CN201887474U

CN201887474U - 一种抗谐波的智能电容器

Info

Publication number: CN201887474U
Application number: CN2010206109236U
Authority: CN
Inventors: 徐魁; 李帮家; 黄金; 方健; 郑坚; 蒋瑀瀛; 罗海清
Original assignee: JIANGSU NANZITONGHUA ELECTRIC AUTOMATION CO Ltd
Current assignee: JIANGSU NICETOWN ELECTRIC POWER AUTOMATION CO., LTD.
Priority date: 2010-11-17
Filing date: 2010-11-17
Publication date: 2011-06-29
Anticipated expiration: 2020-11-17

Abstract

本实用新型公开了一种抗谐波的智能电容器，包括单片机，所述单片机分别连接状态反馈电路、一组A/D转换器；所述接状态反馈电路依次连接开关以及电容器；所述每个A/D转换器连接电压互感器和电流互感器；所述单片机与所述开关之间还设有开关控制电路；所述开关与电容器之间连接有电抗器。本实用新型通过串联电抗器来减少回路中的谐波，避开由谐波引起的谐振，从而保证电路的工作可靠，保护电容器不受损坏，达到无功补偿的效果。

Description

一种抗谐波的智能电容器

技术领域

[0001] 本实用新型公开了一种智能电容器，特别是一种能在有谐波的电网环境下投入的抗谐波的智能电容器。

背景技术

[0002] 普通的智能电容器只能运用于谐波畸变率低于5%的电网环境中。电网谐波超标后普通的智能电容器会产生谐振，损坏智能电容器，有谐波保护功能的会自动切除电容器，这样就不能起到无功补偿的作用。

实用新型内容

[0003] 实用新型目的：本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种抗谐波的智能电容器。

[0004] 技术方案：本实用新型公开了包括单片机，所述单片机分别连接状态反馈电路、一组A/D转换器；所述接状态反馈电路依次连接开关以及电容器；所述每个A/D转换器连接电压互感器和电流互感器；所述单片机与所述开关之间还设有开关控制电路，通过控制所述开关的开闭，从而保证电容器在正常状态下工作；所述开关与电容器之间连接有电抗器。

[0005] 本实用新型中，优选地，所述开关控制电路包括三极管m、过零光耦m、过零光耦 U2，三极管N2、继电器K2、电容El ；所述状态反馈电路包括光耦U3、光耦U4、电阻R10、电阻 R12 ；所述开关电路包括磁保持继电器Kl、晶闸管Ql、晶闸管Q2，晶闸管Ql与晶闸管Q2反并联后与继电器Kl的触点并联，一端为电压输入端接电源，另一端为电压输出端接电抗器后再接电容器；所述三极管W的基极与单片机连接，三极管W的集电极连接的所述两个串联的过零光耦Ul和过零光耦U2，在电压输出过零时，两个并联的晶闸管Q1、晶闸管Q2导通；三极管N2的基极与单片机连接，集电极与继电器K2以及电容El连接后串联磁保持继电器Kl ；两个并联的光耦U3和光耦U4的集电极与单片机连接，将当前的开关状态反馈给单片机。

[0006] 本实用新型中电容器和电抗器的参数是由电网谐波的次数决定的，一定次数的谐波必须使用相对应的电容器和电抗器的参数，否则会使电容器和电抗器损坏。谐波次数决定了电抗器的参数，增加了电抗器使得电容器回路阻抗变大，谐波电流变小，不超出电容器的电流耐受值，电容器不会损坏。由于电抗器加入了电容回路，电容器两端的电压值也会相应变大，所以谐波次数也决定了电容器的电压参数。抗谐波的智能电容器的投入和切除是由外接控制器来控制的，外接控制器在需要无功补偿时，根据所测电网谐波的次数来选择对应谐波次数的抗谐波智能电容器投入，它们之间采用RS485通讯。当电容器在运行中，由于外部电网谐波次数发生变化时，引起电容器谐波电压电流超过耐受值时，智能电容器自动切除保护。

[0007] 所述单片机的UART接口与RS485接口连接，这样可以与外部控制器进行通讯，接受投切指令；所述单片机的I/O接口和SPI接口分别与所述A/D转换器连接，A/D转换器还与电压互感器、电流互感器连接；所述单片机依次与开关控制电路，状态反馈电路、开关、电抗器以及电容器连接。

