CN102820664B - 具有无功补偿特点的集成化供电电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有无功补偿特点的集成化供电电路。目前无法使无功功率得到恰当的补偿。本发明包括单片机、一个降压电路、一个电压采集电路、两个电流采集电路、两个耦合电路、两个复位电路。电压采集电路、电流采集电路和耦合电路与一端与降压电路连接，另一端与单片机连接。本发明提出一种新的电路模块，用于侦测开关电源的无功功率，并提供有效补偿。由于此种电路模块置于各种电器的开关电源模块中，因此是一种分散于电网中的就地补偿，可以更好的完成平衡无功，并实时消除无功。此种大量分散于电网中的微补偿，其灵活性、和补偿的实时性，可弥补传统无功补偿的不足。

Description

具有无功补偿特点的集成化供电电路

技术领域

本发明属于节能技术领域，涉及一种自动侦测和补偿电网系统中无功的电路模块。

背景技术

随着社会工业化、城镇化发展加速，导致能源日趋紧张，节能降耗成为我国的重要国家战略。据统计资料表明，预计到2020年，我国的用电需求和发电装机容量将为现有的2倍以上。且我国能源主要集中在北部和西部，而消费需求主要集中在经济较发达的中东部地区，分布和需求及其不均衡，这都加剧了电能供需间的矛盾。

如何解决局部区域的高效率供电，在持续推动经济发展的基础上，发展新型清洁能源，提高能源的有效利用率，成为迫切需要解决的问题。

而电力系统无功功率优化和无功功率补偿成为解决这一矛盾最好。是电力系统安全经济运行的一个重要组成部分，通过对电力系统无功电源的合理配置和对无功负荷的最佳补偿，可以维持电压水平和提高电力系统运行的稳定性，同时有益于降低有功网损和无功网损，提高供电效率。

传统的电网建设过程中，充分重视了输电、配电过程中的无功潮流分布和无功补偿设备合理配置，通过“分级分区补偿，就地平衡”的原则，在电源端和配电点进行合理的配置，实现了无功平衡，保证了电压质量，但不能有效解决用户端线路传输过程中的电压损失和能耗问题。

大量的用户直接从电网系统中吸收大量的无功负荷，从而造成线路传输过程中大量的电能损耗，甚至可能造成部分区域的系统无功潮流分布严重不平衡，进而影响系统的稳定运行。研究表明，用户端的负荷，如冰箱、空调、机床、电焊机等，多为感性负载，通过在用户内部设备所在的位置合理的配置就地补偿设备，能明显的改善电压质量、降低电能损耗。

由于价格成本因素，结构复杂，价格高昂的静止无功功率补偿装置无法直接用于数量庞大的用户端，目前并联电容器组补偿仍是用户端主要的无功补偿方式。但采用电容的投切方式进行补偿，产生的补偿电流是阶跃式的，无法使无功功率得到恰当的补偿，经常处于过补或欠补状态。电力负荷的随机性又导致无功负荷常常处于不平衡状态。

发明内容

本发明的目的就是提供一种具有无功补偿特点的集成化供电电路。

本发明包括单片机、一个降压电路、一个电压采集电路、两个电流采集电路、两个耦合电路、两个复位电路，其中单片机U为德州仪器公司的MSP430FE427芯片。

降压电路包括两抽头变压器、整流桥堆、一个耦合电感和一个滤波电容；两抽头变压器T的输入线圈的两端与交流电源连接，四个二极管D1、D2、D3、D4组成的整流桥堆Q的两个交流输入端分别与两抽头变压器T的第一输出线圈的两端连接，整流桥堆Q的一个直流输出端与第一滤波电容C1的一端连接并接地，第一滤波电容C1的另一端与第一耦合电感L1一个初级端连接；

电压采集电路包括两个分压电阻、两个限流电阻、两个滤波电容；第一分压电阻Rf1的一端与降压电路中的第一滤波电容C1的另一端连接，第一分压电阻Rf1的另一端和第二分压电阻Rf2的一端与第一限流电阻Rx1的一端连接，第一限流电阻Rx1的另一端与第二滤波电容C2的一端连接并接入单片机U的6脚，第三滤波电容C3的一端与第二限流电阻Rx2的一端连接并接入单片机U的7脚，第二滤波电容C2的另一端和第三滤波电容C3的另一端连接并接地；第二分压电阻Rf2的另一端和第二限流电阻Rx2的另一端与降压电路中的第一滤波电容C1的一端连接并接地；

