CN108092271B

CN108092271B - 三相三线串联型动态电压补偿装置

Info

Publication number: CN108092271B
Application number: CN201711352016.9A
Authority: CN
Inventors: 申歌; 申一歌; 袁铸; 朱清智; 梁硕; 焦欣欣; 张娓娓; 张毅; 靳果; 李名莉; 李永飚
Original assignee: Henan Polytechnic Institute
Current assignee: Henan Polytechnic Institute
Priority date: 2017-12-15
Filing date: 2017-12-15
Publication date: 2018-09-28
Anticipated expiration: 2037-12-15
Also published as: CN108092271A

Abstract

本发明之目的在于提供三相三线串联型动态电压补偿装置，有效地解决了目前串联型动态电压补偿器电路庞大、工作不可靠，成本较高，不易推广的问题,包括电压幅度检测电路、差值电压与开关时间转换电路、电压幅度调理电路，由于以上技术方案的采用，本发明与现有技术相比具有如下优点：本方案结构简单，响应快，成本低，便于推广应用,避免了动态电压幅度欠调整或过调整的现象，保证了动态电压幅度调理工作的可靠性。

Description

三相三线串联型动态电压补偿装置

技术领域

本发明涉及电气自动化技术领域，特别是涉及三相三线串联型动态电压补偿装置。

背景技术

动态电压补偿器(或称动态电压恢复器，DVR)用于对发生跌落或过冲的电网电压进行快速补偿，使负荷端的电压保持稳定，不受电网电压异常的影响。

动态电压补偿器可以采用串联在线路中的补偿方式，也可以采用并联在线路上的补偿方式，在实现所需要的动态电压补偿前提下，动态电压补偿器应尽可能的降低成本，目前串联型动态电压补偿器通常将采集的动态电压传输至DXP或单片机等控制器进行分析、处理，输出驱动脉冲控制开关管组成的逆变器工作状态，调节串联在相线上的变压器初级线圈两端的电压，达到动态电压稳定的目的，其动态响应快、调节迅速、输出电压波动小，然而开关管在高频条件下进行开关动作，极易导致开关管瞬间损坏，通常用分离元件设计开关管的保护电路，一方面导致电路庞大、工作不可靠，另一方面成本较高，不易推广。

所以本发明提供一种新的方案来解决此问题。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的在于提供三相三线串联型动态电压补偿装置，有效地解决了目前串联型动态电压补偿器电路庞大、工作不可靠，成本较高，不易推广的问题。

其解决的技术方案是，包括电压幅度检测电路、差值电压与开关时间转换电路、电压幅度调理电路，其特征在于，检测的动态电压幅度信号一路直接送入电压幅度调理电路，另一路送入电压幅度检测电路，电压幅度检测电路通过窗口原理将检测的动态电压幅度信号与运算放大器同相输入端阈值电压进行减法运算，输出差值幅度电压经差值电压与开关时间转换电路，将差值幅度电压转换为对应时间的高或低电平信号，继电器K1、K2、K3相应线圈得电，自动接通电压幅度调理电路中相应继电器K1、K2、K3的触点开关，控制电压幅度调理电路分别进行在允许波动范围±5％，电压幅度调理电路不作调理，电压幅度高于允许波动范围+20％时，高压信号由储能电路充电分压，电压幅度低于允许波动范围-20％时，储能电路释放电压和低压信号经三极管Q4耦合，最后经变压器耦合输出到相线上；

