專利名稱：無涌流高速跟蹤無功功率補償器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種用于對電力系統(tǒng)中的無功功率進行高速跟蹤補償?shù)臒o涌流 高速跟蹤無功功率補償器。
背景技術(shù)：
各種電氣設(shè)備運行時都需要一定的無功功率來建立設(shè)備正常運行所需的電磁場 等工作環(huán)境。無功功率使線路總電流增加，增大了輸配電線路的有功損耗，并導(dǎo)致受端電壓 下降、電力設(shè)備利用率降低等問題。對電力用戶所需無功功率就近跟蹤補償，可有效降低線 路損耗、改善電壓質(zhì)量、充分發(fā)揮供電設(shè)備的潛力，并可為用戶節(jié)約電費支出，具有非常顯 著的經(jīng)濟效益和社會效益?；陔娏﹄娙萜鞯臒o功補償設(shè)備具有結(jié)構(gòu)簡單、損耗小、成本低 等突出優(yōu)點，在電力系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。隨著電力電子裝置的應(yīng)用日益廣泛，當今許多工業(yè)設(shè)備具有諧波含量高、無功需 求快速波動的特點，致使配電系統(tǒng)中諧波含量增加、無功功率波動加劇。傳統(tǒng)的電容器無功 補償設(shè)備因響應(yīng)速度低、暫態(tài)沖擊大且無諧波抑制能力等缺陷，不能快速跟隨負荷無功變 化進行動態(tài)補償，還會導(dǎo)致高次諧波放大、共振，補償設(shè)備過載燒壞等問題。采用公知的零 壓差TSC (晶閘管投切電容器)技術(shù)，在交流電源電壓瞬時值與電容器殘壓相等(壓差為零) 時投入電容器，可以實現(xiàn)對無功補償電容器的無涌流高速投切，若配以高性能的控制器，可 構(gòu)成高速動態(tài)無功功率補償器。但這種TSC無功功率補償器不能適用高諧波環(huán)境的無功功 率補償。當電力系統(tǒng)中諧波含量較高時，為避免補償電容器引起的諧波放大、共振等問題， 需要在補償電容器支路中串聯(lián)適當比例的電感器，此時，公知的零壓差TSC技術(shù)便會發(fā)生 以下問題1.電容器串聯(lián)電感器后，采用公知的零壓差TSC技術(shù)只能減小電容器投入時的涌 流，而不能避免投入涌流；實際測量證明，采用公知的零壓差TSC技術(shù)投入串聯(lián)電感器的電 容器，其投入涌流仍可能達到正常工作電流的二倍以上，會對電力系統(tǒng)造成不良沖擊，并影 響電容器的使用壽命。特別是對于需要高速跟蹤補償?shù)脑O(shè)備，電容器需要頻繁投切，這種不 良影響更加顯著；2.電容器串聯(lián)電感器后，晶閘管在電流過零自然關(guān)斷切除電容器后，電容器的起 始殘壓高于電力線路中的峰值電壓，在電容器通過放電電阻放電至殘壓等于或低于電力線 路中的峰值電壓之前，零壓差條件不能得到滿足。因此，采用公知的零壓差TSC技術(shù)投切串 聯(lián)電感器的電容器，在電容器被切除后，需要等待較長時間的放電后才能被再次投入，這將 顯著影響無功功率補償裝置的跟蹤補償速度，影響補償效果。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的，就是提供一種能夠解決上述問題的無涌流高速跟蹤無功功率 補償器，它能在需要投入三相電容器電感器組合單元時，以最小的延遲實現(xiàn)電容器電感器 組合單元的無涌流投入，在需要切除電容器電感器組合單元時，以電流過零自然關(guān)斷方式快速切除電容器電感器組合單元，并且電容器電感器組合單元被切除后，不需要等待放電 即可再次無涌流投入。采用本實用新型提供的裝置和控制方法，可以制成比公知零壓差TSC 技術(shù)抑制涌流效果更好、跟蹤速度更快的且適應(yīng)高諧波環(huán)境的無功功率補償器。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采取了如下技術(shù)方案一種無涌流高速跟蹤無功功率補償器，它主要由電流互感器組I、檢測與控制單 元、相位檢測單元、N個補償單元構(gòu)成；其中，電流互感器組I有三個電流互感器，它們的一 次側(cè)分別串聯(lián)于三相被補償電力線路中，各電流互感器的二次側(cè)分別接檢測與控制單元的 三個電流檢測輸入端；檢測與控制單元的三個電壓檢測輸入端分別接三相被補償電力線 路；檢測與控制單元的各控制信號輸出端分別與相應(yīng)的各補償單元的控制信號輸入端一一 連接；相位檢測單元的三個輸入端分別接三相被補償電力線路，它的相位信號輸出端則與 各補償單元的相應(yīng)相位信號輸入端連接；各補償單元的主輸入端彼此并聯(lián)后分別接三相被 補償電力線路。所述相位檢測單元由電壓互感器I、電壓互感器II、電壓互感器III、加法單元、比 較器I、比較器II構(gòu)成，它有U、V、W三個輸入端和α、β兩個輸出端；其中，電壓互感器I 的一次側(cè)“+”輸入端接U輸入端，“一”輸入端接V輸入端；電壓互感器II的一次側(cè)“+”輸 入端接V輸入端，“ 一”輸入端接W輸入端；電壓互感器III的一次側(cè)“+”輸入端接W輸入端， “一”輸入端接U輸入端；電壓互感器I的二次側(cè)“ + ”輸出端接比較器I的“ + ”輸入端， “一”輸出端接電位參考點；電壓互感器II的二次側(cè)“十”輸出端接電位參考點，“一”輸出端 接加法單元的一個輸入端；電壓互感器III的二次側(cè)“ + ”輸出端接加法單元的另一個輸入 端，“一”輸出端接電位參考點；比較器I的“一”輸入端接電位參考點，其輸出端接α輸出 端；加法單元的輸出端接比較器II的“ + ”輸入端；比較器II的“一”輸入端接電位參考點， 其輸出端接β輸出端。