專利名稱：發(fā)電機(jī)全出力智能型補(bǔ)償節(jié)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型為一種發(fā)電機(jī)全出力智能型補(bǔ)償節(jié)電裝置。本實(shí)用新型可應(yīng)用于各種中小型發(fā)電機(jī)，包括水輪發(fā)電機(jī)及柴油發(fā)電機(jī)等，既能與電力系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)配合使用，也可與單獨(dú)的發(fā)電機(jī)配合使用，是一種節(jié)約能源，提高發(fā)電機(jī)有功出力，改善系統(tǒng)無(wú)功狀況的新型產(chǎn)品。
背景技術(shù)：
按照傳統(tǒng)規(guī)定，發(fā)電機(jī)在額定運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，其額定功率因數(shù)為cosN＝0.8。這是因?yàn)榘凑针娋W(wǎng)規(guī)定，發(fā)電機(jī)不僅要輸出有功功率，而且要提供一定數(shù)量的無(wú)功功率，以滿足網(wǎng)絡(luò)電壓穩(wěn)定和負(fù)荷需要。即使是單獨(dú)工作的發(fā)電機(jī)，由于其必須為感性負(fù)載提供無(wú)功功率，一般也不能達(dá)到全出力(即發(fā)電機(jī)cos＝1，全發(fā)有功)的運(yùn)行狀態(tài)。
因此，對(duì)于柴油發(fā)電機(jī)等需要燃料的中小發(fā)電機(jī)，就必須多耗費(fèi)15％～20％寶貴的燃料以轉(zhuǎn)換為無(wú)功功率。而對(duì)于眾多的中小型水電站來(lái)說(shuō)，由于其水量因季節(jié)而變化，其無(wú)功功率更是難以達(dá)到規(guī)定的要求。它們?cè)谪S水期，發(fā)電量充足，不僅能滿足地方電網(wǎng)負(fù)荷要求，還可輸送給大電網(wǎng)；而在枯水期，則因發(fā)電量不足，又需從大電網(wǎng)反供電給用戶。由于發(fā)電運(yùn)行的需要和經(jīng)濟(jì)利益的考慮，這些中小水電機(jī)群的功率因數(shù)往往在豐水期定得很高，搶發(fā)有功，欠發(fā)無(wú)功，從而使得由它們供電的地方電網(wǎng)需從大電網(wǎng)吸收無(wú)功功率。對(duì)于這種情況，現(xiàn)行的做法是根據(jù)并網(wǎng)協(xié)議，對(duì)功率因數(shù)超過(guò)額定值(cosN＝0.8)，無(wú)功電量發(fā)不足的水電站罰款了事。其實(shí)，從電力運(yùn)行的角度來(lái)看，問(wèn)題遠(yuǎn)非如此簡(jiǎn)單。這是因?yàn)榻^大多數(shù)水電站地處偏遠(yuǎn)山區(qū)，電力傳輸路途遙遠(yuǎn)，以中小水電站供電為主的地方電網(wǎng)，往往由于無(wú)功不足，造成無(wú)功潮流在網(wǎng)內(nèi)無(wú)序運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致網(wǎng)(線)損增加，電壓波動(dòng)過(guò)大，甚至威脅整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行安全。對(duì)中小發(fā)電機(jī)群來(lái)說(shuō)，它們自身更是深受其害，特別是那些引水式(徑流式)水電廠。這是由于水量變化，水輪發(fā)電機(jī)組的有功功率、無(wú)功功率需要經(jīng)常調(diào)節(jié)，按照現(xiàn)行額定運(yùn)行狀態(tài)功率因數(shù)cosN＝0.8，其發(fā)出的有功功率僅為其視在額定容量的80％，這不僅是一種動(dòng)力資源的浪費(fèi)，也使得設(shè)備容量被占用而得不到發(fā)揮。此外，因地方電網(wǎng)和中小水電站的自動(dòng)化水平均較低，系統(tǒng)無(wú)功功率不能自我平衡，當(dāng)電網(wǎng)電壓升高時(shí)，水電機(jī)組自動(dòng)吸收大網(wǎng)無(wú)功電流而進(jìn)相運(yùn)行，迫使水輪機(jī)加大導(dǎo)葉開(kāi)度，以增加有功出力，最后導(dǎo)致機(jī)組失穩(wěn)、跳閘而解列；而當(dāng)電網(wǎng)電壓降低時(shí)，水電機(jī)組則會(huì)自動(dòng)增發(fā)無(wú)功，限制有功功率輸出，造成豐水期水量的浪費(fèi)。

