CN111224407B - 一种电力网络保护系统 - Google Patents
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Abstract
本发明的一种电力网络保护系统，所述无功补偿量计算电路采用信号耦合电路对变压器带负荷无功功率与变压器自身无功功率进行耦合，得出变压器所需无功补偿量，提高了补偿量的精度，所述无功平衡判别电路采用积分器计算出变压器带负荷无功功率的变化率，变化率大时，一路输出信号到变压输出电路，另一路经反时限、比较，使继电器K1线圈得电，所述变压输出电路通过反激式变换电路在变化率小时，对变压器所需无功补偿量进行稳压，控制无功补偿装置维持不变，在变化率大时，变压器所需无功补偿量和变化率通过变压器T1变压，及时控制无功补偿装置的补偿量，无功补偿装置采用可调电容器的实现电路组成的电容器组，避免出现过补偿欠补偿的现象。
Description
技术领域
本发明涉及电力变压器保护技术领域，特别是涉及一种电力网络保护系统。
背景技术
电力网络包括输电和配电线路、变压器和移相器、开关、并联和串联电容器、并联和串联电抗器等元件，它们按一定的形式联结成一个总体，达到输送和分配电能的目的。
为降低供电变压器及输送线路的损耗、提高供电效率和改善供电质量，通常在变压器低压侧安装无功补偿装置作为控制保护装置，根据变压器的容量得出补偿量，或根据变压器补偿前电压U1、补偿后电压U2、变压器变比K，再代入公式U2/X（U2-U1）得出补偿量，补偿量控制安装在变压器低压侧的补偿装置（串联或并联的电容器组，电容器为固定的电容值，通过串联或并联改变电容器组的值）进行补偿，两者均仅根据变压器本身容量、变比进行的补偿，而没有考虑带负荷以及负荷变化时的情况，且经组合后电容器组的值为几种规格，不是任意可调的值，会造成无功补偿误差大，容易出现过补偿欠补偿的现象。
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一种电力网络保护系统，有效的解决了过补偿欠补偿的问题。
其解决的技术方案是，包括变压器、无功补偿装置、补偿量控制装置，所述补偿量控制装置计算出变压器的无功补偿量，控制无功补偿装置对变压器进行无功补偿，其特征在于，补偿量控制装置包括无功补偿量计算电路、无功平衡判别电路、变压输出电路；
所述无功补偿量计算电路采用三极管Q6对反向隔离后的变压器带负荷无功功率与滤波后的变压器自身无功功率进行耦合，得出变压器所需无功补偿量，输出到变压输出电路，所述无功平衡判别电路采用积分器计算出变压器带负荷无功功率的变化率，变化率大时，一路输出信号到变压输出电路，另一路经反时限、比较后驱动三极管Q5导通、继电器K1线圈得电，所述变压输出电路通过反激式变换电路在变化率小时稳压，控制无功补偿装置维持不变，在变化率大时变压，控制无功补偿装置改变补偿量。
本发明的有益效果是：1，通过三极管Q6对变压器带负荷无功功率与变压器自身无功功率进行耦合作无功补偿量，提高了补偿量的精度，同时无功补偿装置采用可调电容器的实现电路组成的电容器组，能精确的控制电容的值，也即控制无功补偿的量，避免了出现过补偿欠补偿的现象；
2，采用积分器计算出变压器带负荷无功功率的变化率，在变化率小时，对无功补偿量计算电路中三极管Q6输出的变压器所需无功补偿量进行稳压，控制无功补偿装置维持不变，避免不必要的无功补偿，在变化率大时，继电器K1线圈得电，常闭触点K1-1断开、常开触点K1-2闭合，三极管Q6输出的变压器所需无功补偿量和变化率加到变压器T1的初级，变压器T1变压，变压器T1的次级输出变压电压，也即通过变化率预测无功补偿量，使能够及时控制无功补偿装置的补偿量。
附图说明
图1为本发明的无功补偿量计算电路原理图。
图2为本发明的无功平衡判别电路原理图。
图3为本发明的变压输出电路原理图。
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。
一种电力网络保护系统，包括变压器、无功补偿装置、补偿量控制装置，所述补偿量控制装置计算出变压器的无功补偿量，控制无功补偿装置对变压器进行无功补偿，补偿量控制装置包括无功补偿量计算电路、无功平衡判别电路、变压输出电路；
