專利名稱：帶有改進的門電路的無功功率補償設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于可控硅相控電抗器的穩(wěn)態(tài)無功率補償設(shè)備，該可控硅相控電抗器由一個可控硅閥和一個電抗器組成。更具體地說，本發(fā)明涉及一種帶有改進的門電路的無功功率補償設(shè)備。
為了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定，常用到無功功率補償設(shè)備(以下稱為SVC)。該無功功率補償設(shè)備包括一個可控硅相控電抗器(以下稱為TCR)，它用于調(diào)整滯后的無功功率。
在常規(guī)的TCR中，由于在控制角α＝0°下觸發(fā)后有一個極小的反向電壓加到閥上而出現(xiàn)的部分整流失靈，以及由此產(chǎn)生的在該閥中的可控硅被擊穿，使無功功率補償設(shè)備無法起SVC的作用。
本發(fā)明的目的是提供一種無功功率補償設(shè)備，它可使SVC即使在產(chǎn)生一個極小的反向電壓的時候(即在α＝0°下觸發(fā)時)仍能正常工作，而常規(guī)門電路則不能控制其工作。
為了達到這一目的，本發(fā)明包括第一裝置，它用來檢測處于導(dǎo)通狀態(tài)的可控硅當其導(dǎo)通結(jié)束后，在預(yù)定時間T4內(nèi)被加上一個反向電壓;以及第二裝置，它用來檢測可控硅的導(dǎo)通狀態(tài)，該狀態(tài)在施加一個觸發(fā)脈沖后持續(xù)一段所期望的時間T3，它長于不導(dǎo)通的可控硅的關(guān)斷時間;該第一或第二裝置用來重新設(shè)定正導(dǎo)通的可控硅的“接通”周期的信號。
在帶有第一和第二裝置的設(shè)備中，如果在α＝0°時產(chǎn)生一個錯誤或故障觸發(fā)信號，則被錯誤地觸發(fā)的可控硅的“接通”周期(導(dǎo)通相位角)就會擴展到大約360°。在這種情況下，與被錯誤地觸發(fā)的可控硅反并聯(lián)連接的可控硅的“接通”周期很短，但隨時間逐漸變長，隨著“接通”周期的擴展，當測出可控硅的“接通”周期已經(jīng)持續(xù)了所期望的時間周期T3后，則該被錯誤地觸發(fā)的可控硅“接通”周期被重新設(shè)定。此后，如果檢測出每一可控硅從其導(dǎo)通結(jié)束已加上了一預(yù)定時間的反向電壓，此預(yù)定時間短于可控硅的關(guān)斷時間，則將每一可控硅的“接通”周期信號復(fù)位。


圖1是按照本發(fā)明的一個實施例的門電路的框圖，它用于采用可控硅相控電抗器的無功功率補償。
圖2是時域圖，用于解釋圖1的門電路的工作過程。
圖3是表示用一個計算機控制的電路替代圖1的門電路時的配置的方框圖。
圖4是一個流程圖，它說明圖3的計算機控制的電路的工作過程。
將參照附圖描述本發(fā)明的較佳實施例。在這里的描述中，為簡單起見，同樣的或功能相同的元件由同樣的或相似的參考數(shù)表示。
在圖1中，三相交流電系統(tǒng)的RST連接到一個△型連接的TCR上，該TCR帶有一個U-相可控硅閥、一個V-相可控硅閥、一個W-相可控硅閥、一個X-相可控硅閥、一個T-相可控硅閥、一個Z-相可控硅閥及三個電抗器L。
下面將詳細描述三相TCR的U相和X相(盡管省略了對其它相的描述，但V相、Y相;W相、Z相與U相、X相的配置相同)U-相電壓檢測器VDU和X-相電壓檢測器VDX連接到U-相和X-相可控硅閥，U-相和X-相可控硅閥以相反方向并聯(lián)連接(即反并聯(lián)連接)。當在U-相可控硅閥上加一正向電壓時，U-相電壓檢測器VDU以邏輯電平1產(chǎn)生正向電壓信號FV-U;而當在X-相可控硅閥上加一正向電壓時，X-相電壓檢測器VDX以邏輯電平1產(chǎn)生正向電壓信號FV-X。信號FV-U和FV-X例如通過光纖分別送到U-相門電路100U和X-相門電路100X。
