專利名稱：：無觸點(diǎn)開關(guān)無功功率補(bǔ)償裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于一種無觸點(diǎn)開關(guān)無功功率補(bǔ)償裝置。該裝置可以用在50Hz，60Hz和400Hz電網(wǎng)上對負(fù)荷無功功率(無論是超前的還是滯后的)進(jìn)行補(bǔ)償。本發(fā)明本身不會產(chǎn)生任何諧波污染電網(wǎng)。本發(fā)明對供電電網(wǎng)供電質(zhì)量沒有任何特殊要求，例如，無論供電電壓如何波動，供電電壓諧波含量多少都無限制，接上該裝置后均能把接網(wǎng)點(diǎn)的電壓波形矯正到符合國標(biāo)GB／T-14549-93的規(guī)定。1．背景現(xiàn)有的無觸點(diǎn)開關(guān)無功功率補(bǔ)償裝置之無觸點(diǎn)開關(guān)毫無例外均為普通晶閘管(thyristor)或雙向晶閘管(triac)。國際上把這類補(bǔ)償裝置統(tǒng)稱TVC(即Thyristor(or)Triacvarcompensator)。細(xì)分有兩類，第一類是用普通晶閘管和二極管反并聯(lián)組成的無觸點(diǎn)開關(guān)直接控制補(bǔ)償電容通斷的晶閘管開關(guān)電容補(bǔ)償裝置TSC(ThyristorSwit-chedCapacitor)系列，如由中國發(fā)明專利89103959．7和89104223．7及89208932．6支持的SVS系列裝置，SVS系列補(bǔ)償裝置的單相圖如附圖一所示。SW為普通閘管和電力電子二極管反并聯(lián)組成的無觸點(diǎn)開關(guān)。C0，C1……Cn為無功容量按二進(jìn)制權(quán)數(shù)1，2，4，…2n-1設(shè)置的補(bǔ)償電容。補(bǔ)償系統(tǒng)共可提供自0開始，1，2，3…2n-1共2n個補(bǔ)償?shù)燃?。系統(tǒng)分辯率是1／2個權(quán)數(shù)。無觸點(diǎn)開關(guān)晶閘管觸發(fā)時刻固定在需要投入某級補(bǔ)償電容時，在圖示線電壓峰值時刻觸發(fā)該級電容無觸點(diǎn)開關(guān)的晶閘管即可。在無須投某級補(bǔ)償電容時，不給無觸點(diǎn)開關(guān)晶閘管觸發(fā)信號，使電容偏置在線電壓正峰值等待下一周波可能的觸發(fā)信號，投入該級補(bǔ)償電容。第二類是用普通晶閘管反并聯(lián)組成的無觸點(diǎn)開關(guān)移相控制補(bǔ)償電感電流，造成電感基波電流可調(diào)，即等值補(bǔ)償電感值無級可調(diào)然后并聯(lián)上固定補(bǔ)償電容的方案，可用英語縮寫FCTCR(FixedCapThyristorControlledReactor)表示。FCTCR補(bǔ)償裝置的單相圖如附圖二所示。SW為兩只同型號規(guī)格普通晶閘管反并聯(lián)的無觸點(diǎn)開關(guān)。兩只晶閘管的觸發(fā)時刻由移相觸發(fā)單元根據(jù)移相控制信號的變化而定。當(dāng)移相角自右向左移至電感全導(dǎo)通的相應(yīng)時刻作為計(jì)時起點(diǎn)對圖中T1即是V1的正峰值時刻，對T2即是V1的負(fù)峰值時刻。隨著觸發(fā)角的右移，T1和T2導(dǎo)通時區(qū)變短，電感電流有效值變小，其效果是基波等效電感連續(xù)可調(diào)。移相控制信號由電流，電壓傳感器信號經(jīng)過運(yùn)算得到。TSC方案達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)是1)．投切電容無過渡過程，無諧波；2)．每電網(wǎng)周波分別調(diào)整一次各相補(bǔ)償電容投切值；3)．對不對稱負(fù)荷進(jìn)行不對稱補(bǔ)償；4)．補(bǔ)償精度可達(dá)到三相功率因數(shù)0．99。TSC方案的缺點(diǎn)是不能承受電網(wǎng)電壓的激烈波動，例如，一個電網(wǎng)周波電壓波動10％以上；第二個缺點(diǎn)是TSC對供電電壓畸變有較嚴(yán)格的要求，如果供電電壓諧波超過5％，特別是電壓峰值時刻偏移超過0．