專利名稱：非線性諧波消除和無(wú)功發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種非線性諧波消除和無(wú)功發(fā)生裝置，尤其是一種低壓配電系統(tǒng)三相可分補(bǔ)償非線性諧波消除和無(wú)功發(fā)生裝置，屬于電力設(shè)施技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
據(jù)申請(qǐng)人了解，以往典型的無(wú)功補(bǔ)償裝置通常主要由監(jiān)測(cè)電網(wǎng)電壓、電流的測(cè)量電路，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果分析計(jì)算功率因素或無(wú)功功率從而調(diào)節(jié)輸出的控制電路，受控向電網(wǎng)發(fā)出無(wú)功補(bǔ)償電流的主電路組成。由于現(xiàn)有無(wú)功補(bǔ)償裝置多為有觸點(diǎn)裝置或不能無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)向系統(tǒng)發(fā)出無(wú)功的無(wú)觸點(diǎn)無(wú)功補(bǔ)償裝置，且其無(wú)功補(bǔ)償裝置不具備電能質(zhì)量分析和調(diào)整功能，也不具備諧波消除功能，因此補(bǔ)償效果差、動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度慢、配網(wǎng)自動(dòng)化程度低，不能適應(yīng)供電發(fā)展的要求。
另一方面，現(xiàn)有電能質(zhì)量分析儀則功能單一，只能檢測(cè)供電網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行情況，不能主動(dòng)改善網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。
檢索發(fā)現(xiàn)，申請(qǐng)?zhí)枮?0100042.X、申請(qǐng)日為2000.01.07的實(shí)用新型專利申請(qǐng)公開了一種封鎖脈沖運(yùn)行方式下靜止無(wú)功發(fā)生器的過(guò)電壓抑制裝置，該裝置包括多重化逆變器、絕緣柵雙極型晶體管等，晶體管的漏極與電阻相接，晶體管的源極與多重化逆變器直流側(cè)電容的負(fù)端相接，晶體管的柵極與觸發(fā)電路相接。據(jù)介紹，該實(shí)用新型可大幅度降低直流側(cè)電壓，保證了封鎖脈沖運(yùn)行方式的順利實(shí)施。
另外，申請(qǐng)日為2000.09.05、申請(qǐng)?zhí)枮?0113669.0的另一實(shí)用新型專利申請(qǐng)公開了一種靜止無(wú)功發(fā)生器的控制裝置，該裝置包括輸入轉(zhuǎn)換器、存貯器、排序器、相角調(diào)節(jié)器、參考正弦電壓發(fā)生器、使不等壓橋直流總線電壓保護(hù)穩(wěn)定的脈沖寬度調(diào)節(jié)器，交點(diǎn)電壓計(jì)算器、交點(diǎn)電壓判別器、使各等壓橋直流總線電壓保持均衡的脈沖邊沿選擇器、橋驅(qū)動(dòng)脈沖發(fā)生器。該實(shí)用新型可以使各串聯(lián)橋直流總線電壓在輸出電壓電流快速變化時(shí)仍能基本保持平穩(wěn)，從而保證輸出電壓波形不畸變，保證所控制的靜止無(wú)功發(fā)生器正常工作。
以上專利申請(qǐng)的技術(shù)雖對(duì)無(wú)功發(fā)生器的控制電路提出了有益的改進(jìn)方案，但均未能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)控、無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)配網(wǎng)無(wú)功和消除配網(wǎng)諧波，通過(guò)電能質(zhì)量分析，以提高補(bǔ)償精度、補(bǔ)償效果和動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的首要目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提出一種能夠?qū)崟r(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控配網(wǎng)無(wú)功和配網(wǎng)諧波，并通過(guò)電能質(zhì)量分析，迅速響應(yīng)并精確實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償和諧波消除的非線性諧波消除和無(wú)功發(fā)生器，從而適應(yīng)供電系統(tǒng)迅速發(fā)展的要求。
本實(shí)用新型進(jìn)一步的目的在于提出一種可以便捷實(shí)現(xiàn)參數(shù)指令雙向傳輸?shù)姆蔷€性諧波消除和無(wú)功發(fā)生器，從而有助于提高本實(shí)用新型的補(bǔ)償精度、補(bǔ)償效果和動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。
