專利名稱：基于最小系統(tǒng)的高壓靜止無功補償裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于高壓供配電裝置技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前高壓靜止無功補償裝置中，控制器控制可控硅來調(diào)節(jié)電抗器(TCR)中流過的電流或控制電容器投切(TSC)的方式，其開關(guān)響應(yīng)比較快，可靠性比較高，技術(shù)比較先進，但在高電壓、大容量補償?shù)那闆r下所面臨的問題是解決多個晶閘管元件串聯(lián)及均壓，觸發(fā)控制的同步性以及保護等，應(yīng)用尚處于研究開發(fā)階段。目前尚沒有一種控制方法簡單、安全、可靠、響應(yīng)速度快、調(diào)節(jié)靈活、控制及保護功能齊全、補償容量大、壽命長、設(shè)備投資小、安裝維護方便且費用低的高壓靜止無功補償裝置，以控制專用真空接觸器來投切電容器組。

發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種基于最小系統(tǒng)的高壓靜止無功補償裝置，其結(jié)構(gòu)簡單，用該裝置，可實現(xiàn)高壓靜止無功補償，具有控制簡單靈活、安全可靠、響應(yīng)速度快、補償容量大、壽命長、投資少等特點。 本實用新型的主要技術(shù)方案是一種基于最小系統(tǒng)的高壓靜止無功補償裝置，包括控制柜、電容補償柜和濾波柜，其特征在于設(shè)有最小系統(tǒng)的高壓靜止無功補償控制器，該基于最小系統(tǒng)的高壓靜止無功補償控制器的結(jié)構(gòu)為具有高速數(shù)字信號處理芯片DSP，芯片DSP分別和采集電路的輸出端、電源電路的輸出端、外擴RAM電路以及外擴串口電路連接，芯片DSP的I/O 口和開入開出電路、鍵盤連接，芯片DSP其內(nèi)部的串口與MAX3223芯片連接，接本地液晶顯示屏；芯片DSP通過外擴串口經(jīng)隔離電路與MAX485芯片連接，可接電站總控機。 所述的開出電路中在光耦的輸入端反并聯(lián)一個二極管為佳；驅(qū)動環(huán)節(jié)采用三極管為佳，并在開出端設(shè)有電容、電阻。 所述的采樣電路中設(shè)有兩級調(diào)理、濾波、比較電路為佳。[0007] 所述的裝置中設(shè)有高壓FC型濾波器為佳。 所述的基于最小系統(tǒng)的高壓靜止無功補償裝置，其特征在于基于最小系統(tǒng)的高壓靜止無功補償裝置的柜體分為控制柜、電容柜和濾波柜分開布置，控制柜中設(shè)有基于最小系統(tǒng)的高壓靜態(tài)無功補償控制器、隔離開關(guān)及二次保護回路，電容柜中設(shè)有電容器組投切專用真空接觸器、高壓電容器、熔斷器、串聯(lián)電抗器、放電線圈、避雷器。使操作、維修安全；濾波柜根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境可有可無，組合靈活。 本實用新型的積極效果是是一種最小系統(tǒng)的高壓靜止無功補償控制器，控制專用真空接觸器來投切電容器組。與現(xiàn)有技術(shù)相比，其結(jié)構(gòu)簡單，用該裝置，可實現(xiàn)高壓靜止無功補償，具有控制簡單靈活、安全可靠、響應(yīng)速度快、補償容量大、壽命長、投資少、控制及保護功能齊全、安裝維護方便且費用低等特點。適用于一供配電系統(tǒng)中，以提高負載和系統(tǒng)的功率因數(shù)，減少設(shè)備的功率損耗，穩(wěn)定電壓，提高供電質(zhì)量。廣泛應(yīng)用于電力，冶金，環(huán)保等領(lǐng)域。 具體講，該裝置的優(yōu)點是 ①用于本裝置的無功補償控制器是按最小系統(tǒng)來研發(fā)的，以減少開發(fā)投入資金，縮短開發(fā)周期，同時最大限度地提高產(chǎn)品的技術(shù)性能。該控制器采用高速數(shù)字信號處理芯片(DSP)作為核心，實時采集系統(tǒng)電壓、電流等電氣參量進行計算，根據(jù)設(shè)定參數(shù)、無功計算量、開入量保護信息等進行控制，不會出現(xiàn)過補的現(xiàn)象，達到快速、穩(wěn)定的補償無功功率。[0012] ②該控制器采用DMB12864B液晶顯示終端模塊，在自動運行下顯示系統(tǒng)電壓、電流、有功、功率因數(shù)等量的有效值。