專利名稱：動態(tài)無功功率補償裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種交流配電網(wǎng)絡中的補償無功功率的裝置，尤其是用于50HZ、400伏等級的低壓配電網(wǎng)絡無功功率補償裝置。
背景技術：
為了針對用電過程中產(chǎn)生的無功功率缺額、許多電氣裝置生產(chǎn)廠家生產(chǎn)出一些自動無功功率補償裝置，這些補償裝置一般由主回路、二次回路和含單片機系統(tǒng)的中央控制器三部分組成，而主回路主要由保護系統(tǒng)以及接觸器和電力電容器組成的電路構成，由于受電容器承受涌流能力、放電時間和接觸器不能太頻繁動作的限制，這類產(chǎn)品存在以下不足之處1、補償電容投切時電流沖擊大，接觸器動作頻繁，致使壽命降低。
2、補償精度差，補償跟隨不強，當電網(wǎng)負載變化快及波動大時，根本無法進行快速補償。
為此，申請人于2001年7月2日申請了一項名為“動態(tài)電容補償裝置及其投切方式”的發(fā)明專利，并于2004年8月18日獲得專利權，專利號為01114333.9。解決了現(xiàn)有低壓配電網(wǎng)絡的補償問題，該發(fā)明的內(nèi)容為“本發(fā)明的目的是提供一種動態(tài)電容補償裝置及其投切方式，應能解決投切器件壽命及投切補償速度的問題。
本發(fā)明包括主回路、二次回路和含單片機系統(tǒng)的中央控制器，其中主回路包括開關保護系統(tǒng)，以及接觸器和電力電容器組成的補償電路，其特征在于所述接觸器和電力電容器組成的補償電路還加入了固態(tài)繼電器電路，補償電路設置成若干個固態(tài)繼電器補償支路和接觸器補償支路，每個補償支路的結構為熔斷器、固態(tài)繼電器或接觸器常開觸點，限流電抗器和角接電容器組依序連接；各補償支路熔斷器的另一端與裝置內(nèi)母線連接，內(nèi)母線與外母線通過開關連接。
受控制器及其控制系統(tǒng)的控制，測量反饋系統(tǒng)對配電網(wǎng)絡的電壓、電流及其功率因數(shù)變化的動態(tài)過程進行測量，將無功功率欠補或過補的測量結果反映到控制器和控制系統(tǒng)，上述補償支路的投切方式為
當配電網(wǎng)絡無功功率欠補時，先投入固態(tài)繼電器補償支路，如無功補償量還欠補，則再投入接觸器補償支路；當配電網(wǎng)絡無功功率過補時，先切固態(tài)繼電器補償支路，如無功補償量還過補，則再切接觸器補償支路；上述投切補償直到配電網(wǎng)絡的功率因數(shù)進入設定值范圍內(nèi)為止。
該結構的動態(tài)電容補償裝置，結合了固態(tài)繼電器其動作速度快和接觸器低成本觸點容量大的優(yōu)點，同時輔以優(yōu)化的投切方式，使補償過程在動態(tài)中完成，與現(xiàn)有技術相比，性能價格比高。在補償速度、精度和可靠性方面都得到了提高?！痹诮鼇淼膶嵺`應用中，申請人發(fā)現(xiàn)，在上述動態(tài)電容補償裝置中，使用了固態(tài)繼電器的電路。固態(tài)繼電器實際上是雙向可控硅或兩個單向可控硅的反向并聯(lián)構成的，關斷時不導電，開通時處于全導通狀態(tài)。在大電流通過固態(tài)繼電器時，由于可控硅的多層PN或NP結存在著一定的電阻，會產(chǎn)生壓降、發(fā)熱和不良諧波，嚴重的會燒壞元器件和線路，影響補償裝置的可靠運行。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是提供一種動態(tài)無功功率補償裝置，它應能克服上述固態(tài)繼電器存在問題，使補償裝置可靠地運行。
依據(jù)《中華人民共和國機械行業(yè)標準》JB/T9663-1999《低壓無功功率自動補償控制器》中第3、10條的規(guī)定動態(tài)無功功率補償——一種延時時間很短的無功功率補償，其延時時間一般不大于5秒，它主要應用于負載變化較快的場合。