為了達(dá)到以上首要目的，本實(shí)用新型的非線性諧波消除和無(wú)功發(fā)生器由含有感應(yīng)元件的測(cè)量電路、控制電路和含有逆變器及通斷切換器件的主電路組成。其中測(cè)量電路的測(cè)量信號(hào)采集端與電網(wǎng)耦合，測(cè)量信號(hào)反饋端接控制電路的信號(hào)輸入端。主電路的補(bǔ)償電流輸出端接電網(wǎng)?？刂齐娐分饕芍骺谼SP芯片(數(shù)字信息處理器)以及與該芯片對(duì)應(yīng)端口連接的RAM、電平轉(zhuǎn)換芯片和SRAM構(gòu)成?？刂齐娐返目刂菩盘?hào)輸出端接主電路逆變器驅(qū)動(dòng)端及通斷切換器件的受控端。
為了達(dá)到進(jìn)一步的目的，本實(shí)用新型的非線性諧波消除和無(wú)功發(fā)生器還包括含有CPU和EEPROM的遙控器，控制電路中的RAM為帶無(wú)線通訊端的雙口RAM。
工作時(shí)，測(cè)量電路中的感應(yīng)元件對(duì)電網(wǎng)的電壓、電流以及功率因素變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并實(shí)時(shí)將采集到的測(cè)量信號(hào)反饋到控制電路，經(jīng)數(shù)字化后直接送到DSP芯片。DSP芯片根據(jù)來(lái)自遙控器的運(yùn)行及調(diào)節(jié)指令、系統(tǒng)的同步脈沖信號(hào)經(jīng)及熱敏繼電器信號(hào)，對(duì)輸入的數(shù)字化信號(hào)進(jìn)行計(jì)算分析后，向主電路發(fā)出逆變器驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)和通斷控制器件投切等控制信號(hào)，從而使主電路實(shí)現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償和諧波消除。由于本實(shí)用新型采用了高性能、智能化的DSP處理器以及CPU，因此將將諧波消除、無(wú)功補(bǔ)償裝置和綜合電能質(zhì)量分析儀有機(jī)結(jié)合，可以及時(shí)作出響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)高精度的無(wú)功補(bǔ)償和諧波消除，確保供電質(zhì)量。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明。


圖1為本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的總體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是圖1實(shí)施例中控制電路的電路原理圖。
圖3是圖1實(shí)施例中測(cè)量電路的電路原理圖。
圖4是圖1實(shí)施例中主電路的電路原理圖。
圖5是圖1實(shí)施例中遙控器的電路原理圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例一本實(shí)施例非線性諧波消除和無(wú)功發(fā)生器的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，由測(cè)量電路、控制電路、主電路、遙控器以及電源電路組成。其中測(cè)量電路的測(cè)量信號(hào)采集端與接負(fù)載的電網(wǎng)耦合，測(cè)量信號(hào)反饋端接控制電路的信號(hào)輸入端?？刂齐娐返目刂菩盘?hào)輸出端接主電路的受控端。主電路的補(bǔ)償電流輸出端接電網(wǎng)。遙控器可以與控制電路雙向通訊。電源電路用以提供測(cè)量電路、控制電路的電源。
控制電路如圖2所示，由主控DSP芯片、雙口RAM、電平轉(zhuǎn)換芯片和SRAM芯片等構(gòu)成。主控DSP芯片通過(guò)地址總線及數(shù)據(jù)總線與SRAM相連接，同時(shí)通過(guò)地址總線和數(shù)據(jù)總線，經(jīng)電平轉(zhuǎn)換芯片和雙口RAM的一側(cè)相連接。遙控器發(fā)出的遠(yuǎn)紅外或射頻率信號(hào)通過(guò)緩沖器與雙口RAM的另一側(cè)進(jìn)行通訊。控制電路接收來(lái)自測(cè)量電路的反饋?zhàn)兞?、?lái)自遙控器的運(yùn)行及調(diào)節(jié)指令、系統(tǒng)的同步脈沖信號(hào)及熱敏繼電器信號(hào)，DSP芯片對(duì)輸入的數(shù)字化信號(hào)進(jìn)行計(jì)算分析，發(fā)出以下信號(hào)——主電路IGBT的驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)——電磁接觸器，繼電器的投切信號(hào)——工作狀態(tài)顯示燈控制信號(hào)(運(yùn)行、電壓異常保護(hù)、電流異常保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)、缺相保護(hù))——遠(yuǎn)紅外通訊信號(hào)控制電路發(fā)出的信號(hào)通過(guò)輸出電路輸出輸送到主電路逆變器的驅(qū)動(dòng)端、電磁接觸器、繼電器，從而控制主電路電磁接觸器、繼電器的開關(guān)和IGBT的通斷，進(jìn)而無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)主電路向系統(tǒng)發(fā)出或吸收的無(wú)功，同時(shí)對(duì)系統(tǒng)諧波進(jìn)行補(bǔ)償。
