；[0013]驅(qū)動(dòng)電路，根據(jù)數(shù)字控制電路輸出的投切驅(qū)動(dòng)信號(hào)來控制主電路中電容器的投入 或斷開的切換。上述技術(shù)方案中的有關(guān)內(nèi)容解釋如下1、上述方案中，所述主電路包括至少一個(gè)電路單元，該電路單元由第一支路、第二 支路和第三支路按三角形接法連接構(gòu)成，其中每個(gè)支路均由電感、兩個(gè)反向并聯(lián)的可控硅 組和電容器依次串聯(lián)組成，第一支路與第二支路的接點(diǎn)、第二支路與第三支路的接點(diǎn)和第 三支路與第一支路的接點(diǎn)均作為該電路單元的接入端口。2、上述方案中，還包括輔助電源為所述裝置提供電源。3、上述方案中，還包括輔助電源為所述裝置提供電源，還包括串聯(lián)的交流電源變 壓器，變壓器位于所述電壓傳感器和電流傳感器的輸入端。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是該低壓動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置，先通過采樣和A/D轉(zhuǎn)換將電網(wǎng) 的模擬電壓和電流信號(hào)采集到數(shù)字控制電路中，然后計(jì)算出負(fù)載的有功和無功功率，然后 根據(jù)無功補(bǔ)償控制策略通過驅(qū)動(dòng)電路來控制電容器組的快速投切。實(shí)現(xiàn)無電流沖擊的電容 投切而不必對(duì)電容放電，并能使無功檢測(cè)和投切在一個(gè)工頻周期之內(nèi)完成，因此可以實(shí)現(xiàn) 快速頻繁投切，從而適應(yīng)負(fù)載變化較快的電焊機(jī)、電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、精密電子儀器設(shè)備等應(yīng)用領(lǐng) 域。具有響應(yīng)速度快，投切無沖擊，成本低，運(yùn)行時(shí)不產(chǎn)生諧波，自身能耗小，僅相當(dāng)于整個(gè) 系統(tǒng)補(bǔ)償容量左右，節(jié)電效果十分明顯等優(yōu)點(diǎn)。

附圖1為本實(shí)用新型低壓動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置結(jié)構(gòu)圖；附圖2為主電路中電路單元結(jié)構(gòu)圖； 附圖3為電壓與電流檢測(cè)圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述實(shí)施例一種低壓動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置，包括主電路109，用于對(duì)電網(wǎng)投入電容，主電路109包括至少一個(gè)電路單元，該電路單 元由第一支路、第二支路和第三支路按三角形接法連接構(gòu)成，其中每個(gè)支路均由電感201、 兩個(gè)反向并聯(lián)的可控硅組202和電容器203依次串聯(lián)組成，第一支路與第二支路的接點(diǎn)、第 二支路與第三支路的接點(diǎn)和第三支路與第一支路的接點(diǎn)均作為該電路單元的接入端口；電壓傳感器103，將電網(wǎng)和主電路109中電容器203的電壓轉(zhuǎn)化為信號(hào)電壓；電流傳感器104，用于將負(fù)載、主電路109中電容器203和電網(wǎng)的電流轉(zhuǎn)化為信號(hào) 電流；信號(hào)采集電路105，用于處理電壓傳感器103的信號(hào)電壓和電流傳感器104的信號(hào) 電流，并輸出電壓信號(hào)和電流信號(hào)；數(shù)字控制電路106，接收信號(hào)采集電路105輸出的電壓信號(hào)、電流信號(hào)和主電路 109中電容器203的電壓信號(hào)，輸出投切驅(qū)動(dòng)信號(hào)；驅(qū)動(dòng)電路108，根據(jù)數(shù)字控制電路106輸出的投切驅(qū)動(dòng)信號(hào)來控制主電路中電容 器的投入或斷開的切換。[0030]輔助電源107為所述裝置提供電源。串聯(lián)的交流電源101和變壓器102，該變壓器102位于所述電壓傳感器103和電流 傳感器104的輸入端。