5ms，就有可能損壞晶閘管無觸點(diǎn)開關(guān)或補(bǔ)償電容，第三個缺點(diǎn)，例如由江蘇電力建設(shè)第一工程公司昌盛電氣設(shè)備廠生產(chǎn)的SVS系列，雖然裝置本身不會對電網(wǎng)提供諧波，但裝置本身沒有濾波能力。FCTCR方案達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)是1)．對不對稱負(fù)荷進(jìn)行不對稱補(bǔ)償；2)．若有需要，可適當(dāng)配置固定電容和無觸點(diǎn)移相觸發(fā)控制電感的裝置容量，即可對負(fù)荷的滯后無功功率也可對負(fù)荷的超前無功功率進(jìn)行補(bǔ)償；補(bǔ)償精度可達(dá)到三相功率因數(shù)0．97或更高。3)．每半個電網(wǎng)周波分別調(diào)整一次各相補(bǔ)償值，即響應(yīng)速度為TSC方案的兩倍。可以證明，這是TVC補(bǔ)償方式的最高響應(yīng)速度，不可能更快了。4)．能夠承受大的供電電壓波動，具有一定的濾波能力。FCTCR的缺點(diǎn)是，裝置本身即是一個強(qiáng)大的諧波源。說明如下當(dāng)FCTCR用作地區(qū)調(diào)相機(jī)即既可補(bǔ)償負(fù)荷的滯后無功功率又可補(bǔ)償負(fù)荷的超前無功功率時，可調(diào)電感的裝置容量設(shè)為QL，其額定電流設(shè)為IL；固定電容裝置容量設(shè)為Qc，其額定電流設(shè)為Ic。上述幾個參數(shù)須滿足如下關(guān)系QL=2Qc，IL=2Ic。因?yàn)閷?shí)現(xiàn)電感可調(diào)的方法是晶閘管開關(guān)的移相觸發(fā)控制，使電感基波電流可自O(shè)調(diào)到額定值IL，其移相范圍理論值是0～1／4電網(wǎng)周波，對50Hz電網(wǎng)來說即是0～5ms。實(shí)際上自0右移至2．9ms時，電感基波電流已降到10％IL。遺憾的是，在移相控制電感基波電流的同時，因?yàn)殡姼须娏髟絹碓狡x正弦波，從而諧波電流成份變得越來越重。本發(fā)明人用PSPICE軟件模擬了這個過程，得到的基波電流和諧波電流關(guān)系如下表所示，基準(zhǔn)值Ic為固定電容額定電流<tablesid="table1"num="001"><table>移相角ms00．20．40．7電感基波電流標(biāo)么值ILf／Ic200％182．8％165．2％140％電感諧波電流標(biāo)么值ILH／Ic0％14．58％20．20％26．2％</table></tables><tablesid="table2"num="002"><table>1．01．21．51．92．32．83．2117．6％103％82．6％58．8％39．2％21％11％29．80％30．8％31％28．4％23．8％16．6％10．8％</table></tables>表1可調(diào)電感電流隨移相角變化的關(guān)系由表1可見，在移相角為22°時(1．22ms)，ILf／Ic=1，即可調(diào)電感基波無功功率Q1和固定電容無功功率額定值Qc相等，補(bǔ)償裝置不對電網(wǎng)提供補(bǔ)償，但向電網(wǎng)提供高達(dá)電容額定電流30％的諧波電流。這是這個方案的固有缺點(diǎn)。FCTCR的代表作是著名的ABB公司的補(bǔ)償裝置。這個裝置不得不設(shè)置強(qiáng)大的濾波系統(tǒng)，既要濾去負(fù)荷的諧波電流，還要濾去裝置本身產(chǎn)生的諧波。即使如此，根據(jù)權(quán)威單位對裝設(shè)在江蘇省張家港某鋼鐵廠的一套FCTCR裝置的現(xiàn)場實(shí)測，其對電網(wǎng)的諧波污染竟然超過GB／T--14549-93規(guī)定的容許值的100％至200％！2．FCTSR本發(fā)明集TSC和FCTCR兩種方案的優(yōu)點(diǎn)摒棄兩方案的缺點(diǎn)提出一個FCTSR(即FixedCapThyhistorSwitchedReactor)方案。FCTSR補(bǔ)償裝置單相圖如附圖三所示。