發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型為發(fā)電機(jī)全出力智能型補(bǔ)償節(jié)電裝置，它由智能型無(wú)功功率控制器GZK，補(bǔ)償單元[9]、執(zhí)行單元[11]、保護(hù)穩(wěn)壓?jiǎn)卧猍12]、晶閘管模塊[13]、無(wú)功電源裝置[14]和外接計(jì)量單元[15]等組成，其特征是分別從電流和電壓互感器CT、PT測(cè)取u、i及其夾角等電量信號(hào)，送至無(wú)功功率補(bǔ)償控制器GZK，經(jīng)其各單元檢測(cè)、比較和計(jì)算等智能化處理后，分別發(fā)出投切信號(hào)、過(guò)壓保護(hù)信號(hào)給執(zhí)行單元[11]，控制晶閘管模塊[13]，投切無(wú)功電源裝置[14]，另有PT補(bǔ)償信號(hào)給補(bǔ)償單元[9]，經(jīng)智能處理后，其信號(hào)分別輸入外接計(jì)量單元[15]和反饋至GZK裝置，發(fā)電機(jī)G1經(jīng)保護(hù)穩(wěn)壓?jiǎn)卧猍12]，通過(guò)[13]吸收[14]輸出的無(wú)功功率，其補(bǔ)償后的有功功率經(jīng)變壓器T1輸送給電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)全出力高效節(jié)電運(yùn)行。
本實(shí)用新型針對(duì)中小型發(fā)電機(jī)存在的為發(fā)無(wú)功功率而不得不少發(fā)有功功率，造成能源浪費(fèi)的現(xiàn)狀，以無(wú)功電源(如并聯(lián)電容器組等)代替發(fā)電機(jī)產(chǎn)生無(wú)功，并運(yùn)用在負(fù)荷側(cè)(或升壓變壓器高壓側(cè))測(cè)取信號(hào)，在發(fā)電機(jī)側(cè)(或升壓變壓器低壓側(cè))進(jìn)行控制的模糊數(shù)學(xué)控制理論及方法，對(duì)無(wú)功電源的投切進(jìn)行智能化控制，使在滿足負(fù)荷和系統(tǒng)無(wú)功要求的同時(shí)，發(fā)電機(jī)能夠穩(wěn)定運(yùn)行在全出力(即cos＝0.95～1)狀態(tài)下。本實(shí)用新型由在高壓側(cè)(也可在低壓側(cè))測(cè)取μ、i，cos電量信號(hào)，在低壓側(cè)進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)目刂破鱃ZK、PT補(bǔ)償單元、執(zhí)行單元、晶閘管功率模塊、無(wú)功電源裝置(如并聯(lián)電容器組等)及保護(hù)穩(wěn)壓?jiǎn)卧M成?？刂破鱃ZK通過(guò)電壓互感器PT、專用電流互感器CT在升壓變壓器T1高壓端(也可在低壓端)測(cè)取電量信號(hào)μ、i，并將其送至功率因數(shù)角測(cè)量單元[1]，通過(guò)其測(cè)量出功率因數(shù)角的大小并轉(zhuǎn)換為電壓值(數(shù)字信號(hào))輸送至中央處理單元CPU(89C51)[5]，同時(shí)電流i及電壓μ信號(hào)分別經(jīng)電流變換單元[2]和電壓變換單元[3]后至A/D轉(zhuǎn)換模塊(ADC0890)[4]轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再輸入中央處理單元CPU(89C51)[5]；PT二次側(cè)的電壓損耗信號(hào)由PT補(bǔ)償模塊[9]轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)輸入中央處理單元CUP[5]。