两个电流采集电路的结构相同，均包括一个耦合电感、三个滤波电容、一个保护电阻、两个限流电阻；第四滤波电容C4的一端、保护电阻Rb的一端、第三限流电阻Rx3的一端与第二耦合电感L2的一个输出端连接，第四滤波电容C4的另一端、保护电阻Rb的另一端、第四限流电阻Rx4的一端与第二耦合电感L2的另一个输出端连接；第三限流电阻Rx3的另一端与第五滤波电容C5的一端连接，第四限流电阻Rx4的另一端与第六滤波电容C6的一端连接，第五滤波电容C5的另一端与第六滤波电容C6的另一端连接并接地；一个电流采集电路中的第五滤波电容C5的一端与单片机U的2脚连接，第六滤波电容C6的一端与单片机U的3脚连接，第二耦合电感L2的两个输入端分别与降压电路中两抽头变压器T的第二输出线圈的两端连接；另一个电流采集电路中的第五滤波电容C5的一端与单片机U的4脚连接，第六滤波电容C6的一端与单片机U的5脚连接，第二耦合电感L2的两个输入端分别与降压电路中第一耦合电感L1的两个次级端连接；

两个耦合电路的结构相同，均包括一个NPN型三极管、一个限流电阻、一个分压电阻、一个发光二极管和一个光耦，其中光耦为NEC2501；第五限流电阻Rx5的一端与NPN型三极管N的基极连接，NPN型三极管N的集电极与第三分压电阻Rf3的一端连接，NPN型三极管N的发射极接地，三分压电阻Rf3的另一端与发光二极管D的阴极连接，发光二极管D的阳极与光耦G的阴极连接，光耦G的阳极接+5V电源；一个耦合电路中的第五限流电阻Rx5的另一端与单片机U的50脚连接，光耦G的发射极与降压电路中的整流桥堆Q的另一个直流输出端连接，集电极与降压电路中的第一耦合电感L1另一个初级端连接；另一个耦合电路中的第五限流电阻Rx5的另一端与单片机U的51脚连接，光耦G的发射极和集电极分别与降压电路中的整流桥堆Q的两个直流输出端连接；

两个复位电路的结构相同，均包括一个复位开关、一个充放电电容和一个充放电电阻；复位开关K与充放电电容C并联后的一端与充放电电阻R的一端连接，充放电电阻R的另一端接+5V电源，复位开关K与充放电电容C并联后的另一端接地；一个复位电路中的充放电电阻R的一端接单片机U的52脚，另一个复位电路中的充放电电阻R的一端接单片机U的53脚；

晶振Z的一端和第一晶振电容Cz1的一端接单片机U的8脚，晶振Z的另一端和第二晶振电容Cz2的一端接单片机U的9脚，第一晶振电容Cz1的另一端和第二晶振电容Cz2的另一端连接并接地；第一高频滤波电容Cg1的一端、第一电解电容Cj1的正极、第四分流电阻Rf4的一端连接并接入单片机U的1脚，第一高频滤波电容Cg1的另一端与第一电解电容Cj1的负极连接并接地；第二高频滤波电容Cg2的一端、第二电解电容Cj2的正极、第五分流电阻Rf5的一端连接并接入单片机U的64脚，第二高频滤波电容Cg2的另一端与第二电解电容Cj2的负极连接并接地，第四分流电阻Rf4的另一端与第五分流电阻Rf5的另一端连接并接+5V电源。

本发明提出一种新的电路模块，用于侦测开关电源的无功功率，并提供有效补偿。由于此种电路模块置于各种电器的开关电源模块中，因此是一种分散于电网中的就地补偿，可以更好的完成平衡无功，并实时消除无功。此种大量分散于电网中的微补偿，其灵活性、和补偿的实时性，可弥补传统无功补偿的不足。

附图说明

图1为本发明电路中降压电路的电路图；

图2为本发明电路中电压采集电路的电路图；

图3为本发明电路中电流采集电路的电路图；

图4为本发明电路中耦合电路的电路图；

图5为本发明电路中复位电路的电路图；

图6为本发明电路中单片机外围电路的电路图。

具体实施方式

一种具有无功补偿特点的集成化供电电路，包括单片机、一个降压电路、一个电压采集电路、两个电流采集电路、两个耦合电路、两个复位电路，其中单片机U为德州仪器公司的MSP430FE427芯片。

