專利名稱：一種諧波診斷和動態抑制無功補償節能裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種無功補償節能裝置，更確切地說是涉及一種諧波診斷和動態抑制無功補償節能裝置。
由于上述原因，至使無功補償節能裝置在可靠性上研究進展不大。與國外情況相比美國輸配電網設備的功率因數接近1，俄羅斯大于0.92，而我國僅O.451。
在輸配電線路上分散安裝一部并聯補償電容裝置，在工業發達國家得到大量、廣泛的應用。由于采用無功補償裝置，在輸電網絡和終端加裝無功補償裝置后，可節能15～30％。
現有技術的無功補償裝置分兩種形式工廠型和桿上型。有代表性的公司有美國ABB公司、許昌繼電器廠、深圳華能公司、北京時代集團、鎮江科達公司等。這些公司生產的補償裝置，為了追求可靠性，在消除浪涌電流多數采用可控硅模塊或固態繼電器來投切電容，也都不具備諧波檢測和諧撥分析打印接口，因此在解決浪涌電流和諧波抑制上，都存在較多的問題。
本實用新型的解決方案是以單片微處理器為控制中心的無功補償節能裝置，該裝置采用電壓、電流真有效值采樣技術、運用快速富立葉變換(FFT)技術監控電壓電流諧波。該裝置包括一嵌入式單片微機系統，該系統包含CPU、內存單元、A/D轉換器、基本電路發生器、可編程放大器，還設置一三相電壓電流輸入電路和輸出執行單元。為了消除浪涌電流和電壓波形畸變，采用電子式零投切接觸器和FFT分析及諧波控制器并兼有諧波動態抑制功能的補償軟件。所述的三相電壓電流信號與CPU中并行口1及基本電壓發生器連接，所述的輸出執行單元為一組并行數字口，與并口2、并口3、并口4輸出端連接。
本實用新型的效果按照此方案構成的無功補償節能裝置，徹底消除了浪涌電流和電壓波形畸度并有諧波動態抑制功能。
在這里需要說明的是，在諧波診斷的基礎上，對諧波進行動態抑制。在大多數場合，諧波的干擾不是一個固定數值，它是要隨著外部環境變化而變化。例如，增加了變頻調速機組、增開一臺設備或許是第5次諧波放大、增開另一臺設備造成第7次諧波放大，象這樣的工作狀況變化會造成諧波放大數值的不確定性。還有，即使當設備不增加時，由于負荷的變化會對功率因數的調整變化也會造成諧波放大的數值變化。可能當功率因數為0.75時，是第9次諧波最大，而當功率因數提高為0.9時又是第13次諧波最大。以上的事實表明，對諧波較大的場合，需要有動態抑制諧波放大的設備。
在國內外，比較常用的做法是采用GTO等大功率電力電子元件，對于動態的諧波放大情況進行快速反相補缺，以使原來非正弦波形擬合為近似正弦波。這樣的做法有兩個缺陷第一，由于要從總負荷上來抑制諧波，必須采用與負荷電流相當的大的電力電子元件，由此造成系統整體設備龐大，造價很高；第二，對于運行高于電壓的情況，必須使用高電壓電力電子元件，更使設備造價過高。我們提出的諧波動態抑制方法，是建立在無功補償的基礎上，它的系統設備組合靈活，成本較底，特別適合于量大面廣的各種就地補償場合。
圖1為本實用新型諧波診斷和動態抑制無功補償節能裝置工作原理圖；圖2為本實用新型的裝置結構原理框圖；圖3為本實用新型的三相電壓電流輸入電路原理圖；圖4為本實用新型的輸出執行單元電路原理圖(其中一路)；圖5為本實用新型諧波抑制無功補償節能裝置軟件流程圖。
