专利名称：无源电力滤波补偿控制器的制作方法
技术领域：
本发明属于一种滤波补偿控制器，特别是涉及一种适用于低压无功功率滤波补偿设 备中对电力电容器进行自动投切的无源电力滤波补偿控制器。
背景技术：
电力工业是国民经济经济的先行，采用无功功率补偿是众所周知的节能降损，改善 电网电压质量的最方便最经济有效的方法，但随着各种会产生谐波电流的电力电子设备、 家用电器、非线性用电设备及冲击性用电设备的不断增加，构成了电能质量的主要污染 源，使得电网电能质量指标趋于恶化，不仅威胁着电力系统的安全经济运行，而且也对 电力用户和通信行业产生危害和不利影响。目前，在电网中，为了提高电网功率因数， 达到节能，治理谐波，改善电网电压质量，增加电力变压器出力等目的，国内外毫无例 外的采用无功滤波补偿设备。该设备中作为电力电容器的投切控制的核心部件目前尚无 一种理想的控制装置，当前采用的控制方式有的按无功功率进行投切，有的按负载电流 进行投切，由此造成这种投切装置存在以下问题1、 达到理想补偿效果时，就造成滤波效果不好；2、 反之，若达到理想滤波效果时，就造成补偿效果不好。发明内容本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种适用于低压无功功率滤波补偿 设备中对电力电容器进行自动投切的无源电力滤波补偿控制器。本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是 一种无源电力滤波 补偿控制器，包括有运算处理单元，与运算处理单元的输入端相连的电压、电流检测单 元，与运算处理单元的输出端相连的示波显示单元和脉冲发生单元，以及与运算处理单 元双向连接的通信单元。所述的运算处理单元是采用数字信号处理器。所述的电压、电流检测单元包括有6组变压器T1、 T2、 T3、 T4、 T5、 T6其中三组 变压器为电流检测变压器T1、 T2、 T3，三组变压器为电压检测变压器T4、 T5、 T6;每 组电流检测变压器T1、 T2、 T3的各输入端均与第一接线端子JP3相连，且每组变压器 Tl、 T2、 T3的输出端各通过一电流检测电路与运算处理单元的输入端相连；每组电压检 测变压器T4、 T5、 T6的各输入端均与第二接线端子JP4相连，且每组变压器T4、 T5、 T6的输出端各通过一电压检测电路运算处理单元的输入端相连。所述的电流检测电路包括有运算放大器IC1A、 IC1B，其中，运算放大器IC1A的反相输入端脚2和同相输入端脚3分别连接一组电源检测变压器的输出端，运算放大器 IC1A的反相输入端还通过电阻R1至其输出端脚1，同相输入端还通过电阻R4、 R5的串 联至运算处理单元的输入端，运算放大器IC1A的脚11接地，脚4接电源AVCC，运算 放大器IC1A的输出端脚1通过电阻R2、 R3的串联接运算放大器IC1B的同相输入端脚 5，电阻R2、 R3的连接点通过电容C6与运算放大器IC1B的输出端脚7 —起接运算处理 单元CL的输入端，运算放大器IC1B的同相输入端脚5还通过电容Cl、电阻R4、 R5 的串联连接运算处理单元的输入端，运算放大器IC1B的反相输入端脚6还通过电阻R5 连接运算处理单元的输入端。所述的电压检测电路包括有运算放大器IC2C、 IC2D，其中，运算放大器IC2C的反 相输入端脚9和同相输入端脚10分别连接一组电压检测变压器的输出端，运算放大器 IC2C的反相输入端还通过电阻Rll至其输出端脚8，同相输入端还通过电阻R14、 R15 的串联至运算处理单元CL的输入端，运算放大器IC2C的输出端脚8通过电阻R12、R13 的串联接运算放大器IC2D的同相输入端脚12，电阻R12、 R13的连接点通过电容C6与 运算放大器IC2D的输出端脚14 一起接运算处理单元的输入端，运算放大器IC2D的同 相输入端脚12还通过电容C5、电阻R14、 R15的串联连接运算处理单元的输入端，运算 放大器IC2D的反相输入端脚13还通过电阻R15连接运算处理单元的输入端。