CN202333812U - 一种快速投切无功滤波补偿装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种快速投切无功滤波补偿装置，包括：人机接口单元、485通讯单元、数据FROM单元、实时时钟单元、报警输出单元、电流采集单元、控制器、可控硅触发输出电路、控制器电源、电压采集单元、晶闸管触发单元、漏电断路器、低压避雷器、双向晶闸管、三相电抗器、三相自愈式电容、浪涌抑制电路、补偿电容单元、低压避雷器、无功补偿控制器、电流互感器，该补偿装置采用大功率晶闸管电流过零点投切技术，实现零电压投入、零电流切除，无涌流、无冲击，快速跟踪系统负荷无功变化，实时动态响应投切，系统响应时间≤20ms。

Description

一种快速投切无功滤波补偿装置

技术领域

本实用新型涉及一种快速投切低压智能无功滤波补偿装置，尤其涉及一种基于电子开关的快速投切低压智能无功滤波补偿装置，属于电力电子技术领域。

背景技术

随着国家工业化水平的提高，各行各业对电网的质量要求越来越高。同时工业自动化大量使用整流器、变频器、中频炉和自动焊接等设备产生大量谐波，使得系统中的电压、电流的波形畸变，造成电网质量恶化，谐波的危害已成为电网的最主要公害。为了滤除供电系统上的谐波，使用谐波滤波无功功率补偿装置是最佳的方法之一，其应用先进的电力电子技术和智能控制技术，解决了在谐波工况下并联电容器补偿的投切问题，还可根据实际情况和要求来抑制或治理谐波，清洁供电网络和提高功率因数。

目前，市场上已经有多种谐波滤波无功功率补偿装置在销售。典型的谐波滤波无功功率补偿装置主要由控制器、智能投切开关、低压电容器等元器件组成。但是，传统的谐波滤波无功功率补偿装置大多存在响应速度慢。投切涌流大等缺陷，不能充分满足广大用户对电能质量的要求。例如在地铁、中频冶炼、电焊、点焊、电镀、电解、轧钢等应用环境中，由于负荷变化极为快速，并且随时需要提供大量的无功功率进行补偿，现有的谐波滤波无功功率补偿装置往往不能及时作出相应的响应，导致在上述应用环境中经常产生较大的电压波动、电压闪变，致使电能质量下降，进而影响设备本身的正常运行。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种快速投切无功滤波补偿装置（简称为智能无功补偿装置）。该快速投切无功滤波补偿装置采用晶闸管投切（TSC）的技术手段，能够实现补偿电容的快速投切。

为实现上述的目的，本实用新型提供一种快速投切无功滤波补偿装置，包括：人机接口单元、485通讯单元、数据FROM单元、实时时钟单元、报警输出单元、电流采集单元、控制器、可控硅触发输出电路、控制器电源、电压采集单元、晶闸管触发单元、漏电断路器、低压避雷器、双向晶闸管、三相电抗器、三相自愈式电容、浪涌抑制电路、补偿电容单元、低压避雷器、无功补偿控制器、电流互感器，控制器分别与人机接口单元、485通讯单元、数据FROM单元、实时时钟单元、报警输出单元、电流采样单元、可控硅触发电路、电压采集单元连接，电流采样单元的输入端连接有电流互感器，电流互感器对厂级交流电网进行数据采集，将电流信号转换为控制器能够直接处理的数字信号，输出给控制器，电压采集单元对厂级交流电网的电压量进行采集，进行转换后，输出给控制器，控制器对来自电流采样单元和电压采集单元的信号进行处理后，将晶闸管投入信号发送给可控硅触发电路，可控硅触发电路对控制器发出的晶闸管投入信号进行放大后，传送给晶闸管触发单元，晶闸管触发单元连接到厂级交流电网的补偿电容单元，对其中的晶闸管进行触发，实现补偿电容的快速投切。

其中，控制器采用ARM STM32系列单片机。

其中，所述快速投切无功滤波补偿装置还包括漏电断路器，其一端直接并联在上述的厂级交流电网上，一低压避雷器、补偿电容单元以及控制器电源单元与该漏电断路器的另一端连接。

其中，所述晶闸管触发单元包括光电耦合器、整形控制逻辑输出单元、脉冲变压器，晶闸管两端电压经电阻降压送到光电耦合器，当交流电压瞬时值与电容器残压相等时晶闸管上电压为零，零电压检测电路输出一个脉冲，该脉冲与晶闸管投切投入信号在整形控制逻辑输出单元相“与”后，产生触发信号，经脉冲变压器触发相应的晶闸管。