所述无功补偿量计算电路采用三极管Q6、电阻R10-电阻R13组成的信号耦合电路对反向隔离后的变压器带负荷无功功率与滤波后的变压器自身无功功率进行耦合，得出变压器所需无功补偿量，输出到变压输出电路，根据实际所需无功补偿量作无功补偿量，提高了补偿量的精度，所述无功平衡判别电路采用积分器计算出变压器带负荷无功功率的变化率，变化率大时，一路输出信号到变压输出电路，另一路经电阻R18和电解电容E1组成充电电路反时限，再进入运算放大器AR3的同相输入端与反相输入端预设的变化量上限值进行比较，高于变化量上限值时，输出高电平，驱动三极管Q5导通、继电器K1线圈得电，所述变压输出电路通过变压器T1、芯片U3、光电耦合器U4、电阻R20-电阻R22、电容C6和C7、电解电容E2和E3、电感L2和二极管D2组成的反激式变换电路在变化率小时（低于稳压管Z3的稳压值），对无功补偿量计算电路中三极管Q6输出的变压器所需无功补偿量进行稳压，控制无功补偿装置维持不变，避免不必要的无功补偿，在变化率大时（为正，且高于稳压管Z3的稳压值），继电器K1线圈得电，常闭触点K1-1断开、常开触点K1-2闭合，三极管Q6输出的变压器所需无功补偿量和变化率加到变压器T1的初级，变压器T1变压，变压器T1的次级输出变压电压，也即通过变化率预测无功补偿量，使能够及时控制无功补偿装置的补偿量，同时无功补偿装置采用可调电容器的实现电路组成的电容器组，能精确的控制电容的值，避免出现过补偿欠补偿的现象。
本发明的优化实施例中，所述无功补偿量计算电路采用三极管Q6、电阻R10-电阻R13组成的信号耦合电路对反向隔离后的变压器带负荷无功功率与滤波后的变压器自身无功功率进行耦合，得出变压器所需无功补偿量，输出到变压输出电路，其中变压器带负荷无功功率由无功功率测量仪测量给出，之后经三极管Q1、稳压管Z1、电阻R1组成的共基极电路电压放大，之后进入单线双向隔离电路（具体为光电耦合器U1、三极管Q2、电阻R2、电阻R3、电阻R25、电容C1、二极管D4组成的第一隔离电路，光电耦合器U2、三极管Q3、电阻R4-电阻R6、电容C2、二极管D1组成的第二隔离电路，第二隔离电路作第一隔离电路的反馈电路构成单线双向隔离电路），使电压放大后信号向后级电路传输的时候不接收信号，接收信号的时候不允许向后级电路传输，一方面对信号进行隔离，提高抗干扰能力，另一方面对信号进行反向隔离，避免前后信号串扰、叠加造成的误差，最后经三极管Q4、稳压管Z2、电阻R7组成的共基极电路电压放大后输出，之后经电阻R9加到三极管Q6的基极，三极管Q6的基极同时接入经电感L1、电容C3和C4进行π型滤波，再经运算放大器AR1跟随器跟随后的变压器自身无功功率，三极管Q6进行耦合，三极管Q6的发射极输出变压器所需无功补偿量，根据实际所需无功补偿量作无功补偿量，提高了补偿量的精度，出现过补偿欠补偿的现象，包括三极管Q1、稳压管Z1、电容C3、电感L1，三极管Q1的发射极和稳压管Z1的正极连接检测的变压器带负荷无功功率信号，稳压管Z1的负极分别连接电阻R1的一端、二极管D4的负极、光电耦合器U2的引脚4，电阻R1的另一端连接三极管Q1的基极，三极管Q1的集电极分别连接电阻R25的一端、光电耦合器U1的引脚2、接地电容C1的一端，光电耦合器U1的引脚1连接三极管Q2的发射极，三极管Q2的集电极连接电阻R3的一端，三极管Q2的基极分别连接电阻R2的一端、二极管D4的正极，电阻R2的另一端、电阻R3的另一端均连接电源+5V，光电耦合器U1的引脚3、光电耦合器U2的引脚3均连接地，光电耦合器U1的引脚4分别连接三极管Q3的基极、电阻R5的一端、电阻R7的一端、稳压管Z2的负极、二极管D1的负极、三极管Q3的基极，三极管Q3的集电极连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端、电阻R5的另一端均连接电源+5V，三极管Q3的发射极连接光电耦合器U2的引脚1，光电耦合器U2的引脚2分别连接二极管D1的正极、接地电容C2的一端、三极管Q4的集电极、电阻R6的一端，电阻R6的另一端连接电源+5V，三极管Q4的基极接电阻R7的另一端，三极管Q4的发射极分别连接稳压管Z2的正极、电阻R9的一端，电容C3的一端、电感L1的一端连接检测的变压器自身无功功率信号，电感L1的另一端分别连接电容C4的一端、运算放大器AR1的同相输入端，电容C3的另一端、电容C4的另一端连接地，运算放大器AR1的反相输入端和输出端连接电阻R8的一端，电阻R8的另一端分别连接电阻R9的另一端、接地电阻R11的一端、电阻R10的一端、三极管Q6的基极，三极管Q6的集电极通过电阻R13连接电源+5V，电阻R10的另一端连接电源+5V，三极管Q6的发射极通过电阻R12连接地，三极管Q6的发射极为无功补偿量计算电路输出端。