當給U-相閥加一正向電壓并給X-相閥加一反向電壓時，F(xiàn)V-U＝1，F(xiàn)V-X＝0。另一方面，當給U-相閥加一反向電壓并給X-相閥加一正向電壓時，F(xiàn)V-U＝0而FV-X＝1。當U-相閥和X-相閥上均未加正向電壓時，F(xiàn)V-U＝FV-X＝0。
U-相門電路100U包括一個觸發(fā)器1U，它由U-相的相控制信號PHS-U設(shè)定。輸出PHS1-U耦合到與門2U，與門2U還加有正向電壓信號FV-U。當HS1-U和FV-U的邏輯積是邏輯1時，則脈沖發(fā)生器3U，例如多諧振蕩器，被觸發(fā)，產(chǎn)生門脈沖GP-U以觸發(fā)U-相閥。
X-相門電路100X包括一個觸發(fā)器1X，它由X-相的相控制信號PHS-X設(shè)定。輸出PHS1-X耦合到與門2X，與門2X還被加以正向電壓信號FV-X。當HS1-X和FV-X的邏輯積是邏輯1時，則脈沖發(fā)生器3X被觸發(fā)，產(chǎn)生門脈沖GP-X從而觸發(fā)X-相閥。
U-相的門電路100U還包含一個與門4U，它當其輸入處于GP-X＝1和FV-X＝FV-U＝0時，產(chǎn)生邏輯1的信號FFS1-U。這一信號FFS1-U使觸發(fā)器5U置位，觸發(fā)器5U由U-相門脈沖GP-U復(fù)位。
觸發(fā)器50的輸出FFR1-U被輸入到定時器6U，該定時器提供一個延遲時間T3(T3與可控硅的零伏關(guān)斷時間一樣長，通常是2-3毫秒)。定時器6U在加上FFR1-U經(jīng)過一段時間T3以后輸出一個信號FFR2-U(＝1)。
另一方面，X-相正向電壓信號FV-x加在延遲時間為T4(T4小于T3且通常等于可控硅的關(guān)斷時間，0.7-1毫秒)的定時器9U上。定時器9U在加上FFR1-U經(jīng)過一段時間T4后輸出一個信號FV-X2(＝1)。
由信號FFR2-U觸發(fā)的脈沖發(fā)生器7U的輸出以及由信號FV-X觸發(fā)的脈沖發(fā)生器10U的輸出被輸入到或門8U上，或門8U將脈沖發(fā)生器7U的輸出(＝1)與脈沖發(fā)生器10U的輸出(＝1)的邏輯和信號RS-U加到觸發(fā)器1U上。觸發(fā)器1U由信號RS-U復(fù)位。
X相門電路100X還包含一個與門4X，在其輸入處于GP-U＝1及FV-U＝FV-X＝0時產(chǎn)生一個邏輯1的信號FFS1-X。這一信號FFS1-X＝1使觸發(fā)器5X置位，觸發(fā)器5X由X相門脈沖GP-X復(fù)位。
觸發(fā)器5X的輸出FFR1-X被輸入到定時器6X，該定時器提供時間延遲T3。在加上FFR1-X的一段時間T3以后，定時器6X輸出一個信號FFR2-X(＝1)。
另一方面，U-相的正向電壓信號FV-U被加到延遲時間為T4的定時器9X上，在加上FV-U的一段時間T4以后，定時器9X輸出一個信號FV-U2(＝1)。
由信號FFR2-X觸發(fā)的脈沖發(fā)生器7X的輸出及由信號FV-U2觸發(fā)的脈沖發(fā)生器10X的輸出被加到或門8X上?；蜷T8X把脈沖發(fā)生器7X的輸出(＝1)與脈沖發(fā)生器10X的輸出(＝1)的邏輯和信號RS-X送到觸發(fā)器1X。觸發(fā)器1X由信號RS-X復(fù)位。
正是以這種方式構(gòu)成了U-相門電路100U和X-相門電路100X。
