專利名稱：數(shù)字式功率因數(shù)及無(wú)功功率測(cè)控裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明及一種數(shù)字式功率因數(shù)及無(wú)功功率測(cè)控裝置，也涉及到一種電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)
器的恒無(wú)功，恒功率因數(shù)控制技術(shù)。背景技術(shù)：
功率因數(shù)及無(wú)功功率測(cè)控裝置是常見(jiàn)的測(cè)量裝置，也是勵(lì)磁調(diào)節(jié)器主要功能單 元，與大電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行的小型發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，需要有此功能模塊，特別是①電網(wǎng)電 壓變化時(shí)引起COS小變化；②發(fā)電機(jī)向電網(wǎng)輸送的有功功率變化時(shí)，引起COS(K對(duì)于這變 化，發(fā)電機(jī)應(yīng)能向電網(wǎng)輸出恒功率因數(shù)的無(wú)功功率，即使功率因數(shù)維持在給定值，稱鎖相調(diào) 節(jié)。這種調(diào)節(jié)器必須要有恒功率因數(shù)功能。
根據(jù)檢索文獻(xiàn)可知，目前國(guó)內(nèi)外數(shù)字式無(wú)功功率及COS測(cè)控技術(shù)有以下幾種
1.采用無(wú)功變送器及COS小變送器求無(wú)功電流。在上世紀(jì)80年代中至90年代 初，我國(guó)生產(chǎn)的微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器都是采用此方法，采用無(wú)功變送器的主要缺點(diǎn)體積大，響 應(yīng)速度慢，成本高，可靠性差。 2.采用交流采樣，通過(guò)富立葉變換求有功，無(wú)功電流。交流采樣運(yùn)算工作量較大， 要求計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度快，比較適應(yīng)大中型發(fā)電機(jī)組，對(duì)于小型，微型發(fā)電機(jī)組一般不用交流 采樣。 3.利用交流電流，電壓的相量關(guān)系，通過(guò)相位差比較電路求取無(wú)功電流。目前國(guó)科 智海(福建)系統(tǒng)控制有限責(zé)任公司生產(chǎn)的DAER型全數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器采用此方法。
4.戴樹(shù)梅等人在福州大學(xué)提出將傳統(tǒng)的模擬調(diào)差電路經(jīng)轉(zhuǎn)換為弱電后用于微機(jī) 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，但它沒(méi)有與軟件結(jié)合，實(shí)際上還是模擬式，不是數(shù)字式，而且不能對(duì)無(wú)功功率 及功率因數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量，因此長(zhǎng)期以來(lái)福州大學(xué)產(chǎn)生的SMER系列勵(lì)磁調(diào)節(jié)器沒(méi)有恒 COS小及恒無(wú)功調(diào)節(jié)功能，過(guò)勵(lì)、欠勵(lì)限制不能按部就頒要求實(shí)現(xiàn)。若要此功能，必須背上無(wú) 功變送器。 上述幾種測(cè)量控制原理與技術(shù)各有其優(yōu)缺點(diǎn)