[0008] 本实用新型中，优选地，所述A/D转换器为三个，三相电中各相的电压互感器、电流互感器安装在智能电容器内，分别通过一个A/D转换器与单片机连接。

[0009] 本实用新型中，优选地，所述A/D转换器为型号为MCP3909的A/D转换器。

[0010] 本实用新型中，优选地，所述单片机UART 口连接RS485电路。

[0011] 有益效果：本实用新型所述的串联了电抗器的智能电容器通过电抗器和电容器参数的选择搭配，通过串联电抗器来减少回路中的谐波，避开由谐波引起的谐振，达到无功补偿的效果，并且在电网中谐波次数发生变化时，可以通过内部单片机、A/D转换器、内部电流电压互感器的采样分析运算，做出准确的投入切除判断。保证智能电容器不会因为过流过压造成损坏。

附图说明

[0012] 下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做更进一步的具体说明，本实用新型的上述优点将会变得更加清楚。

[0013] 图1为本实用新型电路结构框图。

[0014] 图2为图1中开关电路和开关控制电路原理图。

[0015] 具体实施方式

[0016] 如1图所示，本实用新型公开了一种低压智能电容器，它包括单片机1，开关控制电路2，状态反馈电路3、开关4、电容器5、I⑶2接口 6、RS485接口 7、电压互感器8、电流互感器9、A/D转换器10以及电抗器11 ；所述单片机1的UART接口与RS485接口 7连接；所述单片机1的I/O接口和SPI接口分别与所述A/D转换器10连接，A/D转换器10还与电压互感器8、电流互感器9连接；所述单片机1依次与开关控制电路2，状态反馈电路3、开关4、电抗器11以及电容器5连接。三相电路中各相的电压互感器、电流互感器分别通过三个A/D转换器与单片机1连接。所述A/D转换器10为型号为MCP3909的A/D转换器。单片机1的串行外设接口 SPI与A/D转换器连接，I/O接口与A/D转换器连接进行增益控制。单片机1还设有I⑶2接口 6。本实用新型中电源通过开关电路到达电抗器，再到电容器。

[0017] 如图2所示，本实用新型公开了一种抗谐波智能电容器控制装置，在单片机1和电抗器11、电容器5之间的开关投切控制电路2，并通过状态反馈电路3将当前开关状态反馈给单片机。所述电路和单片机MCU 1与电抗器11、电容器5相连。单片机MCU 1包含SA1_1 和SA1_0两个控制信号输出作为本电路的输入，A1_STATE信号作为本电路的输出，一个电压输入PA1，和一个电压输出PAOUTl经由电抗器到电容器。

[0018] 一个控制信号SA1_1通过一个电阻R9与地相连，同时通过一个电阻R8与一个三极管m基极相连。三极管m的发射极连接到地，集电极与两个串联的可过零触发光耦υι、 U2控制端相连。串联光耦Ul的4脚和U2的6脚相连，串联光耦Ul的6脚通过二极管D2 连接晶闸管Ql的门极，该二极管可保证加在Ql门极的电压为正向电压。串联光耦U2的4 脚串接电阻R5，并通过二极管D3连接晶闸管Q2的门极。在串联光耦U1，U2的6脚和4脚之间分别加入一个分压电阻R3、R4组成一个静态均压电路。PAOUTl通过一个并联电阻R1、电容Cl和二极管Dl连接到Ul的6脚，PAl通过一个并联电阻R6、电容C3和二极管D3连接到电阻R5的一端，R5的另一端连接到U2的4脚。为保护晶闸管Ql、Q2免受过压、过电流损坏，其A、K两端并联了由电阻R2与电容C2组成的阻容吸收网络，并在PAOUTl的出线端加扼流圈Ll吸收涌流。

[0019] 一个控制信号SA1_0通过一个电阻R13与地相连，同时通过一个电阻Rll与一个三极管N2基极相连。三极管N2的发射极连接到地，集电极连接到继电器K2控制线圈的一端2脚以及二极管D5阳极，D5的阴极与+5V电源相连。K2控制线圈另一端5接电源+5V。 K2的常闭触点正向连接二极管D7到地，同时继电器K2的常闭触点还连接到磁保持继电器 Kl的信号端1。12V正向串接一个二极管D6到继电器K2的常开触点。继电器K2的公共端 3，4接到电解电容El的正端，电容El的负端接磁保持继电器Kl的信号端2。磁保持继电器的开关触点分别和PAl和PAOUTl连接。

