專利名稱：動態無功功率分相補償裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于電力系統電能質量控制技術領域，特別涉及一種動態無功功率分相補償裝置。
目前，低壓并聯電容器組大多采用三角形接法，無功補償均為靜態補償，以交流接觸器作電力電容器的投切執行元件，投入時沖擊電流大，切除時產生過電壓，自身觸頭易損，噪聲大甚至熔焊，而且投切時間長。在控制環節上基本不能做到分相、分級、快速及跟蹤補償的要求。
本實用新型提供的技術方案是一種動態無功功率分相補償裝置，由電壓變送器、電流變送器以及實時補償電路所構成，所述實時補償電路由數據采集卡、工業PC機、晶閘管觸發電路、晶閘管開關組、電容器組、交流接觸器所構成，其中，配電網系統母線上的電壓互感器和電流互感器的輸出信號分別經電壓變送器和電流變送器送入安裝在工業PC機上的數據采集卡，工業PC機與晶閘管觸發電路相連，晶閘管觸發電路與晶閘管開關組相連，電容器組經晶閘管開關組和交流接觸器接入配電網系統母線。
所述的晶閘管觸發電路在系統電壓正峰值發出觸發脈沖，晶閘管開關由晶閘管和二極管反并聯組成，電容器已經預充電，因此無需過零檢測電路，電容器投入或切除時沒有過渡過程。此外，電容器每相四組，容量按1∶2∶4∶8成二進制分配，分相投切。
本實用新型以晶閘管作為執行元件，用工業PC機進行控制，通過跟蹤檢測負荷的無功電流或無功功率，對多級電容器組進行分相投切，在電容器電壓與系統電壓相等的時刻投入電容器，完全消除了暫態過程，使補償效果快速、準確、安全、易于控制。此外，由于采用分相補償，根據各相所需補償的無功功率分別投入相應的電容器，避免了三相負荷不平衡時，某些相過補償或某些相欠補償的情況，可以對不平衡的無功功率進行完全補償。而且本實用新型的動態無功功率分相補償裝置成本低、可靠性高、相對需要維護工作量小。用于配電網無功補償時，能提高負荷的功率因數，使安裝地點的電能質量大大改善，具有良好的推廣應用前景。
本實用新型具有以下優點和積極效果(1)采用晶閘管與二極管反并聯組成電子開關，投入或切除電容器時不會產生涌流；(2)由于晶閘管開關動作快，可在一個周波之內投入或切除電容器，且能頻繁投切，實現動態無功補償；(3)跟蹤檢測負荷的無功電流或無功功率，對多級電容器組進行分相投切，能夠快速、準確地投入電容器組，而且可以實現三相無功功率的最優補償；(4)采用工業PC機進行控制，軟件界面友好，全自動運行，不需人工干預，維護工作量小。
圖4為本實用新型晶閘管光電觸發單元電路圖。
如
圖1所示，配電網系統母線1電壓與電流經電壓互感器2、電流互感器3轉換為標準的100V電壓和標準的1A(5A)電流，送入動態無功功率分相補償裝置4。動態無功功率分相補償裝置4對采樣數據進行處理，計算出所需補償的無功功率，并產生相應的補償策略，投入或切除各相電容器組，對負荷5進行動態無功補償。
如圖2所示，本實用新型的動態無功功率分相補償裝置工作原理如下將接入母線1上的電壓互感器2和電流互感器3輸出的電壓、電流信號分別經電壓變送器4.1、電流變送器4.2轉換成弱電壓uax、ubx、ucx，弱電流信號iax、ibx、icx。電壓信號uax、ubx、ucx和電流信號iax、ibx、icx傳送到數據采集卡4.3，由數據采集卡4.3測量并由工業PC機4.4計算出三相有功功率PA、PB和PC，各相相電壓的有效值UA、UB、UC和各相相電流有效值IA、IB、IC。根據無功功率的定義，由工業PC機4.4，計算得出三相無功功率分別為QA=SA2-PA2=(UAIA)2-PA2,QB=SB2-PB2=(UBIB)2-PB2,QC=SC2-PC2=(UCIC)2-PC2]]>作為各相電容器組的補償控制量。工業PC機4.4根據TSC的補償控制量計算得出各相需要投入的電容器的容量，作為晶閘管分接開關組4.6中相應的晶閘管分接開關分接開關Si(i＝1、2、…n)閉合或斷開的判據。當晶閘管斷開時，系統電源通過二極管給電容器充電，直至電容器上的電壓達到系統電壓的正峰值。利用同步電壓信號，將晶閘管的觸發時刻定在系統電壓的正峰值處，此時向晶閘管送出觸發脈沖，使晶閘管導通。由于此時電容器上的電壓等于系統電壓，因此沒有暫態過程，也不會出現沖擊電流，可以頻繁投切。工業PC機4.4控制晶閘管觸發電路4.5，可將低電位側的觸發脈沖經光纖傳送至10kV～35kV的高電位側，向晶閘管開關組4.6中相應的晶閘管發出觸發脈沖，使這些晶閘管導通，投入容量適合的電容器組4.7，使各相的功率因數在0.95以上；重復上述步驟，可以跟蹤負荷的變化，實現無功動態補償。交流接觸器4.8和刀閘開關4.9用于本裝置出現故障或例行檢修時，將裝置從系統中有效退出。