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題，在于提供一種新型的數(shù)字式功率因數(shù)及無(wú)功功率測(cè)控 系統(tǒng)，克服了現(xiàn)有功率因數(shù)及無(wú)功功率測(cè)量技術(shù)所存在的問(wèn)題，具有高可靠性，高穩(wěn)定性， 準(zhǔn)確性高，而且硬件電路簡(jiǎn)單，占用內(nèi)存少，響應(yīng)速度快。較適合用于中小型和微型電機(jī)勵(lì) 磁測(cè)控及專用的無(wú)功率及功率因數(shù)測(cè)控裝置。 本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的一種數(shù)字式功率因數(shù)及無(wú)功功率測(cè)控裝置，包括一測(cè)量單 元， 一運(yùn)算控制單元及一輸出單元，其特征在于所述測(cè)量單元采用相位檢測(cè)電路，取代無(wú) 功率變送器及交流采樣的硬件系統(tǒng)，該相位檢測(cè)電路一端與測(cè)控對(duì)象相連，另一端與運(yùn)算 控制單元相連；所述運(yùn)算控制單元與輸出單元連接，且該運(yùn)算控制單元可根據(jù)實(shí)際需要在 線改變功率因數(shù)及無(wú)功功率給定值。
所述運(yùn)算控制單元根據(jù)所述測(cè)量單元的相位檢測(cè)電路的輸入輸出電壓，電流的相
量關(guān)系導(dǎo)出的控制模型進(jìn)行功率因數(shù)及無(wú)功功率運(yùn)算。 所述相位檢測(cè)電路可用單相式或兩相式電流電阻電路。 所述單相式相位檢測(cè)電路包括一電流變送器，一電壓變送器及一補(bǔ)償電阻組成， 該補(bǔ)償電阻并接在所述電流變送器次端，該補(bǔ)償電阻的一端還串連于所述電壓變送器次
丄山順。 所述兩相式相位檢測(cè)電路包括兩個(gè)電流變送器，兩個(gè)電壓變送器及兩個(gè)補(bǔ)償電阻 組成，該兩補(bǔ)償電阻分別并接在所述兩電流變送器次端，該兩補(bǔ)償電阻的一端還分別串連 于所述兩電壓變送器次端。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)穩(wěn)定性可靠性高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，內(nèi)存少，響應(yīng)速度快，精度高。

下面參照附圖結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
圖1為本發(fā)明的功率因數(shù)及無(wú)功功率電流測(cè)控裝置框圖。
圖2為本發(fā)明的功率因數(shù)及無(wú)功功率電流測(cè)控裝置兩相式實(shí)施電路圖例。 圖3為本發(fā)明的功率因數(shù)及無(wú)功功率電流測(cè)控裝置用于勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的實(shí)施電路圖例。 圖4a至4c為圖2的相量圖。其中圖4a為cos小=1 ;圖4b為cos小=0 ;圖4c 為0 < cos小< 1。
具體實(shí)施方式
請(qǐng)參閱圖1所示，為本發(fā)明的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的功率因數(shù)及無(wú)功功率電流測(cè)控系統(tǒng)框 圖。包括一測(cè)量單元10，一運(yùn)算控制單元20及一輸出單元30，所述測(cè)量單元IO—端與測(cè) 控對(duì)象相連，另一端與運(yùn)算控制單元20相連；所述運(yùn)算控制單元20還與輸出單元30連接.
所述測(cè)量單元10采用相位檢測(cè)電路，取代無(wú)功率變送器及交流采樣的硬件系統(tǒng)， 且該運(yùn)算控制單元30根據(jù)實(shí)際需要在線改變功率因數(shù)及無(wú)功功率給定值。
請(qǐng)參閱圖2所示，是功率因數(shù)及無(wú)功功率電流測(cè)控裝置為兩相式電流電阻電路的 一個(gè)實(shí)施電路圖例。本實(shí)施例中，所述兩相式相位檢測(cè)電路包括兩個(gè)電流變送器1A和LB2， 一個(gè)電壓變送器YB工及兩個(gè)補(bǔ)償電阻&和R2組成，所述補(bǔ)償電阻&并接在所述電流變送器 1A的次端，該補(bǔ)償電阻I^的一端還串連于所述電壓變送器YB工的次端；所述補(bǔ)償電阻I^則 并接在所述電流變送器1A的次端，該補(bǔ)償電阻1 2的一端還串連于所述兩電壓變送器YB2的 次端。 當(dāng)采用單相電流電阻檢測(cè)電路時(shí)只需要一個(gè)電壓變送器，一個(gè)電流變送器，一個(gè) 補(bǔ)償電阻。 如圖3所示，是功率因數(shù)及無(wú)功功率電流測(cè)控系統(tǒng)用于微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的實(shí)施電 路圖。圖上采用一個(gè)電流互感器(LB、LH)，一個(gè)單相電壓互感器(YH)及一個(gè)補(bǔ)償電阻Rc。