測(cè)量電路如圖3所示，主要由運(yùn)算放大器、提拉電路和V/F(電壓/頻率)轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成，用以采樣測(cè)量和反饋信號(hào)。測(cè)量電路沒有采用傳統(tǒng)的電壓、電流互感器，而是以霍爾傳感器和提拉電路相結(jié)合的方式對(duì)系統(tǒng)及反饋信號(hào)進(jìn)行采集。采樣和反饋信號(hào)在測(cè)量電路經(jīng)過(guò)調(diào)理后，直接送入控制電路的核心——DSP芯片，具體來(lái)說(shuō)，測(cè)量電路中的霍爾傳感器分別與電網(wǎng)接入點(diǎn)和主電路電流輸出端耦合，通過(guò)提拉電路輸出到控制電路，主電路的直流電壓端經(jīng)分壓電阻后，通過(guò)測(cè)量電路中的V/F轉(zhuǎn)換電路接控制電路的DSP芯片信號(hào)輸入端口。由DSP芯片完成各種數(shù)據(jù)的運(yùn)算與處理。
在測(cè)量電路中，共有接入點(diǎn)電壓、直流側(cè)電壓、負(fù)載電流、輸出電流等九個(gè)變量被測(cè)量反饋。
主電路如圖4所示，實(shí)質(zhì)為三相二電平逆變器及防涌流電路，主要器件有三個(gè)二元素IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)模塊、電抗器(L1、L2、L3)、電容器(C)、三相電磁接觸器(SW2)、繼電器和防涌流電阻(R)。三個(gè)二元素IGBT模塊并聯(lián)后，與防涌流電阻R和電容C的串聯(lián)電路并聯(lián)，構(gòu)成三相二電平逆變器，該逆變器的三個(gè)輸出端分別與三個(gè)電抗器L1、L2、L3的輸入端相連，三個(gè)電抗器的輸出端分別與電磁接觸器SW2的三對(duì)主觸點(diǎn)分別連接，三對(duì)主觸點(diǎn)分別連接到三相低壓配電系統(tǒng)的三相電壓。
遙控器如圖5所示，主要由CPU、EEPROM和日歷時(shí)鐘芯片構(gòu)成，其中以高性能Intel16位單片機(jī)為核心。能夠通過(guò)遠(yuǎn)紅外通訊方式向發(fā)生器本體發(fā)送運(yùn)行機(jī)參數(shù)調(diào)節(jié)指令，并接收本體中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。
實(shí)驗(yàn)表明，本實(shí)施例具有以下特點(diǎn)1)以高性能的DSP處理器和Intel16位單片機(jī)為核心，完成全部的控制運(yùn)行與計(jì)算，精度高，速度快，可以達(dá)到電壓測(cè)量精度0.5％；電流測(cè)量精度0.1％；有功功率測(cè)量精度0.5％；無(wú)功功率精度0.1％；功率因數(shù)測(cè)量精度0.5％；有功電度測(cè)量精度0.1％，無(wú)功電度數(shù)測(cè)量精度0.5％。
2)能夠根據(jù)設(shè)定的控制方式和控制參數(shù)投入運(yùn)行，并分相無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)發(fā)生和吸收無(wú)功力功率，容量范圍為-100～100Kvar。
3)能夠分相動(dòng)態(tài)補(bǔ)償配網(wǎng)電流的諧波，且自身不會(huì)給系統(tǒng)引入諧波。
4)具有綜合電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)儀功能，能夠同時(shí)顯示和記錄配網(wǎng)的三相電壓、電流、功率因數(shù)、有功功率、無(wú)功功率、有功電度、無(wú)功電度以及自身發(fā)生的無(wú)功電度、電壓和電流總畸變率。
5)可以存儲(chǔ)每天24小時(shí)的各項(xiàng)定點(diǎn)時(shí)刻配網(wǎng)記錄數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)(包括電壓、電流、功率因數(shù)、有功、無(wú)功、有功電度、無(wú)功電度、日電壓/電流最值、停電時(shí)刻、累計(jì)停電時(shí)間、每相的過(guò)壓/欠壓/缺相時(shí)刻及時(shí)間等)。
6)科學(xué)的控制方式控制方式分三種恒功率因數(shù)控制、恒電壓控制、恒功率因數(shù)和恒電壓自動(dòng)切換控制?？刂凭葹楹愎β室驍?shù)控制精度±0.5％；恒電壓控制精度±0.5％。
7)對(duì)IGBT具有硬件保護(hù)電路和緩沖電路，具有過(guò)電壓、欠電壓、過(guò)電流、過(guò)熱、防雷擊及缺相報(bào)警及保護(hù)功能，并自動(dòng)形成動(dòng)作報(bào)告。
8)具有工作電源、輸出回路工作狀態(tài)保護(hù)動(dòng)作顯示功能。
9)具有自動(dòng)檢測(cè)并且自動(dòng)調(diào)整電流和電壓互感器極性功能，使電流輸入不受極性影響。