圖中Lfk和Cfk(k=2，3，……m)構(gòu)成K次諧波的L-C串聯(lián)濾波器。SWk(k=0，1，……n)是同型號規(guī)格晶閘管反并聯(lián)，對不同的k值，晶閘管對的規(guī)格未必相同。該方案的特點(diǎn)是1)．設(shè)置諸如三次，五次，七次或還有其它次數(shù)(因負(fù)荷諧波性質(zhì)而定)的L-C串聯(lián)濾波器，用來吸收負(fù)荷的諧波電流。這些串聯(lián)濾波器對基波頻率來說，都是容性的，可以等值于固定補(bǔ)償電容。所以，補(bǔ)償裝置中不設(shè)專門的固定補(bǔ)償電容，所有電容均兼有基波補(bǔ)償和諧波抑制的功能。2)．按權(quán)數(shù)設(shè)置開關(guān)電感，由晶閘管反并聯(lián)(或高壓例如10kV以上時，晶閘管串的反并聯(lián)InverselyParallelThyristorStrings)無觸點(diǎn)開關(guān)控制投切。投切時刻固定，發(fā)生在供電電壓的正和負(fù)峰值時刻。這樣，開關(guān)電感中的電流是自零開始至零結(jié)束的正弦波電流，不伴隨諧波的產(chǎn)生。開關(guān)電感是三角接法，每相有N個支路，N個支路開關(guān)電感按1-2-4-8二進(jìn)制權(quán)數(shù)設(shè)置其無功功率容量。每一支路由一個晶閘管反并聯(lián)(或低壓時用一只Triac)控制其投切。在用作地區(qū)調(diào)相機(jī)時，方案中每相設(shè)置1，2，4，8…最高權(quán)數(shù)為2N-1-1的無觸點(diǎn)開關(guān)控制的開關(guān)電感。舉例來說，若每相四路開關(guān)電感，那么電感無功功率容量權(quán)數(shù)分別是1，2，4和7。相應(yīng)設(shè)置的所有L-C濾波器在基波時等值電容無功功率容量亦為7。這樣，系統(tǒng)共可提供十五個補(bǔ)償?shù)燃?7，+6，+5，+4，+3，+2，+1，0，-1，-2，-3，-4，-5，-6，-7其中符號+表示超前，即補(bǔ)償電容，符號-表示滯后，即補(bǔ)償電感。系統(tǒng)分弁率是二分之一個補(bǔ)償?shù)燃?，延用?9103959．7的設(shè)置辦法。3)．第2)項(xiàng)中提到的數(shù)值N按照英國對電網(wǎng)閃爍(flicker)的scvd(即shortcircuitvoltagedrop)的標(biāo)準(zhǔn)確定，即補(bǔ)償系統(tǒng)分辯率的二分之一個補(bǔ)償?shù)燃壪鄳?yīng)的無功功率應(yīng)小于(至多等于)補(bǔ)償系統(tǒng)接網(wǎng)點(diǎn)短路容量的2％。這樣可保證未被補(bǔ)償?shù)氖Ｓ酂o功功率引起的供電電壓波動造成的照明亮度的變化在人類的視覺能承受的范圍以內(nèi)。以一個數(shù)字例來說明如下某被補(bǔ)償系統(tǒng)供電電壓3×35kV，變壓器容量25MVA，補(bǔ)償系統(tǒng)接網(wǎng)點(diǎn)短路容量為200MVA，負(fù)荷最大有功功率16MW負(fù)荷最大無功功率19MVar(滯后)按scvd標(biāo)準(zhǔn)，2％的短路容量為4MVA。據(jù)此，補(bǔ)償系統(tǒng)的N可選為2，所有L-C瀘波器工頻等值電容設(shè)為3×6．3MVar，開關(guān)電感總?cè)萘?×6．3MVar，每相兩支路，權(quán)數(shù)為1的開關(guān)電感容量為2．1MVar；權(quán)數(shù)為2的開關(guān)電感容量為4．2MVar。共可有四個補(bǔ)償?shù)燃?，3×2．1MVar，3×4．2MYar和3×6．3MVar。補(bǔ)償系統(tǒng)分弁率是二分之一個補(bǔ)償?shù)燃?，?×1．05MVar＜4MVar。這樣，即滿足scvd要求。此時補(bǔ)償精度為，補(bǔ)償后的三相功率因數(shù)而負(fù)荷的自然功率因數(shù)cos&phi;n=costg-11916=0.6441]]>此處沒有詳述L-C串聯(lián)濾波器的情況，但有經(jīng)驗(yàn)的供電工程師都很清楚，總共18．