這些門電路中各種信號產(chǎn)生的時序及其脈寬在圖2中舉例予以說明。圖2中，V代表通過每一個U-相閥及X-相閥的電壓波型，而I代表通過每個U-相閥和X-相閥的電流波型。圖2的左邊一半代表在α＝0°觸發(fā)時的各種波型，而右邊一半則表示容限角度足夠大時的各種波型。
如果系統(tǒng)R、S、T的電壓正常且不產(chǎn)生錯誤或故障脈沖，則容限角就足夠大。因此，每一相的可控硅閥中的多個可控硅不會因為容限角太小而在部分整流中失靈。在這種情況下，由于加在U-相閥上的反向電壓足夠大(換句話說，在X-相閥上加了一個正向電壓)，所以，F(xiàn)V-X＝1，以致與門4U關(guān)閉。
觸發(fā)器5U由于FV-X＝1而不觸發(fā)從而定時器6U不起動而定時器9U卻起動。因此，觸發(fā)器1U是由定時器9U在T4的時間延遲后復(fù)位，從而U相閥的導(dǎo)通結(jié)束。接著X-相閥開始導(dǎo)通。
圖1的實施例有兩種使觸發(fā)器1U復(fù)位的方法，該觸發(fā)器提供代表U-相閥“接通”周期的信號PHS1-U。這兩種方法是(1)利用當加在U-相閥上的反向電壓足夠大(FV-X＝1)時定時器9U開始工作，在FV-X從邏輯0變成邏輯1經(jīng)過一段時間T4之后，進行復(fù)位。
(2)在產(chǎn)生門脈沖GP-X使X-相閥導(dǎo)通，并且每一個U-相閥和X-相閥都沒有加正向電壓(FV-U＝0，F(xiàn)V-X＝0，GP-X＝1)時經(jīng)過一段時間T3之后，由定時器6U進行復(fù)位。
觸發(fā)器1U是以上述(1)或者(2)的方式復(fù)位的。
圖2表示因誤發(fā)脈沖而出現(xiàn)α＝0°的觸發(fā)時，各信號的時域圖。
U-相閥的“接通”周期因時間tA時的脈沖GP-U產(chǎn)生α＝0°的觸發(fā)以及在時間tC時U相閥被加上一個小的反向電壓而變長。至于X-相閥，當觸發(fā)器1U被相控信號PHS-X觸發(fā)而產(chǎn)生邏輯1的接通周期信號PHS1-X，并且接通周期信號PHSl-X因而與邏輯1的正向電壓的信號FV-X進行邏輯“與”時，就會產(chǎn)生門脈沖GP-X以觸發(fā)X相閥。這時，U相閥沒有加上足夠的反向電壓，并且X相閥的接通周期不長于T3，從而觸發(fā)器1U沒有被復(fù)位。由于這一原因，表示U-相接通周期的觸發(fā)器1U的輸出信號PHS1-U仍為邏輯1，以至每當在U相上加一正向電壓時(FV-U＝1)，U相閥將繼續(xù)被觸發(fā)。
另一方面，對于X-相閥，產(chǎn)生接通周期信號PHS1-X的觸發(fā)器1X在U-相閥導(dǎo)通(GP-U＝1)經(jīng)過一段時間T3之后復(fù)位。由于α＝0°觸發(fā)的閥電流會持續(xù)幾個周期，這期間其暫時出現(xiàn)的直流成分衰減，然后產(chǎn)生U-相閥接通周期的信號PHS1-U的觸發(fā)器1U在X-相閥的接通周期維持一段時間T3后(即在圖2中的時間tB時)被復(fù)位。
以這一方式，U相閥和X相閥在加有很小的反向電壓(FV-U＝0，F(xiàn)V-X＝0)時繼續(xù)導(dǎo)通(參見圖2中對應(yīng)α＝0°觸發(fā)時PHS1-U＝1的區(qū)域)。因此，不會產(chǎn)生部分整流失靈，并且可控硅閥繼續(xù)正常工作。
即使在可控硅導(dǎo)通后沒有加反向電壓，在導(dǎo)通中止(即，該可控硅處于零伏關(guān)斷)后的2-3毫秒過程中也不會出現(xiàn)部分整流失靈。這樣，如果將T3定為2-3毫秒或更長，則決定接通周期長短的觸發(fā)器1U和1X就可被復(fù)位。一般說來，時間T3定為2-3毫秒，時間T4定為大約1毫秒或更小(1-0.7ms)。
