专利名称：小功率全智能就地无功功率补偿装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种小功率全智能就地无功功率补偿装置，它用于农村小功率就地无 功功率补偿。属于节能、降耗和优化电网电能质量的自动化控制领域。
背景技术：
电网中进行无功是在一级变压和二级变压配电中进行集中补偿。由于补偿成本 等方面的原因，对于数量庞大、线路的导线直径较小的末端配电线路不进行无功功率补偿， 无功功率造成的线路损耗很大。无功功率补偿中，越是靠近终端用户，补偿的节能效果越 好。随着我国生活水平的提高，家庭用户的用电量大幅度提高，大功率用电器如空调、洗衣 机、冰箱等电感性负载在城市中已经普及。随着家电下乡等优惠政策的推行，农村的电气化 普及程度也提高很快。低成本的分布式嵌入到家庭或电感性家用电器中的小功率无功补偿 器，可以填补电网末端无功功率补偿的空白，有着极其广阔的应用前景和极高经济价值。
发明内容
本发明目的在于提供一种可以对小功率用户和用电器进行分布嵌入式小功率全 智能就地无功功率补偿装置小功率全智能就地无功功率补偿装置它包含微控制器单元 (1)，电压零点检测单元(2)，电流零点检测单元(3)，补偿电容器投切驱动接口单元(8)，三 个补偿电容器(5、6、7)，电源单元(4)。图1小功率全智能就地无功补偿装置结构示意图。 通过测量负载上电流和电压的零点之间的时间差，测得负载的功率因素。所述的小功率全智能就地无功补偿装置它包含微控制器控制单元1。微控制器控 制单元以STC12C5410微控制器为控制中心，微控制器的P3. 2和P3. 3端口输入电流零点 信号和电压零点信号，用微控制器的高速计数器精确测量电流零点与电压零点的时间差， 根据这个时间差计算出负载的功率因素。当功率因素低于设定值时，微控制器自动将接在 电容器投切接口电路上的补偿电容并联接入到负载的两端，接入时间点在电压的过零点时 刻，电容接入浪涌电流减少到最低限度。最多可以投入三组补偿电容。当功率因素达到设 定的上限时，微控制器自动将接入到负载两端的电容器断开，断开时间点是电压的过零点 时刻，避免出现过补偿。所述的小功率全智能就地无功补偿装置包含电压零点检测单元2。电压互感器的 初级并联在负载两端，次级将负载的电压信号经过抗干扰电路去掉共模干扰信号，放大电 路对信号进行放大，与零电压比较后在负载交流电压过零点时输出信号发生跳变，经过波 形整理与变换后输入到微控制器。由于负载是电感性质的，电压与电流之间有相位差，电流和电压的过零时间不同。 微控制器通过测量电流和电压过零点的时间差，就能计算负载的功率因素。所述的小功率全智能地无功补偿装置包含驱动接口电路8。驱动电路采用光电耦 合，将用于信号处理的微控制器部分与负载补偿电容电路隔离。便于进行动态补偿电容的 投入和切除。
所述的小功率全智能就地无功补偿装置它包含三组补偿电容器。在微控制器的控 制下，将一组或二组或三组电容器投入到补偿电路中。当实时测量的功率因素低于设定值， 投入一组补偿电容器，三组补偿电容器可以同时投入运行。当实时测量的功率因素高于设 定值，切除一组补偿电容器，三组补偿电容器可以都不运行，避免过补偿。
下面结合附图对本发明作进一步说明图1是本发明结构方框图；图2是本发明电压零点检测电路图；图3是本发明电流零点检测电路图；图4是本发明三路补偿电容及其接口电路图。图例说明图2中，Lu是电压互感器，Rwl是信号大小调节电位器，All、A12、A13 是运算放大器，A14是比较器，A15是施密特解发器。图3中，Li是电流互感器，A21、A22、 A23是运算放大器，A24是比较器，A25是施密特触发器。