9MVar的電容用來設(shè)置L-C串聯(lián)濾波器其濾波效果會是非常理想的。從另一方面看，雖然濾波器只有在有諧波需要抑制時才設(shè)置，如果負(fù)荷本身就比較“干凈”例如鼠籠式異步電動機(jī)和白熾燈照明，設(shè)置如此強(qiáng)大的濾波器仍然是必要的，因?yàn)?)．不設(shè)置濾波器，這18．9MVar補(bǔ)償電容也必須按裝在系統(tǒng)中，為限制合閘電流沖擊，必須設(shè)置進(jìn)線電抗；設(shè)置L-C濾波器后只改變了進(jìn)線電抗的數(shù)值；2)．更重要的原因是，把補(bǔ)償電容分散到各個L-C濾波器后，可以使補(bǔ)償系統(tǒng)和供電變壓器短路參數(shù)構(gòu)成的電路固有振蕩頻率移到避過最嚴(yán)重的負(fù)荷諧波頻率，如三次，五次，七次諧波頻率，并使補(bǔ)償系統(tǒng)的濾波效果符合期望。附圖1SVS系列補(bǔ)償裝置單相圖附圖2FCTCR補(bǔ)償裝置單相圖附圖3FCTSR補(bǔ)償裝置單相圖附圖4FCTSR補(bǔ)償裝置系統(tǒng)示意圖附圖5控制電路弱電電源及時鐘發(fā)生器附圖6負(fù)荷電流信號采集和濾波處理電路附圖7與相應(yīng)電壓同相的時鐘波形圖附圖8采樣邏輯波形圖附圖9負(fù)荷性質(zhì)識別電路附圖10三相負(fù)荷滯后識別邏輯波形圖附圖11三相負(fù)荷超前識別邏輯波形圖附圖12A／D轉(zhuǎn)換電路附圖13Y／△轉(zhuǎn)換電路附圖14顯示電路附圖15投切功放級附圖16uv相Lo無觸點(diǎn)開關(guān)SWo的觸發(fā)電路附圖17uv相SWo觸發(fā)投切和Lo電流波形附圖18FCTSR之TSC工作方式無觸點(diǎn)開關(guān)SWo的觸發(fā)電路附圖19uv相SWo觸發(fā)投切和Co電流波形3．技術(shù)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明提出的無觸點(diǎn)開關(guān)無功功率補(bǔ)償裝置，由電感和電容構(gòu)成K次諧波的L-C串聯(lián)濾波器和由相同規(guī)格晶閘管反并聯(lián)構(gòu)成的開關(guān)電感和電子線路控制電路組成，其特征在于其無觸點(diǎn)開關(guān)投切按二進(jìn)制權(quán)數(shù)設(shè)定元件無功功率容量的開關(guān)電感，每相N支路開關(guān)電感的無功功率容量按1，2，4，8…2N-1設(shè)置；每相由L-C串聯(lián)濾波器若干組并聯(lián)，視負(fù)載諧波電流頻率分布而定，如二次，三次，五次，七次等；L-C串聯(lián)濾波器的容量權(quán)數(shù)應(yīng)為2N-1，可提供權(quán)數(shù)自0開始，1，2至2N-1共2N個算術(shù)數(shù)列的補(bǔ)償?shù)燃?；補(bǔ)償裝置分辯率為二分之一個權(quán)數(shù)；每相支路數(shù)N的確定依據(jù)英國對電網(wǎng)閃爍的scvd標(biāo)準(zhǔn)，即未被補(bǔ)償?shù)氖Ｓ酂o功功率應(yīng)小于至多等于補(bǔ)償裝置接網(wǎng)點(diǎn)短路容量Sac的的百分之二；即補(bǔ)償裝置的分辯率二分之一個權(quán)數(shù)(三相)應(yīng)小于至多等于Sac的百分之二。當(dāng)用作地區(qū)調(diào)相機(jī)時，開關(guān)電感無功功率容量的權(quán)數(shù)分別是1，2…2N-1-1，所有L-C串聯(lián)濾波器在電網(wǎng)頻率等值電容無功功率容量權(quán)數(shù)為2N-1-1。本發(fā)明的技術(shù)實(shí)現(xiàn)樣述如下FCTSR補(bǔ)償裝置示意圖如附圖四所示。圖中補(bǔ)償主回路與附圖三所示相同，只是無觸點(diǎn)開關(guān)SWo，SW1，…SWn用一般的開關(guān)符號表示。圖中CS即電流傳感器，可以是無源式的，如電流互感器；也可以是有源式的，如霍爾元件。CS1測量電源側(cè)供電電流。CS2測量補(bǔ)償裝置電流。兩個信號的差值即是被補(bǔ)償?shù)呢?fù)荷電流信號。