CN207835067U - 一种无功功率补偿控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无功功率补偿控制系统，A相电压互感器、A相电流互感器输出端连接A相位差检测模块，B相电压互感器、B相电流互感器输出端连接B相位差检测模块，C相电压互感器、C相电流互感器输出端连接C相位差检测模块，A相位差检测模块、B相位差检测模块、C相位差检测模块输出端连接相位差数值计算模块，相位差数值计算模块与单片机连接，单片机还与A相位差检测模块、B相位差检测模块、C相位差检测模块、A相功率因数显示模块、B相功率因数显示模块、C相功率因数显示模块、RS232串行通信口、投切控制电路连接，投切控制电路与电容连接。本实用新型不会产生欠补偿和过补偿的情况，可靠性好，安全节能。

Description

一种无功功率补偿控制系统

技术领域

本实用新型涉及电力技术领域，尤其涉及一种无功功率补偿控制系统。

背景技术

在民用建筑中大量使用的是单相负荷，照明、空调等由于负荷变化的随机性大，容易造成三相负载的严重不平衡，尤其是住宅楼在运行中三相不平衡更为严重。由于调节补偿无功功率的采样信号取自三相中的任意一相，造成未检测的两相要么过补偿，要么欠补偿。如果过补偿，则过补偿相的电压升高，造成控制、保护元件等用电设备因过电压而损坏；如果欠补偿，则补偿相的回路电流增大，线路及断路器等设备由于电流的增加而导致发热被烧坏。这种情况下用传统的三相无功补偿方式，不但不节能，反而浪费资源，难以对系统的无功补偿进行有效补偿，补偿过程中所产生的过、欠补偿等弊端更是对整个电网的正常运行带来了严重的危害。

实用新型内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种无功功率补偿控制系统，通过调节无功功率参数的信号取自三相中的每一相，根据每相感性负载的大小和功率因数的高低进行相应的补偿，对其它相不产生相互影响，故不会产生欠补偿和过补偿的情况。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种无功功率补偿控制系统，包括A相电压互感器、A相电流互感器、B相电压互感器、B相电流互感器、C相电压互感器、C相电流互感器、A相位差检测模块、B相位差检测模块、C相位差检测模块、相位差数值计算模块、单片机、A相功率因数显示模块、B相功率因数显示模块、C相功率因数显示模块、RS232串行通信口、投切控制电路、A相电容、B相电容、C相电容，所述A相电压互感器、A相电流互感器输出端连接A相位差检测模块，所述B相电压互感器、B相电流互感器输出端连接B相位差检测模块，所述C相电压互感器、C相电流互感器输出端连接C相位差检测模块，所述A相位差检测模块、B相位差检测模块、C相位差检测模块输出端连接相位差数值计算模块，所述相位差数值计算模块与单片机连接，所述单片机还与A相位差检测模块、B相位差检测模块、C相位差检测模块、A相功率因数显示模块、B相功率因数显示模块、C相功率因数显示模块、RS232串行通信口、投切控制电路连接，所述投切控制电路与A相电容、B相电容、C相电容连接。

上述的一种无功功率补偿控制系统，其特征在于：所述单片机为AT89S52单片机。

上述的一种无功功率补偿控制系统，其特征在于：所述A相位差检测模块、B相位差检测模块、C相位差检测模块均包括I/V转换器、第一电压比较器、第二电压比较器、鉴相电路、计数器，所述I/V转换器输入端连接电流互感器，I/V转换器输出端连接第一电压比较器，所述第二电压比较器输入端连接电压互感器，所述第一电压比较器、第二电压比较器的输出端连接鉴相电路，所述鉴相电路输出端连接计数器。

上述的一种无功功率补偿控制系统，其特征在于：所述第一电压比较器、第二电压比较器为LM393运算放大器。

上述的一种无功功率补偿控制系统，其特征在于：所述鉴相电路为基于D触发器的鉴相电路。

上述的一种无功功率补偿控制系统，其特征在于：所述计数器为8254芯片。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型通过调节无功功率参数的信号取自三相中的每一相，根据每相感性负载的大小和功率因数的高低进行相应的补偿，对其它相不产生相互影响，故不会产生欠补偿和过补偿的情况，可靠性好，安全节能，有效解决了现有技术的不足。