經(jīng)CPU計(jì)算后通過(guò)并行接(8155)[6]發(fā)出以下信號(hào)無(wú)功電源投切信號(hào)、PT二次側(cè)補(bǔ)償信號(hào)以及可能的過(guò)壓保護(hù)信號(hào)和電容器組放電報(bào)警信號(hào)。其中無(wú)功電源投切信號(hào)與過(guò)壓保護(hù)信號(hào)將控制執(zhí)行單元(如固態(tài)繼電器組)[11]，由執(zhí)行單元[11]控制晶閘管功率模塊[13]投、切無(wú)功電源裝置[14]。無(wú)功電源由固定電容器組和可調(diào)電容器組構(gòu)成，其容量應(yīng)滿足以下公式QGB＝Qd+Qb＝QF+QM+QT(1)其中QF＝SNG·cos1·α·(tg1-tg2) (2)QM＝K0QMN+(1-K0)βM2QMN(3)QT=ID*100·SNT+β2·UK100·SNT---(4)]]>以上式中QGB——本實(shí)用新型補(bǔ)償裝置供給的無(wú)功功率總量(Kvar)；Qd——固定電容器組提供的無(wú)功功率總量(Kvar)；Qb——可調(diào)電容器組提供的無(wú)功功率總量(Kvar)QF——發(fā)電機(jī)G1應(yīng)為支路負(fù)荷提供的無(wú)功功率總量(Kvar)；QM——發(fā)電站自身負(fù)荷(即廠用電)所需的無(wú)功功率量(Kvar)QT——升壓變壓器無(wú)功功率損耗(Kvar)；SNG——發(fā)電機(jī)的額定功率(KW)；cos1——補(bǔ)償前負(fù)荷功率因數(shù)；α——升壓變壓器T1的經(jīng)濟(jì)負(fù)載系數(shù)，可取α＝0.8；β——變壓器負(fù)載率；I*D——變壓器負(fù)載電流標(biāo)么值； ——變壓器短路電壓百分比(標(biāo)么值)；
SNT——變壓器額定視在容量(KVA)；QMN——廠用負(fù)載額定運(yùn)行狀態(tài)下的無(wú)功功率量；K0QMN——廠用負(fù)載空載時(shí)的無(wú)功功率損耗，它與負(fù)載運(yùn)行情況無(wú)關(guān)而基本固定不變，空載系數(shù)K0約為0.6～0.7；βM＝PM/PMN——廠用負(fù)載受載率，PM為實(shí)際機(jī)械負(fù)荷，PMN為額定運(yùn)行狀態(tài)下的有功功率。
由(4)式可知其中變壓器空載時(shí)的無(wú)功功率損耗 是固定不變的，因此可用固定的無(wú)功電源組來(lái)補(bǔ)償這部份的無(wú)功需求。為完全替代補(bǔ)償發(fā)電機(jī)應(yīng)提供的無(wú)功功率，本實(shí)用新型補(bǔ)償裝置提供的無(wú)功功率總量QGB應(yīng)按下式校核QGB≥PNG·tgIN(5)式中PNG—發(fā)電機(jī)G的額定功率(KW)；IN—按照發(fā)電機(jī)G所在電站與供電部門(mén)簽訂的并網(wǎng)協(xié)議所規(guī)定功率因數(shù)角(即通常所講的功率因數(shù)cosIN)；tgIN-規(guī)定功率因數(shù)角的正切值(即發(fā)電機(jī)無(wú)功功率量與有功功率之比。(Kvar/KW)本實(shí)用新型適用于容量為12kw～6300kw的發(fā)電機(jī)；適用電壓等級(jí)為0.4kv～10kv；發(fā)電機(jī)功率因數(shù)cos可達(dá)到0.95～1.0(滯后)；穩(wěn)壓精度不低于2.5％；動(dòng)作響應(yīng)速度不低于2ms并有過(guò)壓、放電等故障指示和μ、i、cos等電量及脈沖顯示功能。尤其要提出的是。本發(fā)明具有電網(wǎng)過(guò)壓保護(hù)、發(fā)電機(jī)過(guò)壓保護(hù)及電容器組放電保護(hù)三重保護(hù)功能，能可靠的保證發(fā)電機(jī)的安全，并具有通訊接口，可實(shí)現(xiàn)電容器遠(yuǎn)程投切。使用本實(shí)用新型可使發(fā)電機(jī)出力增加15％～20％；輸電線損降低20％～30％，直接經(jīng)濟(jì)效益增加15％～25％。