負(fù)荷電流信號和電壓信號一并送到控制器。信號經(jīng)過處理產(chǎn)生需要的投切信號觸發(fā)相應(yīng)的無觸點(diǎn)開關(guān)，使補(bǔ)償主回路發(fā)出的補(bǔ)償電流滿足負(fù)荷電流需要的補(bǔ)償量，使自電源看負(fù)荷功率因數(shù)盡可能接近1．00。以上任務(wù)由控制器來完成。本發(fā)明采用了一種具有Y／△轉(zhuǎn)換運(yùn)算功能的電子線路控制器，由時鐘發(fā)生器、信號采集和處理、投切顯示和功放輸出幾部分電路組成。時鐘發(fā)生器采用異或門電路，使優(yōu)先編碼器4532前級多路開關(guān)4066工作頻率為2K倍電網(wǎng)頻率，其中K為電網(wǎng)的相數(shù)；對三相系統(tǒng)K=3；多路開關(guān)工作頻率是6倍電網(wǎng)頻率；信號采集和處理電路由信號采集和濾波、多路電子開關(guān)、A／D轉(zhuǎn)換、Y／△轉(zhuǎn)換、負(fù)荷電流性質(zhì)識別電路、投切依據(jù)形成電路組成；信號采集和濾波電路由五個運(yùn)算放大器，一個比較器和一個電子開關(guān)配上相應(yīng)的電阻電容組成的有源濾波器，把采集到的電流信號轉(zhuǎn)化成基波絕對值信號供A／D轉(zhuǎn)換；多路電子開關(guān)路數(shù)和電網(wǎng)相數(shù)一致，由所述的時鐘發(fā)生器控制多路開關(guān)以2K倍電網(wǎng)頻率切換A／D的路數(shù)，使每相每半個電網(wǎng)周波進(jìn)行一次A／D轉(zhuǎn)換，一次Y／△轉(zhuǎn)換；Y／△轉(zhuǎn)換由具有選片功能的寄存器，預(yù)先輸入Y／△轉(zhuǎn)換運(yùn)算查表的EPROM組成；負(fù)荷電流性質(zhì)識別電路由2K個D觸發(fā)器(如果電網(wǎng)為K相)和2K個輸入的與非門，或非門各一個組成，同時用兩個邏輯電平的組合反映K相負(fù)荷電流相對于K相電壓是滯后，超前抑或既有滯后亦有超前；投切依據(jù)形成電路是由受負(fù)荷電流性質(zhì)識別電路控制的異或門編碼電路組成，其作用是把Y／△轉(zhuǎn)換結(jié)果以原碼形式或以反碼形式或以混合碼形式通知無觸點(diǎn)開關(guān)的觸發(fā)電路從而使投切效果符合期望。投切顯示電路是由十二個異或門和二十一個三態(tài)二輸入或非門的編碼電路和顯示LED驅(qū)動電路組成。在TSC工作方式時顯示開關(guān)電容超前無功容量的權(quán)數(shù)，在FCTSR集中滯后負(fù)荷工作方式時顯式固定電容超前無功容量的權(quán)數(shù)和投入的開關(guān)電感無功功率權(quán)數(shù)之差，即″補(bǔ)償電容″級數(shù)，在FCTSR地區(qū)調(diào)相機(jī)工作方式時，補(bǔ)償滯后負(fù)荷時顯示投入的″補(bǔ)償電容″級數(shù)，(即滯后無功功率的權(quán)數(shù))；對于既不需要投入補(bǔ)償電容也不需要補(bǔ)償電感的負(fù)荷狀態(tài)，本發(fā)明由黃色LED顯示?？刂破鞯脑斍榉质鋈缦滤狞c(diǎn)。3．1．信號采集和處理3．2．投切依據(jù)3．3．投切顯示3．4．投切功放3．1．信號采樣和處理。為便于與中國專利89103959．7比較起見，本說明書中將不時提到89103959．7。89103959．7所支持的補(bǔ)償裝置假定負(fù)荷毫無例外全部是滯后性質(zhì)的，所以采樣系統(tǒng)只采集負(fù)荷無功電流的正峰值。本發(fā)明采樣系統(tǒng)除采集各相無功電流的正和負(fù)峰值外，還須判斷此無功電流是滯后的或超前的。因?yàn)?，若?fù)荷是滯后的，須投入補(bǔ)償電容，而若負(fù)荷是超前的，則須投入補(bǔ)償電感。另外，89103959．7每電網(wǎng)周波對每相只采集一次，處理一次信號，而本發(fā)明卻是每半個電網(wǎng)周波即對每相采集和處理一次信號，速度提高了一倍，因此投切行為速度亦提高了一倍。附圖五是控制電路弱電電源及時鐘部分。