CN203553954U - 自控组合优化动态投切无功功率补偿装置 - Google Patents

自控组合优化动态投切无功功率补偿装置 Download PDF

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Abstract

一种自控组合优化动态投切无功功率补偿装置，它由采样系统、数据处理系统、信号转换处理系统、输出控制系统和记录与辅助系统组成的。采样系统、数据处理系统及信号转换处理系统和输出控制系统依次连接；采样系统中设置有电压检测电路、电流检测电路、电平转换电路和A/D转换电路；数据处理系统中设置有单片机模块；信号转换处理系统中设置有光电耦合电路、投切信号调理电路、过零监测及触发电路、投切信号调理电路、晶闸管模块；输出控制系统中设置有四组电容器组。本实用新型能够有效地实现对供电线路进行快速的分相补偿、分相补偿加三相补偿、三相补偿；具有结构简单、功能多样、可控性强和可靠性高的优点。

Description

自控组合优化动态投切无功功率补偿装置
技术领域
本实用新型涉及一种无功补偿装置，尤其是一种自控组合优化动态投切无功功率补偿装置。
背景技术
 供电与配电系统的无功电流可以造成用户端的电压不稳和增加线路损耗，通常的办法是要在用户端安装无功补偿装置。现有技术中，常用的补偿控制器只能根据供电与配电线路的功率因素，对三相线路进行同样大小补偿。由于三相线路中各相无功电流的大小往往是不相等的，一方面，这种不分相线的同样大小补偿往往会造成某一相的欠补偿或者过补偿；另一方面，补偿电容器也不易做到精细投切，往往欠补偿或者过补偿的情况会发生的比较频繁，影响补偿效果的完整性。
发明内容
本实用新型的发明目的是为了克服现有技术存在的上述而提供一种控制简单灵活，补偿速度快，精度高，抗干扰能力强，能够有效地实现对供电线路进行快速的分相补偿、分相补偿加三相补偿、三相补偿地自动控制，有效地解决了欠补偿或者过补偿情况发生的自控组合优化动态投切无功功率补偿装置。
本实用新型的技术方案是：它由采样系统、数据处理系统、信号转换处理系统、输出控制系统和记录与辅助系统组成；采样系统、数据处理系统、信号转换处理系统、输出控制系统依次连接；采样系统中设置有电压采集电路、电流采集电路、电平转换电路、A/D转换电路；数据处理系统中设置有单片机模块；信号转换处理系统中设置有光电耦合电路、过零监测及触发模电路、投切信号调理电路、晶闸管模块；输出控制系统中设置有电容器组1、电容器组2、电容器组3、电容器组4。
采样系统的电压采集电路输入端接电压变送器，从电压变送器采集三相电压信号VA、VB、VC及零信号N；电流采集电路的输入端接电流变送器，从电流变送器采集三相电流信号IA、IB、IC；电压采集电路输出端和电流采集电路输出端分别连接电平转换电路的输入端，电平转换电路的输出端连接A/D转换电路输入端。
数据处理系统的单片机模块的输出端接光电耦合电路的输入端。将A/D转换电路转换的参数，通过单片机模块中的软件处理完成傅立叶快速分解基波分解；再用瞬时无功功率理论方法快速精确计算出无功补偿输出分量值，并将控制参数输出到光电耦合电路的输入端。
信号转换处理系统还包括一个接收光电耦合电路的隔离后的控制参数输出信号并对控制参数进行投切监测触发整定的过零监测及触发电路；还包括一个将过零监测及触发电路监测触发整定的数据调整成8421倍增方式输出至晶闸管模块，使晶闸管模块输出的控制参数在4种规格电容器的情况下完成16级分级投切的投切信号调理电路。
输出控制系统中的电容器组1、电容器组2、电容器组3、电容器组4输入端接晶闸管模块，输出端分别连接动力线的A相、B相、C相。
记录与辅助系统中设置有显示、键盘、报警、通讯，记录与辅助系统中的显示、键盘、报警、通讯与数据处理系统的单片机模块相连接。
由于在软件中采用了傅立叶快速分解法和瞬时无功功率理论的计算方法，使本实用新型能在谐波含量高、电网波动大的工况下，精确计算基波电流、基波电压、无功功率、有功功率及功率因数，提供应用软件进行运算控制，控制精度高、投切速度块。
本实用新型输出采用晶闸管投切电容器，采用电压过零触发技术，使电容器能够“零压投入，过零切除”，对系统和电容无冲击，特别适应需频繁快速补偿的场合。