所述的示波显示单元包括有运算放大器IC24A、 IC24B、显示芯片LCD1，其中，运 算放大器IC24A的同相输入端脚3通过电阻R98与运算处理单元CL的输出端相连，反 相输入端分别通过电阻R100接电源，通过电阻R101接地，运算放大器IC24A的脚4接 地，脚8接显示芯片LCD1的脚1，输出端脚1通过电阻R102和电阻R103的串联接运 算放大器IC24B的同相输入端脚5，电阻R102和电阻R103之间的连接点通过电容C48 接地，运算放大器IC24B的同相输入端脚5还通过电容C49接地，反相输入端与其输出 端脚7 —起接显示芯片LCD1的脚2;显示芯片LCD1的脚20还与三极管Gl的集电极 相连，三极管Gl的发射极接电源，基极通过电阻R71接三极管G2的集电极，三极管 G2的发射极接地，基极通过电阻R73接运算处理单元CL的输出端，显示芯片LCD1还 直接与运算处理单元的输出端相连。所述的脉冲发生单元包括有16组光藕，每组光藕的输入端分别连接电源和运算处理 单元的输出端，每组光藕的输出端通过一非门连接外围端子。所述的通信单元包括有一侧分别与运算处理单元相连的脉冲整形芯片IC25，脉冲整 形集成块IC25另一侧的脚9通过电阻R49接电源，脚9、脚4、脚10分别对应连接集成 块IC26、 IC27和IC28;其中，集成块IC26的脚2通过电阻R53接电源，脚3分别连接 集成块IC29C和集成块IC29D，集成块IC29C的脚8通过发光二极管及电阻R52连接电 源，集成块IC29D的脚12连接IC30的脚9，集成块IC29D的脚13连接集成块IC31的 脚1;集成块IC27的脚7通过电阻R57连接集成块IC29B的脚5，集成块IC27的脚6 连接集成块IC29B的脚4，集成块IC29B的脚6分别连接集成块IC30的脚11和集成块IC31的脚4;集成块IC28的脚7通过电阻R58后与其脚6 —起连接集成块IC31的脚2 和脚3;集成块IC30的脚11还通过集成块IC29A、发光二极管以及电阻R52接电源， 集成块IC30的脚13和脚8为通信接口与外围通信设备相连；集成块IC31的脚7通过电 阻R63与稳压管D4的并联接地，脚6通过电阻R65接电源，通过稳压管D5接地，还 通过电阻R64与脚7相连。本发明具有的优点和积极效果是本发明的无源电力滤波补偿控制器具备无功电流 与谐波电流综合控制并优先控制谐波的控制模式，可实现低压无源滤波补偿装置的经济 性、可靠性、有效性。使无功功率自动补偿设备在谐波背景下工作更可靠，跟踪响应快， 节能效益更显著，并使电网质量达到国家标准。使滤波补偿设备不仅能够达到理想滤波 功能，同时实现理想的无功补偿，产生较高的经济效益。可用于各种无源滤波补偿设备 中。
图l是本发明的整体框图；图2是本发明的电压、电流检测单元电路原理图；图3是图2中的电流检测电路原理图；图4是图2中的电压检测电路原理图；图5是本发明的示波显示单元的电路原理图；图6是本发明的脉冲生成单元的电路原理图；图7是本发明的通信单元的电路原理图。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图 详细说明本发明的如下如图1所示，本发明的无源电力滤波补偿控制器，包括有运算处理单元CL，与运算 处理单元CL的输入端相连的电压、电流检测单元JC，与运算处理单元CL的输出端相 连的示波显示单元SCOPE和脉冲发生单元MF，以及与运算处理单元CL双向连接的通 信单元TX。所述的运算处理单元CL是采用数字信号处理器DSP。采用DSP并结合优化 的采样算法达到跟踪响应时间60ms的实现，另外本发明具备无功电流与谐波电流综合控 制并优先控制谐波的控制模式，由此实现低压无源滤波补偿装置的经济性、可靠性、有 效性。该控制器具有测量、显示、记忆、通讯和控制功能，包括三相功率因数、电压、 电流、有功功率、无功功率、视在功率、电压畸变率、电流畸变率、电网频率、环境温 度、变送电流、系统阻抗、2-31次谐波含有率、2-31次谐波初始相位等。