由異或門產(chǎn)生的信號34，35和36頻率比89103959.7中相應(yīng)部分即提高了一倍使圖八多路開關(guān)工作頻率由150Hz提高到300Hz(50Hz電網(wǎng))，或者說是電網(wǎng)頻率的六倍。附圖六即是負(fù)荷電流信號采集和濾波處理，共有三路。不言而喻，這是對三相系統(tǒng)而言的。若供電電源是K相，電流采集當(dāng)然有K路。每一路由五個324運(yùn)算放大器和一個339比較器及一個無觸點(diǎn)開關(guān)4066配上適當(dāng)?shù)碾娮桦娙萁M成。以第一路為例，負(fù)荷電流信號自46點(diǎn)輸入，48點(diǎn)輸出信號是46點(diǎn)基波″全波整流″信號。此通道實(shí)為一有源濾波器，100Hz信號衰減為16％，150Hz信號衰減為4％，250Hz信號衰減為0．6％，更高頻信號衰減更大?？梢哉J(rèn)為48點(diǎn)的信號即是負(fù)荷電流基波信號。49點(diǎn)是負(fù)荷電流基波分量反相位的方波信號。時鐘脈沖是與相應(yīng)電壓同相信號的方波信號，見附圖七。采樣信號見附圖八。附圖九是負(fù)荷電流信號性質(zhì)識別電路。它是用D觸發(fā)器4013來實(shí)現(xiàn)的。以第一路采樣信號49為例，接到D1和D2的D輸入端，D1時鐘為a1即相電壓U同相位的方波時鐘脈沖17。D2時鐘為a1即相電壓U倒相位的方波時鐘脈沖16(均見附圖七)。如果負(fù)荷電流是滯后的，則其輸出信號401和412均為H，同理信號501，512，601和612均為H。這樣，信號468為H，478為L。這就是說，若信號468為H同時478為L，即代表三相負(fù)荷是滯后的。三相負(fù)荷滯后識別波形圖見圖十。圖十一是三相負(fù)荷為超前的識別，此時468點(diǎn)信號為L同時478點(diǎn)信號為H。如果三相負(fù)荷既有超前也有滯后的，那么468點(diǎn)和478點(diǎn)信號同時均為L。見表2<tablesid="table3"num="003"><table>負(fù)荷性質(zhì)邏輯關(guān)系468點(diǎn)478點(diǎn)三相均滯后HL三相均超前LH有超前有滯后LL</table></tables>表2負(fù)荷性質(zhì)識別另外，48點(diǎn)信號是46點(diǎn)信號基波含量的絕對值信號。絕對值是通過比較器339，無觸點(diǎn)開關(guān)4066和一只運(yùn)算放大器324實(shí)現(xiàn)的。因?yàn)槭墙^對值信號，才使控制電路每電網(wǎng)周波對該相電流進(jìn)行兩次A／D轉(zhuǎn)換并具有同樣的精度成為可能。信號處理的第二部分是A／D轉(zhuǎn)換。從硬件方面說，本發(fā)明與89103959．7相比幾乎相同，如圖十二所示，但多路開關(guān)工作頻率卻提高了一倍。每個電網(wǎng)周波分六個連續(xù)時區(qū)，依次對U線負(fù)荷電流正半周(49點(diǎn)信號)，W線負(fù)荷電流負(fù)半周(56點(diǎn)信號)，V線負(fù)荷電流正半周(52點(diǎn)信號)，U線電流信號負(fù)半周(49點(diǎn)信號)，W線負(fù)荷電流正半周(56點(diǎn)信號)而后V線電流信號負(fù)半周(52點(diǎn)信號)進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換，而后開始第二個周波六個時區(qū)的循環(huán)。每一個A／D轉(zhuǎn)換的六分之一個周波時區(qū)的中點(diǎn)即是同名相電壓自正變負(fù)或自負(fù)變正的過零點(diǎn)。圖十二之59點(diǎn)，60點(diǎn)，61點(diǎn)和62點(diǎn)輸出信號構(gòu)成一個四位二進(jìn)制碼，59點(diǎn)為最高位碼，62點(diǎn)為最低位碼。U線電流信號數(shù)字化后四位二進(jìn)制碼同時存進(jìn)三只4508寄存器La1，La2，和La3見附圖十三。同理，V線電流信號數(shù)字化后存進(jìn)Lb1，Lb2，和Lb3。W線電流信號數(shù)字化后存進(jìn)Lc1，Lc2和Lc3。