专利名称：一种电力系统无功补偿控制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种改进的电力系统无功补偿控制器，特别是一种既造用于低压系统，又造用于高压系统的无功电流补偿控制器。
目前现有技术中使用最多的是“功率因数补偿控制器”控制补偿电容器的投切来提高电力系统的功率因数。这种功率因数补偿控制器在轻负荷低因数的会发生“最小电容器组的反复投切振荡”，对开关、电容器及整个电网均产生危害;在重负荷时又会产生灵敏度低的问题。近几年虽然开发了“无功补率补偿控制器”，但由于其成本高、精度低低、调试复杂，也不利于推广应用。国内《电工技术》杂志1984年第11期所刊登的“感性无功功率快速自动补偿”一文中所介绍的无功电流测量方法是在电压过零时刻对负荷电流进行瞬时采样和保持的方法，其缺点是成本昂贵，负荷电流中的高次谐波完全不能抑制，产生测量误差。国内《电工技术》杂志1987年第12期所刊登的“一种原理全新的无功补偿控制器”中所介绍的无功电流检测方法是先把负荷电流变换成的电压进行放大，然后经电子开关处理，再经滤波器进行滤波，得到无功电流成份，其缺点是所得到的无功电流的讯号幅值较低，易受放大器本身温度漂移的影响。
目前，现有技术的无功补偿控制器中，为了使本身的较多个继电器能可靠动作，都不得不使用较大的电源变压器，使得成本、体积和功耗都增加。
另外，现有技术的无功补偿器中，多数未设保护电容器安全运行的过电压保护电路。即使有一部分设有此项功能，其中有一种是将本身工作电源变压器兼做过电压测量变压器，结果过压动作值变差过大，最终失去保护电容器的作用;另一种是将过压检测变压器单独设置，虽然过压检测电路工作很好，但成本、体积和功耗都增加。
本发明的目的是提供一种精度高，调试简单，造价低廉以及功耗和体积大幅度减小的无功电流补偿控制器。
根据本发明的无功电流补偿控制器，无功电流检测电路能将被检测的负荷电流中的第N次谐波减少到N分之一，无功电流讯号的幅值较高，受温度影响更小;继电器回路采用省电工作方式，使整机功耗大为降低;过压检测电路采用直流工作电路中可变负荷电流的电压降补偿方式，在本身工作电源变压器兼做过压检测变压器的情况下，可以达到单独设置过压检测变压器的效果，使得过压保护电路能精确工作。整机的成本，功耗和体积均大为降低。
本发明的目的是以如下方式实现的。被检测的系统的电流I和电压U输入到无功电流检测电路〔A〕，无功电流检测电路〔A〕的输出和电压比较触发器〔B〕的输入端联结;电压比较触发器〔B〕的输出端和逻辑控制电路〔C〕的输入端联结;逻辑控制电路〔C〕的另一个输入端和过压检测电路〔D〕的输入端联结;逻辑控制电路〔C〕的输出端和输出电路〔E〕的输入端联结;过压检测电路〔D〕的输入端与电压U联结。
本发明的无功电流检测电路〔A〕，其特征在于将被检测的负荷电流通过电流电压-变换电阻R0变换成与被检测的负荷电流成正比的电压讯号，并将此讯号输入到一个放大器中;同时将被检测系统的电压通过正弦波-方波变换器变换成同相位的方波讯号，并输入到上述的放大器中，以便对上面所说的电压讯号进行处理。其结果是放大器输出的讯号已经是按照方波的正负半周对输入的电压讯号进行交替极性的放大的讯号。这一讯号经平滑滤波后即能得到正比于输入的负荷电流中无功成份的直流电压。
在本发明的输出电路〔E〕中包括一个继电器省电工作电路，其特征是在继电器的一对间置的常闭接点上并联了一只电阻器和一只电容器，并将这付接点串联于继电器的线卷回路，在继电器得电动作的初刻，继电器线卷上得到全电压而迅速吸合，吸合之后，由于常闭接点的断开，而使电阻串于线卷回路，从而使继电器以较小的电流保持吸合状态，使功耗大为降低。
本发明的过压检测电路〔D〕，其特征在于将装置本身的工作变压器兼做过压检测变压器。供检测用的线卷所产生的电压经整流滤波后的直流电压，和补偿电压串联迭加后送入过压检测用的电压比较触发器中。所说的补偿电压是装置本身直流工作电路中可变的直流电流经一只电阻所产生的电压降。