具体实施例方式本发明的小功率全智能就地无功补偿装置其原理如下图2是小功率全智能就地无功补偿装置的电压零点检测电路图。并联在负载两 端的电压互感器Lu的初级取得负载的电压信号，从次级输出，接在信号幅度调节的电位器 Rwl上，从Rwl的中心抽头经过输入电阻R11和R15接到运算放大器All和A12的同相输入 端，抑制共模信号和放大差模信号，再输入到运算放大器A13的输入端进行信号幅度放大。 A13的输出接到比较器A14的输入端与零电压进行比较，在工频交流电压过零点时，A14的 输出电平当发生跃变，输出方波，方波的前沿就是交流电压信号的零点。从A14输出的方波 经过施密特触发器A14整形后输入到微控制器的P3. 3 口，用于微控制器测量功率因素。图3是小功率全智能就地无功补偿装置的电流零点检测电路图。串联在负载电路 上的电流互感器Li的初级将电流信号转换为电压信号后从电流互感器的次级输出，经过 输入电阻R21和R25接到运算放大器A21和A22的同相输入端，抑制共模信号和放大差模 信号，再输入到运算放大器A23的输入端进行放大。A23的输出接到比较器A24的输入端与 零电压进行比较，在工频交流电流过零点时，A24的输出电平发生跃变，输出方波，方波的前 沿就是交流电流信号的零点。从A24输出的方波经过施密特触发器A25整形后输入到微控 制器的中断端口，用于微控制器测量功率因素。微控制器控制单元由STC12C5410微控制器、晶体、上电复位电路构成。接在微控 制器端口 P3. 3上的电压过零点脉冲发生电平变换时，微控制器开始计时，接在微控制器端 口 P3. 2上的电流过零点脉冲发生电平变换时，停止计时，通过程序修正计时误差，这个时 间差与工频交流电的周期之比就是负载的相位差，用相位差计算出功率因素。当实时测得 的功率因素低于设定值时，在下一个电压零点时刻，从输出端口 P1. 3或P1. 4或PL 5上输 出一个低电平0，接通晶间管，将补偿电容器并联接入到负载两端，进行电容补偿，提高功率 因素。当实时测得的功率因素高于设定值时，在下一个电压零点时刻，从输出端口 P1. 3或 P1. 4或P1. 5上输出一个低电平1，断开晶闸管控制信号，将补偿电容器从负载两端切除，退出电容补偿，避免过补偿。 图4小功率全智能就地无功补偿装置的输出接口电路和补偿电容器。来自微控制 器端口 P1. 3的控制信号经过电阻R31接到三极管Q31的基极。当微控制器的P1. 3输出高 电平1时，三极管Q31导通，光电耦合器导通，晶闸管导通，补偿电容器C31接入到负载两 端。另外两组补偿电容器接口控制端接在微控制器的P1. 4和P1. 5端口上，控制过程与第 一组的控制过程相同。
权利要求
一种小功率全智能就地无功功率补偿装置，其特征在于所述的由微控制器单元(1)，电压过零点检测单元(2)，电流过零点检测单元(3)，补偿电容器投切驱动接口单元(8)，补偿电容三个单元(5、6、7)，电源单元(4)；所述的电压过零点检测单元经过电压互感器对电压零点进行检测，输出信号接入到微控制器单元的P33端口；电流过零点检测单元经过电流互感器对电流零点进行检测，输出信号接入到微控制器单元的P32端口；通过微控制器内部的高速计数定时器测得电流和电压的过零点之间的相位差，获得功率因素，并根据功率因素对偿电容接口发出控制信号，将补偿电容在下一个周期的电压过零点时刻并联接入到负载两端。
2.根据权利要求1所述的小功率全智能就地无功补偿装置，其特征在于它能够嵌入安 装到家用电能表、电感性家用电器中去，作为电能表、电感性家用电器的组成部分，直接在 用电所在地就地进行无功功率补偿。
全文摘要
本发明涉及一种小功率全智能就地无功功率补偿装置，它包括微控制器单元、电流过零点检测单元、电压过零点检测单元、补偿电容投切接口单元和三组补偿电容。电压过零点检测单元经过电压互感器对电压零点进行检测，电流过零点检测单元通过电流互感器对电流的零点进行检测，电压和电流的过零点信号接入到微控制器单元的端口，通过微控制器内部的比较和计算，获得电流和电压之间的相位差，从而测得功率因数，并根据电流和电压的相位差将补偿电容在电压过零点时刻并联接入到负载两端。该产品嵌入到电能表、电感性家用电器中，作为电能表、电感性家用电器的组成部分，直接在用电器所在地进行无功补偿，达到最佳节能效果。
文档编号H02J3/18GK101931235SQ20101025171
公开日2010年12月29日 申请日期2010年8月12日 优先权日2010年8月12日
发明者陈靖医 申请人:陈靖医