有良好的人機界面。 ③該控制器具有諧波檢測功能，對諧波分析和濾波起重要的作用，對于諧波嚴重超標(biāo)的場合，單純加上一定電抗率的電抗器仍不能達到效果，裝置可加裝高壓FC型濾波器，該濾波器由濾波電抗器和濾波專用電容器構(gòu)成。電抗器和電容器在特征次諧波頻率下形成LC串聯(lián)諧振，使諧波電流大部分流入濾波回路，能夠?qū)⒅C波全部或大部分吸收，而且本身又能進行無功補償，并消除諧波帶來的各種危害，使供電質(zhì)量達到國家標(biāo)準的要求，收到良好的經(jīng)濟效益。 ④該裝置采用在電壓過零時投切電容器組，所以不產(chǎn)生諧波，大大減輕了主電路對數(shù)字控制器的干擾。 ⑤該裝置具有串口通訊功能，便于綜合自動化電站的網(wǎng)絡(luò)化管理和遠方管理，方便了電站和上級調(diào)度部門的監(jiān)控管理。 ⑥該控制器可自動/手動循環(huán)投切電容器組，各組電容器容量既可等值，也可以是8421倍增方式，最大可完成16級分級投切。具有過流保護、過壓保護、欠壓保護、開入量等保護功能。
以下結(jié)合附圖及實施例作詳述，但不作為對本實用新型的限定。
圖1是本實用新型的電氣原理圖。[0019] 圖2是本實用新型中的控制器的結(jié)構(gòu)框圖。[0020] 圖3是圖2中采集電路的調(diào)理環(huán)節(jié)。[0021] 圖4是圖2中采集電路的濾波環(huán)節(jié)。[0022] 圖5是圖2中開出電路的隔離及驅(qū)動環(huán)節(jié)。[0023] 圖6是圖2中外擴串口原理圖。 以上各圖中的符號說明如下CT-電流互感器，PT-電壓互感器，QS-隔離開關(guān)，F(xiàn)U-熔斷器，QF-真空接觸器，C-電容器，L-電抗器，Cl C3、 C200 C203、 C300 C301、C700 C701-電容，DI D2、 D301 D302- 二極管(IN4007) ， Ul、 U200-LF353， Rl R4、R200 R203、 R300 R303、 R701 R703-電阻，Zl Z2、 DW200-穩(wěn)壓二極管，RT1-可調(diào)電阻器，U300-光耦，ZJ300-中間繼電器，Q300-三極管，VREF-參考電壓，CR700-晶振。
具體實施方式參見圖1 圖6，該基于最小系統(tǒng)的高壓靜態(tài)無功補償裝置，包括控制柜、電容補償柜和濾波柜，其特征在于設(shè)有最小系統(tǒng)的高壓靜止無功補償控制器，該最小系統(tǒng)的高壓靜止無功補償控制器的結(jié)構(gòu)為具有高速數(shù)字信號處芯片DSP，芯片DSP分別和采集電路的輸出端、電源電路的輸出端、外擴RAM電路以及外擴串口電路連接；其I/O 口和開入開出電路、鍵盤、運行狀態(tài)指示等連接；芯片DSP其內(nèi)部的串口與MAX3223芯片連接，使輸出的數(shù)據(jù)格式為RS232，接本地液晶顯示屏；操作簡單，顯示明確，人機界面明了。用芯片DSP可合理利用其資源，無需過多的擴展。達到系統(tǒng)的最小化、結(jié)構(gòu)簡單、控制安全可靠的目的。該芯片的1/0 口可作為投切指令、故障/狀態(tài)顯示、鍵盤操作等直接使用。芯片DSP通過外擴串口經(jīng)隔離電路與MAX485芯片連接，使輸出的數(shù)據(jù)格式為RS485，可接電站總控機。開出電路中在光耦(U300)的輸入端反并聯(lián)一個二極管(D301);開出信號(EXTJ)UT1)通過電阻(R300)與光耦的引腳2連接，并通過電容(C300)濾波；+24V電源通過上拉電阻(R301)與光耦的副邊4腳相連，隔離后的開出信號(0UT1)通過電阻(R302)與放大驅(qū)動環(huán)節(jié)中的三極管(Q300)基極相連；在中間繼電器(ZJ300)的輸出端并有阻容吸收電路，由電容(C301)和電阻(R303)組成。采樣電路中通過兩級調(diào)理濾波電路。在第一級調(diào)理濾波電路中，其特點是在運放的輸入端并聯(lián)兩個反并聯(lián)的二極管(D1、D2)為佳，反饋電阻采用可調(diào)電阻器(RT1);運放(U1A)的輸出端通過電阻(Rl、 R2)與運放(U1B)的正向輸入端相連，運放(U1B)的輸入信號采用電容(C1、C2)進行濾波，輸出信號通過(R4)得出第一級采樣信號(XJN0)，并進入第二級調(diào)理運放(U200A)的正向輸入端，二級調(diào)理運放的輸出信號通過濾波電容(C201)后和參考電壓(VREF)在運放(U200B)中進行比較產(chǎn)生的電壓信號通過限流電阻(R203)，并通過電容(C202)濾波(DW200)穩(wěn)壓后得出DSP芯片的采樣輸入信號(ADCINO)。