本发明采用无功电流作为补偿电容器的投切控制量，因无功电流的大小间接反映了系统中欠缺和多余的电容器的容量，其动作整定值相当于电容器的容量数值，和系统的负荷大小，功率因数高低无关，因而根本避免了“最小电容器组的反复投切振荡”现象。所以本发明既能造用于高压系统，又能适用于低压系统。特别是在电压波动较大的系统中使用，其动作整定值和电容器的实际补偿值之间的误差仅受电压一次幂的影响，较之于此项误差受电压二次幂影响的无功功率补偿控制器具有更为准确的补偿效果。本发明的继电器省电工作电路，能使用较小容量的变压器供较多个继电器可靠工作。本发明的过压检测电路，在装置仅使用一只电源变压器的情况下，由于补偿电压的串入，使得本电路和单独设置过压检测变压器有同样准确的测量效果，从而确保电容器的安全运行。
特别是在对称的三相电力系统中，只要采用的电流量在系统的功率因数等于一时与所采用的电压量相差π/2角度，即可实现无功电流的测检。如可采用
AB和
c，或采用d
A和
A等。如果采用的电流量在系统的功率因数等于一时与所采用的电压量同相位或反相位，即可实现有功电流的检测，如可采用
A和
A等。因此本发明亦可用作廉价的电力负荷定量器等其它装置，进一步扩大其应用范围。
本发明的解决方案，可进一步用以下的附图进行说明。
图1是本发明的原理方框图。
图2是本发明的无功电流检测电路图。
图3是本发明的继电器省电工作电路图。
图4是本发明的过压检测电路。
图5是本发明的无功电流检测电路的相量图和波形图。
图6是本发明的一种实用原理图。
图1是本发明的原理方框图，其中无功电流检测电路〔A〕的输入端输入电流i和电压
，其输出端与电压比较触发器〔B〕的输入端相联，电压比较触发器〔B〕的输出端与逻辑控制电路〔C〕的输入端相联，逻辑控制电路〔C〕的输出端与输出电路〔E〕的输入端相联，过压检测电路〔D〕的输入端输入电压U，而其输出端与逻辑控制电路〔C〕的另一输入端相联。
另外，在图1中，电压比较触发器〔B〕和逻辑控制电路〔C〕是一般的通用电路，因此不再详细描述。
图2表示图1中的无功电流检测电路〔A〕。在图2中，被检测的负荷电流I通过端子10和11在电阻R0上产生电压降，并从和R0并联的电位器W1的滑动触头14上输出，再经过电阻R1和R2分别联接到放大器21的负输入端15和正输入端16上;端子11按系统接线。放大器的负输入端15还通过电阻R4按系统地线，同时通过电阻R3接放大器本身的输出端17;放大器的正输入端16和系统地线之间还接入电子开关20;电子开关20的控制端和正弦波-方波变换器的输出端19联接。正弦波-方波变换器由电阻R5、R6以及放大器23等组成。放大器21的输出端17和由电阻R7、R8、R9、R10、电容器C1、C2以及放大器22所组成的平滑滤波器相接，平滑滤波器的输出端18上即可得到正比于被测负荷电流中无功成份的直流电压。
图3是图1中本发明的输出电路〔E〕中的继电器省电工作电路。继电器线卷JX和二极管D1并联，和二极管D1的负极相接的一端和电源+V端联接;和二极管D1的正极相接的一端同时和电容器C3，电阻器R11以及继电器的常用接点J相联;电容器C3，电阻器R11以及继电器常闭接点J的另一端接在一起，同时和三极管BG的集电极相接。
图4是图1中本发明的过压检测电路〔D〕的电路图。变压器B的第一线卷n1接到被测量的系统电压上，第二线卷n2是供给本装置整机直流电源的工作绕组，第三线卷n3是供过压检测用的绕组。绕组n3输出的电压经过整流元件24整流之后，再经电阻R13、电容器C6、C7组成的滤波器滤波后从端子25和26输出。绕组n2的输出电压经整流滤波稳压后供给直流工作电路使用，直流工作电路中的可变直流电流△I从-V端流出，经过电阻R14返回-E端。直流工作电路的-V端又和供过压检测用的直流电压的负端25相联接。端子25和26之间并接一只供调节过压动作值的电位器W2，W2的滑动触头27去联接由电阻R15、R16、R17以及放大器28所组成的电压比较触发器。