所述N個補償單元具有相同的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，它由邏輯運算單元、觸發(fā)電路、投切開關(guān) 單元、電感電容單元構(gòu)成，補償單元設(shè)有控制信號輸入端C、相位信號輸入端α和β，以及 主輸入端U、V和W ；其中，邏輯運算單元的輸入端分別接補償單元的控制信號輸入端C和相 位信號輸入端α、β ；邏輯運算單元的輸出端接相應(yīng)的觸發(fā)電路的控制信號輸入端；觸發(fā) 電路的觸發(fā)信號輸出端分別接投切開關(guān)單元的觸發(fā)信號輸入端；投切開關(guān)單元的主輸入端 分別接所述補償單元的主輸入端U、V和W ；投切開關(guān)單元的輸出端分別接電感電容單元的 三個輸入端。所述邏輯運算單元由邏輯運算器I、邏輯運算器II、邏輯運算器III、邏輯運算器 IV、D觸發(fā)器I、D觸發(fā)器II構(gòu)成，邏輯運算單元有輸入端C和輸入端α、β ；其中，邏輯運 算器I的兩個輸入端分別接所述邏輯運算單元的輸入端C和D觸發(fā)器II的輸出端Q2，其 輸出端Al接D觸發(fā)器I的輸入端Dl ；邏輯運算器II的三個輸入端分別接輸入端α、β和 D觸發(fā)器I的輸出端Q1，其輸出端Α2接D觸發(fā)器I的時鐘輸入端CPl ；邏輯運算器III的兩 個輸入端分別接輸入端C和D觸發(fā)器I的輸出端Q1，其輸出端A3接D觸發(fā)器II的輸入端 D2;邏輯運算器IV的三個輸入端分別接輸入端α、β和D觸發(fā)器II的輸出端Q2，其輸出 端Α4接D觸發(fā)器II的時鐘輸入端CP2 ；D觸發(fā)器I的輸出端Ql接所述邏輯運算單元的輸 出端J ;D觸發(fā)器II的輸出端Q2接所述邏輯運算單元的輸出端K ；所述邏輯運算器I的運
5算關(guān)系為:Al = C + Q2 ；所述邏輯運算器II的運算關(guān)系為:Α2 = α·β·0 + α PQl ；所述邏輯運算器III的運算關(guān)系為A3 = OQl ；所述邏輯運算器IV(20)的運算關(guān)系為
Α4 = SiP' Q2 + α · β ■ Q.2。所述投切開關(guān)單元由晶閘管I、二極管I、晶閘管II、晶閘管III、二極管II、電阻器 I、電阻器II構(gòu)成，投切開關(guān)單元設(shè)有觸發(fā)信號輸入端X、Y、Ζ、主輸入端U、V、W和主輸出端 R、S、T ；其中，晶閘管I的陰極接主輸入端U，陽極接主輸出端R，觸發(fā)極接觸發(fā)信號輸入端 X ；二極管I的陽極接主輸入端U，其陰極接主輸出端R ；晶閘管II的陰極接主輸入端W，陽極 接主輸出端Τ，觸發(fā)極接觸發(fā)信號輸入端Y ；晶閘管III的陽極接主輸入端W，陰極接主輸出端 Τ，觸發(fā)極接觸發(fā)信號輸入端Z ；二極管II的陰極接主輸入端W，陽極接電阻器I的一端；電 阻器I的另一端接主輸出端T ；電阻器II的一端接主輸出端S，另一端接主輸出端T ；所述主 輸入端V與主輸出端S連接在一起。所述電容電感單元由三相電感器I和三相電容器構(gòu)成；其中，三相電感器I的三 個輸入端分別接所述電容電感單元的三個輸入端，三相電感器I的三個輸出端分別接三相 電容器的三個引出端。所述電容電感單元由單相電容器組和三相電感器II構(gòu)成；其中，單相電容器組中 的三個單相電容器的各一個引出端分別接所述電容電感單元的三個輸入端，三個單相電容 器的各另一個引出端分別接三相電感器II的三個輸入端；三相電感器II的三個輸出端相互
連接在一起。一種無涌流高速跟蹤無功功率補償器的控制方法，它的過程為當裝置接入被補 償電力線路后，其中的電容器預(yù)充電，使其具備并保持適合無涌流投入的靜態(tài)直流電壓；各 補償單元中的邏輯運算單元通過相位信號“ α ”和“ β ”實時監(jiān)視被補償電力線路中的三相 電壓相位；檢測與控制單元實時檢測被補償電力線路“L1”、“L2”和“L3”中的電壓和電流， 經(jīng)高速運算得出被補償電力線路“L1”、“L2”和“L3”中的無功功率補償需求，并按照預(yù)設(shè)邏 輯迅速確定需要投入的補償單元，將對應(yīng)需投入補償單元的控制信號“C”置為高電平送入 相應(yīng)補償單元的控制信號輸入端“C”，將對應(yīng)其他暫不投入補償單元的控制信號“C”置為 低電平并送入相應(yīng)補償單元的控制信號輸入端“C” ；各補償單元在控制信號輸入端“C”接 收到高電平信號時，立即選擇其后第一個無涌流相位時刻將該補償單元內(nèi)的電容電感單元 投入被補償電力線路，滿足補償需求；各補償單元在控制信號輸入端“C”接收到低電平信 號時，立即選擇其后第一個預(yù)定相位時刻將該補償單元內(nèi)的電容電感單元從被補償電力線 路切除，從而保證電容器在被切除時的瞬時電壓符合下一次無涌流投入的需求。