[0020] 状态输出信号A1_STATE连接至并联的两个普通光耦U3和U4的集电极，U3和U4 的发射极接地。PAl通过串联的两个限流电阻RlO与R12连接到U3的阴极与U4的阳极。 U3的阳极与U4的阴极连接到PAOUTl。

[0021] 本实用新型开关电路及控制电路：单片机通过控制SA1_1为高，三极管m导通，过零光耦导通。在PA1、PA0UT1上的交流电压过零时，晶闸管Q1、Q2导通。SA1_0为高电平，三极管N2导通，K2断开，12V对电容El充电，磁保持继电器Kl吸合。再将SA1_1置低，三极管W关断，过零光耦不导通，在PAl、PAOUTl上交流电流过零时，晶闸管Ql，Q2关断。从而完成开关的闭合以及电抗、电容器的投入。单片机通过控制SA1_1为高，三极管m导通，过零光耦导通，在PAl、PAOUTl上的交流电压过零时，晶闸管Ql，Q2导通，SA1_0为低电平，三极管N2截止，K2闭合，电容El通过D7对地放电，磁保持继电器Kl断开。再将SA1_1置低，三极管m关断，过零光耦不导通，在PA1、PA0UT1上的交流电流过零时，晶闸管Q1，Q2关断，完成电抗及电容器的切除。

[0022] 当开关处于闭合状态的时候，PA1、PA0UT1短路，光耦U3和U4被截止，A1_STATE输出高电平给单片机。当开关断开的时候，PA1、PAOUTl上为交流电，A1_STATE输出周期为 IOms的脉冲信号。

[0023] 开关控制电路：投入控制过程：单片机通过控制控制信号SA1_1为高，三极管m 导通，过零光耦导通，在PAl、PA0UT1上的交流电压过零时，晶闸管Ql，晶闸管Q2导通。SA1_0 为高电平，三极管N2导通，继电器K2断开，12V对电容El充电，磁保持继电器Kl吸合。再将SA1_1置低，三极管m关断，过零光耦不导通，在PA1、PA0UT1上交流电流过零时，晶闸管 Ql, Q2关断。

[0024] 切除控制过程：单片机通过控制SA1_1为高，三极管m导通，过零光耦导通，在 PAUPA0UT1上的交流电压过零时，晶闸管Q1，Q2导通。SA1_0为低电平，三极管N2截止，继电器K2闭合，电容El通过二极管D7对地放电，磁保持继电器Kl断开。再将SA1_1置低，三极管W关断，过零光耦不导通，在PAl、PAOUTl上交流电流过零时，晶闸管Ql，Q2关断。

[0025] 由于光耦合器电压较低，本电路采用两个光耦Ul和U2串联使用。并由于电子器件的离散性，为保证开关Q1、Q2、K1在开通关断过程中电压不全部作用在一个光耦Ul或U2 上，而采用了静态均压技术。该技术使得电路不会因为静态电压超过单个器件的最大电压范围而烧毁，从而提高了开关的可靠性。

[0026] 本实用新型具有抗谐波功能，电网中有谐波的情况下保证电容器能够安全工作，智能电容器中的嵌入式程序经过高速高精度的采样计算，投入电抗和电容器串联而成的智能电容器，既能补偿无功功率，又可以限制谐波电流不损坏电容器。

[0027] 本实用新型的低压智能电容器是应用于0.4KV电网的新型无功补偿设备。它由 CPU测控单元，晶闸管复合开关，保护装置，两台电抗器，两台（Δ型）或一台电抗器，一台 (Y型）低压自愈式电力电容器组成一个独立完整的智能补偿装置单元。本实用新型的低压智能电容器组成的低压无功补偿装置具有补偿方式灵活、在电网有谐波的环境中补偿效果好，装置体积小，功耗低，价格廉，安装维护方便，使用寿命长，保护功能强，可靠性高等特点，满足用户对无功补偿要切实达到提高功率因数、改善电压质量、节能降损的实际需求。