因?yàn)閮Υ鏁r刻是由4508的(2)腳或(14)腳，即set控制端控制，自附圖八可知set時刻恰好是在同名相電壓過零時刻。這個時刻負(fù)荷電流即時值恰好是其無功分量的峰值。這就是說，存儲器La1～a3中存儲的信息是U線電流無功分量的大小，Lb1～b3中儲存的信息是V線電流無功分量的大小而Lc1～c3中儲存的信息是W線電流無功分量的大小。這個原理在89103959．7中已闡述過，但89103959．7只儲存無功電流正峰值，每電網(wǎng)周波更新一次。本發(fā)明交替存儲無功電流正峰值和負(fù)峰值，每半個電網(wǎng)周波更新一次。這就是說，89103959.7三個存儲器存儲的是，例如第一個存儲器是當(dāng)前采樣值，例如u線電流iu的無功電流正峰值，第二個存儲器存儲的是三分之一個電網(wǎng)周波前W線電流iw的無功電流正峰值，第三個存儲器存儲的是三分之二個電網(wǎng)周波前V線電流iv無功電流正峰值。89104223．7闡述了用這三個儲存值換算成△接法的等值無功電流分量即投切開關(guān)電容的依據(jù)。本發(fā)明三組存儲器存儲的是，例如第一組存儲器存儲的是當(dāng)前采樣值，例如U線電流iu的無功電流正峰值，第二組存儲器存儲的是六分之一個電網(wǎng)周波前V線電流iv的無功電流負(fù)峰值，第三組存儲器存儲的是三分之一個電網(wǎng)周波前W線電流iw的無功電流正峰值。所以本發(fā)明換算成△接法等值無功電流分量即投切補(bǔ)償量(電容或電感)的依據(jù)比89104223．7的依據(jù)要″新″得多，這是本發(fā)明響應(yīng)速度比SVS裝置快一倍的原因。信號處理的第三部分是Y／△轉(zhuǎn)換。此部分原理同于發(fā)明專利89104223．7，但技術(shù)實(shí)現(xiàn)要簡潔得多。本發(fā)明Y／△轉(zhuǎn)換見圖十三。89104223．7中用了二十九個集成電路片實(shí)現(xiàn)了Y／△轉(zhuǎn)換，特別是用了眾多的4503三態(tài)門電路。本發(fā)明選用具有選片功能的存儲器4508，其輸出本身就具有高阻態(tài)性能，所以一共只用了八個集成電路片六片4508，一片4070和一片27c256即實(shí)現(xiàn)了Y／△轉(zhuǎn)換。此部分的焊點(diǎn)數(shù)只有89104223．7的焊點(diǎn)數(shù)的百分之四十，大大提高了可靠性。另外，89104223．7Y／△轉(zhuǎn)換結(jié)果存儲在Lab，Lbc，和Lca中的信息無例外是轉(zhuǎn)換結(jié)果原碼，而本發(fā)明卻可能是原碼，也可能是反碼，還可能是混合碼由負(fù)荷性質(zhì)檢測電路控制，也取決于補(bǔ)償系統(tǒng)是工作在TSC方式還是FCTSR方式。3．2．投切依據(jù)。本發(fā)明投切依據(jù)是存儲器Lab，Lbc和Lca存儲的信息。如上所述，儲存信息內(nèi)容取決于補(bǔ)償系統(tǒng)的工作方式是TSC還是FCTSR。在FCTSR工作方式時，存儲內(nèi)容由負(fù)荷性質(zhì)檢測電路決定是Y／△轉(zhuǎn)換結(jié)果的原碼還是反碼，抑或混合碼。詳述如下1)．補(bǔ)償系統(tǒng)TSC工作方式。這種工作方式中，無觸點(diǎn)開關(guān)直接投切補(bǔ)償電容，如發(fā)明專利89103959．7和89104223．7支持的SVS補(bǔ)償裝置。TSC工作方式之所以還有市場是因?yàn)?，大量的用戶還是諧波含量低但需要無功功率補(bǔ)償?shù)那闆r。TSC工作方式的補(bǔ)償裝置造價與FCTSR工作方式同補(bǔ)償容量裝置造價相比要低30％或更多，所以市場占有率還是很高的?；蛘呖梢赃@么說，本發(fā)明FCTSR控制電路兼容TSC工作方式的SVS產(chǎn)品。在TSC工作方式時，附圖十三之開關(guān)SW2是斷開的。若每相四路補(bǔ)償電容，則SW3和SW4均閉合。若每相三路補(bǔ)償電容，則SW3斷開但SW4閉合。因?yàn)镾W2斷開，所以四只異或門4070均工作在非倒相緩沖器狀態(tài)，故Lab，Lbc和Lca存儲內(nèi)容為Y／△轉(zhuǎn)換結(jié)果的原碼。