[0026] 最小系統(tǒng)的高壓靜止無功補償控制器中設(shè)有諧波檢測功能并控制投切裝置中設(shè)有的高壓FC型濾波器?？刂乒?、電容補償柜和濾波柜分開布置，控制柜中設(shè)有基于最小系統(tǒng)的高壓靜止無功補償控制器、隔離開關(guān)及二次保護回路；電容補償柜中由電容器組投切專用真空接觸器、高壓電容器、熔斷器、串聯(lián)電抗器、放電線圈、避雷器；濾波柜中有接觸器、濾波電容、濾波電抗。特點是強弱分離，濾波與補償分離。該控制器的控制方式為在電壓過零時發(fā)投切指令，所以不產(chǎn)生諧波，大大減輕了主電路對數(shù)字控制器的干擾。投切方式可自動/手動循環(huán)投切電容器組，各組電容器容量既可等值，也可以是8421倍增方式，最大可完成16級分級投切。另外該控制器具有諧波檢測功能，經(jīng)過檢測控制投切高壓FC型濾波器。該控制器的控制方式為在電壓過零時發(fā)投切指令，所以不產(chǎn)生諧波，大大減輕了主電路對數(shù)字控制器的干擾。另外該控制器具有諧波檢測功能，經(jīng)過檢測控制投切高壓FC型濾波器。 本實用新型的控制系統(tǒng)通過接在高壓母線上的電流檢測互感器CT和電壓檢測互感器PT實時采集高壓母線上的電流和電壓的瞬時值，進入控制器的采樣電路，采樣信號通過調(diào)理、濾波、比較電路后得到符合輸入條件的采樣信號(ADCINO)，此信號進入主控芯片TMS320LF2407的A/D轉(zhuǎn)化器進行模數(shù)轉(zhuǎn)化，然后通過傅立葉分解得到基波分量，經(jīng)過復(fù)雜的計算得出準確的無功功率，并與用戶設(shè)置的投入門限、切除門限相比較，再考慮系統(tǒng)電壓的幅值情況確定電容器組的投切指令(EXTJ)UT1)，經(jīng)過隔離放大后，由輸出控制部分(CJ1、 C0M1)控制專用真空接觸器(QF)投入電容器組(C)，實現(xiàn)無功功率的補償。本實用新型的控制器的輸入電路由鍵盤來完成，分別為功能鍵、外部復(fù)位鍵、右移鍵、加減鍵以及確定鍵。通過鍵盤可完成定值和變比的設(shè)定、投切方式的選定、參數(shù)修改以及裝置復(fù)位等功能。顯示電路由指示燈及DMB12864B液晶顯示終端模塊組成。指示燈分別為自動/手動、滯后/超前、電壓異常、保護動作、過流指示等狀態(tài)顯示以及電容器組投切指示；液晶顯示終端主要顯示系統(tǒng)的電壓、電流、有功、無功以及功率因數(shù)。該控制器操作簡單，具有良好的人機界面，指示一目了然。 本實用新型的控制系統(tǒng)通過接在高壓母線上的電流檢測互感器CT和電壓檢測互感器PT實時采集高壓母線上的電流和電壓，采用高速數(shù)字信號處理芯片(DSP)把采集到的信號通過傅立葉分解得到基波分量，經(jīng)過復(fù)雜的計算得出準確的無功功率，并與用戶設(shè)置的投入門限、切除門限相比較，再考慮系統(tǒng)電壓的幅值情況確定電容器組的投切指令，再由輸出控制部分控制專用真空接觸器投入電容器組，實現(xiàn)無功功率的補償。輸入電路由鍵盤來完成，顯示電路采由DMB12864B液晶顯示終端模塊，自動/手動、滯后/超前、電壓異常、保護動作、過流指示等狀態(tài)顯示、電容器組投切指示三部分組成。 其主要工作原理為采集電路實時采集系統(tǒng)電壓、電流等電氣參量的瞬時值，經(jīng)過
調(diào)理環(huán)節(jié)、濾波環(huán)節(jié)進入(DSP)主控芯片，主控芯片通過傅立葉分解得到基波分量，利用瞬
時無功功率理論，計算出電網(wǎng)無功功率的方向和數(shù)值P。根據(jù)設(shè)定參數(shù)、無功計算量、開入量
保護信息等做出判斷，通過開出電路控制電容器組的投切，實現(xiàn)無功補償?shù)哪康摹?對于諧波嚴重超標(biāo)的場合，裝置可加裝高壓FC型濾波器。也可以根據(jù)需要，裝置
由控制柜和高壓FC型濾波器組成，即完成濾波又完成補償。 本實用新型的控制器的硬件資源是基于最小系統(tǒng)設(shè)計研發(fā)的，功能齊全、控制可靠、經(jīng)濟實用。