[0028] 单台智能电容器使用时具有以下功能：

[0029] A、自动采集电路的电压、电流、有功、无功参数，检测谐波；

[0030] B、根据采集参数进行无功补偿控制算法运算，决定单台智能电容器的两级、循环投切；

[0031] C、具有过压、欠压、短路、过流、过谐波、三相不平衡、过温保护与自诊断功能；

[0032] D、含通讯接口，可上传电容器运行工况参数与补偿电路参数；

[0033] 本实用新型的电气性能指标如下：

[0034] 额定电压：230V或400V，额定频率：50士2Hz。功率消耗：< 3VA ；

[0035] 主回路绝缘强度：试验电压2500Vlmin，无闪络、击穿；

[0036] 保护电路连续性：所有接地的元件与接地螺钉间有可靠的电气连接；

[0037] 安全防护：装置的壳体、可能带电的金属件及要求接地的电器元件的金属座与接地螺钉间有可靠的电气连接。防护等级：IP43;

[0038] 采样、控制电路防护：装置内置采样控制的电流回路使用专用的接线端子，电路一端有可靠接地；

[0039] 满足《DL/T842-2003低压并联电容器装置使用技术条件》要求。

[0040] 本实用新型电源影响如下：当电源电压波动在-209Γ+10%范围以内时，各项性能不变。当频率在48. 5ΗΖ飞1. 5ΗΖ范围内变化时，各项性能不变。

[0041] 本智能电容器应用

[0042] ( 1)就地分散补偿应用：

[0043] 直接安装于负载控制柜内。一般负载容量IOOkw以下的常采用此补偿方式。常规配置比例为负载总功率25%〜40%，选用一台或几台共补或分补相应容量的智能电容器模块。特点是就地补偿、接线简单，可靠性高，维护方便，投资少，节能降损效果显著；

[0044] (2)户外配电箱、配变的集中补偿应用：

[0045] 柱上挂于配电变压器旁。容量100KVA〜315KVA的变压器常规配置比例为变压器容量的25%〜35%，选用相应容量的智能电容器模块组合。特点是体积小，接线简单，可靠性高，维护方便，投资少，节能降损效果显著；

[0046] (3)箱式变集中补偿应用：

[0047] 安装在箱变低压室。根据美变或欧变的容量大小，箱变无功补偿容量一般为配变容量的25%〜40%。选用若干台相应容量的共补或分补智能电容器模块组合。特点是节约空间，接线简单，可靠性高，维护方便，投资少，节能降损效果显著；

[0048] (4)低压成套柜集中补偿应用：[0049] 根据要求的成套柜补偿容量，选用若干台容量相应的智能电容器模块联网组柜。特点是接线简单，维护方便，节约成本。

[0050] 本实用新型提供了一种抗谐波的智能电容器的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。本实施例中未明确的各组成部份均可用现有技术加以实现。

Claims

1. 一种抗谐波的智能电容器，包括单片机，所述单片机分别连接状态反馈电路、一组 A/D转换器；所述状态反馈电路依次连接开关以及电容器；所述每个A/D转换器连接电压互感器和电流互感器；其特征在于，所述单片机与所述开关之间还设有开关控制电路；所述开关与电容器之间连接有电抗器。

2.根据权利要求1所述的一种抗谐波的智能电容器，其特征在于，所述开关控制电路包括三极管Ni、过零光耦Ul、过零光耦U2，三极管N2、继电器K2、电容El ；所述状态反馈电路包括光耦U3、光耦U4、电阻R10、电阻R12 ；所述开关电路包括磁保持继电器K1、晶闸管 Q1、晶闸管Q2，晶闸管Ql与晶闸管Q2反并联后与继电器Kl的触点并联，一端为电压输入端接电源，另一端为电压输出端接电抗器后再接电容器；所述三极管m的基极与单片机连接，三极管m的集电极连接的所述两个串联的过零光耦Ul和过零光耦U2 ；三极管N2的基极与单片机连接，集电极与继电器K2以及电容El连接后串联磁保持继电器Kl ；两个并联的光耦U3和光耦U4的集电极与单片机连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种抗谐波的智能电容器，其特征在于，所述A/D转换器为三个，三相电中各相的电压互感器、电流互感器分别通过一个A/D转换器与单片机连接。

4.根据权利要求1所述的一种抗谐波的智能电容器，其特征在于，所述A/D转换器为型号为MCP3909的A/D转换器。

5.根据权利要求1所述的一种抗谐波的智能电容器，其特征在于，所述单片机UART 口连接RS485电路。