图5是本发明的无功电流检测电路的相量图和波形图。
下面结合图1、图2和图3来说明。无功电流检测电路是这样工作的被检测的负荷电流在电阻R0上产生的电压降从电位器W1的滑动触头上输出，经电阻R1和R2进入运算放大器21的负输入端15和正输入端16;正弦波-方波变换器的输出端19和电子开关的控制端相联，并使电子开关在方波的正半周导通，负半周截止。在电子开关导通时，放大器21工作于反相放大状态，在电子开关截止时放大器工作同相放大状态。结合图5a所示的三相电力系统的相量图和图5b所示的波形图，设所采用的电压为UCA，电流为IB，且IB落后于UB一个角度φ。并设UCA＝UmSinwt，那么IB＝ImSin(wt+π2-φ)设电子开关在wt＝2kπ～(2k+1)π时导通，其余时间截止，(式中k＝0、1、2、3……)，则放大器21的输出电压为
若选R3/R1＝1+R3/R4，并将U17进行付里叶展开，则其中的直流分量为
式中的Kw1为电位器W1的触头位置所决定的系数，式中的ImSimφ即被测负荷电流中的无功分量。U17经平滑滤波器滤去交流成份后即得到了和被检测的负荷电流中无功分量成正比的直流电压。
在图3中，继电器省电工作电路是这样工作的在三极管BG饱和导通的初刻，继电器线卷JX得到全电压而迅速动作吸合衔铁，吸合后由于其常闭接点J的断开，而使电阻R11串联于回路中，使其以较小的电流保持吸合状态。电容器C3的作用是加速继电器的吸合动作，并保证其可靠地吸合到最终位置。
在图4中，过压检测电路的工作情况如下由于整个装置只使用一只电源变压器，而直流工作电路中又有继电器等占较大比重的直流负荷电流。当直流负荷电流增大时，势必引起容量较小的电源变压器B的次级绕组n2和n3输出电压降低。本发明的特征在于将直流工作电路中的可变直流负荷电流经过一个电阻R14再返回-E端。可变的直流负荷电流△I越大，那么它在电阻器R14上所产生的电压降△U也越大。虽然此时线卷n3的输出电压也越低，但由于n3输出的经整流滤波后的直流电压已和电阻器R14上的电压降△U串联迭加在一起，所以有效地消除了由于n3绕组电压降低所产生的误差。从而使过压检测电路准确地工作，进而保护电容器的安全运行。
在图2所示的电路中，电阻器R1、R2、R3和R4的最佳配比为R1=R2= (R3R4)/(R3+R4) 。
图6所示的电路为一实用电路图。图中〔A〕部分为无功电流检测电路，其中20为电子开关。平滑滤波器的输出端上接有由W3调整满度值的测量指示仪表CB，CB的零点在中央位置，用以定量地指示被检系统中无功电流的余缺数值。图中〔B〕部分为电压比较触发器，以做为投和切的定量值触发器。投和切的定值分别由Wh和WL来进行调整。在达到投或切的定值时，比较触发器30或31都是输出高电平，并燃亮发光二极管32或33以作为指示。图中K2为一只三个位置的功能开关，位置1为强行试投，位置2为正常运行，位置3为强行试切。图中〔D〕部分为过压检测电路，并将直流工作电源也归在此处。过压检测绕组n3的交流电压整流滤波后，其负端25迭加在-V端上，-V端通过电阻R14接在-E端上。从-V端流过电阻R14的可变直流负荷电流来自于输出电路〔E〕中各三极管的发射极电流。过压检测用的直流电压的正端26的电压，通过电位器W2和W4的滑动触头引到电压比较触发器28和36上，与系统的地线电压进行比较。第一过压值由电位器W4进行整定并由电压比较触发器36输出其讯号V1，较高的第二过压值由电位器W2进行整定并由电压比较触发器28输出其讯号V2。图中〔C〕部分为逻辑控制电路，它将投和切定值触发器〔B〕所产生的讯号以及它本身所检测到的投满讯号M和切完讯号N进行逻辑组合，在系统电压低于第一过压值时它将按照系统中无功电流的余缺进行投切控制;在系统的电压介于第一过压值和第二过压值中间时，它将只准在无功电流多余时切除电容器而不准在无功电流欠缺时投入电容器;当系统的电压高于第二过压值时，它将强行加速切除已投入的所有电容。投和切的间隔脉冲是由时基电路LM555产生的。投或切的动作是由两只八位静态移位寄存器38和39以及异或门产生的。异或门的输出讯号进入输出电路〔E〕中的三极管的基极，由三极管BG进行放大，并推动继电器JX动作，并由触点J1输出第一路控制讯号，去控制交流接触器去投或切电容器。第二路到第八路的电路与第一路完全相同。各继电器的触点J1～J8均画在图中的〔D〕部分。图中发光二极管40作为每一路的投入指示。