圖1的門電路100U和100X處理很多脈寬為1毫秒或更短的信號，因而需要有相當高的運行速度。這種高速度的運行用圖1所示的分立元件組成的電路是很容易實現(xiàn)的，但是用運行很慢的8位微機進行軟件控制來實現(xiàn)就不那么容易了。
然而，近年來，速度相當高的16位-32位C1SC型(復(fù)雜指令計算機)微機或RISC型微機(簡化指令計算機)已很容易得到，所以現(xiàn)在可以利用計算機電路構(gòu)成圖1的門電路部分并且用常規(guī)電路部分處理相控信號PHS-U和PHS-X以及其它信號。
圖3所示為一種配置的主要部分，其中圖1的門電路部分用這種高速計算機電路代替(處理相控信號PHS-U和PHS-X以及其它信號的電路部分從略)。
相控信號PHS-U和PHS-X及正向電壓信號FV-U和FV-X通過A/D變換器31輸入到微機30中。與微機30相連接的有一個存貯數(shù)據(jù)與程序的存儲器32，一個定時計數(shù)器33，它對應(yīng)于圖1中的計時器6U和6X并且產(chǎn)生一個時間延遲T3，一個定時計數(shù)器34，它對應(yīng)于圖1的定時器9U和9X并產(chǎn)生延遲時間T4，以及一個驅(qū)動器35，它把作為門脈沖GP-U和GP-X等的處理結(jié)果通過光纖一類線路(未標出)傳輸?shù)较鄳?yīng)的可控硅閥。
圖3的計算機控制的電路的工作如圖4的流程所示。
首先，要檢查是否產(chǎn)生邏輯1的相控信號PHS-U(步驟10)。當這個相控信號PHS-U沒有產(chǎn)生時，等待狀態(tài)會一直持續(xù)到其產(chǎn)生。當相控信號PHS-U出現(xiàn)后，就設(shè)置了信號PHS-U的導(dǎo)通狀態(tài)(圖1的觸發(fā)器1U的置位)(步驟12)。
其次檢查是否產(chǎn)生了邏輯1的正向電壓信號FV-U(步驟14)。當正向電壓信號FV-U沒有出現(xiàn)時，等待狀態(tài)會持續(xù)到其出現(xiàn)。當正向電壓信號FV-U出現(xiàn)時，就會產(chǎn)生門脈沖GP-U(步驟16)。
繼而檢查是否滿足正向電壓信號FV-U＝0，正向電壓信號FV-X＝0及門脈沖GP-X＝1的條件(即圖1的與門電路4U的“與”條件是否滿足)(步驟18)。
如果“與”條件不滿足，則檢查正向電壓信號FV-X是否為邏輯1(步驟20)。當正向電壓信號沒出現(xiàn)時，則等待狀態(tài)會持續(xù)到其出現(xiàn)。當正向電壓信號產(chǎn)生時，時間計數(shù)器33在信號產(chǎn)生之時開始計數(shù)工作(步驟22)。
如果步驟18的條件滿足，則定時計數(shù)器34的計數(shù)工作在該條件滿足之時開始(步驟24)。
如果正向電壓信號FV-X＝1的周期從計時開始(步驟26中的“是”)持續(xù)了時間T4，則信號PHS1-U的導(dǎo)通狀態(tài)被復(fù)位(圖1的觸發(fā)器1U被復(fù)位)(步驟30)。
如果正向電壓信號FV-X＝1的周期從計時開始所持續(xù)的時間不到T4(步驟26中的“不”)，則檢查從步驟18的條件滿足后是否已經(jīng)經(jīng)過時間T3(步驟28)。如果沒有持續(xù)T3，則回到步驟18。如果持續(xù)了T3，則進行步驟30。
上述這種方案將使本發(fā)明可用計算機系統(tǒng)實現(xiàn)。
圖1的實施例是用于三相電力系統(tǒng)的，但本發(fā)明可用于單相電力系統(tǒng)。
圖1的電壓檢測器VDU和VDX可以按美國專利申請216，538的圖10所示進行配置。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，在α＝0°下觸發(fā)的情況下，閥導(dǎo)通后加在其上的反向電壓很小，產(chǎn)生門脈沖的觸發(fā)器(1)在大于閥中可控硅的關(guān)斷時間的時間區(qū)間T3中復(fù)位，從而閥中所有可控硅可以在整流時關(guān)掉，并且可以避免由于部分整流失靈產(chǎn)生的可控硅的擊穿。