10)帶有遙控器，可以實(shí)時(shí)查看裝置和系統(tǒng)的運(yùn)行情況，可以修改參數(shù)，控制起停。并通過(guò)遙控器接收記錄數(shù)據(jù)，具有分析數(shù)據(jù)用的計(jì)算機(jī)軟件。遙控器采用液晶顯示，全中文人機(jī)對(duì)話界面，實(shí)時(shí)顯示配網(wǎng)有關(guān)參數(shù)，直觀顯示預(yù)置參數(shù)。實(shí)時(shí)顯示年、月、日、星期、時(shí)、分功能。
11)具有“自動(dòng)/手工”兩中運(yùn)行方式，變換方便。
12)具有量程自動(dòng)切換功能，在電流很小的情況下控制器能自動(dòng)切換到小電流量程上，確保電流測(cè)量的準(zhǔn)確性。
13)具備配網(wǎng)諧波補(bǔ)償功能可以補(bǔ)償2～31次電流諧波，補(bǔ)償度為90％。
14)遇到過(guò)電壓、欠電壓、過(guò)電流、過(guò)熱及缺相等異常情況時(shí)，能夠自動(dòng)報(bào)警，點(diǎn)亮相應(yīng)的報(bào)警，點(diǎn)亮相應(yīng)的報(bào)警燈，同時(shí)閉鎖相應(yīng)的自動(dòng)控制功能，記錄各種故障信息。
除上述實(shí)施例外，本實(shí)用新型還可以有其他實(shí)施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本實(shí)用新型要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種非線性諧波消除和無(wú)功發(fā)生器，由含有感應(yīng)元件的測(cè)量電路、控制電路和含有逆變器及通斷切換器件的主電路組成，所述測(cè)量電路的測(cè)量信號(hào)采集端與電網(wǎng)耦合，測(cè)量信號(hào)反饋端接控制電路的信號(hào)輸入端，所述主電路的補(bǔ)償電流輸出端接電網(wǎng)；其特征在于所述控制電路主要由主控DSP芯片以及與該芯片對(duì)應(yīng)端口連接的RAM、電平轉(zhuǎn)換芯片和SRAM構(gòu)成，所述控制電路的控制信號(hào)輸出端接主電路逆變器驅(qū)動(dòng)端及通斷切換器件的受控端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述非線性諧波消除和無(wú)功發(fā)生器，其特征在于還包括含有CPU和EEPROM的遙控器，所述控制電路中的RAM為帶無(wú)線通訊端的雙口RAM。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述非線性諧波消除和無(wú)功發(fā)生器，其特征在于所述測(cè)量電路主要由運(yùn)算放大器、提拉電路和V/F轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成，作為感應(yīng)元件的霍爾傳感器分別與電網(wǎng)接入點(diǎn)和主電路電流輸出端耦合，通過(guò)提拉電路輸出到控制電路，所述主電路的直流電壓端經(jīng)分壓電阻后，通過(guò)V/F轉(zhuǎn)換電路接控制電路的DSP芯片信號(hào)輸入端口。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述非線性諧波消除和無(wú)功發(fā)生器，其特征在于所述主電路主要由三個(gè)二元素IGBT模塊、三個(gè)電抗器、電容、三相電磁接觸器、繼電器和防涌流電阻組成，所述三個(gè)二元素IGBT模塊并聯(lián)后，與防涌流電阻和電容的串聯(lián)電路并聯(lián)，構(gòu)成三相二電平逆變器，所述逆變器的三個(gè)輸出端分別與三個(gè)電抗器的輸入端相連，所述三個(gè)電抗器的輸出端分別通過(guò)電磁接觸器的三對(duì)主觸點(diǎn)連接到三相低壓配電系統(tǒng)的三相電壓。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種非線性諧波消除和無(wú)功發(fā)生器，屬于電力設(shè)施技術(shù)領(lǐng)域。該產(chǎn)品由測(cè)量電路、控制電路和主電路組成。其中測(cè)量電路的測(cè)量信號(hào)采集端與電網(wǎng)耦合，測(cè)量信號(hào)反饋端接控制電路的信號(hào)輸入端。主電路的補(bǔ)償電流輸出端接電網(wǎng)?？刂齐娐分饕芍骺谼SP芯片以及與該芯片對(duì)應(yīng)端口連接的RAM、電平轉(zhuǎn)換芯片和SRAM構(gòu)成?？刂齐娐返目刂菩盘?hào)輸出端接主電路逆變器驅(qū)動(dòng)端及通斷切換器件的受控端。本實(shí)用新型響應(yīng)迅速，補(bǔ)償精度高，可以保證供電質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)智能化的無(wú)功補(bǔ)償和諧波消除。
文檔編號(hào)H02J3/18GK2674739SQ03259580
公開日2005年1月26日 申請(qǐng)日期2003年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月15日
發(fā)明者張建興, 范滿紅, 陶緒友 申請(qǐng)人:江蘇方程電力科技有限公司