目前市場上出現(xiàn)了一種復合繼電器，該復合繼電器的結構是在雙向可控硅或兩反向并接的可控硅的兩端，并接一個繼電器的常開觸點；其工作原理是導通時，可控硅先過零導通，繼電器常開觸點后閉合，關斷時，繼電器常開觸點先斷開，可控硅后關斷。
復合繼電器應用在電容補償電路中兩次導通時間間隔一般為≥30秒，主要原因是補償電容器在關斷時刻電壓處于峰值處，然后慢慢放電，國家標準規(guī)定要求3分鐘放到50V以下。那么在放電過程中，電容器與電網(wǎng)之間的電壓波形的正半波和負半波由嚴重不對稱慢慢地變?yōu)閷ΨQ，這個過程一般要幾分鐘。正因為這個放電過程中的電壓波形不對稱，使得傳統(tǒng)利用單光耦取電壓上升沿或下降沿做為過零同步信號時出現(xiàn)較大偏差，況且光耦的離散性加劇這一偏差，因此在最初的幾秒鐘內(nèi)，電容器剛開始放電，正、負半波還嚴重不對稱情況下，檢測過零點很容易出現(xiàn)偏差，結果就會造成投入電容器時發(fā)生涌流沖擊。波形正負半波越對稱，則偏差越小，沖擊也就小。
利用本公司的實用新型專利《一種獲取可控硅過零同步信號的裝置》專利號為ZL200520095559.3，應用到復合繼電器上就可以很好地解決上述問題。關鍵技術就是采用光耦檢測電壓過零點，得到過零點附近的一個方波信號，而方波的中點正好處于電壓過零點，在電容器放電過程中，這個方波由大變小，但方波的中點始終處于電壓過零點。通過這一技術，就可以保證在電容器放電過程中的任何時刻都能精確捕抓到電壓過零點，并在該時刻觸發(fā)可控硅，可控硅過零導通，無涌流沖擊。采用獲取可控硅過零同步信號裝置控制復合繼電器，能使復合繼電器的兩次導通時間間隔＜5秒。
本實用新型包括主回路、二次回路和中央控制器，其中，主回路包括開關保護系統(tǒng)，以及接觸器和電力電容器組成的補償電路，其特征在于所述的補償電路還包括由獲取可控硅過零同步信號裝置及其控制的復合繼電器構成的快速復合繼電器，和電容器組成的補償電路；所述快速復合繼電器的延時時間＜5秒；補償電路設置成若干個快速復合固態(tài)繼電器補償支路，和多個接觸器補償支路組成，每個補償支路的結構為熔斷器、快速復合固態(tài)繼電器或接觸器觸點、限流電抗器和角接或星接電力電容器組依序連接，n＝1、2、3、4、5......，m＝1、2、3、4、5......的自然整數(shù)；各補償支路熔斷器的另一端與裝置電源連接。
所述的快速復合固態(tài)繼電器補償支路和接觸器觸點補償支路構成的補償電路受控制器及其控制系統(tǒng)的控制，各補償支路的投切順序為當配電網(wǎng)絡無功功率欠補時，先快速循環(huán)投入快速復合固態(tài)繼電器補償支路，再循環(huán)投入接觸器觸點補償支路；當配電網(wǎng)絡無功功率過補時，先快速循環(huán)切快速復合固態(tài)繼電器補償支路，再循環(huán)切接觸器觸點補償支路。
上述的投切補償直到配電網(wǎng)絡的功率因數(shù)進入設定值范圍內(nèi)為止。
以上結構的補償裝置的補償電路中采用了其延時時間＜5秒的快速復合繼電器，當可控硅導通時，其繼電器常開觸點也閉合，閉合時的觸點電阻很小，可通過大部分電流，通過可控硅的電流幾乎等于零。這樣，在導電過程中，可控硅上無壓降和無發(fā)熱，而且，消除了諧波，從而使補償裝置在動態(tài)狀態(tài)下能可靠地運行，而且，滿足國家關于動態(tài)無功功率補償?shù)囊蟆?br>
圖1是本實用新型結構框示意圖。
圖2是獲取可控硅過零同步信號裝置的電路原理圖。
圖3是圖2中相應各點的電壓波形圖。
圖4是本實用新型補償支路原理示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖，對本實用新型作進一步說明。