采用8421投切电容方式（8421倍增方式），其特点是在只使用4种规格电容器的情况下，完成16级分级投切，提高了电容器的使用寿命。
本实用新型的有益效果是：本实用新型实时将测量的电网电流及电压的瞬时值，通过软件编程，应用傅立叶快速分解方法计算出基波分量，同时利用瞬时无功功率理论，计算出电网无功功率的方向和数值P。P除以权值为1的电容器组容量，商四舍五入后，化为2进制数，即可得到对应于权值为1.2.4.8的电容器组投切控制指令（1或0）。投切控制指令经过零触发模块控制投入或切除补偿相应的电容器组，达到补偿无功功率的目的。本实用新型能够有效地实时检测和跟踪负荷无功功率的变化，能够在其两端电压为零时投入电容器，在其电流为零时切除电容器，加上循环投切方式，可较好地解决操作过电压对电容器造成的冲击，有效的延长了电容器的寿命。本实用新型具有电路简化、成本低、结构简单、功能多样、可控性强和可靠性高的优点。
附图说明
图１为本实用新型的电路方框图。
图2为软件控制框图。
图中，1、采样系统，2、数据处理系统，3、信号转换处理系统,4、输出控制系统，5、记录与辅助系统，6、电压采集电路、7、电流采集电路，8、电平转换电路，9、A/D转换电路，10、单片机模块，11、光电耦合电路，12、过零监测及触发模电路，13、投切信号调理电路，14、晶闸管模块，15、电容器组1，16、电容器组2，17、电容器组3，18、电容器组4,19、显示，20、键盘，21、报警，22、通讯。
具体实施方式
下面结合附图1提供的实施例分二个部分对本实用新型进一步说明。
第一，结构组成。
本实用新型由采样系统1、数据处理系统2、信号转换处理系统3、输出控制系统4和记录与辅助系统5组成。采样系统1、数据处理系统2及信号转换处理系统3和输出控制系统4依次连接。
采样系统1包括：电压采集电路6、电流采集电路7、电平转换电路8、A/D转换电路9。
数据处理系统3包括：单片机模块10。
信号转换处理系统4包括：光电耦合电路11、过零监测及触发模电路12、投切信号调理电路13、晶闸管模块14。
输出控制系统4包括：电容器组1（15）、电容器组2（16）、电容器组3（17）、电容器组4（18）。 
记录与辅助系统6包括：显示19、键盘20、报警21、通讯22。
 第二，控制原理与控制过程
采样系统：三相电源的电压、电流信号的采样均在的定时器中的中断程序中进行。信号采样由电压采集电路6、电流采集电路7 采集，并将采集数据输出到电平转换电路8进行电平转换，转换产生A/D转换电路9可识别的信号。
数据处理系统：数据处理系统将A/D转换电路9输出的数据送人单片机模块10，单片机模块10通过软件进行傅立叶快速分解基波运算，并应用瞬时无功功率理论，计算出三相电压有效值、三相电流有效值、三相有功功率、三相无功功率和三相功率因数等参数，产生无功补偿输出分量值。
信号转换处理系统：信号转换处理系统是将，数据处理系统2 输出的无功补偿输出分量值，通过光电耦合电路11进行强电与弱电隔离，并将隔离后的信号输出到过零监测及触发模电路12，进行投、切过零监测及产生投切的触发信号，输出到投切信号调理电路13，进行补偿装置循环投切控制数据的整定，整定后的数据输出到晶闸管模块14执行相对应电容的投入或切除操作。
输出控制系统：输出控制系统将晶闸管模块14输出的控制参数，分别对应输出到：电容器组1（16）、电容器组2（17）、电容器组3（18）、电容器组4（19）的输入端控制四组电容器的输出，完成瞬时无功功率补偿过程。
下面结合附图2提供的软件框图进一步说明。
图2为自控组合优化动态投切无功功率补偿装置控制软件框图。控制软件的工作过程：系统上电后，进行初始化，对寄存器和I/O端口进行设置，再进行自检程序，自检无误后，CPU单片机进入键盘扫描状态，若有按键按下，测进入相应的键盘处理程序，设定控制方式及系统参数；若无按键按下，则循环显示系统参数，之后返回键盘扫描状态。与此同时，单片机在定时器中断处理程序中采集三相电参数，依据傅立叶快速分解基波运算，并应用瞬时无功功率理论算法，计算出无功功率的方向和数值，得到应投切的电容量△C，投切相应的电容组。系统在每个中断循环内将测得的电流和电压值与设定的超限保护值进行比较，若电压超过额定范围，系统将切除所有电容并自动报警。