权利要求
1.一种改进的无功电流补偿控制器，由以下部分组成系统的电流i和电压U输入到无功电流检测电路[A]，无功电流检测电路[A]的输出与电压比较触发器[B]的输入端联结；电压比较触发器[B]的输出与逻辑控制电路[C]的输入端联结；逻辑控制电路[C]的另一个输入端与过压检测电路[D]的输出端联结；逻辑控制电路[C]的输出端和输出电路[E]的输入端联结；过压检测电路的输入端与电压U联结。其特征为a)其中无功电流检测电路[A]包括供被检测的负荷电流产生电压降的电阻Ro，以及与Ro并联的电位器W1；Ro的两端是端子10和11，端子11按系统地线。W1的滑动触头14通过电阻R1和R2分别联接到放大器21的负输入端15和正输入端16上；放大器21的负输入端15还通过电阻R4按系统地线，同时通过电阻R3和放大器21的输出端17联接；放大器的正输入端16和系统地线之间还接入电子开关20；电子开关20的控制端和正弦波一方波变换器的输出端19联接。放大器21的输出端再和一个平滑滤波器联接。b)其中过压检测电路[D]是这样构成的变压器B的第一线卷n1接到被测量的系统电压上，第二线卷n2是供给本装置整机直流工作电源的工作绕组，第三线卷n3是供过压检测用的绕组。绕组n3的输出电压经整流滤波后从端子25和26输出。绕组n2的输出电压经整流滤波释压后供给直流工作电路使用，直流工作电路中的可变直流电流ΔI从-V端流出经过电阻R14返回-E端。直流工作电路的-V端又和供过压检测用的直流电压的负端25相联结。端子25和26之间并接电位器W2，W2的滑动触头27和电压比较触发器的输入端联接。c)其中的输出电路[E]中包括继电器省电工作电路。继电器省电工作电路是这样构成的继电器线卷JX和二极管D1并联，和二极管D1的负端联接的一端和电源+V端联接；和二极管D1正极联接的一端同时和电容器C3，电阻器R11以及继电器本身的常闭接点J相联；电阻器R11，电容器C3以及继电器接点J的另一端接在一起同时和三极管BG的集电极相联接。三极管BG的基极通过电阻联接到逻辑控制电路[E]的输出端上。
2.根据权利要求1所述的无功电流检测电路〔A〕中，其特征是电阻Ro的数值范围是0.01Ω到1Ω。
3.根据权利要求1所述的无功电流检测电路〔A〕中，其特征是电阻器R1，R2，R3和R4的最佳配比为R1=R3= (R3R4)/(R3+R4) 。
4.根据权利要求1所述的过压检测电路〔D〕中，其特征R14的数值范围为0.1Ω到10Ω。
5.根据权利要求1所述的输出电路〔E〕中的继电器省电工作电路，其特征为电容C3和电阻器R11的配置为，时间常数τ＝R11·C3＞20ms。
6.根据权利要求1所述的无功电流检测电路〔A〕中的平滑滤波器是由电阻器，电容器以及放大器组成的通用电路。
7.根据权利要求1所述的无功电流检测电路〔A〕中的正弦波一方波变换器是由电阻器，放大器组成的通用电路。
全文摘要
本发明公开了一种电力系统无功补偿控制器。本发明包括无功电流检测电路[A]，电压比较触发器[B]，逻辑控制电路[C]，输出电路[E]及过压检测电路[D]。无功电流检测电路[A]由电流—电压变换电阻，电子开关，放大器，正弦波—方波变换器及平滑滤波器组成。它能将被测系统中的第N次谐波分量抑制到N分之一。过压检测电路[D]直流工作电路中可变的直流电流在电阻上产生电压降串联迭加在过压检测电压上，使电源变压器兼做过压检测变压器。
文档编号H02J3/18GK1033718SQ8810643
公开日1989年7月5日 申请日期1988年12月19日 优先权日1988年12月19日
发明者梁克昌 申请人:梁克昌