在圖1中可知，本實用新型由過流保護器、快速復合繼電器及接觸器和電容器組構成的主回路、電壓和電流測量反饋系統(tǒng)構成的二次回路和控制器構成的控制電路組成。其工作原理為從400V電源母線引連線至主回路的過流保護器和測量反饋系統(tǒng)，從電源母線來的電壓信號及進線電流互感器來的電流信號經(jīng)過測量反饋系統(tǒng)進入到中央控制器，經(jīng)降壓、濾波等處理，控制器根據(jù)反饋回來的電壓、電流信號，計算到當前功率因數(shù)值或無功缺額和要求設定的功率因數(shù)值和無功定值相比較，發(fā)出指令經(jīng)控制器到主回路，從而按照程序內(nèi)定投切規(guī)律進行電容器補償支路的投切，以達到保證功率因數(shù)或無功定值在設定值范圍的目的。
在圖2所示的獲取可控硅過零同步信號裝置的電路原理圖中可知，它由兩個過零光耦器V1和V2分別與相應的電阻R1、R3及R2、R4構成正、負兩路半波梯形整形電路。其中，取自雙向可控硅KP兩端電極L、A的電路輸入端分別通過電阻R1、R2與兩光耦器V1、V2的輸入正極連接，還分別交叉與兩光耦器的輸入負極連接。電阻R3、R4的一端接電源+Vc，另一端分別接兩光耦器V1、V2的輸出端，這兩個輸出端的電壓分別為Ux和Uy。兩過零光耦器V1和V2的兩路輸出電壓Ux和Uy都輸入到與門電路G，該與門電路G的輸出電壓為UG作為單片機系統(tǒng)的輸入信號。單片機系統(tǒng)的輸出端與可控硅Kp的控制極連接。電容性負載C的一端與可控硅的一電極A連接，另一端接公共零線N。
圖3所示，是圖2中各相應點的電壓波形圖。圖中，有可控硅KP兩端電壓ULA過零光耦器V1和V2輸出電壓Ux、Uy，以及與門電路G輸出電壓UG的波形圖。結合圖1來看，圖1的輸入電壓ULA為正弦波，正半波經(jīng)過第一過零光耦器V1后在輸出端得出電壓Ux，其波形相應為凹梯形；負半波經(jīng)過第二過零光耦器V2后在輸出端得出電壓Uy，其波形為凹梯形，但方向已與電壓Ux的錯開關相反。兩梯形波的電壓Ux和Uy經(jīng)過與門電路G，電壓Ux的上升沿與電壓Uy的下降沿使與門電路G輸出電壓UG，該電壓UG的波形為方波。由圖中可清楚地看到，方波電壓UG的中點即為正弦波電壓ULA的過零點。該方波電壓UG輸入到單片機系統(tǒng)中，經(jīng)分析運算求出該方波的寬度，取其中點作為觸點發(fā)信號，觸發(fā)可控硅KP的控制極，使可控硅KP在過零處觸發(fā)導通，其誤差很小。這個觸發(fā)點信號的取得與施加在可控硅KP兩端電壓ULA的高低無關，這從圖3的波形圖中可明顯辯出。在可控硅KP電壓過零點處觸發(fā)，使可控硅KP和負載，特別是電容性負載，避免了合閘電涌流的沖擊，提高了可控硅KP和負載的可靠性和使用壽命。
在可控硅控制原理和實踐中，我們還認識到，在圖2中，不采用與門電路G，將兩梯形波的電壓Ux和Uy直接輸入到單片機系統(tǒng)中，利用這兩個電壓的上升沿和下降沿進行分析運算，求出相應上升和下降沿之間產(chǎn)生的波形寬度，再取其中點作為觸發(fā)信號也是可行的，也能達到在可控硅KP電壓在過零處觸發(fā)的效果，這樣做雖說會使單片機系統(tǒng)的結構和程序復雜化。但是，這也是能使可控硅KP實現(xiàn)過零同步觸發(fā)的一途徑，也可采用。
圖4所示，是本實用新型補償支路原理示意圖，在圖中可知，復合繼電器KFJ是在雙向可控硅KP或兩個單向可控硅反向并聯(lián)的結構上，再并接一通用繼電器的常開觸點J構成。復合繼電器也叫復合開關?，F(xiàn)有的市場上可以購到的復合開關產(chǎn)品和技術，如深圳市友邦怡電氣技術有限公司產(chǎn)的YBY-30；杭州浙泰電氣有限公司產(chǎn)的QFK5F-45等?，F(xiàn)有復合開關在補償電路中的兩次導通時間間隔均≥30秒，無法滿足動態(tài)無功功率補償要求。本實用新型采用圖2中的獲取可控硅過零同步信號裝置來控制復合繼電器，構成快速復合繼電器或叫快速復合開關。圖4中的雙向可控硅KP就是圖2中的雙向可控硅KP，圖2中的負載電容C就是圖4中的補償電容組C，相互對應。快速復合繼電器的工作原理為導通時，可控硅KP先過零開通，通用繼電器常開觸點J后閉合；關斷時，通用繼電器常開觸點J先斷開，可控硅KP后關斷。補償電路由多個快速復合繼電器KFJ補償支路和多個接觸器KM補償支路組成，每條補償支路的連接關系為熔斷器FU、快速復合繼電器1KFJ～MKFJ或接觸器常開觸點1KM～nKM、角接或星接電力電容器組C依序連接，其中，n＝1、2、3、4、5、6......，M＝1、2、3、4、5、6......的自然整數(shù)，各補償支路熔斷器FU的另一端都與裝置電源連接。