圖1為發(fā)電機(jī)全出力智能型補(bǔ)償節(jié)電裝置實(shí)施例整體結(jié)構(gòu)示意圖圖2為電流、電壓和功率因數(shù)角測(cè)量和變換量單元線路示意圖圖1中裝置[1]為功率因數(shù)角測(cè)量單元，裝置[2]為電流變換單元，裝置[3]為電壓變換單元，裝置[4]為A/D轉(zhuǎn)換模塊(ADC0890)，裝置[5]為CPU(89C51)，裝置[6]為并行接口(8155)，裝置[7]為鍵盤(pán)輸入單元，裝置[8]為顯示單元，裝置[9]為PT補(bǔ)償單元，裝置[10]為放電報(bào)警單元，裝置[11]為執(zhí)行單元，裝置[12]為穩(wěn)壓?jiǎn)卧?，裝置[13]為晶閘管功率模塊，裝置[14]為補(bǔ)償電容器組，裝置[15]為計(jì)量單元。
具體實(shí)施方式
下面通過(guò)附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明圖1為發(fā)電機(jī)全出力智能型補(bǔ)償節(jié)電裝置實(shí)施例整體結(jié)構(gòu)示意圖圖2為電流、電壓和功率因數(shù)角測(cè)量和變換量單元線路示意圖實(shí)施例圖1中PT為電壓互感器，CT為專用電流互感器，電量信號(hào)i、μ通過(guò)它們?cè)谏龎鹤儔浩鱐1高壓端測(cè)取，分別送至電流變換單元[2]、電壓變換單元[3]及功率因數(shù)角測(cè)量單元[1]。其中經(jīng)電流變換單元[2]、電壓變換單元[3]的μ、i信號(hào)再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換模塊(ADC0890)[4]轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)輸送至中央處理器單元CPU(89C51)[5]，μ、i進(jìn)入功率因數(shù)角測(cè)量單元[1]，經(jīng)合成變換為與大小成比例的數(shù)字量直接輸入中央處理器單元CPU(89C51)[5]，并在CPU中計(jì)算出cos的大小，電壓信號(hào)在測(cè)取當(dāng)中還要經(jīng)過(guò)PT補(bǔ)償單元[9]。PT補(bǔ)償單元[9]將PT二次側(cè)起始端測(cè)量的電壓值及在計(jì)量電路進(jìn)口端測(cè)量的電壓值比較后，將差值ΔU經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后輸送至中央處理器單元CPU(89C51)[5]。經(jīng)計(jì)算后，CPU將通過(guò)并行接口(8155)[6]發(fā)出控制信號(hào)。經(jīng)并行接口(8155)[6]CPU還可與鍵盤(pán)輸入單元[7]實(shí)現(xiàn)人機(jī)連接。經(jīng)并行接口(8155)[6]發(fā)出的控制信號(hào)有無(wú)功電源投切信號(hào)、PT二次側(cè)補(bǔ)償信號(hào)以及可能的過(guò)壓保護(hù)信號(hào)和電容器組放電報(bào)警信號(hào)。另外，電容器放電報(bào)警單元[10]還將根據(jù)電容器放電電壓直接發(fā)出切除電容組的信號(hào)，并通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換單元[4]報(bào)告中央處理單元[5]；保護(hù)穩(wěn)壓?jiǎn)卧猍12]也將根據(jù)情況發(fā)出電容器過(guò)壓保護(hù)信號(hào)。這些信號(hào)都將通過(guò)執(zhí)行單元[11]控制晶閘管功率模塊[13]控制無(wú)功電源單元即補(bǔ)償電容器組[14]。如有需要本實(shí)用新型還可外接計(jì)量單元[15]。