它的具體步驟為(1)由相位檢測單元對被補償電力線路“L1”、“L2”和“L3”中的電壓相位進行檢 測，取得與“L1”、“L2”之間線電壓同頻同相的方波相位信號“α ”，和與“L3”中的相電壓同 頻同相的方波相位信號“β ”；[0018](2)將“ α ”、“ β ”信號分別同時送入各補償單元的相位信號輸入端“ α ”和“ β ”;(3)由檢測與控制單元通過檢測被補償電力線路“L1”、“L2”和“L3”中的電壓和電 流，經(jīng)運算得出被補償電力線路“L1”、“L2”和“L3”中的無功功率補償需求，并按照預(yù)設(shè)邏 輯確定需要投入的補償單元，將對應(yīng)需投入補償單元的控制信號“C”置為高電平送入相應(yīng) 補償單元的控制信號輸入端“C”，將對應(yīng)其他暫不投入補償單元的控制信號“C”置為低電 平并送入相應(yīng)補償單元的控制信號輸入端“C” ；(4)各補償單元中的邏輯運算單元根據(jù)輸入端“ α ”、“ β ”和“C”的狀態(tài)，按照以下 邏輯控制其輸出端“J”和“K”的輸出電平 當控制信號“C”為低電平時，保持輸出端“ J”和“K”均為低電平；當控制信號“C”由低電平轉(zhuǎn)為高電平后，邏輯運算單元等待至“ β ”信號由高電平 轉(zhuǎn)為低電平的下降沿時刻將其輸出信號“J”置為高電平，然后等待至“ α ”信號由高電平轉(zhuǎn) 為低電平的下降沿時刻將其輸出信號“K”置為高電平，在“C”保持高電平期間，維持“J”和 “K”為高電平不變；當控制信號“C”由高電平轉(zhuǎn)為低電平后，邏輯運算單元等待至“ β ”信號由高電平 轉(zhuǎn)為低電平的下降沿時刻將其輸出信號“K”置為低電平，然后等待至“ α ”信號由高電平轉(zhuǎn) 為低電平的下降沿時刻將其輸出信號“J”置為低電平，在“C”保持低電平期間，維持“J”和 “K”為低電平不變；(5)觸發(fā)電路根據(jù)其控制輸入端“J”和“K”的輸入電平，按照以下規(guī)律輸出觸發(fā)信 號當輸入端“J”為低電平時，觸發(fā)信號輸出端“X”不輸出觸發(fā)信號；當輸入端“J”為高電平時，觸發(fā)信號輸出端“X”持續(xù)輸出觸發(fā)信號；當輸入端“K”為低電平時，觸發(fā)信號輸出端“Y”和“Ζ”不輸出觸發(fā)信號；當輸入端“K”為高電平時，觸發(fā)信號輸出端“Y”和“Ζ”持續(xù)輸出觸發(fā)信號；(6)投切開關(guān)單元根據(jù)其觸發(fā)信號輸入端“Χ”、“Υ”和“Ζ”有無觸發(fā)信號，控制其中 的晶閘管I、晶閘管II和晶閘管III，完成對電容電感單元的投入或切除當觸發(fā)信號輸入端“Χ”、“Υ”和“Ζ”有觸發(fā)信號輸入時，對應(yīng)的晶閘管I、晶閘管II 和晶閘管III開通，電容電感單元接入被補償電力線路；當觸發(fā)信號輸入端“Χ”、“Υ”和“Ζ”無觸發(fā)信號輸入時，對應(yīng)的晶閘管I、晶閘管II 和晶閘管III在電流過零后自然關(guān)斷，電容電感單元從被補償電力線路中切除。其中步驟⑷的具體控制方法為1)邏輯運算單元對其輸入端“ α ”、“ β ”和“C”的邏輯電平以及D觸發(fā)器I的輸 出端“Q1”和D觸發(fā)器II的輸出端“Q2”的邏輯電平進行以下邏輯運算
Al = C + Q2
Α2 = α ■ β · Ql + α · β · Ql
A3 = C * Ql
7[0038]2)以Al作為D輸入信號，以A2作為時鐘信號，控制D觸發(fā)器I ；以A3作為D輸 入信號，以A4作為時鐘信號，控制D觸發(fā)器II ；3)將D觸發(fā)器I的輸出邏輯電平“Q1”送至邏輯運算單元的輸出端“J”，將D觸發(fā) 器II的輸出邏輯電平“Q2”送至邏輯運算單元的輸出端“K”。本實用新型采用以上方案，當 裝置接入被補償電力線路后，各補償單元均通過其中的二極管I、二極管II、電阻器I、電 阻器II為其中的電容器預(yù)充電，使其具備并保持適合無涌流投入的靜態(tài)直流電壓；各補償 單元中的邏輯運算單元通過相位信號“ α ”和“ β ”實時監(jiān)視被補償電力線路中的三相電壓 相位；檢測與控制單元實時檢測被補償電力線路“L1”、“L2”和“L3”中的電壓和電流，經(jīng)高 速運算得出被補償電力線路“L1”、“L2”和“L3”中的無功功率補償需求，并按照預(yù)設(shè)邏輯迅 速確定需要投入的補償單元，將對應(yīng)需投入補償單元的控制信號“C”置為高電平送入相應(yīng) 補償單元的控制信號輸入端“C”，將對應(yīng)其他暫不投入補償單元的控制信號“C”置為低電 平并送入相應(yīng)補償單元的控制信號輸入端“C”;各補償單元在控制信號輸入端“C”接收到高 電平信號時，立即選擇其后第一個無涌流相位時刻將該補償單元內(nèi)的電容電感單元投入被 補償電力線路，滿足補償需求；各補償單元在控制信號輸入端“C”接收到低電平信號時，立 即選擇其后第一個預(yù)定相位時刻將該補償單元內(nèi)的電容電感單元從被補償電力線路切除， 從而保證電容器在被切除時的瞬時電壓符合下一次無涌流投入的需求。因此，本實用新型 提供的裝置和控制方法可以對被補償電力線路中快速變化的無功功率需求實現(xiàn)無涌流高 速跟蹤補償。本實用新型的有益效果是(1)解決了公知的零壓差TSC技術(shù)用于投切具有諧波抑制能力的電容器電感器組 合單元時，投入涌流較大，和電容器電感器組合單元在被切除后再次投入前需要等待電容 器放電的問題。提供了一種效果更好的TSC技術(shù)，可無涌流高速跟蹤投切電容器電感器組 合單元，適用于在電力諧波含量較高的電力線路中進行高速跟蹤無功功率補償。(2)投切電容器電感器組合單元的晶閘管開關(guān)采用“ Δ ”外連接，投切三相電容器 電感器組合補償單元僅需要兩組晶閘管開關(guān)，且可以采用成本較低、體積較小的三相電容 器，有利于降低設(shè)備成本，同時主回路線路連接簡單。(3)裝置結(jié)構(gòu)簡單，控制方法易于實施，可制成全數(shù)字化控制器，進一步提高性能、 簡化硬件結(jié)構(gòu)、降低成本。