所述电压幅度调理电路包括稳压管Z1、稳压管Z2，电压幅度高于允许波动范围+20％时，稳压管Z1、晶闸管VTL1、电容C2、电阻R10组成的高压触发电路导通，同时继电器K2的常开触点K2-1闭合，高压通过二极管D1向电阻R13、R14、R15和电容C3、C4、C5组成的储能电路充电分压后，继电器K2的常开触点K2-1闭合时长决定充电分压的大小，闭合的常开触点K2-1断开后，继电器K2延时常开触点K2-2闭合，由于继电器K1和K3的线圈没有电压，常闭触点K1-2、K3-3闭合，分压后电压加到变压器T1初级线圈的一端，变压器初级线圈的另一端通过电容C8接地，变压器T1升压后由次级线圈耦合输出到相线上，电压幅度低于允许波动范围-20％时，低压经并联的电阻R11、电容C6滤波后触发稳压管Z3导通，同时继电器K3的常开触点K3-1闭合，储能电路释放电压对低压信号进行补偿，继电器K3的常开触点K3-1闭合时长决定放电补偿的大小，经三极管Q4耦合后，闭合的常开触点K3-1断开后，继电器K3延时常开触点K3-2闭合，由于继电器K1和K2的线圈没有电压，常闭触点K1-2、K2-3闭合，耦合后电压经变压器输出到相线上。

优选地，差值电压与开关时间转换电路包括三极管Q1、NE555芯片U1、U2，运算放大器AR1输出的微小波动范围±5％电压，经反相并联的稳压管Z4、Z5稳压加到三极管Q1的基极，电阻R6、R7提供基极偏压，三极管Q1导通，继电器K1线圈得电，常开触点K1-1闭合、常闭触点K1-2断开；运算放大器AR2输出的高压（高于允许波动范围+20％时）经电阻R8、 NE555芯片U1、电解电容E1和E2转换为一定时间的+5V高电平信号，为NPN型驱动三极管Q2提供基极偏压，驱动三极管Q2饱和导通、继电器K2线圈得电，常开触点K2-1闭合、常闭触点K2-3断开，闭合的常开触点K2-1断开后，延时常开触点K2-2闭合；运算放大器AR3输出的低压（低于允许波动范围-20％时）经电阻R9、 NE555芯片U2、电解电容E4和E5转换为一定时间的-5V高电平信号，为PNP型驱动三极管Q3提供基极偏压，驱动三极管Q3饱和导通、继电器K3线圈得电，常开触点K3-1闭合、常闭触点K3-3断开，闭合的常开触点K3-1断开后，延时常开触点K3-2闭合。

由于以上技术方案的采用，本发明与现有技术相比具有如下优点：

1, 检测的动态电压幅度信号由稳压管Z1、晶闸管VTL1、电容C2、电阻R10组成的高压触发电路和并联的电阻R11、电容C6、稳压管Z3组成的低压触发电路判断动态电压幅度是微小波动或高压、低压，并分别进行不作调理、高压分压、低压补偿进行调理，结构简单，响应快，成本低，便于推广应用；

2，检测的动态电压幅度由运算放大器输出差值幅度电压，经经电压-时间转换器转换为一定时间的高或低电平信号，使继电器K1、K2、K3相应线圈得电，控制高压向储能电路分压或储能电路释放电压对低压信号进行补偿的大小，避免了动态电压幅度欠调整或过调整的现象，保证了动态电压幅度调理工作的可靠性。

附图说明

图1为本发明的模块图。

图2为本发明的电路原理图。

图3为本发明电压幅度调理电路的信号流向图。

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图1至附图3对实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的结构内容，均是以说明书附图为参考。