示波显示单元 SCOPE提供示波器显示功能，可实时显示电压、电流一个周期的波形，另外可显示2-31 次谐波棒形图，显示图文并貌直观明了。如图2所示，所述的电压、电流检测单元JC包括有6组变压器T1、 T2、 T3、 T4、 T5、 T6其中三组变压器为电流检测变压器T1、 T2、 T3，三组变压器为电压检测变压器 T4、 T5、 T6;每组电流检测变压器T1、 T2、 T3的各输入端均与第一接线端子JP3相连， 且每组变压器Tl、 T2、 T3的输出端各通过一电流检测电路A与运算处理单元CL的输 入端相连；每组电压检测变压器T4、 T5、 T6的各输入端均与第二接线端子JP4相连， 且每组变压器T4、 T5、 T6的输出端各通过一电压检测电路B与运算处理单元CL的输入 端相连。如图3所示，所述的电流检测电路包括有运算放大器IC1A、 IC1B，其中，运算放大 器IC1A的反相输入端脚2和同相输入端脚3分别连接一组电源检测变压器的输出端，运 算放大器IC1A的反相输入端还通过电阻R1至其输出端脚1，同相输入端还通过电阻R4、 R5的串联至运算处理单元CL的输入端，运算放大器IC1A的脚11接地，脚4接电源 AVCC，运算放大器IC1A的输出端脚1通过电阻R2、 R3的串联接运算放大器IC1B的 同相输入端脚5，电阻R2、 R3的连接点通过电容C6与运算放大器IC1B的输出端脚7 一起接运算处理单元CL的输入端，运算放大器IC1B的同相输入端脚5还通过电容Cl、 电阻R4、R5的串联连接运算处理单元CL的输入端，运算放大器IC1B的反相输入端脚6 还通过电阻R5连接运算处理单元CL的输入端。如图4所示，所述的电压检测电路包括有运算放大器IC2C、 IC2D，其中，运算放大 器IC2C的反相输入端脚9和同相输入端脚10分别连接一组电压检测变压器的输出端， 运算放大器IC2C的反相输入端还通过电阻Rll至其输出端脚8，同相输入端还通过电阻 R14、 R15的串联至运算处理单元CL的输入端，运算放大器IC2C的输出端脚8通过电 阻R12、 R13的串联接运算放大器IC2D的同相输入端脚12，电阻R12、 R13的连接点通 过电容C6与运算放大器IC2D的输出端脚14 一起接运算处理单元CL的输入端，运算放 大器IC2D的同相输入端脚12还通过电容C5、电阻R14、 R15的串联连接运算处理单元 CL的输入端，运算放大器IC2D的反相输入端脚13还通过电阻R15连接运算处理单元 CL的输入端。如图5所示，所述的示波显示单元SCOPE包括有运算放大器IC24A、 IC24B、显示 芯片LCD1，其中，运算放大器IC24A的同相输入端脚3通过电阻R98与运算处理单元 CL的输出端相连，反相输入端分别通过电阻R100接电源，通过电阻R101接地，运算 放大器IC24A的脚4接地，脚8接显示芯片LCD1的脚1，输出端脚1通过电阻R102和 电阻R103的串联接运算放大器IC24B的同相输入端脚5，电阻R102和电阻R103之间 的连接点通过电容C48接地，运算放大器IC24B的同相输入端脚5还通过电容C49接地， 反相输入端与其输出端脚7 —起接显示芯片LCD1的脚2;显示芯片LCD1的脚20还与 三极管Gl的集电极相连，三极管Gl的发射极接电源，基极通过电阻R71接三极管G2 的集电极，三极管G2的发射极接地，基极通过电阻R73接运算处理单元CL的输出端， 显示芯片LCD1还直接与运算处理单元CL的输出端相连。如图6所示，所述的脉沖友生单元MF包括有16组光藕，每组光藕的输入端分别连接 电源和运算处理单元CL的输出端，每组光藕的输出端通过一非门连接外围端子。