圖1為本實用新型第一實施例結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實用新型中的相位檢測單元第一實施例結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本實用新型中的補償單元第一實施例結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本實用新型中的邏輯運算單元第一實施例結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本實用新型投切開關(guān)單元第一實施例結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本實用新型中的電容電感單元第一實施例結(jié)構(gòu)示意圖。圖7為本實用新型中的電容電感單元第二實施例結(jié)構(gòu)示意圖。圖8為本實用新型第二實施例結(jié)構(gòu)示意圖。其中1電流互感器組I、2檢測與控制單元、3相位檢測單元、4補償單元I、5補償單元11、6補償單元N、7電壓互感器I、8電壓 互感器II、9電壓互感器III、10加法單元、11比較器I、12比較器II、13邏輯運算單元、14觸 發(fā)電路、15投切開關(guān)單元、16電感電容單元、17邏輯運算器I、18邏輯運算器II、19邏輯運 算器III、20邏輯運算器IV、21D觸發(fā)器I、22D觸發(fā)器11、23晶閘管I、24 二極管I、25晶閘 管11、26晶閘管III、27 二極管11、28電阻器I、29電阻器11、30三相電感器I、31三相電容 器、32單相電容器組、33三相電感器II、34電流互感器組II。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖與實施例對本實用新型作進一步說明。圖1是所述無涌流高速跟蹤無功功率補償器的實施例一。如圖1所示，一種無涌流高速跟蹤無功功率補償器，它主要由電流互感器組I 1、 檢測與控制單元2、相位檢測單元3、至少含有的一個補償單元4、擴充的第二個補償單元5 至第N個補償單元6構(gòu)成；其中，電流互感器組I 1中的三個電流互感器的一次側(cè)分別串聯(lián) 于三相被補償電力線路“L1”、“L2”和“L3”中，各電流互感器的二次側(cè)分別接檢測與控制單 元2的三個電流檢測輸入端；檢測與控制單元2的三個電壓檢測輸入端分別接三相被補償 電力線路“L1”、“L2”和“L3”;檢測與控制單元2的N個控制信號輸出端分別與每個補償單 元的控制信號輸入端“C” 一對一連接；相位檢測單元3的三個輸入端“U”、“V”和“W”分別 接三相被補償電力線路“L1”、“L2”和“L3”，其相位信號輸出端“α ”與每一個補償單元的 相位信號輸入端“ α ”連接在一起，其另一個相位信號輸出端“ β ”與每一個補償單元的另 一相位信號輸入端“ β ”連接在一起；各補償單元4 一 6的各主輸入端“U”、“V”和“W”彼此 并聯(lián)后分別接三相被補償電力線路“L1”、“L2”和“L3”。所述無涌流高速跟蹤無功功率補償器，如圖2所示，所述相位檢測單元3由電壓互 感器I 7、電壓互感器II 8、電壓互感器III 9、加法單元10、比較器I 11、比較器II 12構(gòu)成； 其中，電壓互感器I 7的一次側(cè)“ + ”輸入端接所述相位檢測單元3的“U”輸入端，“一”輸 入端接所述相位檢測單元3的“V”輸入端；電壓互感器II 8的一次側(cè)“ + ”輸入端接所述相 位檢測單元3的“V”輸入端，“-，，輸入端接所述相位檢測單元3的“W”輸入端；電壓互感 器III 9的一次側(cè)“ +，，輸入端接所述相位檢測單元3的“W”輸入端，“-，，輸入端接所述相 位檢測單元3的“U”輸入端；電壓互感器I 7的二次側(cè)“ + ”輸出端接比較器I 11的“ + ” 輸入端，“一”輸出端接電位參考點；電壓互感器II 8的二次側(cè)“ + ”輸出端接電位參考點， “一”輸出端接加法單元10的一個輸入端；電壓互感器III9的二次側(cè)“十”輸出端接加法單 元10的另一個輸入端，“一”輸出端接電位參考點；比較器I 11的“一”輸入端接電位參考 點，其輸出端接所述相位檢測單元3的“ α ”輸出端；加法單元10的輸出端接比較器II 12 的“ + ”輸入端；比較器II 12的“一”輸入端接電位參考點，其輸出端接所述相位檢測單元 3的“β”輸出端。在本實施例中，三個電壓互感器的一次側(cè)采用了三角型接法。如果三個 電壓互感器的一次側(cè)采用星型接法，則只要對其后的信號處理過程作相應(yīng)的變更，同樣也 可以正確檢出所需相位信號。所述無涌流高速跟蹤無功功率補償器，所述N個補償單元4 一 6具有相同的內(nèi)部 結(jié)構(gòu)，如圖3所示，它由邏輯運算單元13、觸發(fā)電路14、投切開關(guān)單元15、電感電容單元16 構(gòu)成；其中，邏輯運算單元13的輸入端“C”、“ α ”和“ β ”分別接所述補償單元的控制信號