如圖3所示，晶閘管觸發電路由觸發脈沖發生器6，電壓—電流轉換單元7，電—光轉換器8，光纖9，光—電轉換器10，脈沖功放電路11，多路脈沖分配器12和脈沖功放電源13組成，可將低電位側的觸發脈沖經光纖傳送至10kV～35kV的高電位側。
以下是一臺10kV，容量為30MVar動態無功功率分相補償裝置。電壓變送器4.1為小電壓互感器，電流變送器4.2為霍爾式電流傳感器，數據采集卡4.3采用ADVANTECHPCL-818L高速A/D轉換卡。晶閘管觸發電路4.5向晶閘管開關組發出觸發脈沖。晶閘管觸發電路4.5的具體電路如圖4所示，光電隔離采用的是惠普公司的HFBR-0400系列，發送器采用HFBR-1414，接受器采用HFBR-2412。可在發送器和接受器之間傳送模擬信號和數字信號，傳送數據速率為5MBd，傳送距離為2000m.HFBR-1414正向工作電壓VF＜1.5V，最大正向工作電流IF為60mA，最大衰減為4dB/km最大時延為50ns。三極管Q1起開關管的作用，KCZ2產生脈沖使Q1導通，HFBR-1414上就有電流流過，電流大小為IF＝(VCC-VF)/R1＝(5V-1.5V/0.1KΩ＝35mA。HFBR-2412輸出端6腳為TTL電平輸出，但輸出和輸入是反向的，所以用三極管Q7作反向器。Q4為大功率三極管，二極管D1和脈沖變壓器的原邊反并聯，D1起續流的作用，迅速釋放變壓器線圈上的能量，使脈沖變壓器上流過的使大功率的高速脈沖。同時注意高壓側電源必須和低壓側電源隔離，才能真正起到高低壓隔離作用，高壓側電源從高壓端由電流互感器取能得到。晶閘管開關組4.6由12對反并聯的晶閘管和二極管及相應的保護電路構成(每相四對)，電容器每相四組，容量按1∶2∶4∶8成二進制分配，三相共30MVar。工業PC機4.4采用以工業級PIII處理器為核心的ADVANTECH系列工控機，抗干擾能力強，計算速度快。
權利要求1.一種動態無功功率分相補償裝置，包括電壓變送器、電流變送器以及實時補償電路，其特征在于實時補償電路由數據采集卡、工業PC機、晶閘管觸發電路、晶閘管開關組、電容器組、交流接觸器所構成，其中，母線上的電壓互感器和電流互感器的輸出信號分別經電壓變送器和電流變送器送入安裝在工業PC機上的數據采集卡，工業PC機與晶閘管觸發電路相連，晶閘管觸發電路與晶閘管開關組相連，電容器組經晶閘管開關組和交流接觸器接入系統母線。
2.根據權利1要求所述動態無功功率分相補償裝置，其特征在于采用反并聯的晶閘管和二極管作為電容器的開關。
3.根據權利1或2要求所述的動態無功功率分相補償裝置，其特征在于電容器每相四組，容量按1∶2∶4∶8成二進制分配，分相投切。
專利摘要本實用新型公開了一種動態無功功率分相補償裝置。該裝置以反并聯的晶閘管和二極管作為補償電容器的開關，用工業PC機進行控制，通過跟蹤檢測負荷的無功電流或無功功率，對多級電容器組進行分相投切。在電容器電壓與系統電壓相等的時刻投入電容器，完全消除了暫態過程，使補償效果快速、準確、安全、易于控制。此外，還可以對不平衡的無功功率進行完全補償，避免了某些相欠補償的同時，某些相過補償，這是以往的補償裝置難以勝任的，而且該裝置成本低、可靠性高、相對需要維護工作量小。本實用新型無論從理論還是實驗結果都證明了原理的正確性、結構可行性和控制策略的有效性。這種新型動態無功功率分相補償裝置用于配電網無功補償時，能提高負荷的功率因數，使安裝地點的電能質量大大改善，具有良好的推廣應用前景。
文檔編號H02J3/18GK2585466SQ0227955
公開日2003年11月5日 申請日期2002年10月16日 優先權日2002年10月16日
發明者陳允平, 劉會金, 彭輝 申請人:武漢大學