本發(fā)明的描述是結(jié)合現(xiàn)在認為最實用和最佳的實施例而給出的，應(yīng)當理解的是本發(fā)明不限于公開的實施例，正相反，本發(fā)明應(yīng)包括所附權(quán)利要求范圍內(nèi)的各種修改方案和等效配置，該范圍應(yīng)予最廣義的解釋以包括所有這樣的修改方案和等效配置。
權(quán)利要求
1.一種無功功率補償設(shè)備包括一個可控硅相控電抗器，它包含由一對反向并聯(lián)連接的可控硅閥(U，X)和一個電抗器(L)串聯(lián)的電路，該電路連接到交流電力系統(tǒng)(R，S，T)；電壓檢測裝置(VDU，VDX)，它們用來檢測加在所述可控硅閥對(U，X)的正向電壓，當加在所述可控硅閥對上的是一正向電壓時產(chǎn)生一個正向電壓信號FV-U，當加在可控硅閥對上的是一反向電壓時產(chǎn)生一個反向電壓信號FV-X；一個門脈沖發(fā)生裝置(1U-3U)，它由預(yù)定的導(dǎo)通控制信號PHS-U置位并對正向電壓信號(FV-U)作出響應(yīng)，從而產(chǎn)生一個門脈沖信號(GP-U)觸發(fā)所述可控硅閥對中的一個可控硅(U)；第一裝置，它用于所述門脈沖信號發(fā)生裝置的復(fù)位，復(fù)位發(fā)生于在既沒有產(chǎn)生正向電壓信號也沒有產(chǎn)生反向電壓信號的條件下觸發(fā)所述可控硅對組(U，X)的另一個可控硅(X)的另一個門脈沖(GP-X)產(chǎn)生后的一個第一時間間隔T3之后，該時間間隔長于所說的可控硅的關(guān)斷時間，從而避免產(chǎn)生一個門脈沖信號直至接著產(chǎn)生導(dǎo)通控制信號(PHS-U)為止；第二裝置(8U-10U)，它用于當產(chǎn)生反向電壓信號時所述門脈沖發(fā)生裝置的復(fù)位，該反向電壓信號產(chǎn)生于自所述可控硅閥對組的一個可控硅閥的導(dǎo)通終止時起經(jīng)過一個第二預(yù)定的時間T4之后，這一時間間隔短于第一個預(yù)定的時間間隔T3；從而避免產(chǎn)生一個門脈沖信號直至接著產(chǎn)生導(dǎo)通控制信號為止。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中所述電壓探測裝置包括裝置(VDU，VDX)，當在所說的可控硅閥對組中的一個可控硅(U)上加一正向電壓時所述裝置探測一個正向電壓從而產(chǎn)生一個正向電壓信號(FV-U)，或者當在所述可控硅上加一反向電壓時，探測一個反向電壓從而產(chǎn)生一反向電壓信號(FV-X);以及當在可控硅閥對組的所述另一可控硅(X)加一正向電壓時，產(chǎn)生另一正向電壓信號(FV-X)，或者當在所述另一可控硅閥上加一反向電壓時產(chǎn)生另一反向電壓信號(FV-U)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的設(shè)備進一步包括另一個門脈沖發(fā)生裝置(1X-3X)，它由一個預(yù)定的另一個導(dǎo)通控制信號(PHS-X)置位，并響應(yīng)另一正向電壓信號(FV-X)，從而產(chǎn)生另一門脈沖(GP-X)，觸發(fā)所述可控硅閥對組中的另一可控硅(X);第三裝置(4X-8X)，用于所述另一門脈沖發(fā)生裝置的復(fù)位，這一復(fù)位發(fā)生于既無另一正向電壓信號又無另一反向電壓信號的條件下自一個觸發(fā)可控硅對(U、X)中可控硅(U)的門脈沖(GP-U)產(chǎn)生時起的一個第三時間(T3)間隔之后，第三時間(T3)長于所述另一可控硅(U)的關(guān)斷時間。