9輸入端“C”和相位信號輸入端“ α ”、“ β ”;邏輯運算單元13的輸出端“J”和“K”分別接觸 發(fā)電路14的控制信號輸入端“J”和“K”;觸發(fā)電路14的觸發(fā)信號輸出端“Χ”、“Υ”和“Ζ” 分別接投切開關(guān)單元15的觸發(fā)信號輸入端“Χ”、“Υ”和“Ζ”；投切開關(guān)單元15的主輸入端 “U”、“V”和“W”分別接所述補償單元的主輸入端“U”、“V”和“W” ；投切開關(guān)單元15的輸出 端“R”、“S”和“Τ”分別接電感電容單元16的三個輸入端。所述補償單元4 一 6，如圖4所示，所述邏輯運算單元13由邏輯運算器I 17、邏輯 運算器II 18、邏輯運算器III19、邏輯運算器IV 20、D觸發(fā)器I 21、D觸發(fā)器II 22構(gòu)成；其中， 邏輯運算器I 17的兩個輸入端分別接所述邏輯運算單元13的輸入端“C”和D觸發(fā)器II 22 的輸出端“Q2”，其輸出端“Al”接D觸發(fā)器I 21的輸入端“D1”;邏輯運算器II 18的三個輸 入端分別接所述邏輯運算單元13的輸入端“ α ”、“ β ”和D觸發(fā)器I 21的輸出端“Q1”，其 輸出端“Α2”接D觸發(fā)器I 21的時鐘輸入端“CP1”;邏輯運算器III 19的兩個輸入端分別接 所述邏輯運算單元13的輸入端“C”和D觸發(fā)器I 21的輸出端“Q1”，其輸出端“A3”接D觸 發(fā)器II 22的輸入端“D2” ；邏輯運算器IV 20的三個輸入端分別接所述邏輯運算單元13的 輸入端“α ”、“ β ”和D觸發(fā)器II 22的輸出端“Q2”，其輸出端“Α4”接D觸發(fā)器II 22的時 鐘輸入端“CP2”;D觸發(fā)器I 21的輸出端“Q1”接所述邏輯運算單元13的輸出端“J”;D觸 發(fā)器II 22的輸出端“Q2”接所述邏輯運算單元13的輸出端“K”。所述邏輯運算單元13，所述邏輯運算器I 17的運算關(guān)系為A1 = C + Q2 ;所述邏 輯運算器II 18的運算關(guān)系為:A2 = a P Ql + a P Ql ；所述邏輯運算器III 19的運算關(guān)
系為:A3 = C ‘ Ql ；所述邏輯運算器IV 20的運算關(guān)系為A4=apQ2 + a^Q2 ..所述補償單元4 一 6，如圖5所示，所述投切開關(guān)單元15由晶閘管I 23、二極管 I 24、晶閘管II 25、晶閘管III26、二極管II 27、電阻器I 28、電阻器II 29構(gòu)成；其中，晶閘管 I 23的陰極接所述投切開關(guān)單元15的主輸入端“U”，其陽極接所述投切開關(guān)單元15的主 輸出端“R”，其觸發(fā)極接所述投切開關(guān)單元15的觸發(fā)信號輸入端“X” ；二極管I 24的陽極 接所述投切開關(guān)單元15的主輸入端“U”，其陰極接所述投切開關(guān)單元15的主輸出端“R” ； 晶閘管II 25的陰極接所述投切開關(guān)單元15的主輸入端“W”，其陽極接所述投切開關(guān)單元 15的主輸出端“Τ”，其觸發(fā)極接所述投切開關(guān)單元15的觸發(fā)信號輸入端“Y” ；晶閘管III 26 的陽極接所述投切開關(guān)單元15的主輸入端“W”，其陰極接所述投切開關(guān)單元15的主輸出 端“Τ”，其觸發(fā)極接所述投切開關(guān)單元15的觸發(fā)信號輸入端“Ζ”;二極管II 27的陰極接所 述投切開關(guān)單元15的主輸入端“W”，其陽極接電阻器I 28的一端；電阻器I 28的另一端 接所述投切開關(guān)單元15的主輸出端“Τ”；電阻器II 29的一端接所述投切開關(guān)單元15的主 輸出端“S”，另一端接所述投切開關(guān)單元15的主輸出端“Τ”;所述投切開關(guān)單元15的主輸 入端“V”與其主輸出端“S”連接在一起。所述補償單元4 一 6，如圖6所示，所述電容電感單元16由三相電感器I 30和三 相電容器31構(gòu)成；其中，三相電感器I 30的三個輸入端分別接所述電容電感單元16的三個輸入端，三相電感器I 30的三個輸出端分別接三相電容器31的三個引出端。所述補償單元4 一 6，其特征是，如圖7所示，所述電容電感單元16由單相電容器 組32和三相電感器II 33構(gòu)成；其中，單相電容器組32中的三個單相電容器的各一個引出 端分別接所述電容電感單元16的三個輸入端，三個單相電容器的各另一個引出端分別接 三相電感器II 33的三個輸入端；三相電感器II 33的三個輸出端相互連接在一起。