參照圖1，該圖所示的是本實用新型的裝置工作原理。從圖1和圖5所示，S1、S2……Sn為其控制執行的自動開關組，C1、C2……Cn為N組無功補償的電力電容器，每一臺電容器都配有直通、L1、L2的若干組不同量值的諧波電抗器，這里必須指出的是這一無功補償方案中，應用快速富立葉運算和軟件流程圖，它可測量電網中諧波總含量，和0～63次各次諧波含量。
該方案包括下述技術電壓、電流具有效值采樣技術，從根本上消除了因波形畸變造成的測量誤差。
無功功率的份量可以精確測定，當份量小于單組電容的補償無功電流時，發出鎖閉信號。
為了防止設備遭受諧波影響而損壞，采用富立葉變換程序分析出總諧波和各次諧波含量，完成動態抑制，保證電容器不致因諧波過高而損壞。
參照圖2，圖中的核心部分為一單片微機系統，采用C8051F02X，該系統包括中央處理單元CPU，內存單元32K FLASH，12位AD轉換器，基本電路發生器，可編程放大器；其特征在于還設置一三相電壓、電流輸入電路和輸出的執行單元；三相電壓、電流輸入信號與CPU中的并口1及基本電壓發生器連接；執行單元為一組并行數字口，與并口2、并口3、并口4的輸出端連接。
參照圖3，三相電壓電流輸入電路包括射隨器、多路器、采樣保持器、加法器、放大器；射隨器由R1～R9、RJ1～RJ3、UM4A～UM4C、UM5A～UM5C組成，UM6、UJ6構成多路器，由UK1、UK2構成采樣保持器、由U10B構成加法器，由U10A構成放大器；其中三相電流信號IA、IB、IC、電阻R1～R6接入射隨器UM4A～UM4C正向輸入端，射隨器UM4A～UM4C輸出端接多路器UM6X2～UM6X7輸出端，多路器UM6的輸出端接到射隨器的輸入端，射隨器UM4D的輸出端接到采樣保持器UK1輸入端3，UK1輸出端5接到多路器UJ6輸入端X4、X5；三相電壓信號UA、UB、UC通過射隨器UM5A～UM5C接入多路器UJ5X2～UJ5X7輸入端，多路器UJ5輸出端接到射隨器UM5D輸入端，射隨器UM5D輸出端接到采樣保持器UK2輸入3，采樣保持器UK2輸出5接多路器UJ6X6、UJ6X7，多路器UJ6輸出3接到加法器U10B輸入端5，加法器U10B的輸出端A7作為模擬量輸出M-OUT接到C8051F02模擬量輸出端A5。
參照圖4，該部分電路為輸出執行單元的電路(此處僅給出相同的一組)，該電路分四種狀態，將無功補償電容C7接入電網UA、N，這四種狀態分別由SO、S1、S2中某一項或S1、S2為高平時，分別對應于直通(無電感)接入C7；L1+C7；L2+C7；L1+L2+C7四種組合狀態。由此，應對不同的諧波出現狀態，來抑制諧波。該電路包括光電耦合器U1、電阻R14、R15、電容C1、雙向晶閘管U4組成電子開關，由電阻R16、電容C2和壓敏電阻RV1組成的晶閘管阻尼保護電路，其中所述的電子開關U4，觸發極接光電耦合器的一端，電子開關U4接入電力電容器C7端；其中另二組電子開關結構與上述的相同，不同的在于分別通過電感L1、L2接入電力電容器C7。
上述電路的工作原理是主控制單元C8051F02X通過并口1的A6、A7端，選通過多路器UM6、UM5中的某一相分別進入采樣保持器UK1、UK2鎖存。采樣鎖存信號P由主控制器C80501F020X并口1的2給出，之后，由并口1的給出I/V選通信號，使電壓信號U或電流信號I被選通進入加法器U10B，其輸出關入主控制器進行A/D轉換。
因此，放大器U10A是將一個2.5V的基準電壓與出入交流信號疊加，使之由原來的雙極性信號變為0～5V之間的單極性信號。其余電路是配合以上以時分方式，分別對三相電壓和三相電流進行AD轉換的。
