本發(fā)明涉及電工技術(shù)中的無功補(bǔ)償技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種快速投切電容器的控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

晶閘管投切電容器(TSC——Thyristor Switched Capacitor)是一種常用的靜止型無功補(bǔ)償裝置，能夠快速補(bǔ)償電網(wǎng)的無功功率，提高系統(tǒng)功率因數(shù)，節(jié)約電能，減少系統(tǒng)電壓的波動，在工礦企業(yè)和變電站得到了廣泛的應(yīng)用。

為了減少電容器投入或者切除時對配電系統(tǒng)的干擾，防止電容器組投入時產(chǎn)生的涌流，提高電容器的使用壽命，投入或者切除的時候均要求實現(xiàn)零擾動。所謂零擾動即在晶閘管兩端電壓接近零或者過零的時候才開通晶閘管接入電容器，使其投切涌流最?。焕镁чl管電流過零的自然關(guān)斷的特性使電容器組從電網(wǎng)切除。為了保證在整個投切的過程中實現(xiàn)零擾動并且快速的實現(xiàn)重復(fù)投切其控制電路起主要作用。

目前國內(nèi)外二控三晶閘管投切電容的控制電路大量使用的是MOC3083等芯片，MOC3083芯片是一種過零觸發(fā)芯片，用該芯片實現(xiàn)的控制電路不能快速動作，并且在投切的過程中出現(xiàn)一對晶閘管導(dǎo)通，另一對晶閘管截止，導(dǎo)通的晶閘管兩端承受的電壓為零，不導(dǎo)通的晶閘管兩端承受電容器的直流電壓和電網(wǎng)的交流電壓，過高的電壓會造成晶閘管擊穿損壞。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種快速投切電容器的控制系統(tǒng)。

為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：

一種快速投切電容器的控制系統(tǒng)，通過兩路晶閘管開關(guān)控制三相電源，每路晶閘管開關(guān)由一對反并聯(lián)的晶閘管組成，其特征在于，包括：投切信號隔離單元、兩個過零檢測單元、基于單片機(jī)控制的控制單元、高頻調(diào)制信號處理單元、隔離觸發(fā)放大單元；

所述投切信號隔離單元用于將投切信號與所述控制單元隔離，根據(jù)控制器的投切信號生成投切控制信號，并將投切控制信號發(fā)送給所述控制單元；

每個所述過零檢測單元對應(yīng)連接一路晶閘管，用于根據(jù)所述晶閘管兩端的電壓生成過零檢測信號，并發(fā)送給所述控制單元；

所述控制單元用于根據(jù)所述投切控制信號和兩個過零檢測信號對應(yīng)生成兩路晶閘管的觸發(fā)信號，并發(fā)送給所述高頻調(diào)制信號處理單元；

所述高頻調(diào)制信號處理單元用于將兩路晶閘管的觸發(fā)信號分別進(jìn)行調(diào)制解調(diào)后對應(yīng)生成兩路晶閘管的觸發(fā)脈沖列信號，并發(fā)送給所述隔離觸發(fā)放大單元；