本发明的优化实施例中，所述无功平衡判别电路采用电阻R14-电阻R16、电容C5、运算放大器AR2组成的积分器计算出变压器带负荷无功功率的变化率，也即计算出单位时间内变压器带负荷无功功率的变化率（在此设置单位时间为6倍采样时间周期，每次采样时间和采样间隔为一个周期），变化率大时，一路输出信号到变压输出电路，另一路经电阻R18和电解电容E1组成充电电路反时限，再进入运算放大器AR3的同相输入端与反相输入端预设的变化量上限值进行比较，高于变化量上限值时，输出高电平，驱动三极管Q5导通、继电器K1线圈得电，包括运算放大器AR2，运算放大器AR2的同相输入端通过电阻R14连接地，运算放大器AR2的反相输入端分别连接电阻R15的一端、电阻R16的一端、电容C5的一端，电阻R15的另一端连接三极管Q4的发射极，运算放大器AR2的输出端分别连接电阻R16的另一端、电容C5的另一端、电阻R17的一端、稳压管Z3的负极，电阻R17的另一端分别连接稳压管Z3的正极、电阻R18 的一端、继电器K1常开触点K1-2的上端，继电器K1常开触点K1-2的下端连接变压器T1的初级另一端，电阻R18 的另一端连接接地电解电容E1的正极、运算放大器AR3的同相输入端，运算放大器AR3的反相输入端连接变化量上限值，运算放大器AR3的输出端通过电阻R19连接三极管Q5的基极，三极管Q5的发射极连接地，三极管Q5的集电极分别连接二极管D3的正极、继电器K1线圈的一端，二极管D3的负极、继电器K1线圈的另一端连接电源+12V。
本发明的优化实施例中，所述变压输出电路通过变压器T1、芯片U3、光电耦合器U4、电阻R20-电阻R22、电容C6和C7、电解电容E2和E3、电感L2和二极管D2组成的反激式变换电路在变化率小时，对无功补偿量计算电路中三极管Q6输出的变压器所需无功补偿量进行稳压，控制无功补偿装置维持不变，避免不必要的无功补偿，具体的，在变化率小时，继电器K1线圈不得电，常闭触点K1-1、常开触点K1-2不动作，三极管Q6输出的变压器所需无功补偿量微小波动的变化，经电感L2和电容C6滤波后加到变压器T1的初级，变压器T1的次级输出波动的电压经二极管D2单向导电后一路经常闭触点K1-1加到光电耦合器U4的引脚1，另一路经电阻R21和电阻R22分压后加到光电耦合器U4的引脚2，光电耦合器U4输入端的变化引起输出端变化，变化的电压加到型号为FSD200的芯片U3的引脚4，调节FSD200的芯片U3的输出占空比，使变压器T1次级输出电压不变，进行稳压，在变化率大时，继电器K1线圈得电，常闭触点K1-1断开、常开触点K1-2闭合，三极管Q6输出的变压器所需无功补偿量和变化率加到变压器T1的初级，变压器T1变压，变压器T1的次级输出变压电压，也即通过变化率预测无功补偿量，使能够及时控制无功补偿装置的补偿量，其中无功补偿装置为可调电容器的实现电路组成的电容器组，详见申请号为201510470833.9的一种可调电容器的实现电路，其通过对电容附加电阻、忆阻器等元件，可加上控制电压使电容的容值改变，解决传统的简单的投切并联或串联电容器组的电容数，误差大容易出现过补偿欠补偿的现象，包括变压器T1，变压器T1的初级一端分别连接电感L2的一端、接地电容C6的一端、芯片U3的引脚8，电感L2的另一端连接三极管Q6的发射极，芯片U3的引脚7连接变压器T1的初级另一端，变压器T1的次级一端连接二极管D2的正极，二极管D2的负极分别连接继电器K1常闭触点K1-1的上端、电解电容E3的正极、电阻R21的一端，变压器T1的次级另一端和电解电容E3的负极连接地，继电器K1常闭触点K1-1的下端通过电阻R20连接光电耦合器U4的引脚1，电阻R21的另一端分别连接光电耦合器U4的引脚2、接地电阻R22的一端，光电耦合器U4的引脚4连接芯片U3的引脚4、接地电容C7的一端，芯片U3的引脚1、引脚2、引脚3均连接地，芯片U3的引脚5连接接地电解电容E2的正极，二极管D2的负极输出控制信号到无功补偿装置。