權(quán)利要求一種基于最小系統(tǒng)的高壓靜止無功補償裝置，包括控制柜、電容補償柜和濾波柜，其特征在于設(shè)有最小系統(tǒng)的高壓靜止無功補償控制器，該基于最小系統(tǒng)的高壓靜止無功補償控制器的結(jié)構(gòu)為具有高速數(shù)字信號處理芯片DSP，芯片DSP分刷和采集電路的輸出端、電源電路的輸出端、外擴RAM電路以及外擴串口電路連接，芯片DSP的I/O口和開入開出電路、鍵盤連接，芯片DSP其內(nèi)部的串口與MAX3223芯片連接，接本地液晶顯示屏；芯片DSP通過外擴串口經(jīng)隔離電路與MAX485芯片連接，可接電站總控機。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于最小系統(tǒng)的高壓靜止無功補償裝置，其特征在于所述的控制器開出電路中在光耦U300的輸入端反并聯(lián)一個二極管D301 ;開出信號EXTJ)UT1通過電阻R300與光耦的引腳2連接，并通過電容C300濾波；+24V電源通過上拉電阻R301與光耦的副邊4腳相連，隔離后的開出信號0UT1通過電阻R302與放大驅(qū)動環(huán)節(jié)中的三極管Q300基極相連；在中間繼電器ZJ300的輸出端并有阻容吸收電路，由電容C301和電阻R303組成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于最小系統(tǒng)的高壓靜止無功補償裝置，其特征在于所述的控制器采樣電路中通過兩級調(diào)理濾波電路，在第一級調(diào)理濾波電路中，在運放的輸入端并聯(lián)兩個反并聯(lián)的二極管Dl、二極管D2，反饋電阻采用可調(diào)電阻器RT1 ;運放U1A的輸出端通過電阻Rl、電阻R2與運放U1B的正向輸入端相連，運放U1B的輸入信號采用電容Cl、電容C2進行濾波，輸出信號通過電阻R4得出第一級采樣信號X_IN0，并進入第二級調(diào)理運放U200A的正向輸入端，二級調(diào)理運放的輸出信號通過濾波電容C201后和參考電壓VREF在運放U200B中進行比較產(chǎn)生的電壓信號通過限流電阻R203，并通過電容C202濾波穩(wěn)壓二極管DW200穩(wěn)壓后得出DSP芯片的采樣輸入信號ADCINO。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于最小系統(tǒng)的高壓靜止無功補償裝置，其特征在于所述的最小系統(tǒng)的高壓靜止無功補償控制器中設(shè)有諧波檢測功能。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于最小系統(tǒng)的高壓靜止無功補償裝置，其特征在于裝置中設(shè)有高壓FC型濾波器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4或5所述的基于最小系統(tǒng)的高壓靜止無功補償裝置，其特征在于所述的控制柜、電容補償柜和濾波柜分開布置，控制柜中設(shè)有基于最小系統(tǒng)的高壓靜止無功補償控制器、隔離開關(guān)及二次保護回路；電容補償柜中由電容器組投切專用真空接觸器、高壓電容器、熔斷器、串聯(lián)電抗器、放電線圈、避雷器；濾波柜中有接觸器、濾波電容、濾波電抗。
專利摘要本實用新型提供了一種基于最小系統(tǒng)的高壓靜止無功補償裝置，屬于高壓供配電裝置技術(shù)領(lǐng)域。包括控制柜、電容補償柜、濾波柜，其特征在于設(shè)有最小系統(tǒng)的高壓靜止無功補償控制器，結(jié)構(gòu)為具有高速數(shù)字信號處理芯片DSP分別和采集電路的輸出端、電源電路的輸出端、外擴RAM電路以及外擴串口電路連接，芯片DSP的I/O口和開入開出電路連接，芯片DSP其內(nèi)部的串口與MAX3223芯片連接，接本地液晶顯示屏；芯片DSP通過外擴串口經(jīng)隔離電路與MAX485芯片連接，可接電站總控機。本實用新型具有結(jié)構(gòu)簡單、控制簡單靈活、安全可靠、響應(yīng)速度快、補償容量大、壽命長、投資少、控制及保護功能齊全、安裝維護方便且費用低等特點。
文檔編號H02J13/00GK201466737SQ200920102359
公開日2010年5月12日 申請日期2009年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月2日
發(fā)明者任曉鵬, 劉立軍, 張喜軍, 王保利, 王淼, 穆桂霞 申請人:保定天威集團有限公司