所述隔離觸發(fā)放大單元用于將兩路所述觸發(fā)脈沖列信號進(jìn)行放大、隔離后對應(yīng)輸出到每個晶閘管的門極，并根據(jù)所述觸發(fā)脈沖列信號控制相應(yīng)所述晶閘管的過零觸發(fā)。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，還包括電源單元，所述電源單元與所述控制單元相連。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，還包括檢測晶閘管溫度的溫度繼電器，所述溫度繼電器與所述投切信號隔離單元相連，用于根據(jù)晶閘管的溫度來控制投切信號是否有效。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述過零檢測單元包括并聯(lián)的兩組光耦，所述光耦的二極管兩端分別通過電阻與所述晶閘管的陰極和陽極相連，用于檢測晶閘管兩端電壓的正過零點和負(fù)過零點。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述控制單元根據(jù)所述投切控制信號將兩個所述過零檢測信號通過邏輯判斷和延時處理，按照時序要求對應(yīng)產(chǎn)生晶閘管的觸發(fā)信號。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述高頻調(diào)制信號處理單元通過定時器和可調(diào)電阻產(chǎn)生高頻調(diào)制信號，并通過將所述高頻調(diào)制信號分別與兩個晶閘管的觸發(fā)信號進(jìn)行邏輯相與，對應(yīng)生成兩個晶閘管的觸發(fā)脈沖列信號。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述隔離觸發(fā)放大單元包括達(dá)林頓三極管和兩個脈沖變壓器，每個所述脈沖變壓器對應(yīng)連接一路晶閘管，每個所述脈沖變壓器包括一個原邊和兩個副邊，每個副邊對應(yīng)連接一個晶閘管的陰極和門極，所述脈沖變壓器用于控制相應(yīng)晶閘管的過零觸發(fā)。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，同一路的兩個晶閘管的陰極之間設(shè)有阻容吸收電路，所述阻容吸收電路包括串聯(lián)的電容和電阻，具體的電阻阻值和電容容值根據(jù)晶閘管額定電流的不同進(jìn)行調(diào)整。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述脈沖變壓器原邊的一端與所述達(dá)林頓三極管相連，另一端連接在串聯(lián)的電阻和電容之間。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，一路晶閘管開關(guān)連接在A相，另一路晶閘管開關(guān)連接在C相，所述控制單元包括單片機(jī)，所述單片機(jī)用于根據(jù)兩路晶閘管的過零檢測信號判斷是否缺相，若缺相則單片機(jī)發(fā)出缺相報警，并停止輸出觸發(fā)信號，若不缺相，當(dāng)控制器發(fā)出投入信號，C相晶閘管過零時單片機(jī)先輸出C相觸發(fā)信號，然后A相晶閘管過零時再輸出A相觸發(fā)信號，若控制器發(fā)出切除信號，先停止輸出A相觸發(fā)信號，A相晶閘管截止后，再停止輸出C相觸發(fā)信號，C相晶閘管截止。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：

(1)本發(fā)明的快速投切電容器的控制系統(tǒng)，采用高可靠單片機(jī)進(jìn)行邏輯控制，不需要等待電容器放電延時就可以將電容器快速重復(fù)投切到電網(wǎng)中。并且使晶閘管準(zhǔn)確過零導(dǎo)通電容器的沖擊電流最??；晶閘管電流過零關(guān)斷，晶閘管和電力電容承受的電壓最低。

(2)本發(fā)明的過零檢測單元包括并聯(lián)的兩組光耦，可以分別檢測晶閘管兩端電壓的正過零點和負(fù)過零點。

(3)本發(fā)明的快速投切電容器的控制系統(tǒng)包括檢測晶閘管溫度的溫度繼電器，可以在晶閘管溫度過高的時候停止導(dǎo)通晶閘管，從而對晶閘管起到較好的保護(hù)。

(4)本發(fā)明脈沖變壓器原邊的一端連接在串聯(lián)的電阻和電容之間，能夠提高脈沖前沿的陡度，對晶閘管進(jìn)行強(qiáng)觸發(fā)。

(5)本發(fā)明同一路的兩個晶閘管的陰極之間設(shè)有阻容吸收電路，可以吸收晶閘管在換相過程中產(chǎn)生的電壓尖峰，防止晶閘管被過壓擊穿，從而對晶閘管起到較好的保護(hù)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例中快速投切電容器的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本控制系統(tǒng)的投切信號隔離電路；

圖3為本控制系統(tǒng)的過零檢測電路；

圖4為本控制系統(tǒng)的單片機(jī)控制電路；

圖5為本控制系統(tǒng)的高頻調(diào)制信號處理電路；

圖6為本控制系統(tǒng)的晶閘管隔離觸發(fā)放大電路；

圖7為本控制系統(tǒng)的電源電路；

圖8為本控制系統(tǒng)單片機(jī)控制程序流程圖。

圖中：1-投切信號隔離單元，2-過零檢測單元，3-控制單元，4-高頻調(diào)制信號處理單元，5-隔離觸發(fā)放大單元，6-電源單元。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

參見圖1所示，本發(fā)明實施例提供一種快速投切電容器的控制系統(tǒng)，通過兩路晶閘管開關(guān)控制三相電源，每路晶閘管開關(guān)由一對反并聯(lián)的晶閘管組成，包括：投切信號隔離單元1、兩個過零檢測單元2、基于單片機(jī)控制的控制單元3、高頻調(diào)制信號處理單元4、隔離觸發(fā)放大單元5、電源單元6和溫度繼電器。