如图7所示，所述的通信单元TX包括有一侧分别与运算处理单元CL相连的脉冲整形 芯片IC25，脉冲整形集成块IC25另一侧的脚9通过电阻R49接电源，脚9、脚4、脚10分 别对应连接集成块IC26、 IC27和IC28;其中，集成块IC26的脚2通过电阻R53接电源， 脚3分别连接集成块IC29C和集成块IC29D，集成块IC29C的脚8通过发光二极管及电阳 R52连接电源，集成块IC29D的脚12连接IC30的脚9，集成块IC29D的脚13连接集成块 IC31的脚1;集成块IC27的脚7通过电阻R57连接集成块IC29B的脚5，集成块IC27的脚 6连接集成块IC29B的脚4，集成块IC29B的脚6分别连接集成块IC30的脚11和集成块IC31 的脚4;集成块IC28的脚7通过电阻R58后与其脚6 —起连接集成块IC31的脚2和脚3; 集成块IC30的脚11还通过集成块IC29A、发光二极管以及电阻R52接电源，集成块IC3() 的脚13和脚8为通信接口与外围通信设备相连;集成块IC31的脚7通过电阻R63与稳压管 D4的并联接地，脚6通过电阻R65接电源，通过稳压管D5接地，还通过电阻R64与脚7 相连。本发明安装在各种无源滤波补偿设备中，该无源电力滤波补偿控制器首先由电流、 电压检测单元JC监测系统电压、电流等的大小，然后由运算处理单元CL分析计算系统 各次谐波电流与无功电流的大小，最后根据优化的数学模型发出各次滤波补偿支路的投 切控制信号(投入时，直流电平为12V，切除时为0)并进入脉冲发生单元MF，最后输 出到每一滤波支路投切开关的控制端，以达到滤波补偿目的。
权利要求
1.一种无源电力滤波补偿控制器，其特征是包括有运算处理单元(CL)，与运算处理单元(CL)的输入端相连的电压、电流检测单元(JC)，与运算处理单元(CL)的输出端相连的示波显示单元(SCOPE)和脉冲发生单元(MF)，以及与运算处理单元(CL)双向连接的通信单元(TX)。
2. 根据权利要求1所述的无源电力滤波补偿控制器，其特征是所述的运算处理单 元(CL)是采用数字信号处理器DSP。
3. 根据权利要求l所述的无源电力滤波补偿控制器，其特征是所述的电压、电流 检测单元(JC)包括有6组变压器(Tl、 T2、 T3、 T4、 T5、 T6)其中三组变压器为电流 检测变压器(Tl、 T2、 T3)，三组变压器为电压检测变压器(T4、 T5、 T6);每组电流 检测变压器(Tl、 T2、 T3)的各输入端均与第一接线端子JP3相连，且每组变压器(Tl、 T2、 T3)的输出端各通过一电流检测电路(A)与运算处理单元(CL)的输入端相连； 每组电压检测变压器(T4、 T5、 T6)的各输入端均与第二接线端子JP4相连，且每组变 压器(T4、 T5、 T6)的输出端各通过一电压检测电路((B)运算处理单元(CL)的输入 端相连。
4. 根据权利要求3所述的无源电力滤波补偿控制器，其特征是所述的电流检测电 路包括有运算放大器IC1A、 IC1B，其中，运算放大器IC1A的反相输入端脚2和同相输 入端脚3分别连接一组电源检测变压器的输出端，运算放大器IC1A的反相输入端还通过 电阻Rl至其输出端脚l,同相输入端还通过电阻R4、 R5的串联至运算处理单元(CL) 的输入端，运算放大器IC1A的脚11接地，脚4接电源AVCC，运算放大器IC1A的输 出端脚1通过电阻R2、 R3的串联接运算放大器IC1B的同相输入端脚5，电阻R2、 R3 的连接点通过电容C6与运算放大器IC1B的输出端脚7 —起接运算处理单元(CL)的输 入端，运算放大器IC1B的同相输入端脚5还通过电容Cl、电阻R4、 R5的串联连接运 算处理单元(CL)的输入端，运算放大器IC1B的反相输入端脚6还通过电阻R5连接 运算处理单元(CL)的输入端。