本實(shí)施例上述內(nèi)容具體解釋如下，圖1中的主電路109由多個(gè)單元組成，每個(gè)單元 的結(jié)構(gòu)如圖2所示，圖2為三角形對(duì)稱結(jié)構(gòu)每個(gè)支路由電感201，反向并聯(lián)的可控硅202，電 容器203組成。控制系統(tǒng)根據(jù)電網(wǎng)無功補(bǔ)償?shù)男枰ㄟ^反向并聯(lián)的可控硅202來投切不同 的電容器203，從而達(dá)到無功補(bǔ)償?shù)哪康摹D1中的信號(hào)傳遞由箭頭表示，電網(wǎng)的電壓和電流信號(hào)111，由信號(hào)采集電路105 傳遞給數(shù)字控制電路106 ；主電路中的電容器203上的電壓信號(hào)112由主電路傳感器經(jīng)過 轉(zhuǎn)換發(fā)送給數(shù)字控制電路106 ；數(shù)字控制電路106給出大的投切驅(qū)動(dòng)信號(hào)113發(fā)送給驅(qū)動(dòng) 電路108。首先電網(wǎng)的電壓和電流信號(hào)111經(jīng)過采集和轉(zhuǎn)換傳遞給數(shù)字控制電路106。在數(shù) 字控制電路106中的DSP106即數(shù)字控制電路106將所采集的三相電壓和電流信號(hào)由三相 ABC坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到兩相a-e坐標(biāo)系，并合成電網(wǎng)電壓矢量斤和電流矢量？,見圖3。電網(wǎng)電 壓矢量&角頻率《3進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。通過瞬時(shí)無功理論可以計(jì)算出當(dāng)前時(shí)刻的有功功率和無功功 率，以及功率因數(shù)角9。得到無功功率后DSP106即數(shù)字控制電路106根據(jù)控制策略決定是否 投切電容，以及需要投切的電容容量。這個(gè)計(jì)算過程是在一個(gè)控制周期內(nèi)完成的，由于DSP 的計(jì)算速度較高，通常的控制周期可以設(shè)定在200 ys以下，因此可以認(rèn)為無功功率的計(jì)算 時(shí)在瞬時(shí)完成的?？焖贉?zhǔn)確地檢測(cè)系統(tǒng)的無功參數(shù)，是進(jìn)行快速進(jìn)行動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償?shù)那疤?條件，因此本實(shí)用新型的控制算法可以實(shí)現(xiàn)1個(gè)工頻周期內(nèi)的快速無功補(bǔ)償。動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置的控制原則是當(dāng)判斷出要投入一組電容器時(shí)，檢測(cè)選擇合適的 投入時(shí)刻，使得投入時(shí)不會(huì)產(chǎn)生沖擊電流。假設(shè)需要投入某組電容，這時(shí)就要通過電容器電 壓信號(hào)112得到該時(shí)刻電容電壓。假設(shè)該時(shí)刻電容上電壓矢量為仏，而電網(wǎng)電壓矢量為& , 見圖3。為了投入A相電容器就需要等電網(wǎng)上的A相電壓與A相電容上電壓相等時(shí)才能投 入A相電容。當(dāng)前時(shí)刻的A相電網(wǎng)電壓UA大于A相電容電壓UAC，見圖3。因此需要等電網(wǎng) 電壓矢量轉(zhuǎn)過0角時(shí)到達(dá)f位置這時(shí)電網(wǎng)電壓矢量與電容電壓矢量在三相ABC坐標(biāo)系下A 軸上的投影相等，這時(shí)DSP發(fā)出投入驅(qū)動(dòng)信號(hào)觸發(fā)A相支路雙向可控硅將A相電容投入這 時(shí)沖擊電流就會(huì)很小。同樣的方法可以依次將B、C兩相電容也投入。電容器的切除策略是只在電流過零時(shí)刻切除，防止產(chǎn)生過電壓。如前所述，當(dāng) DSP106計(jì)算出投入的電容容量過大，或者需要補(bǔ)償?shù)臒o功降低時(shí)，需要切除相應(yīng)的電容器。 DSP發(fā)出切除信號(hào)，通過驅(qū)動(dòng)電路108將雙向可控硅的驅(qū)動(dòng)信號(hào)禁止，當(dāng)雙向可控硅電流過 零點(diǎn)時(shí)自動(dòng)關(guān)斷。上述實(shí)施例只為說明本實(shí)用新型的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù) 的人士能夠了解本實(shí)用新型的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。 凡根據(jù)本實(shí)用新型精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之 內(nèi)。