參見圖2所示，投切信號隔離單元1由電阻R7和光耦U5串聯(lián)而成，電阻R7一端通過接插件JP1連接至無功補(bǔ)償控制器的投切信號公共端，另一端連接光耦U5的原邊，光耦U5的原邊連接無功補(bǔ)償控制器的投切信號。接插件JP1連接到常閉的75℃溫度繼電器的兩端，該溫度繼電器用于檢測晶閘管溫度，溫度繼電器安裝在無功補(bǔ)償調(diào)節(jié)器的散熱器上，當(dāng)散熱器溫度低至75℃時溫度繼電器將閉合，使投切信號有效，光耦U5導(dǎo)通，光耦U5的副邊輸出5V高電平；當(dāng)散熱器溫度超過75℃時溫度繼電器將斷開，光耦U5與投切信號公共端斷開，輸入被切斷，即使有投切信號輸入，也不能使光耦U5導(dǎo)通，光耦U5的副邊輸出低電平，從而光耦U5的副邊生成投切控制信號S1，并將投切控制信號S1發(fā)送給控制單元3。

本實施例中，一路晶閘管開關(guān)連接在A相，另一路晶閘管開關(guān)連接在C相，B相不接晶閘管開關(guān)直接連接至電容器的串聯(lián)回路中?？刂葡到y(tǒng)包括A相過零檢測單元和C相過零檢測單元，A相過零檢測單元對應(yīng)連接A相晶閘管，C相過零檢測單元對應(yīng)連接C相晶閘管，用于根據(jù)晶閘管兩端的電壓生成過零檢測信號，并發(fā)送給控制單元3。

參見圖3所示，A相過零檢測單元包括并聯(lián)的光耦U3和光耦U4，光耦U3的二極管一端通過電阻R5與A相正向晶閘管的陰極T_1-k相連，另一端連接光耦U4的二極管的陽極，光耦U4的二極管一端通過電阻R6與A相反向晶閘管的陰極T_2-k相連，另一端連接光耦U3的二極管的陽極，當(dāng)T_1-k端的電壓高于T_2-k端的電壓時，光耦U3導(dǎo)通，光耦U3的副邊輸出低電平，當(dāng)T_1-k端的電壓與T_2-k端的電壓的壓差很小時，晶閘管兩端電壓在過零點附近，光耦U3不導(dǎo)通，光耦U3的副邊輸出高電平的過零脈沖；當(dāng)T_1-k端的電壓低于T_2-k端的電壓時，光耦U4導(dǎo)通，光耦U4的副邊輸出低電平，當(dāng)T_1-k端的電壓與T_2-k端的電壓的壓差很小時，晶閘管兩端電壓在過零點附近，光耦U4不導(dǎo)通，輸出端A₁輸出高電平的過零脈沖。A相過零檢測單元可以分別檢測A相晶閘管兩端電壓的正過零點和負(fù)過零點，生成過零檢測信號，并發(fā)送給控制單元3。

C相過零檢測單元包括并聯(lián)的光耦U9和光耦U10，光耦U9的二極管一端通過電阻R16與C相正向晶閘管的陰極T_5-k相連，另一端連接光耦U10的二極管的陽極，光耦U10的二極管一端通過電阻R17與C相反向晶閘管的陰極T_6-k相連，另一端連接光耦U9的二極管的陽極，當(dāng)T_5-k端的電壓高于T_6-k端的電壓時，光耦U9導(dǎo)通，光耦U9的副邊輸出低電平，當(dāng)T_5-k端的電壓與T_6-k端的電壓的壓差很小時，晶閘管兩端電壓在過零點附近，光耦U9不導(dǎo)通，光耦U9的副邊輸出高電平的過零脈沖；當(dāng)T_5-k端的電壓低于T_6-k端的電壓時，光耦U10導(dǎo)通，光耦U10的副邊輸出低電平，當(dāng)T_5-k端的電壓與T_6-k端的電壓的壓差很小時，晶閘管兩端電壓在過零點附近，光耦U10不導(dǎo)通，光耦U10的副邊輸出高電平的過零脈沖。C相過零檢測單元可以分別檢測C相晶閘管兩端電壓的正過零點和負(fù)過零點，生成過零檢測信號C1，并發(fā)送給控制單元3。

參見圖4和圖7，控制單元3包括單片機(jī)，投切控制信號S1、過零檢測信號A1和C1送入至單片機(jī)捕獲腳，單片機(jī)經(jīng)過邏輯判斷和延時處理，按照時序要求對應(yīng)產(chǎn)生A相晶閘管的觸發(fā)信號T1和C相晶閘管的觸發(fā)信號T2，并將觸發(fā)信號發(fā)送給高頻調(diào)制信號處理單元4。電源單元6與控制單元3相連，用于為單片機(jī)提供5V電源。