一種無涌流高速跟蹤無功功率補償器控制方法，它的步驟為(1)由相位檢測單元3對被補償電力線路“L1”、“L2”和“L3”中的電壓相位進行檢 測，取得與“L1”、“L2”之間線電壓同頻同相的方波相位信號“α ”，和與“L3”中的相電壓同 頻同相的方波相位信號“β ”；(2)將“ α ”、“ β ”信號分別同時送入各補償單元的相位信號輸入端“ α ”和“ β ”;(3)由檢測與控制單元2通過檢測被補償電力線路“L1”、“L2”和“L3”中的電壓和 電流，經(jīng)運算得出被補償電力線路“L1”、“L2”和“L3”中的無功功率補償需求，并按照預(yù)設(shè) 邏輯確定需要投入的補償單元，將對應(yīng)需投入補償單元的控制信號“C”置為高電平送入相 應(yīng)補償單元的控制信號輸入端“C”，將對應(yīng)其他暫不投入補償單元的控制信號“C”置為低 電平并送入相應(yīng)補償單元的控制信號輸入端“C” ；(4)各補償單元中的邏輯運算單元13根據(jù)輸入端“ α ”、“ β ”和“C”的狀態(tài)，按照 以下邏輯控制其輸出端“J”和“K”的輸出電平當控制信號“C”為低電平時，保持輸出端“ J”和“K”均為低電平；當控制信號“C”由低電平轉(zhuǎn)為高電平后，邏輯運算單元13等待至“ β ”信號由高電 平轉(zhuǎn)為低電平的下降沿時刻將其輸出信號“J”置為高電平，然后等待至“ α ”信號由高電平 轉(zhuǎn)為低電平的下降沿時刻將其輸出信號“K”置為高電平，在“C”保持高電平期間，維持“J” 和“K”為高電平不變；當控制信號“C”由高電平轉(zhuǎn)為低電平后，邏輯運算單元13等待至“ β ”信號由高電 平轉(zhuǎn)為低電平的下降沿時刻將其輸出信號“K”置為低電平，然后等待至“ α ”信號由高電平 轉(zhuǎn)為低電平的下降沿時刻將其輸出信號“J”置為低電平，在“C”保持低電平期間，維持“J” 和“K”為低電平不變；(5)觸發(fā)電路14根據(jù)其控制輸入端“J”和“K”的輸入電平，按照以下規(guī)律輸出觸
發(fā)信號當輸入端“J”為低電平時，觸發(fā)信號輸出端“X”不輸出觸發(fā)信號；當輸入端“J”為高電平時，觸發(fā)信號輸出端“X”持續(xù)輸出觸發(fā)信號；當輸入端“K”為低電平時，觸發(fā)信號輸出端“Y”和“Ζ”不輸出觸發(fā)信號；當輸入端“K”為高電平時，觸發(fā)信號輸出端“Y”和“Ζ”持續(xù)輸出觸發(fā)信號；(6)投切開關(guān)單元15根據(jù)其觸發(fā)信號輸入端“Χ”、“Υ”和“Ζ”有無觸發(fā)信號，控制 其中的晶閘管I 23、晶閘管II 25和晶閘管III 26，完成對電容電感單元16的投入或切除當觸發(fā)信號輸入端“Χ”、“Υ”和“Ζ”有觸發(fā)信號輸入時，對應(yīng)的晶閘管I 23、晶閘 管II 25和晶閘管III 26開通，電容電感單元16接入被補償電力線路；當觸發(fā)信號輸入端“Χ”、“Υ”和“Ζ”無觸發(fā)信號輸入時，對應(yīng)的晶閘管I 23、晶閘管 II 25和晶閘管III 26在電流過零后自然關(guān)斷，電容電感單元16從被補償電力線路中切除。所述無涌流高速跟蹤無功功率補償器控制方法，其中步驟(4)的一種具體控制方
11法為(1)邏輯運算單元13對其輸入端“ α ”、“ β ”和“C”的邏輯電平以及D觸發(fā)器I 21 的輸出端“Q1”和D觸發(fā)器II 22的輸出端“Q2”的邏輯電平進行以下邏輯運算
Al = C + Q2
Α2 = · β · Ql + α · β · Ql
AS = C-Ql
Α4 = a - β · Q2 + a ■ β * Q2(2)以Al作為D輸入信號，以Α2作為時鐘信號，控制D觸發(fā)器I 21;以A3作為D 輸入信號，以A4作為時鐘信號，控制D觸發(fā)器II 22；(3)將D觸發(fā)器I 21的輸出邏輯電平“Q1”送至邏輯運算單元13的輸出端“J”，將 D觸發(fā)器II 22的輸出邏輯電平“Q2”送至邏輯運算單元13的輸出端“K”。當裝置接入被補償電力線路后，各補償單元內(nèi)的二極管I、二極管II、電阻器I、 電阻器II與電容電感單元夠成預(yù)充電回路，為其中的三相電容器或單相電容器組預(yù)充電。 通過適當選擇電阻器I和電阻器II的阻值，可保證預(yù)充電后，電容器的靜態(tài)直流電壓適合 無涌流投入；相位檢測單元通過其中的三個電壓互感器監(jiān)測到三相被補償電力線路中的三個 線電壓正弦波信號，并通過加法單元計算得到與被補償電力線路L3中的相電壓同相的正 弦波信號，比較器I將Ll與L2之間線的電壓正弦波信號與零電壓參考點進行比較，正弦波 正半周時比較器I輸出高電平，正弦波負半周時比較器I輸出低電平，從而得到與Ll與L2 之間線的電壓正弦波同頻通相的方波相位信號α ；同理，比較器II將與L3中的相電壓同相 的正弦波信號與零電壓參考點進行比較，得到與L3中的相電壓正弦波信號同頻通相的方 波相位信號β。各補償單元中的邏輯運算單元以α和β信號為時間基準，通過預(yù)定運算邏輯，可 保證在接到投入或切除的控制信號后，在預(yù)定相位對應(yīng)的時刻控制觸發(fā)電路和投切開關(guān)單 元投入或切除該補償單元中電容電感單元，并取得無涌流投切效果。