請(qǐng)參閱圖4a至4c，上述兩實(shí)施例中，檢測(cè)電路輸出電壓Ua' 、Ub' 、Uc'與檢測(cè)電
路輸入電壓l)a、l)b、l)c間有如下關(guān)系<formula>formula see original document page 5</formula>........................ ( 1 )
<formula>formula see original document page 5</formula> ①發(fā)電機(jī)空載時(shí)，由于la = Ic = O，故Ua' = Ua，Ub' = Ub，Uc' = Uc ;調(diào)差電路 不起作用。 ②發(fā)電機(jī)帶純電阻性有功負(fù)載(COS(p-l )時(shí)，各相電流分別與相應(yīng)的相電壓同位， 如圖4a所示: '. Ic丄Uab， la丄Ubc， IcRTC1 << Uab， la RTC2 << Ubc
... Ua， b， " Uab， Ua， c， " Ubc， △ " abc 可見(jiàn)，經(jīng)電阻補(bǔ)償后的電壓，僅相位變化，大小基本不變。說(shuō)明純有功負(fù)載對(duì)調(diào)差 電路輸出電壓的大小幾乎無(wú)影響。因?yàn)椴⒙?lián)機(jī)組間有功負(fù)載的分配，取決于機(jī)組的頻率調(diào) 差特性(即發(fā)電機(jī)的頻率與有功功率的關(guān)系曲線)與電壓調(diào)差特性基本無(wú)關(guān)。其輸出電壓Uab ' =^U2ac+(IpRc)2 ，式中l(wèi)p——為有功電流。設(shè)Uab = 100V，
IpRc = 5% xl00V = 5V時(shí)，則Uac ' Wl002+52=100.1V，即Uac' " Uac。
檢測(cè)電路輸出不反應(yīng)有功電流變化。 ③發(fā)電機(jī)帶純感性無(wú)功負(fù)載(cos小=0)時(shí)，各相電流分別滯后于相應(yīng)相電壓 90° ，如圖4b所示:
'.';[c丄tjc而.'.x)c丄l)abic與Uab同相，icRTd與i)ab同相；同理，ia與0ae同相，-iaRTC2與be反相，故Oabpl)b,d兩式的相量和等于算術(shù)
禾口，即Uab = Uab+IcRTC1， Ubc = Ubc+IaRTC2 輸出、輸入電壓均為正三角形，Aa' b' c' 〉A(chǔ)abc，發(fā)電機(jī)的無(wú)功負(fù)載電流越大， △ a， b， c，便越大。 可見(jiàn)，在純感性無(wú)功負(fù)載下，經(jīng)過(guò)檢測(cè)電路，UF虛假上升，無(wú)功負(fù)載電流越大，這種 現(xiàn)象越顯著；輸出與輸入之差，在數(shù)值上是正比于無(wú)功電流分量1。sin小。



當(dāng)0 < C0S小< 1時(shí)如圖4c所示<formula>formula see original document page 5</formula> (2)
式中&——總的電流變換系數(shù)； R?！{(diào)差電阻
可見(jiàn)Ua' b'的幅值只與發(fā)電機(jī)無(wú)功電流分量I。sin小有關(guān)。 無(wú)功電流
<formula>formula see original document page 5</formula> ..................... (3)<formula>formula see original document page 6</formula>
」—l-(IcRc)2
式中 =
Ki 2RcUab 依上分析檢測(cè)電路輸出電壓l)ab '主要與無(wú)功電流分量有關(guān)，與有功電流分量關(guān) 系不大。但不是線性關(guān)系。在0〈C0S小< 1時(shí)，檢測(cè)電路輸出與輸入之差，在數(shù)值上不是
正比于無(wú)功電流，而是調(diào)差率。
cos <J):
si，=U2ab/-U2ab-(IcRc)2 = U2ab / -U2ab 2(IcRc)-Uab 2KiRcUab