以下将结合附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本实用新型的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构框图。

图2是本实用新型的相位差检测模块原理框图。

图3是本实用新型的电压、电流采集模块原理图。

图4是本实用新型的电压比较器原理图。

图5是本实用新型的鉴相器原理图。

图6是本实用新型的相位差检测模块原理图。

图7是本实用新型的过零型固态继电器在无功功率补偿电路中的工作原理图。

图8是本实用新型的投切控制电路原理图。

具体实施方式

如图1所示，一种无功功率补偿控制系统，其特征在于：包括A相电压互感器1、A相电流互感器2、B相电压互感器3、B相电流互感器4、C相电压互感器5、C相电流互感器6、A相位差检测模块7、B相位差检测模块8、C相位差检测模块9、相位差数值计算模块10、单片机11、A相功率因数显示模块12、B相功率因数显示模块13、C相功率因数显示模块14、RS232串行通信口15、投切控制电路16、A相电容17、B相电容18、C相电容19，所述A相电压互感器1、A相电流互感器2输出端连接A相位差检测模块7，所述B相电压互感器3、B相电流互感器4输出端连接B相位差检测模块8，所述C相电压互感器5、C相电流互感器6输出端连接C相位差检测模块9，所述A相位差检测模块7、B相位差检测模块8、C相位差检测模块9输出端连接相位差数值计算模块10，所述相位差数值计算模块10与单片机11连接，所述单片机11还与A相位差检测模块7、B相位差检测模块8、C相位差检测模块9、A相功率因数显示模块12、B相功率因数显示模块13、C相功率因数显示模块14、RS232串行通信口15、投切控制电路16连接，所述投切控制电路16与A相电容17、B相电容18、C相电容19连接。

本实施例中，所述单片机11为AT89S52单片机。AT89S52具有以下标准功能：8K字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，3个16位定时器/计数器，一个响亮2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52可降至0HZ静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。AT89S52单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且廉价的方案。故此选用AT89S52单片机。

如图2所示，本实施例中，所述A相位差检测模块7、B相位差检测模块8、C相位差检测模块9均包括I/V转换器、第一电压比较器、第二电压比较器、鉴相电路、计数器，所述I/V转换器输入端连接电流互感器，I/V转换器输出端连接第一电压比较器，所述第二电压比较器输入端连接电压互感器，所述第一电压比较器、第二电压比较器的输出端连接鉴相电路，所述鉴相电路输出端连接计数器。

如图3所示，采集要进行补偿线路的信号(及该线路的电压和电流)并进行相应的处理。由于直接采集到的线路电压和电流都比较大，不能直接进行分析和控制。可以将采集到的线路电压U和电流I分别经过电压/电流互感器处理后再进行分析。为了便于比较，I经过电流互感器处理后再经过I/U变换后变成Ui信号。

如图5所示，将电压互感器检测得到的Uu信号和I/U变换后的Ui信号分别传送到电压比较器，得到两组方波信号μ1、μ2。电压比较器是对输入信号进行鉴幅与比较的电路，是组成非正弦波发生电路的基本单元。将得到的两组方波信号输入基于D触发器的鉴相电路。输出信号U0的宽度反映了两信号之间的相位差。

如图6所示，将得到的信号送入计数器8254处理，并将8254与单片机AT89S52进行连线。AT89S52单片机检测到计数结束信号后，通过总线从8254读出计数值，供单片机处理。

如图4所示，本实施例中，所述第一电压比较器、第二电压比较器为LM393运算放大器。

如图6所示，U0通过与门加到8254的计数器0的门控信号GATE0上，当GATE0为高电平时，计数器计数；GATE0为低电平时，计数器停止计数。门控信号同时还受AT89S52的P1.2控制，AT89S52的P3.2检测到计数结束信号后，通过总线从8254读出计数值，供单片机处理。利用单片机定时器功能测定出电源电压和电流过零点的时间差T，因为电网电压和电流的频率为工频50Hz，而一个周期对应的电角度为3600，故当T值被测定后，功率因数即可按下式计算：Φ＝0.018T。则功率因数cosΦ即可方便地求出。