檢測與控制單元實時檢測三相被補償電力線路中的電壓和電流，經(jīng)高速運算得出 被補償電力線路中的無功功率補償需求，并按照預(yù)設(shè)邏輯迅速確定需要投入的補償單元， 將對應(yīng)需投入補償單元的控制信號置為高電平送入相應(yīng)補償單元的控制信號輸入端，將對 應(yīng)其他暫不投入補償單元的控制信號置為低電平并送入相應(yīng)補償單元的控制信號輸入端。各補償單元在控制信號輸入端接收到高電平控制信號時，立即以相位信號α和 β為基準，選擇其后第一個無涌流相位時刻將該補償單元內(nèi)的電容電感單元投入被補償電 力線路，滿足補償需求；各補償單元在控制信號輸入端接收到低電平控制信號時，立即以相 位信號α和β為基準，選擇其后第一個預(yù)定相位時刻將該補償單元內(nèi)的電容電感單元從 被補償電力線路切除，從而保證電容器在被切除時的殘壓符合下一次無涌流投入的需求。各補償單元中的電容電感單元，可選擇等容量或不等容量，由檢測與控制單元按需要進行編碼組合，并通過控制信號控制各補償單元的投切，取得所需的補償容量。撿測與 控制單元根據(jù)被補償電力線路中的無功功率補償需求，控制各補償單元跟蹤投切，即可達 到無涌流高速跟蹤補償?shù)哪康?。所述無涌流高速跟蹤無功功率補償器中的檢測與控制單元、電壓互感器I 一III、 加法單元、比較器I、比較器II、D觸發(fā)器、觸發(fā)電路、邏輯運算器I 一IV、均可采用公知技術(shù) 實現(xiàn)。例如電壓互感器可采用采樣變壓器或電流型電壓互感器；檢測與控制單元可采用 TMS320F2812等數(shù)字信號處理器構(gòu)成數(shù)字化控制器，以快速傅里葉變換等公知技術(shù)方法完 成對無功功率分析運算，并按照預(yù)先編制好的控制程序完成控制；加法單元可以用TL072 等運算放大器構(gòu)成加法電路實現(xiàn)；比較器可采用LM339等電壓比較器實現(xiàn)；D觸發(fā)器可采用 ⑶4013等集成邏輯芯片實現(xiàn)；觸發(fā)電路可采用TLP250等光耦合驅(qū)動器構(gòu)成；邏輯運算器可 采用⑶4000系列集成邏輯芯片實現(xiàn)。本實用新型所述控制方法，可以用硬件電路實現(xiàn)，也可以采用TMS320F2812等數(shù) 字控制芯片，按所述方法進行編程，用數(shù)字運算方法完成相同功能。圖8是所述無涌流高速跟蹤無功功率補償器的實施例二。與實施例一相比，實施 例二在補償支路中增加了電流互感器組II 34。如圖8所示，電流互感器組II 34中有三個電 流互感器，三個電流互感器的一次側(cè)分別串聯(lián)于所述無涌流高速跟蹤無功功率補償器與被 補償電力線路L1、L2和L3的連接線路中，三個電流互感器的二次側(cè)接檢測與控制單元的另 一組電流檢測輸入端。檢測與控制單元可以通過電流互感器組II 34檢測補償電流是否符 合要求，以及各補償單元是否工作正常。其他均與實施例一相同。
權(quán)利要求一種無涌流高速跟蹤無功功率補償器，其特征是，它主要由電流互感器組Ⅰ(1)、檢測與控制單元(2)、相位檢測單元(3)、N個補償單元(4)構(gòu)成；其中，電流互感器組Ⅰ(1)有三個電流互感器，它們的一次側(cè)分別串聯(lián)于三相被補償電力線路中，各電流互感器的二次側(cè)分別接檢測與控制單元(2)的三個電流檢測輸入端；檢測與控制單元(2)的三個電壓檢測輸入端分別接三相被補償電力線路；檢測與控制單元(2)的各控制信號輸出端分別與相應(yīng)的各補償單元(4)的控制信號輸入端一一連接；相位檢測單元(3)的三個輸入端分別接三相被補償電力線路，它的相位信號輸出端則與各補償單元(4)的相應(yīng)相位信號輸入端連接；各補償單元(4)的主輸入端彼此并聯(lián)后分別接三相被補償電力線路。
2.如權(quán)利要求1所述無涌流高速跟蹤無功功率補償器，其特征是，所述相位檢測單元(3)由電壓互感器I(7)、電壓互感器II (8)、電壓互感器111(9)、加法單元(10)、比較器I(11)、比較器II(12)構(gòu)成，它有U、V、W三個輸入端和α、β兩個輸出端；其中，電壓互感器 I (7)的一次側(cè)“ + ”輸入端接U輸入端，“一”輸入端接V輸入端；電壓互感器II (8)的一 次側(cè)“ + ”輸入端接V輸入端，“一”輸入端接W輸入端；電壓互感器111(9)的一次側(cè)“ + ”輸 入端接W輸入端，“一”輸入端接U輸入端；電壓互感器1(7)的二次側(cè)“ +，，輸出端接比較 器I (11)的“ + ”輸入端，“一 ”輸出端接電位參考點；電壓互感器II (8 )的二次側(cè)“ + ”輸 出端接電位參考點，“一”輸出端接加法單元(10)的一個輸入端；電壓互感器111(9)的二次 側(cè)“ + ”輸出端接加法單元(10)的另一個輸入端，“一”輸出端接電位參考點；比較器I (11) 的“一”輸入端接電位參考點，其輸出端接α輸出端；加法單元(10)的輸出端接比較器II(12)的“+ ”輸入端；比較器II (12)的“一”輸入端接電位參考點，其輸出端接β輸出端。