參照圖5，這個諧波動態抑制補償軟件的分析程序是電壓、電流采樣→FFT運算→諧波總量＞50％→諧波幅值排序，找出最大諧波電流值Iha→Iha＞設定值？→按2n編碼原則啟動抑制諧波電流的Iha＞的抗器→投入電容→電壓、電流采樣，如果諧波總量＞50％→投入電容，如果Iha＞設定值？→投入電容。
權利要求1.一種諧波診斷和動態抑制無功補償節能裝置，包括一嵌入式單片微機系統，該系統包含CPU、內存單元、基本電壓發生器、A/D轉換器、可編程放大器，其特征在于還設置一三相電壓、電流輸入電路和一輸出執行單元，并配以諧波抑制補償軟件；所述的三相電壓、電流輸入電路的信號與CPU中的并行口1及基本電壓發生器連接；所述的輸出執行單元為一組并行數字口，與并口2、并口3、并口4的輸出端相接。
2.如權利要求1所述的諧波診斷和動態抑制無功補償節能裝置，其特征在于所述的三相電壓電流輸入電路包括射流器、多路器、采樣保持器、加法器和放大器；所述的射流器由電阻R1～R9、RJ1～RJ3、UM5A～NM5C、UM4A～UM4C組成，所述的多路器由UM6、UJ6構成，所述的采樣保持器包括UK1、UK2，所述的加法器為U10B，所述的放大器為U10A；其中三相電流信號IA、IB、IC，電阻R1～R6接入射隨器UM4A～UM4C正向輸入端，射隨器UM4A～UM4C輸出端接到多路器UM6X2～UM6X7輸入端，多路器UM6輸出端接到射隨器UM4D輸入，UM4D輸出端接到采樣保持器UK1輸入端3，采樣保持器UK1輸出5接到多路器UJ6輸入端X4、X5；三相電壓信號UA、UB、UC通過射隨器UM5A～UM5C送入多路器UJ5的X2～X7輸入端，多路器UJ5輸出端接到射隨器UM5D輸入，UM5D輸出端接到采樣保持器UK2輸入3，采樣保持器UK2輸入5接到多路器UJX6、UJX7，多路器UJ6輸出3接到加法器U10B輸入5端，加法器U10B輸出端A7作為模擬量輸出M-OUT接到C805 1F02模擬量輸入端A5。
3.如權利要求1所述的諧波診斷和動態抑制無功補償節能裝置其特征在于所述的輸出執行單元包括電子開關，晶閘管阻尼保護電路，其中一組電子開關由光電耦合器U1、電阻R14、R15、電容C1、雙向晶閘管U4組成，晶閘管阻尼保護電路由電阻R16、電容C2和壓敏電阻RV1組成；其中所述的電子開關U4，觸發極接光電耦合器U1的一端，電子開關U4接入電力電容器C7端，其中另兩組電子開關結構與上述相同，不同的在于分別通過電感L1、L2接入電力電容器C7。
專利摘要本實用新型涉及一種諧波診斷和動態抑制無功補償節能裝置，屬于電力節能技術領域。無功補償節能有兩大難點如何克服電容投切時產生的過電壓拉弧如何解決對諧波的控制。本實用新型成功地解決上述兩大問題，其方案是以單片微處理器為控制中心的無功補償節能裝置，增設了三相電壓、電流輸入電路和輸出執行電路。監視電網中三相電流、電壓并對電壓電流諧波進行快速富立葉分析，自動發出投切電容指令，極大降低無功線損。當無功功率小于單臺投切電容補償值時，會鎖閉電容防止反復投切。本裝置的關鍵技術真有效值檢測，消除巨大的浪涌電流且不產生諧波并能動態諧波抑制。
文檔編號H02J3/18GK2593441SQ0228004
公開日2003年12月17日 申請日期2002年11月29日 優先權日2002年11月29日
發明者林在榮 申請人:上海天峰科技發展有限公司