本发明具体使用时，所述无功补偿量计算电路采用三极管Q6、电阻R10-电阻R13组成的信号耦合电路对反向隔离后的变压器带负荷无功功率与滤波后的变压器自身无功功率进行耦合，得出变压器所需无功补偿量，输出到变压输出电路，其中变压器带负荷无功功率由无功功率测量仪测量给出，之后共基极电路电压放大，之后进入单线双向隔离电路，使电压放大后信号向后级电路传输的时候不接收信号，接收信号的时候不允许向后级电路传输，一方面对信号进行隔离，提高抗干扰能力，另一方面对信号进行反向隔离，避免前后信号串扰、叠加造成的误差，最后经共基极电路电压放大后输出，之后进入无功平衡判别电路，并经电阻R9加到三极管Q6的基极，三极管Q6的基极同时接入经变压器自身无功功率，三极管Q6进行耦合，输出变压器所需无功补偿量，根据实际所需无功补偿量作无功补偿量，提高了补偿量的精度，无功平衡判别电路采用电阻R14-电阻R16、电容C5、运算放大器AR2组成的积分器计算出变压器带负荷无功功率的变化率，变化率大时，一路输出信号到变压输出电路，另一路经电阻R18和电解电容E1组成充电电路反时限，再进入运算放大器AR3的同相输入端与反相输入端预设的变化量上限值进行比较，高于变化量上限值时，输出高电平，驱动三极管Q5导通、继电器K1线圈得电，所述变压输出电路通过变压器T1、芯片U3、光电耦合器U4、电阻R20-电阻R22、电容C6和C7、电解电容E2和E3、电感L2和二极管D2组成的反激式变换电路在变化率小时，对无功补偿量计算电路中三极管Q6输出的变压器所需无功补偿量进行稳压，控制无功补偿装置维持不变，避免不必要的无功补偿，在变化率大时，继电器K1线圈得电，常闭触点K1-1断开、常开触点K1-2闭合，三极管Q6输出的变压器所需无功补偿量和变化率加到变压器T1的初级，变压器T1变压，变压器T1的次级输出变压电压，也即通过变化率预测无功补偿量，使能够及时控制无功补偿装置的补偿量，其中无功补偿装置为可调电容器的实现电路组成的电容器组，可加上控制电压使电容的容值改变，解决传统的简单的投切并联或串联电容器组的电容数，误差大容易出现过补偿欠补偿的现象。
Claims (5)
1.一种电力网络保护系统，包括变压器、无功补偿装置、补偿量控制装置，所述补偿量控制装置计算出变压器的无功补偿量，控制无功补偿装置对变压器进行无功补偿，其特征在于，补偿量控制装置包括无功补偿量计算电路、无功平衡判别电路、变压输出电路；
所述无功补偿量计算电路采用三极管Q6对反向隔离后的变压器带负荷无功功率与滤波后的变压器自身无功功率进行耦合，得出变压器所需无功补偿量，输出到变压输出电路，所述无功平衡判别电路采用积分器计算出变压器带负荷无功功率的变化率，变化率大时，一路输出信号到变压输出电路，另一路输出信号到利用电阻R18和电解电容E1组成的反时限充电电路，再进入运算放大器AR3的同相输入端与反相输入端预设的变化量上限值进行比较，高于变化量上限值时，输出高电平，驱动三极管Q5导通、继电器K1线圈得电，所述变压输出电路通过反激式变换电路在变化率小时稳压，控制无功补偿装置维持不变，在变化率大时变压，控制无功补偿装置改变补偿量；
所述变化率大指的是变压器带负荷无功功率的变化率高于无功平衡判别电路中的稳压管Z3的稳压值；
所述变化率小指的是变压器带负荷无功功率的变化率低于无功平衡判别电路中的稳压管Z3的稳压值；
所述反激式变换电路利用变压器T1、芯片U3、光电耦合器U4、电阻R20、电阻R21、电阻R22、电容C6和电容C7、电解电容E2和电解电容E3、电感L2和二极管D2组成。