如图1所示，降压电路包括两抽头变压器、整流桥堆、一个耦合电感和一个滤波电容；两抽头变压器T的输入线圈的两端与交流电源连接，四个二极管D1、D2、D3、D4组成的整流桥堆Q的两个交流输入端分别与两抽头变压器T的第一输出线圈的两端连接，整流桥堆Q的一个直流输出端与第一滤波电容C1的一端连接并接地，第一滤波电容C1的另一端与第一耦合电感L1一个初级端连接。

如图2所示，电压采集电路包括两个分压电阻、两个限流电阻、两个滤波电容；第一分压电阻Rf1的一端与降压电路中的第一滤波电容C1的另一端连接，第一分压电阻Rf1的另一端和第二分压电阻Rf2的一端与第一限流电阻Rx1的一端连接，第一限流电阻Rx1的另一端与第二滤波电容C2的一端连接并接入单片机U的6脚，第三滤波电容C3的一端与第二限流电阻Rx2的一端连接并接入单片机U的7脚，第二滤波电容C2的另一端和第三滤波电容C3的另一端连接并接地；第二分压电阻Rf2的另一端和第二限流电阻Rx2的另一端与降压电路中的第一滤波电容C1的一端连接并接地；

如图3所示，两个电流采集电路的结构相同，均包括一个耦合电感、三个滤波电容、一个保护电阻、两个限流电阻；第四滤波电容C4的一端、保护电阻Rb的一端、第三限流电阻Rx3的一端与第二耦合电感L2的一个输出端连接，第四滤波电容C4的另一端、保护电阻Rb的另一端、第四限流电阻Rx4的一端与第二耦合电感L2的另一个输出端连接；第三限流电阻Rx3的另一端与第五滤波电容C5的一端连接，第四限流电阻Rx4的另一端与第六滤波电容C6的一端连接，第五滤波电容C5的另一端与第六滤波电容C6的另一端连接并接地；一个电流采集电路中的第五滤波电容C5的一端与单片机U的2脚连接，第六滤波电容C6的一端与单片机U的3脚连接，第二耦合电感L2的两个输入端分别与降压电路中两抽头变压器T的第二输出线圈的两端连接；另一个电流采集电路中的第五滤波电容C5的一端与单片机U的4脚连接，第六滤波电容C6的一端与单片机U的5脚连接，第二耦合电感L2的两个输入端分别与降压电路中第一耦合电感L1的两个次级端连接。

如图4所示，两个耦合电路的结构相同，均包括一个NPN型三极管、一个限流电阻、一个分压电阻、一个发光二极管和一个光耦，其中光耦为NEC2501；第五限流电阻Rx5的一端与NPN型三极管N的基极连接，NPN型三极管N的集电极与第三分压电阻Rf3的一端连接，NPN型三极管N的发射极接地，三分压电阻Rf3的另一端与发光二极管D的阴极连接，发光二极管D的阳极与光耦G的阴极连接，光耦G的阳极接+5V电源；一个耦合电路中的第五限流电阻Rx5的另一端与单片机U的50脚连接，光耦G的发射极与降压电路中的整流桥堆Q的另一个直流输出端连接，集电极与降压电路中的第一耦合电感L1另一个初级端连接；另一个耦合电路中的第五限流电阻Rx5的另一端与单片机U的51脚连接，光耦G的发射极和集电极分别与降压电路中的整流桥堆Q的两个直流输出端连接。

如图5所示，两个复位电路的结构相同，均包括一个复位开关、一个充放电电容和一个充放电电阻；复位开关K与充放电电容C并联后的一端与充放电电阻R的一端连接，充放电电阻R的另一端接+5V电源，复位开关K与充放电电容C并联后的另一端接地；一个复位电路中的充放电电阻R的一端接单片机U的52脚，另一个复位电路中的充放电电阻R的一端接单片机U的53脚。

如图6所示，晶振Z的一端和第一晶振电容Cz1的一端接单片机U的8脚，晶振Z的另一端和第二晶振电容Cz2的一端接单片机U的9脚，第一晶振电容Cz1的另一端和第二晶振电容Cz2的另一端连接并接地；第一高频滤波电容Cg1的一端、第一电解电容Cj1的正极、第四分流电阻Rf4的一端连接并接入单片机U的1脚，第一高频滤波电容Cg1的另一端与第一电解电容Cj1的负极连接并接地；第二高频滤波电容Cg2的一端、第二电解电容Cj2的正极、第五分流电阻Rf5的一端连接并接入单片机U的64脚，第二高频滤波电容Cg2的另一端与第二电解电容Cj2的负极连接并接地，第四分流电阻Rf4的另一端与第五分流电阻Rf5的另一端连接并接+5V电源。