下面将参照附图描述本发明的各示例性的实施例。

实施例一，三相三线串联型动态电压补偿装置，检测的动态电压幅度信号一路直接送入电压幅度调理电路，另一路送入电压幅度检测电路，电压幅度检测电路通过窗口原理将检测的动态电压幅度信号与运算放大器同相输入端阈值电压进行减法运算，输出差值幅度电压经差值电压与开关时间转换电路，将差值幅度电压转换为对应时间的高或低电平信号，继电器K1、K2、K3相应线圈得电，自动接通电压幅度调理电路中相应继电器K1、K2、K3的触点开关，控制电压幅度调理电路分别进行在允许波动范围±5％时，继电器K1线圈得电，继电器K1的常开触点K1-1闭合、常闭触点K1-2断开，电压幅度调理电路不作调理，动态电压幅度信号经变压器耦合输出到相线上，电压幅度高于允许波动范围+20％时，稳压管Z1、晶闸管VTL1、电容C2、电阻R10组成的高压触发电路导通，同时继电器K2线圈得电，继电器K2的常开触点K2-1闭合，控制高压信号由储能电路充电分压，之后闭合的常开触点K2-1断开，延时常开触点K2-2闭合，经变压器耦合输出到相线上，电压幅度低于允许波动范围-20％时，经并联的电阻R11、电容C6滤波后触发稳压管Z3导通，同时继电器K3的常开触点K3-1闭合，控制储能电路释放电压对低压信号进行补偿，之后闭合的常开触点K3-1断开，延时常开触点K3-2闭合，补偿后电压经变压器耦合输出到相线上，常闭触点K1-2、常闭触点K2-3、常闭触点K3-3分别为继电器K1、K2、K3线圈得电时的动断触点，任意一个串在另外两条调节回路中起联锁作用；所述电压幅度调理电路用于在继电器触点开关的控制下，分别对检测的动态电压幅度信号进行处理，包括稳压管Z1、稳压管Z2，电压幅度高于允许波动范围+20％时，稳压管Z1、晶闸管VTL1、电容C2、电阻R10组成的高压触发电路导通，同时继电器K2的常开触点K2-1闭合，高压通过二极管D1向电阻R13、R14、R15和电容C3、C4、C5组成的储能电路充电分压后，继电器K2的常开触点K2-1闭合时长决定充电分压的大小，闭合的常开触点K2-1断开后，继电器K2延时常开触点K2-2闭合，由于继电器K1和K3的线圈没有电压，常闭触点K1-2、K3-3闭合，分压后电压加到变压器T1初级线圈的一端，变压器初级线圈的另一端通过电容C8接地，变压器T1升压后由次级线圈耦合输出到相线上，电压幅度低于允许波动范围-20％时，低压经并联的电阻R11、电容C6滤波后触发稳压管Z3导通，同时继电器K3的常开触点K3-1闭合，储能电路释放电压对低压信号进行补偿，继电器K3的常开触点K3-1闭合时长决定放电补偿的大小，经三极管Q4耦合后，闭合的常开触点K3-1断开后，继电器K3延时常开触点K3-2闭合，由于继电器K1和K2的线圈没有电压，常闭触点K1-2、K2-3闭合，耦合后电压经变压器输出到相线上。

实施例二，在实施例一的基础上，差值电压与开关时间转换电路用于将差值幅度电压转换为对应时间的高或低电平信号，使继电器K1、K2、K3相应线圈得电，自动接通电压幅度调理电路中相应继电器K1、K2、K3的触点开关，包括三极管Q1、NE555芯片U1、U2，运算放大器AR1输出的零差值电压幅度值，经反相并联的稳压管Z4、Z5稳压加到三极管Q1的基极，电阻R6、R7为三极管Q1提供基极偏压，三极管Q1导通，集电极电位拉低，继电器K1线圈得电，继电器K1的常开触点K1-1闭合、常闭触点K1-2断开；运算放大器AR2输出的高压（高于允许波动范围+20％时）差值幅度电压经电阻R8、NE555芯片U1、电解电容E1和E2转换为一定时间的+5V高电平信号，此时NE555芯片U1用作电压-时间转换器，电阻R8和电解电容E1为电压-时间转换器的时间常数，在一个时间常数内，改变NE555芯片U1输入的差值幅度电压的大小，使NE555芯片U1的输出脉冲宽度与输入电压成正比，由于NE555 U1芯片的引脚2连接高电平+5V，NE555芯片U1的输出对应比例时长的高电平，为NPN型驱动三极管Q2提供基极偏压，驱动三极管Q2饱和导通、继电器K2线圈得电，常开触点K2-1闭合、常闭触点K2-3断开，闭合的常开触点K2-1断开后，延时常开触点K2-2闭合；运算放大器AR3输出的低压（低于允许波动范围-20％时）差值幅度电压经电阻R9、 NE555芯片U2、电解电容E4和E5转换为一定时间的-5V低电平信号，此时NE555芯片U2用作电压-时间转换器，电阻R9和电解电容E4为电压-时间转换器的时间常数，在一个时间常数内，改变NE555芯片U2输入的差值幅度电压的大小，使NE555芯片U2的输出脉冲宽度与输入电压成正比，由于NE555芯片U2的引脚2连接低电平-5V，NE555芯片U2的输出对应比例时长的低电平，为PNP型驱动三极管Q3提供基极偏压，驱动三极管Q3饱和导通、继电器K3线圈得电，常开触点K3-1闭合、常闭触点K3-3断开，闭合的常开触点K3-1断开后，延时常开触点K3-2闭合。