2.如权利要求1所述一种电力网络保护系统，其特征在于，所述无功补偿量计算电路包括三极管Q1、稳压管Z1、电容C3、电感L1，三极管Q1的发射极和稳压管Z1的正极连接检测的变压器带负荷无功功率信号，稳压管Z1的负极分别连接电阻R1的一端、二极管D4的负极、光电耦合器U2的引脚4，电阻R1的另一端连接三极管Q1的基极，三极管Q1的集电极分别连接电阻R25的一端、光电耦合器U1的引脚2、接地电容C1的一端，光电耦合器U1的引脚1连接三极管Q2的发射极，三极管Q2的集电极连接电阻R3的一端，三极管Q2的基极分别连接电阻R2的一端、二极管D4的正极，电阻R2的另一端、电阻R3的另一端均连接电源+5V，光电耦合器U1的引脚3、光电耦合器U2的引脚3均连接地，光电耦合器U1的引脚4分别连接三极管Q3的基极、电阻R5的一端、电阻R7的一端、稳压管Z2的负极、二极管D1的负极、三极管Q3的基极，三极管Q3的集电极连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端、电阻R5的另一端均连接电源+5V，三极管Q3的发射极连接光电耦合器U2的引脚1，光电耦合器U2的引脚2分别连接二极管D1的正极、接地电容C2的一端、三极管Q4的集电极、电阻R6的一端，电阻R6的另一端连接电源+5V，三极管Q4的基极接电阻R7的另一端，三极管Q4的发射极分别连接稳压管Z2的正极、电阻R9的一端，电容C3的一端、电感L1的一端连接检测的变压器自身无功功率信号，电感L1的另一端分别连接电容C4的一端、运算放大器AR1的同相输入端，电容C3的另一端、电容C4的另一端连接地，运算放大器AR1的反相输入端和输出端连接电阻R8的一端，电阻R8的另一端分别连接电阻R9的另一端、接地电阻R11的一端、电阻R10的一端、三极管Q6的基极，三极管Q6的集电极通过电阻R13连接电源+5V，电阻R10的另一端连接电源+5V，三极管Q6的发射极通过电阻R12连接地，三极管Q6的发射极为无功补偿量计算电路输出端。
3.如权利要求1所述一种电力网络保护系统，其特征在于，所述无功平衡判别电路包括运算放大器AR2，运算放大器AR2的同相输入端通过电阻R14连接地，运算放大器AR2的反相输入端分别连接电阻R15的一端、电阻R16的一端、电容C5的一端，电阻R15的另一端连接三极管Q4的发射极，运算放大器AR2的输出端分别连接电阻R16的另一端、电容C5的另一端、电阻R17的一端、稳压管Z3的负极，电阻R17的另一端分别连接稳压管Z3的正极、电阻R18 的一端、继电器K1常开触点K1-2的上端，继电器K1常开触点K1-2的下端连接变压器T1的初级另一端，电阻R18 的另一端连接接地电解电容E1的正极、运算放大器AR3的同相输入端，运算放大器AR3的反相输入端连接变化量上限值，运算放大器AR3的输出端通过电阻R19连接三极管Q5的基极，三极管Q5的发射极连接地，三极管Q5的集电极分别连接二极管D3的正极、继电器K1线圈的一端，二极管D3的负极、继电器K1线圈的另一端连接电源+12V。
4.如权利要求1所述一种电力网络保护系统，其特征在于，所述变压输出电路包括变压器T1，变压器T1的初级一端分别连接电感L2的一端、接地电容C6的一端、芯片U3的引脚8，电感L2的另一端连接三极管Q6的发射极，芯片U3的引脚7连接变压器T1的初级另一端，变压器T1的次级一端连接二极管D2的正极，二极管D2的负极分别连接继电器K1常闭触点K1-1的上端、电解电容E3的正极、电阻R21的一端，变压器T1的次级另一端和电解电容E3的负极连接地，继电器K1常闭触点K1-1的下端通过电阻R20连接光电耦合器U4的引脚1，电阻R21的另一端分别连接光电耦合器U4的引脚2、接地电阻R22的一端，光电耦合器U4的引脚4连接芯片U3的引脚4、接地电容C7的一端，芯片U3的引脚1、引脚2、引脚3均连接地，芯片U3的引脚5连接接地电解电容E2的正极，二极管D2的负极输出控制信号到无功补偿装置。
5.如权利要求1或3所述一种电力网络保护系统，其特征在于，所述无功补偿装置为可调电容器的实现电路组成的电容器组。
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2020
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|---|
| 低压线路保护装置的设计;俞洋;《现代建筑电气》;20150630;全文 * |
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