圖2中，YH為電壓互感器，LH為電流互感器，LHB1、LHB2為電流變換器。電壓VAB經(jīng)YH1、YH2變壓，再經(jīng)RD1、DZ1整流橋塊、R1、C1整流濾波后，在R2上形成電壓U1(0～5V)，然后輸送至A/D轉(zhuǎn)換模塊變換為數(shù)字信號(hào)。電流IB經(jīng)電流互感器LH、電流變換器LHB1，LHB2后得到與電流IB成比例且同相的電流Ib1、Ib2。其中Ib1在正半周時(shí)經(jīng)D6、D7、R5、R6與加在穩(wěn)壓模塊7805上的電壓VAB的正半周疊加形成數(shù)字信號(hào)U2(0或5V，即低電平或高電平)并輸送至CPU(89C51)，經(jīng)計(jì)算即可得到功率因數(shù)角；而Ib2經(jīng)過(guò)RD2、整流橋塊DZ2、R7、C2整流濾波，在R8上即可得到與電流IB成比例的電壓U3(0～5V)，然后輸送至A/D轉(zhuǎn)換模塊變換為數(shù)字信號(hào)。
權(quán)利要求1.一種發(fā)電機(jī)全出力智能型補(bǔ)償節(jié)電裝置，它由智能型無(wú)功功率控制器GZK，補(bǔ)償單元[9]、執(zhí)行單元[11]、保護(hù)穩(wěn)壓?jiǎn)卧猍12]、晶閘管模塊[13]、無(wú)功電源裝置[14]和外接計(jì)量單元[15]等組成，其特征是分別從電流和電壓互感器CT、PT測(cè)取u、i及其夾角等電量信號(hào)，送至無(wú)功功率補(bǔ)償控制器GZK，經(jīng)其各單元檢測(cè)、比較和計(jì)算等智能化處理后，分別發(fā)出投切信號(hào)、過(guò)壓保護(hù)信號(hào)給執(zhí)行單元[11]，控制晶閘管模塊[13]，投切無(wú)功電源裝置[14]，另有PT補(bǔ)償信號(hào)給補(bǔ)償單元[9]，經(jīng)智能處理后，其信號(hào)分別輸入外接計(jì)量單元[15]和反饋至GZK裝置，發(fā)電機(jī)G1經(jīng)保護(hù)穩(wěn)壓?jiǎn)卧猍12]，通過(guò)[13]吸收[14]輸出的無(wú)功功率，其補(bǔ)償后的有功功率經(jīng)變壓器T1輸送給電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)全出力高效節(jié)電運(yùn)行。
專利摘要本實(shí)用新型是一種發(fā)電機(jī)全出力智能型補(bǔ)償節(jié)電裝置，以無(wú)功電源(電容器組)[14]代替發(fā)電機(jī)產(chǎn)生無(wú)功，并運(yùn)用智能化控制方法對(duì)無(wú)功電源的投切進(jìn)行控制，使發(fā)電機(jī)能夠穩(wěn)定的運(yùn)行在全出力(即cosφ＝0.95～1)狀態(tài)。其中裝有對(duì)電壓、電流、功率因數(shù)及二次設(shè)備的電壓損耗進(jìn)行自動(dòng)控制的智能化控制器GZK，其信號(hào)經(jīng)過(guò)采樣檢測(cè)單元[1]、[2]、[3]，A/D轉(zhuǎn)換單元[4]后經(jīng)智能元件[5]處理后，自動(dòng)控制無(wú)功電源的投切及計(jì)量損耗的補(bǔ)償，擁有電網(wǎng)、故障、放電三重保護(hù)功能，并采用穩(wěn)壓?jiǎn)卧猍12]配合，能可靠保證發(fā)電機(jī)的運(yùn)行安全。本實(shí)用新型適用于柴油發(fā)電機(jī)、水輪發(fā)電機(jī)等各種中小型發(fā)電機(jī)，穩(wěn)定電壓和提高發(fā)電機(jī)有功出力，節(jié)約能源。
文檔編號(hào)H02J3/18GK2742651SQ03256908
公開(kāi)日2005年11月23日 申請(qǐng)日期2003年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月15日
發(fā)明者陳巍 申請(qǐng)人:陳巍