cos p =V l-sin" y> 所述運(yùn)算控制單元30根據(jù)所述測(cè)量單元10的相位檢測(cè)電路的輸入輸出電壓，電 流的相量關(guān)系導(dǎo)出的控制模型進(jìn)行功率因數(shù)及無(wú)功功率運(yùn)算。 本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)穩(wěn)定性可靠性高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，內(nèi)存少，響應(yīng)速度快，精度高。
權(quán)利要求
一種數(shù)字式功率因數(shù)及無(wú)功功率測(cè)控裝置，包括測(cè)量單元，運(yùn)算控制單元及輸出單元，其特征在于所述測(cè)量單元采用相位檢測(cè)電路，取代無(wú)功率變送器及交流采樣的硬件系統(tǒng)，該相位檢測(cè)電路一端與測(cè)控對(duì)象相連，另一端與運(yùn)算控制單元相連；所述運(yùn)算控制單元與輸出單元連接，且該運(yùn)算控制單元可根據(jù)實(shí)際需要在線改變功率因數(shù)及無(wú)功功率數(shù)字給定值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字式功率因數(shù)及無(wú)功功率測(cè)控裝置，其特征在于所述運(yùn) 算控制單元根據(jù)所述測(cè)量單元的相位檢測(cè)電路的輸入輸出電壓，電流的相量關(guān)系導(dǎo)出的控 制模型進(jìn)行功率因數(shù)及無(wú)功功率運(yùn)算。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)字式功率因數(shù)及無(wú)功功率測(cè)控裝置，其特征在于所述相 位檢測(cè)電路可用單相式或兩相式電流電阻電路。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的數(shù)字式功率因數(shù)及無(wú)功功率測(cè)控裝置，其特征在于所述單 相式相位檢測(cè)電路包括一電流變送器，一電壓變送器及一補(bǔ)償電阻組成 該補(bǔ)償電阻并接 在所述電流變送器次端，該補(bǔ)償電阻的一端還串連于所述電壓變送器次端。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的數(shù)字式功率因數(shù)及無(wú)功功率測(cè)控裝置，其特征在于所述兩 相式相位檢測(cè)電路包括兩個(gè)電流變送器，一個(gè)電壓變送器及兩個(gè)補(bǔ)償電阻組成，該兩補(bǔ)償 電阻分別并接在所述兩電流變送器次端，該兩補(bǔ)償電阻的一端還分別串連于所述兩電壓變 送器次端。
全文摘要
本發(fā)明提供一種數(shù)字式功率因數(shù)及無(wú)功功率測(cè)控裝置，包括一測(cè)量單元，一運(yùn)算控制單元及一輸出單元，其中，所述測(cè)量單元采用相位檢測(cè)電路，取代無(wú)功率變送器及交流采樣的硬件系統(tǒng)，該相位檢測(cè)電路一端與測(cè)控對(duì)象相連，另一端與運(yùn)算控制單元相連；所述運(yùn)算控制單元與輸出單元連接，且該運(yùn)算控制單元根據(jù)相位檢測(cè)電路電流電壓的相量關(guān)系導(dǎo)出的控制模型進(jìn)行功率因數(shù)及無(wú)功功率運(yùn)算，可按實(shí)際需要在線改變功率因數(shù)及無(wú)功功率給定值。本發(fā)明具有穩(wěn)定性可靠性高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，內(nèi)存少，響應(yīng)速度快，精度高的優(yōu)點(diǎn)。可用于勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，亦可用于其他的功率因數(shù)及無(wú)功率測(cè)控裝置。
文檔編號(hào)H02J3/18GK101783512SQ20091011094
公開(kāi)日2010年7月21日 申請(qǐng)日期2009年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月21日
發(fā)明者戴樹(shù)梅, 戴超波, 盂敏滄 申請(qǐng)人:戴超波;盂敏滄;戴樹(shù)梅