3.如權(quán)利要求1所述無涌流高速跟蹤無功功率補償器，其特征是，所述N個補償單元(4)具有相同的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，它由邏輯運算單元(13)、觸發(fā)電路(14)、投切開關(guān)單元(15)、電 感電容單元(16)構(gòu)成，補償單元(4)設(shè)有控制信號輸入端C、相位信號輸入端α和β，以及 主輸入端U、V和W;其中，邏輯運算單元(13)的輸入端分別接補償單元(4)的控制信號輸入 端C和相位信號輸入端α、β ；邏輯運算單元(13)的輸出端接相應(yīng)的觸發(fā)電路(14)的控制 信號輸入端；觸發(fā)電路(14)的觸發(fā)信號輸出端分別接投切開關(guān)單元(15)的觸發(fā)信號輸入 端；投切開關(guān)單元(15)的主輸入端分別接所述補償單元(4)的主輸入端U、V和W;投切開 關(guān)單元(15)的輸出端分別接電感電容單元(16)的三個輸入端。
4.如權(quán)利要求3所述無涌流高速跟蹤無功功率補償器，其特征是，所述邏輯運算單元(13)由邏輯運算器I(17)、邏輯運算器II (18)、邏輯運算器111(19)、邏輯運算器IV(20)、D 觸發(fā)器I (21)、D觸發(fā)器II (22)構(gòu)成，邏輯運算單元(13)有輸入端C和輸入端α、β ；其中， 邏輯運算器I (17)的兩個輸入端分別接所述邏輯運算單元(13)的輸入端C和D觸發(fā)器II (22)的輸出端Q2，其輸出端Al接D觸發(fā)器1(21)的輸入端Dl ；邏輯運算器II (18)的三個 輸入端分別接輸入端α、β和D觸發(fā)器I (21)的輸出端Q1，其輸出端Α2接D觸發(fā)器I (21) 的時鐘輸入端CPl ；邏輯運算器111(19)的兩個輸入端分別接輸入端C和D觸發(fā)器I (21)的 輸出端Q1，其輸出端A3接D觸發(fā)器II (22)的輸入端D2 ；邏輯運算器IV (20)的三個輸入端分 別接輸入端α、β和D觸發(fā)器11(22)的輸出端Q2，其輸出端Α4接D觸發(fā)器11(22)的時鐘 輸入端CP2 ；D觸發(fā)器I (21)的輸出端Ql接所述邏輯運算單元(13)的輸出端J ；D觸發(fā)器II (22)的輸出端Q2接所述邏輯運算單元(13)的輸出端K ；所述邏輯運算器I (17)的運算關(guān)系為Al = C + Q2 ；所述邏輯運算器11(18)的運算關(guān)系為:Α2 = α·β Ql + a-P Ql ；所述邏輯運算器111(19)的運算關(guān)系為A3 = Cl·卬；所述邏輯運算器IV (20)的運算關(guān)系
5.如權(quán)利要求3無涌流高速跟蹤無功功率補償器，其特征是，所述投切開關(guān)單元(15) 由晶閘管I (23)、二極管I (24)、晶閘管II (25)、晶閘管111(26)、二極管II (27)、電阻器I (28)、電阻器II (29)構(gòu)成，投切開關(guān)單元(15)設(shè)有觸發(fā)信號輸入端X、Y、Z、主輸入端U、V、 W和主輸出端R、S、T ；其中，晶閘管I (23)的陰極接主輸入端U,陽極接主輸出端R，觸發(fā)極 接觸發(fā)信號輸入端X ；二極管I (24)的陽極接主輸入端U，其陰極接主輸出端R ；晶閘管II (25)的陰極接主輸入端W，陽極接主輸出端T，觸發(fā)極接觸發(fā)信號輸入端Y;晶閘管111(26) 的陽極接主輸入端W，陰極接主輸出端T，觸發(fā)極接觸發(fā)信號輸入端Z ；二極管II (27)的陰極 接主輸入端W，陽極接電阻器I (28)的一端；電阻器I (28)的另一端接主輸出端T ；電阻器 II (29)的一端接主輸出端S，另一端接主輸出端T ；所述主輸入端V與主輸出端S連接在一 起。
6.如權(quán)利要求3無涌流高速跟蹤無功功率補償器，其特征是，所述電容電感單元(16) 由三相電感器I (30)和三相電容器(31)構(gòu)成；其中，三相電感器I (30)的三個輸入端分別 接所述電容電感單元(16)的三個輸入端，三相電感器I (30)的三個輸出端分別接三相電 容器(31)的三個引出端。
7.如權(quán)利要求3無涌流高速跟蹤無功功率補償器，其特征是，所述電容電感單元(16) 由單相電容器組(32)和三相電感器II (33)構(gòu)成；其中，單相電容器組(32)中的三個單相電 容器的各一個引出端分別接所述電容電感單元(16)的三個輸入端，三個單相電容器的各另 一個引出端分別接三相電感器II (33)的三個輸入端；三相電感器II (33)的三個輸出端相 互連接在一起。
專利摘要本實用新型涉及一種無涌流高速跟蹤無功功率補償器。它主要由電流互感器組Ⅰ、檢測與控制單元、相位檢測單元、N個補償單元構(gòu)成；其中，電流互感器組Ⅰ有三個電流互感器，它們的一次側(cè)分別串聯(lián)于三相被補償電力線路中，各電流互感器的二次側(cè)分別接檢測與控制單元的三個電流檢測輸入端；檢測與控制單元的三個電壓檢測輸入端分別接三相被補償電力線路；檢測與控制單元的各控制信號輸出端分別與相應(yīng)的各補償單元的控制信號輸入端一一連接；相位檢測單元的三個輸入端分別接三相被補償電力線路，它們的相位信號輸出端則與各補償單元的相應(yīng)相位信號輸入端連接；各補償單元的主輸入端彼此并聯(lián)后分別接三相被補償電力線路。
文檔編號H02J3/18GK201750155SQ20102022719
公開日2011年2月16日 申請日期2010年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月17日
發(fā)明者李建明, 李波, 遲恩先 申請人:山東山大華天科技股份有限公司