參見圖8所示，單片機(jī)控制程序流程如下：首先用A相和C相的過零信號A1和C1判斷是否缺相，如果缺相則發(fā)出缺相告警，并禁止投切動作。當(dāng)沒有缺相故障發(fā)生時，若控制器發(fā)出投入信號，則在C相反并聯(lián)晶閘管過零的時候首先輸出C相觸發(fā)脈沖，然后在A相反并聯(lián)晶閘管過零的時候再輸出A相觸發(fā)脈沖；若控制器發(fā)出切除信號，則首先停止A相觸發(fā)脈沖輸出，A相反并聯(lián)的晶閘管截止后，再停止C相觸發(fā)脈沖輸出，然后C相反并聯(lián)晶閘管過零截止。通過上述程序控制可以保證電容器在不需要放電的時候，均能準(zhǔn)確的檢測到晶閘管的過零脈沖信號，并能快速進(jìn)行電容器的投切，并且在切除后反并聯(lián)晶閘管兩端承受的電壓最低。

參見圖5所示，高頻調(diào)制信號處理單元4包括定時器、可調(diào)電阻R2和可調(diào)電阻R3，通過調(diào)整R2的阻值可以改變高頻調(diào)制信號HP高電平的時間，通過調(diào)整R3的阻值可以改變高頻調(diào)制信號HP低電平的時間。高頻調(diào)制信號HP分別與A相晶閘管的觸發(fā)信號T1、C相晶閘管的觸發(fā)信號T2進(jìn)行邏輯與，從而得到A相晶閘管的觸發(fā)脈沖列信號T3、C相晶閘管的觸發(fā)脈沖列信號T4，并發(fā)送給隔離觸發(fā)放大單元5，能根據(jù)不同的晶閘管導(dǎo)通脈寬要求進(jìn)行動態(tài)調(diào)整。

參見圖6所示，隔離觸發(fā)放大單元5用于將兩路觸發(fā)脈沖列信號進(jìn)行放大、隔離后對應(yīng)輸出到每個晶閘管的門極，并根據(jù)觸發(fā)脈沖列信號控制相應(yīng)晶閘管的過零觸發(fā)。

隔離觸發(fā)放大單元5包括達(dá)林頓三極管和兩個脈沖變壓器，每個脈沖變壓器對應(yīng)連接一路晶閘管，每個脈沖變壓器包括一個原邊和兩個副邊，每個副邊對應(yīng)連接一個晶閘管的陰極和門極。當(dāng)晶閘管的觸發(fā)脈沖列信號放大輸出為低電平時，與之對應(yīng)的脈沖變壓器的原邊將有電流通過，脈沖變壓器的副邊將感應(yīng)出一定幅值的電壓，并經(jīng)過二極管整流，電阻限流后輸入到晶閘管的門極，當(dāng)晶閘管處于正向電壓時則導(dǎo)通；當(dāng)晶閘管的觸發(fā)脈沖列信號放大輸出為高電平時，脈沖變壓器的原邊將續(xù)流，從而使晶閘管在電流過零的時候自然截止。

脈沖變壓器原邊的一端與達(dá)林頓三極管相連，另一端連接在串聯(lián)的電阻和電容之間，能夠提高脈沖前沿的陡度，對晶閘管進(jìn)行強(qiáng)觸發(fā)。

同一路的兩個晶閘管的陰極之間設(shè)有阻容吸收電路，阻容吸收電路包括串聯(lián)的電容和電阻。電阻的阻值和電容的容值根據(jù)晶閘管的電流等級不同進(jìn)行調(diào)整，可以吸收晶閘管在換相過程中產(chǎn)生的電壓尖峰，防止晶閘管被過壓擊穿，從而對晶閘管起到較好的保護(hù)。

本發(fā)明的快速投切電容器的控制系統(tǒng)，采用高可靠單片機(jī)進(jìn)行邏輯控制，不需要等待電容器放電延時就可以將電容器快速重復(fù)投切到電網(wǎng)中。并且使晶閘管準(zhǔn)確過零導(dǎo)通電容器的沖擊電流最??；晶閘管電流過零關(guān)斷，晶閘管和電力電容承受的電壓最低，對晶閘管起到很好的保護(hù)作用，不易損壞。

本發(fā)明不局限于上述實施方式，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。本說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。