從而避免了另一門脈沖的產(chǎn)生直至接著產(chǎn)生另一導(dǎo)通控制信號(PHS-X)為止;第四裝置(8X-10X)，用于所述另一門脈沖發(fā)生裝置的復(fù)位，這一復(fù)位發(fā)生于第四預(yù)定時間T4間隔后產(chǎn)生另一反向電壓信號時，該時間間隔短于從所述可控硅閥對組中另一個可控硅閥導(dǎo)通開始的第三預(yù)定時間T3，從而避免產(chǎn)生另一門脈沖直至接著產(chǎn)生另一導(dǎo)通控制信號為止。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中所述第一和第二裝置包括計算機裝置(31-35)，用于完成包括下列步驟的過程在加導(dǎo)通控制信號后產(chǎn)生正向電壓信號時提供一個門脈沖(GP-U);在沒有產(chǎn)生正向和反向電壓信號的條件下，當另一門脈沖不產(chǎn)生時，在反向電壓信號出現(xiàn)后起動第一定時器(33)以確定第一預(yù)定時間;在沒有產(chǎn)生正向和反向電壓信號條件下，產(chǎn)生另一門脈沖時，起動第二定時器(34)以確定第二預(yù)定時間;如果反向電壓信號產(chǎn)生的時間周期長于第二預(yù)定時間，完成所述門脈沖發(fā)生裝置的復(fù)位;如果反向電壓信號產(chǎn)生的時間周期不長于第二預(yù)定時間且該狀態(tài)在另一門脈沖產(chǎn)生后在沒有產(chǎn)生正向和反向電壓信號條件下持續(xù)的時間長于第一預(yù)定時間，則使所述門脈沖發(fā)生裝置復(fù)位。
5.一種無功功率補償設(shè)備，其中電抗器(L)與反向并聯(lián)的可控硅(U，X)串聯(lián)，一個加在所述可控硅上的正向電壓信號同一個由相控信號(PHS-U)置位的接通周期信號(PHS1-U)進行與邏輯運算以產(chǎn)生一個觸發(fā)脈沖(GP-U)從而控制通過所述電抗器的電流，其特征在于包括第一裝置(9)，它在導(dǎo)通終斷后檢測在導(dǎo)通的可控硅上已加了一預(yù)定時間的反向電壓;第二裝置(4-6)，它檢測在對未導(dǎo)通的可控硅(X)加一觸發(fā)信號(GP-X)后，導(dǎo)通狀態(tài)因此而持續(xù)了一個預(yù)定時間T3，該時間長于其關(guān)斷時間;以及第三裝置(7，8，10)，它利用第一或者第二裝置的輸出對導(dǎo)通的可控硅(U)的接通周期信號復(fù)位。
全文摘要
一種無功功率補償設(shè)備，其中電抗器與反并聯(lián)可控硅串聯(lián)，可控硅正向電壓信號和由相控信號置位的接通周期信號進行邏輯與，以產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，控制電抗器的電流。該設(shè)備有第一電路，用來檢測導(dǎo)通結(jié)束后加在導(dǎo)通可控硅上的反向電壓保持的預(yù)定時間；第二電路，用來檢測未導(dǎo)通可控硅加上觸發(fā)脈沖后，其導(dǎo)通狀態(tài)持續(xù)的長于其關(guān)斷時間的預(yù)定時間；以及第三電路，它利用第一電路或第二電路的輸出使導(dǎo)通可控硅的接通周期信號復(fù)位。
文檔編號G05F1/70GK1043591SQ8910923
公開日1990年7月4日 申請日期1989年12月12日 優(yōu)先權(quán)日1988年12月12日
發(fā)明者伊野秀俊 申請人:株式會社東芝