此外，所述补偿电容单元包括共补模块，含有多组补偿电容及其附属电路，每一组补偿电容及其附属电路包括熔断器、晶闸管、三相电抗器、三相自愈式电容和浪涌抑制回路，其中三相电抗器共有三个，分别连接在三角形连接的三相自愈式电容的三相引出端，在三相自愈式电容的A相和B相的引出端上还串联有熔断器和晶闸管，晶闸管上并联有浪涌抑制回路，晶闸管触发单元分别与每个晶闸管连接，以便直接控制晶闸管的通断。

再有，补偿电容单元还包括分补模块，分相补偿电容采用星形连接方式，每相上设有低压自愈式电容，电抗器连接电容公共端的引出线。

本智能无功滤波补偿装置采用双向晶闸管的无触点开关电路，采用零电流投切的技术，投切电容器无拉弧，动作时间短，可大幅度地限制电容器合闸涌流，特别适合于繁投切的场合。三相共补电容采用三角形连接，实现了最高性价比的三相平衡和不平衡的电容补偿。在补偿电容回路中串入大功率的电抗器与电容器组成滤波回路，可以抑制合闸涌流和滤除谐波并提供无功功率。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

图1为本实用新型所提供的快速投切低压智能无功滤波补偿装置的电路原理图；

图2为图1的快速投切低压智能无功滤波补偿装置的晶闸管触发单元的电路框图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型所提供的快速投切低压智能无功滤波补偿装置包括：人机接口单元1、485通讯单元2，数据FROM单元3，实时时钟单元4、报警输出单元5、电流采集单元6、控制器7、可控硅触发输出电路8、控制器电源9、电压采集单元10、晶闸管触发单元11、漏电断路器12、低压避雷器13、双向晶闸管14、三相电抗器15、三相自愈式电容16、浪涌抑制电路17、补偿电容单元18、低压避雷器19、无功补偿控制器20、电流互感器21。

控制器7是本智能无功滤波补偿装置的控制核心，采用低功耗，高性能单片机，如ARM STM32系列单片机。控制器7分别与人机接口单元1、485通讯单元2，数据FROM单元3，实时时钟单元4、报警输出单元5、电流采样单元6、可控硅触发电路8、电压采集单元10连接。

电流采样单元6的输入端连接有电流互感器21，电流互感器21对厂级交流电网进行数据采集，将电流信号转换为控制器7能够直接处理的数字信号，输出给控制器7。

电压采集单元10对厂级交流电网的电压量进行采集，进行转换后，输出给控制器7。

控制器7对来自电流采样单元6和电压采集单元10的信号进行处理后，将晶闸管投入信号发送给可控硅触发电路8，可控硅触发电路8对控制器7发出的晶闸管投入信号进行放大后，传送给晶闸管触发单元11，晶闸管触发单元11对连接到厂级交流电网的补偿电容单元18，对其中的晶闸管14进行触发，实现补偿电容的快速投切。

漏电断路器12的一端直接并联在上述的厂级交流电网上，低压避雷器19、补偿电容单元18以及控制器电源单元9与该漏电断路器12的另一端连接。

补偿电容单元18包括多组补偿电容及其附属电路，图1中示出了4组。每一组补偿电容及其附属电路包括熔断器13、晶闸管14、三相电抗器15、三相自愈式电容16和浪涌抑制回路17，其中三相电抗器15共有三个，分别连接在三角形连接的三相自愈式电容16的三相引出端，在三相自愈式电容16的A相和B相的引出端上还串联有熔断器13和晶闸管14，晶闸管14上并联有浪涌抑制回路17。浪涌吸收回路17可以对晶闸管14进行有效保护，延长晶闸管14的使用寿命。晶闸管触发单元11分别与每个晶闸管14连接，以便直接控制晶闸管的通断。

在实践中，补偿电容单元18除包括上述共补模块外，还包括分补模块，共补模块可以根据需要扩展为包括三组补偿电容及其附属电路。分补模块包括两组分相补偿电容及其附属电路。在每一组分相补偿电容及其附属电路中，每一组补偿电容及其附属电路由熔断器、晶闸管、两相电抗器、两相自愈式电容、浪涌抑制回路组成。在三相分补单元中，分相补偿电容采用星形连接方式，每相上设有低压自愈式电容，电抗器连接电容公共端的引出线。

晶闸管触发单元11采用检测晶闸管两端电压的零电压触发方式。由于电容器残压的不确定性，晶闸管上的电压是一个不能根据电网电压计算的值，但可通过检测晶闸管两端（阳极和阴极）的电压来确定电网电压与电容器残压是否相等。当检测到晶闸管两端电压相等（电压差为零）时，触发晶闸管。其原理电路原理框图如图2所示。