如图7所示为过零型固态继电器在无功功率补偿电路中的工作原理，只有当单片机发出投切信号且过零检测有同步脉冲信号时，“产生触发脉冲”模块才产生触发脉冲并保持，使过零型固态继电器内部的晶闸管接通，电容平稳投入。需要切除时只要单片机发出切除信号，固态继电器在其流过的电流过零时自然关断，电容器被切除。采用过零型固态继电器能实现等电压投入，零电流切除，所以该控制器对电网冲击小。系统有电后即可打开中断过零检测，对电网的电流、电压进行检测，计算出电网无功功率的盈缺量。系统根据盈缺量作为投入或切除补偿电容量大小的依据达到补偿无功功率的目的。图8是由固态继电器构成的投切电容电路，通过过零型固态继电器的控制可以达到设计要求的柔性投切。

综上所述，本实用新型的单片机AT89S52是本系统的核心，实现数据处理、输入、输出控制等功能。通过计数器8254计算出系统功率因数，并通过LED显示电路显示出来。把计算出的功率因数与规定的因数比较看看是否符合要求，当功率因数低于要求时，通过控制补偿电路实现对检测电路的补偿。功率补偿器的外围电路还包括电压、电流相位差检测电路，此部分电路主要用来检测电路现在的功率因数，通过比较器和由D触发电路鉴相电路把电压信号转化为数字信号；三相功率因数显示电路，主要用到LED数码管。显示采用LED数码管显示，尽量采用静态显示，以减轻CPU的负担；投切电容电路中用过零固态继电器来作为控制开关来实现柔性投切；还接上RS-232C接口，向上位机传递系统运行状态信息，以适应将来配电网控制发展趋势。

以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种无功功率补偿控制系统，其特征在于：包括A相电压互感器(1)、A相电流互感器(2)、B相电压互感器(3)、B相电流互感器(4)、C相电压互感器(5)、C相电流互感器(6)、A相位差检测模块(7)、B相位差检测模块(8)、C相位差检测模块(9)、相位差数值计算模块(10)、单片机(11)、A相功率因数显示模块(12)、B相功率因数显示模块(13)、C相功率因数显示模块(14)、RS232串行通信口(15)、投切控制电路(16)、A相电容(17)、B相电容(18)、C相电容(19)，所述A相电压互感器(1)、A相电流互感器(2)输出端连接A相位差检测模块(7)，所述B相电压互感器(3)、B相电流互感器(4)输出端连接B相位差检测模块(8)，所述C相电压互感器(5)、C相电流互感器(6)输出端连接C相位差检测模块(9)，所述A相位差检测模块(7)、B相位差检测模块(8)、C相位差检测模块(9)输出端连接相位差数值计算模块(10)，所述相位差数值计算模块(10)与单片机(11)连接，所述单片机(11)还与A相位差检测模块(7)、B相位差检测模块(8)、C相位差检测模块(9)、A相功率因数显示模块(12)、B相功率因数显示模块(13)、C相功率因数显示模块(14)、RS232串行通信口(15)、投切控制电路(16)连接，所述投切控制电路(16)与A相电容(17)、B相电容(18)、C相电容(19)连接。

2.如权利要求1所述的一种无功功率补偿控制系统，其特征在于：所述单片机(11)为AT89S52单片机。

3.如权利要求1所述的一种无功功率补偿控制系统，其特征在于：所述A相位差检测模块(7)、B相位差检测模块(8)、C相位差检测模块(9)均包括I/V转换器、第一电压比较器、第二电压比较器、鉴相电路、计数器，所述I/V转换器输入端连接电流互感器，I/V转换器输出端连接第一电压比较器，所述第二电压比较器输入端连接电压互感器，所述第一电压比较器、第二电压比较器的输出端连接鉴相电路，所述鉴相电路输出端连接计数器。

4.如权利要求3所述的一种无功功率补偿控制系统，其特征在于：所述第一电压比较器、第二电压比较器为LM393运算放大器。

5.如权利要求3所述的一种无功功率补偿控制系统，其特征在于：所述鉴相电路为基于D触发器的鉴相电路。

6.如权利要求3所述的一种无功功率补偿控制系统，其特征在于：所述计数器为8254芯片。