实施例三，在实施例二的基础上，电压幅度检测电路用于通过窗口电路原理将检测的动态电压幅度信号与运算放大器同相输入端阈值电压进行减法运算，输出差值幅度电压，动态电压幅度信号的检测（可由型号为GPT-202B电压互感器初级绕组串联在相线上，次级绕组产生电流，通过运算放大器转换为0-5V电压得出，此为现有技术，在此不再详述），包括运算放大器AR1、AR2、AR3，检测的动态电压幅度信号分别送入运算放大器AR1、AR2、AR3的反相输入端，与同相输入端阈值电压进行减法运算计算出差值幅度电压值，同相输入端阈值电压由正弦波发生器产生的正弦波（可由文氏桥正弦波发生器提供，此为现有技术，在此不再详述）电压经电阻R1、R2、R3和电位器RW组成的分压电路提供，电阻R1的下端即运算放大器AR2的同相输入端阈值电压对应允许波动范围+20％的电压，电阻R2的下端即运算放大器AR1的同相输入端阈值电压对应允许波动范围±5％的电压，电阻R3的下端即运算放大器AR3的同相输入端阈值电压对应允许波动范围-20％的电压，其中电阻R4、R5、电容C1为运算放大器AR1反馈电路，在允许波动范围±5％时，使运算放大器AR1输出稳定的零差值电压幅度值。

本发明具体使用时，检测的动态电压幅度信号一路直接送入电压幅度检测电路内稳压管Z1、晶闸管VTL1、电容C2、电阻R10组成的高压触发电路输入端和导通和并联的电阻R11、电容C6、稳压管Z3组成的低压触发电路输入端，当电压幅度在允许波动范围±5％时，高压触发电路和低压触发电路均不工作，另一路经运算放大器AR1输出稳定的零差值电压幅度值，经反相并联的稳压管Z4、Z5稳压加到三极管Q1的基极，电阻R6、R7为三极管Q1提供基极偏压，三极管Q1导通，继电器K1线圈得电，继电器K1的常开触点K1-1闭合、常闭触点K1-2断开，动态电压幅度信号直接经变压器耦合输出到相线上；当电压幅度高于允许波动范围+20％时，高压触发电路导通，进行幅度调节，幅度调节的大小由检测的动态电压幅度信号经另一路送入与运算放大器AR2同相输入端阈值电压进行减法运算，输出差值幅度电压，经电阻R8、NE555芯片U1、电解电容E1和E2转换为一定时间的+5V高电平信号，使继电器K2线圈得电，继电器K2的常开触点K2-1闭合，控制高压信号由储能电路充电分压，之后闭合的常开触点K2-1断开，延时常开触点K2-2闭合，经变压器耦合输出到相线上；当电压幅度低于允许波动范围-20％时，低压经并联的电阻R11、电容C6滤波后触发稳压管Z3导通，进行幅度调节，幅度调节的大小由检测的动态电压幅度信号经另一路送入与运算放大器AR3同相输入端阈值电压进行减法运算，输出差值幅度电压，经电阻R9、 NE555芯片U2、电解电容E4和E5转换为一定时间的-5V低电平信号，使继电器K3的常开触点K3-1闭合，控制储能电路释放电压对低压信号进行补偿，之后闭合的常开触点K3-1断开，延时常开触点K3-2闭合，补偿后电压经变压器耦合输出到相线上，常闭触点K1-2、常闭触点K2-3、常闭触点K3-3分别为继电器K1、K2、K3线圈得电时的动断触点，任意一个串在另外两条调节回路中起联锁作用，以此完成对三相三线中任一相的动态电压幅度进行补偿，另两相的补偿方式同上，在此不再重复。