權(quán)利要求一種低壓動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置，其特征在于包括主電路(109)，用于對(duì)電網(wǎng)投入電容；電壓傳感器(103)，將電網(wǎng)和主電路(109)中電容器(203)的電壓轉(zhuǎn)化為信號(hào)電壓；電流傳感器(104)，用于將負(fù)載、主電路(109)中電容器(203)和電網(wǎng)的電流轉(zhuǎn)化為信號(hào)電流；信號(hào)采集電路(105)，用于處理電壓傳感器(103)的信號(hào)電壓和電流傳感器(104)的信號(hào)電流，并輸出電壓信號(hào)和電流信號(hào)；數(shù)字控制電路(106)，接收信號(hào)采集電路(105)輸出的電壓信號(hào)、電流信號(hào)和主電路(109)中電容器(203)的電壓信號(hào)，輸出投切驅(qū)動(dòng)信號(hào)；驅(qū)動(dòng)電路(108)，根據(jù)數(shù)字控制電路(106)輸出的投切驅(qū)動(dòng)信號(hào)來控制主電路中電容器的投入或斷開的切換。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述主電路(109)包括至少一個(gè)電路單 元，該電路單元由第一支路、第二支路和第三支路按三角形接法連接構(gòu)成，其中每個(gè)支路均 由電感(201)、兩個(gè)反向并聯(lián)的可控硅組(202)和電容器(203)依次串聯(lián)組成，第一支路與 第二支路的接點(diǎn)、第二支路與第三支路的接點(diǎn)和第三支路與第一支路的接點(diǎn)均作為該電路 單元的接入端口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于還包括輔助電源(107)為所述裝置提供 電源。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于還包括串聯(lián)的交流電源(101)和變壓器 (102)，該變壓器(102)位于所述電壓傳感器(103)和電流傳感器(104)的輸入端。
專利摘要一種低壓動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置，包括電壓傳感器，將電力系統(tǒng)和主電路中電容器的電壓轉(zhuǎn)化為信號(hào)電壓；電流傳感器，用于將負(fù)載、主電路中電容器和電網(wǎng)的電流轉(zhuǎn)化為信號(hào)電流；信號(hào)采集電路，用于處理信號(hào)電壓和信號(hào)電流；主電路，用于對(duì)電網(wǎng)投入電容器；數(shù)字控制電路，接收信號(hào)采集電路輸出的電壓信號(hào)、電流信號(hào)和主電路中電容器的電壓信號(hào)，輸出投切驅(qū)動(dòng)信號(hào)；驅(qū)動(dòng)電路，根據(jù)數(shù)字控制電路輸出的投切驅(qū)動(dòng)信號(hào)來控制主電路與電網(wǎng)之間投入或斷開的切換；本實(shí)用新型能實(shí)現(xiàn)無功的平滑無級(jí)調(diào)節(jié)和克服無功過補(bǔ)或欠缺的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02J3/18GK201584790SQ200920350430
公開日2010年9月15日 申請(qǐng)日期2009年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月28日
發(fā)明者吳祥興, 湯玉明 申請(qǐng)人:蘇州工業(yè)園區(qū)和順電氣股份有限公司