Claims (6)

1.一种自控组合优化动态投切无功功率补偿装置，其特征是：它由采样系统（1）、数据处理系统（2）、信号转换处理系统（3）、输出控制系统（4）和记录与辅助系统（5）组成；采样系统（1）、数据处理系统（2）、信号转换处理系统（3）、输出控制系统（4）依次连接；采样系统（1）中设置有电压采集电路（6）、电流采集电路（7）、电平转换电路（8）、A/D转换电路（9）；数据处理系统（2）中设置有单片机模块（10）；信号转换处理系统（3）中设置有光电耦合电路（11）、过零监测及触发模电路（12）、投切信号调理电路（13）、晶闸管模块（14）；输出控制系统（4） 中设置有电容器组1（15）、电容器组2（16）、电容器组3（17）、电容器组4（18）。
2.根据权利要求1所述的自控组合优化动态投切无功功率补偿装置，其特征是：采样系统（1）的电压采集电路（6）输入端接电压变送器；电流采集电路（7）的输入端接电流变送器；电压采集电路（6）输出端和电流采集电路（7）输出端分别连接电平转换电路（8）的输入端，电平转换电路（8）的输出端连接A/D转换电路（9）输入端。
3.根据权利要求1所述的自控组合优化动态投切无功功率补偿装置，其特征是：数据处理系统（2）的单片机模块（10）的输出端接光电耦合电路（11）的输入端。
4.根据权利要求1所述的自控组合优化动态投切无功功率补偿装置，其特征是：信号转换处理系统（3）还包括一个接收光电耦合电路（11）的隔离后的控制参数输出信号并对控制参数进行投切监测触发整定的过零监测及触发电路（12）；还包括一个将过零监测及触发电路（12）监测触发整定的数据调整成8421倍增方式输出至晶闸管模块（14），使晶闸管模块（14）输出的控制参数在4种规格电容器的情况下完成16级分级投切的投切信号调理电路（13）。
5.根据权利要求1所述的自控组合优化动态投切无功功率补偿装置，其特征是：输出控制系统（4） 中的电容器组1（15）、电容器组2（16）、电容器组3（17）、电容器组4（18）输入端接晶闸管模块（14），输出端分别连接动力线的A相、B相、C相。
6.根据权利要求1所述的自控组合优化动态投切无功功率补偿装置，其特征是：记录与辅助系统（5）中设置有显示（19）、键盘（20）、报警（21）、通讯（22），记录与辅助系统（5）中的显示（19）、键盘（20）、报警（21）、通讯（22）与数据处理系统（2）的单片机模块（10）相连接。
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