5. 根据权利要求3所述的无源电力滤波补偿控制器，其特征是所述的电压检测电 路包括有运算放大器IC2C、 IC2D，其中，运算放大器IC2C的反相输入端脚9和同相输 入端脚10分别连接一组电压检测变压器的输出端，运算放大器IC2C的反相输入端还通 过电阻Rll至其输出端脚8，同相输入端还通过电阻R14、 R15的串联至运算处理单元(CL)的输入端，运算放大器IC2C的输出端脚8通过电阻R12、 R13的串联接运算放 大器IC2D的同相输入端脚12，电阻R12、 R13的连接点通过电容C6与运算放大器IC2D 的输出端脚14一起接运算处理单元(CL)的输入端，运算放大器IC2D的同相输入端脚 12还通过电容C5、电阻R14、 R15的串联连接运算处理单元(CL)的输入端，运算放大 器IC2D的反相输入端脚13还通过电阻R15连接运算处理单元(CL)的输入端。
6. 根据权利要求1所述的无源电力滤波补偿控制器，其特征是所述的示波显示单元(SCOPE)包括有运算放大器IC24A、 IC24B、显示芯片LCD1，其中，运算放大器IC24A 的同相输入端脚3通过电阻R98与运算处理单元(CL)的输出端相连，反相输入端分别 通过电阻R100接电源，通过电阻R101接地，运算放大器IC24A的脚4接地，脚8接显 示芯片LCD1的脚l，输出端脚1通过电阻R102和电阻R103的串联接运算放大器IC24B 的同相输入端脚5，电阻R102和电阻R103之间的连接点通过电容C48接地，运算放大 器IC24B的同相输入端脚5还通过电容C49接地，反相输入端与其输出端脚7 —起接显 示芯片LCD1的脚2;显示芯片LCD1的脚20还与三极管Gl的集电极相连，三极管Gl 的发射极接电源，基极通过电阻R71接三极管G2的集电极，三极管G2的发射极接地， 基极通过电阻R73接运算处理单元(CL)的输出端，显示芯片LCD1还直接与运算处理 单元(CL)的输出端相连。
7. 根据权利要求1所述的无源电力滤波补偿控制器，其特征是所述的脉冲发生单 元(MF)包括有16组光藕，每组光藕的输入端分别连接电源和运算处理单元(CL)的 输出端，每组光藕的输出端通过一非门连接外围端子。
8. 根据权利要求1所述的无源电力滤波补偿控制器，其特征是:所述的通信单元(TX) 包括有一侧分别与运算处理单元(CL)相连的脉冲整形芯片IC25，脉冲整形集成块IC25 另一侧的脚9通过电阻R49接电源，脚9、脚4、脚10分别对应连接集成块IC26、 IC27 和IC28;其中，集成块IC26的脚2通过电阻R53接电源，脚3分别连接集成块IC29C 和集成块IC29D ，集成块IC29C的脚8通过发光二极管及电阻R52连接电源，集成块IC29D 的脚12连接IC30的脚9，集成块IC29D的脚13连接集成块IC31的脚1;集成块IC27 的脚7通过电阻R57连接集成块IC29B的脚5，集成块IC27的脚6连接集成块IC29B的 脚4，集成块IC29B的脚6分别连接集成块IC30的脚11和集成块IC31的脚4;集成块 IC28的脚7通过电阻R58后与其脚6 —起连接集成块IC31的脚2和脚3;集成块IC30 的脚11还通过集成块IC29A、发光二极管以及电阻R52接电源，集成块IC30的脚13和 脚8为通信接口与外围通信设备相连；集成块IC31的脚7通过电阻R63与稳压管D4的 并联接地，脚6通过电阻R65接电源，通过稳压管D5接地，还通过电阻R64与脚7相 连。
全文摘要
本发明公开一种无源电力滤波补偿控制器，包括有运算处理单元，与运算处理单元的输入端相连的电压、电流检测单元，与运算处理单元的输出端相连的示波显示单元和脉冲发生单元，以及与运算处理单元双向连接的通信单元。所述的运算处理单元是采用数字信号处理器DSP。本发明具备无功电流与谐波电流综合控制并优先控制谐波的控制模式，可实现低压无源滤波补偿装置的经济性、可靠性、有效性。使无功功率自动补偿设备在谐波背景下工作更可靠，跟踪响应快，节能效益更显著，并使电网质量达到国家标准。使滤波补偿设备不仅能够达到理想滤波功能，同时实现理想的无功补偿，产生较高的经济效益。可用于各种无源滤波补偿设备中。
文档编号H02J3/18GK101222143SQ20081005226
公开日2008年7月16日 申请日期2008年2月3日 优先权日2008年2月3日
发明者斌 宋, 王玉华 申请人:天津电气传动设计研究所