以上所述是结合具体实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明具体实施仅局限于此；对于本发明所属及相关技术领域的技术人员来说，在基于本发明技术方案思路前提下，所作的拓展以及操作方法、数据的替换，都应当落在本发明保护范围之内。

Claims

1.三相三线串联型动态电压补偿装置，包括电压幅度检测电路、差值电压与开关时间转换电路、电压幅度调理电路，其特征在于，检测的动态电压幅度信号一路直接送入电压幅度调理电路，另一路送入电压幅度检测电路，电压幅度检测电路通过窗口原理将检测的动态电压幅度信号与运算放大器同相输入端阈值电压进行减法运算，输出差值幅度电压经差值电压与开关时间转换电路，将差值幅度电压转换为对应时间的高或低电平信号，继电器K1、K2、K3相应线圈得电，自动接通电压幅度调理电路中相应继电器K1、K2、K3的触点开关，控制电压幅度调理电路分别进行在允许波动范围±5％，电压幅度调理电路不作调理，电压幅度高于允许波动范围+20％时，高压信号由储能电路充电分压，电压幅度低于允许波动范围-20％时，储能电路释放电压和低压信号经三极管Q4耦合，最后经变压器耦合输出到相线上；

2.如权利要求1所述三相三线串联型动态电压补偿装置，其特征在于，差值电压与开关时间转换电路包括三极管Q1、NE555芯片U1、U2，运算放大器AR1输出的微小波动范围±5％电压，经反相并联的稳压管Z4、Z5稳压加到三极管Q1的基极，电阻R6、R7提供基极偏压，三极管Q1导通，继电器K1线圈得电，常开触点K1-1闭合、常闭触点K1-2断开；运算放大器AR2输出的高压，也即高于允许波动范围+20％时，经电阻R8、 NE555芯片U1、电解电容E1和E2转换为一定时间的+5V高电平信号，为NPN型驱动三极管Q2提供基极偏压，驱动三极管Q2饱和导通、继电器K2线圈得电，常开触点K2-1闭合、常闭触点K2-3断开，闭合的常开触点K2-1断开后，延时常开触点K2-2闭合；运算放大器AR3输出的低压，也即低于允许波动范围-20％时，经电阻R9、 NE555芯片U2、电解电容E4和E5转换为一定时间的-5V高电平信号，为PNP型驱动三极管Q3提供基极偏压，驱动三极管Q3饱和导通、继电器K3线圈得电，常开触点K3-1闭合、常闭触点K3-3断开，闭合的常开触点K3-1断开后，延时常开触点K3-2闭合。

3.如权利要求1所述三相三线串联型动态电压补偿装置，其特征在于，电压幅度检测电路包括运算放大器AR1、AR2、AR3，检测的动态电压幅度信号分别送入运算放大器AR1、AR2、AR3的反相输入端，与同相输入端阈值电压进行减法运算计算出差值幅度电压值，同相输入端阈值电压由正弦波发生器产生的正弦波电压经电阻R1、R2、R3和电位器RW组成的分压电路提供，电阻R4、R5、电容C1为运算放大器AR1反馈电路，使运算放大器AR1输出稳定的差值电压幅度值。