Claims (1)

1.具有无功补偿特点的集成化供电电路，包括单片机、一个降压电路、一个电压采集电路、两个电流采集电路、两个耦合电路、两个复位电路，其中单片机为德州仪器公司的MSP430FE427芯片，其特征在于：

所述的降压电路包括两抽头变压器、整流桥堆、一个耦合电感和一个滤波电容；两抽头变压器的输入线圈的两端与交流电源连接，四个二极管组成的整流桥堆的两个交流输入端分别与两抽头变压器的第一输出线圈的两端连接，整流桥堆的一个直流输出端与第一滤波电容的一端连接并接地，第一滤波电容的另一端与第一耦合电感一个初级端连接；

所述的电压采集电路包括两个分压电阻、两个限流电阻、两个滤波电容；第一分压电阻的一端与降压电路中的第一滤波电容的另一端连接，第一分压电阻的另一端和第二分压电阻的一端与第一限流电阻的一端连接，第一限流电阻的另一端与第二滤波电容的一端连接并接入单片机的6脚，第三滤波电容的一端与第二限流电阻的一端连接并接入单片机的7脚，第二滤波电容的另一端和第三滤波电容的另一端连接并接地；第二分压电阻的另一端和第二限流电阻的另一端与降压电路中的第一滤波电容的一端连接并接地；

所述的两个电流采集电路的结构相同，均包括一个耦合电感、三个滤波电容、一个保护电阻、两个限流电阻；第四滤波电容的一端、保护电阻的一端、第三限流电阻的一端与第二耦合电感的一个输出端连接，第四滤波电容的另一端、保护电阻的另一端、第四限流电阻的一端与第二耦合电感的另一个输出端连接；第三限流电阻的另一端与第五滤波电容的一端连接，第四限流电阻的另一端与第六滤波电容的一端连接，第五滤波电容的另一端与第六滤波电容的另一端连接并接地；一个电流采集电路中的第五滤波电容的一端与单片机的2脚连接，第六滤波电容的一端与单片机的3脚连接，第二耦合电感的两个输入端分别与降压电路中两抽头变压器T的第二输出线圈的两端连接；另一个电流采集电路中的第五滤波电容的一端与单片机的4脚连接，第六滤波电容的一端与单片机的5脚连接，第二耦合电感的两个输入端分别与降压电路中第一耦合电感的两个次级端连接；

所述的两个耦合电路的结构相同，均包括一个NPN型三极管、一个限流电阻、一个分压电阻、一个发光二极管和一个光耦，其中光耦为NEC2501；第五限流电阻的一端与NPN型三极管的基极连接，NPN型三极管的集电极与第三分压电阻的一端连接，NPN型三极管的发射极接地，第三分压电阻的另一端与发光二极管的阴极连接，发光二极管的阳极与光耦的阴极连接，光耦的阳极接+5V电源；一个耦合电路中的第五限流电阻的另一端与单片机的50脚连接，光耦的发射极与降压电路中的整流桥堆的另一个直流输出端连接，光耦的集电极与降压电路中的第一耦合电感的另一个初级端连接；另一个耦合电路中的第五限流电阻的另一端与单片机的51脚连接，光耦的发射极和集电极分别与降压电路中的整流桥堆的两个直流输出端连接；

所述的两个复位电路的结构相同，均包括一个复位开关、一个充放电电容和一个充放电电阻；复位开关与充放电电容并联后的一端与充放电电阻的一端连接，充放电电阻的另一端接+5V电源，复位开关与充放电电容并联后的另一端接地；一个复位电路中的充放电电阻的一端接单片机的52脚，另一个复位电路中的充放电电阻的一端接单片机的53脚；

晶振的一端和第一晶振电容的一端接单片机的8脚，晶振的另一端和第二晶振电容的一端接单片机的9脚，第一晶振电容的另一端和第二晶振电容的另一端连接并接地；第一高频滤波电容的一端、第一电解电容的正极、第四分流电阻的一端连接并接入单片机的1脚，第一高频滤波电容的另一端与第一电解电容的负极连接并接地；第二高频滤波电容的一端、第二电解电容的正极、第五分流电阻的一端连接并接入单片机的64脚，第二高频滤波电容的另一端与第二电解电容的负极连接并接地，第四分流电阻的另一端与第五分流电阻的另一端连接并接+5V电源。