在附圖4中，快速復合繼電器KFJ補償支路和接觸器KM補償支路的動作順序是這樣的當整個配電網(wǎng)絡無功欠補時，控制器及其系統(tǒng)發(fā)出投電容信號，先快速投入快速復合繼電器1KFJ......MKFJ補償支路，如無功補償量還欠補，則再投入接觸器1KM......nKM補償支路。當整個配電網(wǎng)絡無功過補時，控制器及其系統(tǒng)發(fā)出切電容信號，先快速切快速復合繼電器1KFJ......MKFJ補償支路，如無功補償量還過補，則再切接觸器1KM......nKM補償支路。直到配電網(wǎng)絡功率因數(shù)或無功定值進入設定值范圍內(nèi)為止。
所述的快速復合繼電器可以是固態(tài)的或者分立元件構成。
本裝置優(yōu)點是補償速度快，精度高，可靠性好，易于維護，性能價格比高，完全可替代目前大部分自動無功功率補償裝置。
權利要求1.一種動態(tài)無功功率補償裝置，它包括接觸器(KM)和電力電容器組(C)構成的補償電路，其特征在于所述的補償電路還包括由獲取可控硅過零同步信號裝置及其控制的復合繼電器(KFJ)構成的快速復合繼電器(KFJ)，和電容器組(C)構成的補償電路；所述快速復合繼電器的延時時間＜5秒；補償電路設置成若干個快速復合繼電器(KFJ)補償支路，和多個接觸器(KM)補償支路組成，每個補償支路的結構為熔斷器(FU)、快速復合繼電器(1KFJ～mKFJ)或接觸器觸點(1KM～nKM)、限流電抗器和角接或星接電力電容器組依序連接，n＝1、2、3、4、5……，m＝1、2、3、4、5……的自然整數(shù)；各補償支路熔斷器(FU)的另一端與裝置電源連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的動態(tài)無功功率補償裝置，其特征在于所述的快速復合繼電器(1KFJ～mKFJ)補償支路和接觸器觸點(1KM～nKM)補償支路構成的補償電路受控制器及其控制系統(tǒng)的控制，各補償支路的投切順序為當配電網(wǎng)絡無功功率欠補時，先快速循環(huán)投入快速復合繼電器(1KFJ或～mKFJ)補償支路，再循環(huán)投入接觸器觸點(1KM或～nKM)補償支路；當配電網(wǎng)絡無功功率過補時，先快速循環(huán)切快速復合繼電器(1KFJ～mKFJ)補償支路，再循環(huán)切接觸器觸點(1KM～nKM)補償支路。上述的投切補償直到配電網(wǎng)絡的功率因數(shù)進入設定值范圍內(nèi)為止。
專利摘要本實用新型公開了一種動態(tài)無功功率補償裝置，它包括接觸器和電力電容器組構成的補償電路，其特征在于所述的補償電路還包括由獲取可控硅過零同步信號裝置及其控制的復合繼電器構成的快速復合繼電器，和電容器組構成的補償電路；所述快速復合繼電器的延時時間＜5秒；補償電路設置成若干個快速復合固態(tài)繼電器補償支路，和多個接觸器補償支路組成。當可控硅導通時，其繼電器常開觸點也閉合，閉合時的觸點電阻很小，可通過大部分電流，通過可控硅的電流幾乎等于零，可控硅上無壓降和無發(fā)熱，而且，消除了諧波，從而使補償裝置在動態(tài)狀態(tài)下能可靠地運行。適用于電壓波動轉大而快的電網(wǎng)。
文檔編號H02J3/18GK2930052SQ20062009811
公開日2007年8月1日 申請日期2006年7月27日 優(yōu)先權日2006年7月27日
發(fā)明者駱武寧 申請人:南寧微控技術有限公司