图2中，晶闸管触发单元8包括光电耦合器、整形控制逻辑输出单元、脉冲变压器，晶闸管两端电压经电阻降压送到光电耦合器，当交流电压瞬时值与电容器残压相等时晶闸管上电压为零，零电压检测电路输出一个脉冲，该脉冲与晶闸管投切投入信号在整形控制逻辑输出单元相“与”后，产生触发信号，经脉冲变压器触发相应的晶闸管。

由于使用带浮点运算的高性能ARM芯片单片机和晶闸管快速投切电路，采用自动化控制手段，优先投切方式控制多组电控器进行集中分组精细补偿，改变了过去一次性整组投切电容方式，提高了补偿精度，彻底解决了欠补及无功倒送的问题，补偿范围可述：0.90～1.0.从而在优先保证电压合格的基础上，可以实现补偿电容的快速、平稳投入切除，投切速度10ms～20ms，使无功功率始终处于最佳补偿状态，提高了电能质量，节约了电力资源。本快速投切低压智能无功滤波补偿装置可以实现补偿电容的快速、平稳投入切除，投切速度10ms～20ms，因此特别适合需反复启动负载、功率因数随时变化的场合，如400V低压配电网使用电焊机、切割机的工厂等，也可广泛用于户外台式变压器、室内配电室、箱式变电站以及冶金、机械、矿山、铁路、化工等企业或低压用户进行自动跟踪补偿、配电监测和谐波检测。

为了满足电厂、变电站、工矿企业等用户的需要，本智能无功滤波补偿装置采用低压开关柜进行封装，柜体的大小根据需要定制。为了充分考虑散热和防护电磁干扰的需要。

以上对本实用新型的快速投切低压智能无功滤波补偿装置进行了详细的说明。对本领域技术人员而言，在不背离本实用新型实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都在本实用新型保护范围之内。

Claims (6)

1.一种快速投切无功滤波补偿装置，包括：人机接口单元、485通讯单元、数据FROM单元、实时时钟单元、报警输出单元、电流采集单元、控制器、可控硅触发输出电路、控制器电源、电压采集单元、晶闸管触发单元、漏电断路器、低压避雷器、双向晶闸管、三相电抗器、三相自愈式电容、浪涌抑制电路、补偿电容单元、低压避雷器、无功补偿控制器、电流互感器，

控制器分别与人机接口单元、485通讯单元、数据FROM单元、实时时钟单元、报警输出单元、电流采样单元、可控硅触发电路、电压采集单元连接，

电流采样单元的输入端连接有电流互感器，电流互感器对厂级交流电网进行数据采集，将电流信号转换为控制器能够直接处理的数字信号，输出给控制器，

电压采集单元对厂级交流电网的电压量进行采集，进行转换后，输出给控制器，

控制器对来自电流采样单元和电压采集单元的信号进行处理后，将晶闸管投入信号发送给可控硅触发电路，可控硅触发电路对控制器发出的晶闸管投入信号进行放大后，传送给晶闸管触发单元，晶闸管触发单元连接到厂级交流电网的补偿电容单元，对其中的晶闸管进行触发，实现补偿电容的快速投切。

2.如权利要求1所述的快速投切无功滤波补偿装置，其特征在于：控制器采用ARM STM32系列单片机。

3.如权利要求1所述的快速投切无功滤波补偿装置，其特征在于：还包括漏电断路器，其一端直接并联在上述的厂级交流电网上，一低压避雷器、补偿电容单元以及控制器电源单元与该漏电断路器的另一端连接。

4.如权利要求1所述的快速投切无功滤波补偿装置，其特征在于：晶闸管触发单元包括光电耦合器、整形控制逻辑输出单元、脉冲变压器，晶闸管两端电压经电阻降压送到光电耦合器，当交流电压瞬时值与电容器残压相等时晶闸管上电压为零，零电压检测电路输出一个脉冲，该脉冲与晶闸管投切投入信号在整形控制逻辑输出单元相“与”后，产生触发信号，经脉冲变压器触发相应的晶闸管。

5.如权利要求1-4之一所述的快速投切无功滤波补偿装置，其特征在于：所述补偿电容单元包括共补模块，含有多组补偿电容及其附属电路，每一组补偿电容及其附属电路包括熔断器、晶闸管、三相电抗器、三相自愈式电容和浪涌抑制回路，其中三相电抗器共有三个，分别连接在三角形连接的三相自愈式电容的三相引出端，在三相自愈式电容的A相和B相的引出端上还串联有熔断器和晶闸管，晶闸管上并联有浪涌抑制回路，晶闸管触发单元分别与每个晶闸管连接，以便直接控制晶闸管的通断。

6.如权利要求5所述的快速投切无功滤波补偿装置，其特征在于：补偿电容单元还包括分补模块，分相补偿电容采用星形连接方式，每相上设有低压自愈式电容，电抗器连接电容公共端的引出线。

Images