這個工作過程即和SVS一樣，此處不再贅述。2)．補(bǔ)償系統(tǒng)工作在FCTSR的集中滯后負(fù)荷補(bǔ)償方式。例如，第一種情況是供電電壓含有明顯的諧波含量，電壓波形畸變嚴(yán)重的場合；第二種情況是負(fù)荷電流具有很大的諧波含量，如晶閘管控制的焊機(jī)，汽車廠車身焊接車間點(diǎn)焊機(jī)群；或者商廈，寫字樓，其照明燈具全部是含嚴(yán)重諧波的節(jié)能燈。對這類負(fù)荷的補(bǔ)償，SVS已經(jīng)無能為力，只能用FCTSR工作方式。但此類負(fù)荷仍屬滯后性質(zhì)的。此時，附圖十三的開關(guān)SW2是閉合的。圖十三中的64點(diǎn)信號由附圖九送過來。附圖九中開關(guān)SW5和SW6均斷開。所以64點(diǎn)電位為4．5V對4070輸入來說是H，所以附圖十三之四只4070工作在倒相器狀態(tài)。這樣，Lab，Lbc和Lca存儲的信息是Y／△轉(zhuǎn)換結(jié)果之反碼。在此種工作方式時，投切依據(jù)之所以是Y／△轉(zhuǎn)換結(jié)果的反碼的原因容以一數(shù)字例來說明。設(shè)附圖六中48點(diǎn)，52點(diǎn)和56點(diǎn)三相負(fù)荷電流檢測值依次為iu，iv和iw。數(shù)字化后存入La1，2，3為[iu]是iu的無功分量峰值，是一個四位二進(jìn)制碼，設(shè)為1101B，即十進(jìn)制13；Lb1，2，3存儲值[iv]是iv的無功分量峰值的四位二進(jìn)制碼，設(shè)為1001B，即十進(jìn)制9；Lc1，2，3存儲值[iw]是iw的無功分量峰值的四位二進(jìn)制碼，設(shè)為0101B，即十進(jìn)制5。和89104223．7一樣，Y／△轉(zhuǎn)換計(jì)算是通過附圖十三之EPROM27C256尋址查表得出的，轉(zhuǎn)換結(jié)果是[iuv]=3×[iu]×[iv]／([iu]+[iv]+[iw])=1101B[ivw]=3×[iv]×[iw]／([iu]+[iv]+[iw])=0101B[iwu]=3×[iw]×[iu]／([iu]+[iv]+[iw])=0111B計(jì)算結(jié)果表明uv線電壓上應(yīng)投入1101B即十三級補(bǔ)償電容；vw線電壓上應(yīng)投入0101B即五級補(bǔ)償電容；wu線電壓上應(yīng)投入0111B即七級補(bǔ)償電容。因?yàn)槭荈CTSR集中滯后負(fù)荷補(bǔ)償工作方式，補(bǔ)償電容是固定的，對每相四路補(bǔ)償電感，以二進(jìn)制權(quán)數(shù)設(shè)置無功容量的情況而言，△接法的固定電容，每相是1111B即十進(jìn)制15級，每相開關(guān)電感四路，第一路權(quán)數(shù)為1，第二路權(quán)數(shù)為2，第三路權(quán)數(shù)為4，第四路權(quán)數(shù)為8，總共權(quán)數(shù)為1111B即十五級。投切的是開關(guān)電感。Lab存儲的是[iuv]之反碼即0010B，即十進(jìn)制2，Lbc存儲的是[ivw]之反碼即1010B即十進(jìn)制5，Lca存儲的是[iwu]之反碼即1000B。這樣，uv線電壓上投入0010B即二級開關(guān)電感；vw線電壓上投入1010B即十級開關(guān)電感；wu線電壓上投入1000B即八級開關(guān)電感。而每個線電壓上固定電容都是1111B即十五級。所以，uv線電壓上投入凈超前無功功率是15-2=13，vw線電壓上投入的凈超前無功功率是15-10=5，而wu線電壓上投入的凈超前無功功率為15-8=7，這正是所需要的補(bǔ)償值。3)．補(bǔ)償系統(tǒng)工作在FCTSR地區(qū)調(diào)相機(jī)工作方式。此種工作方式用在3．3kV電壓等級或更高的電壓等級，例如6kV，10kV，35kV等。用在這種工作方式時，附圖十三之SW2閉合，SW3斷開，SW4閉合(每相四路開關(guān)電感)或斷開(每相三路開關(guān)電感)。附圖九之SW5和SW6均閉合。以數(shù)字例來說明Lab，bc和ca存儲內(nèi)容及投切過程。此種工作方式時，固定電容權(quán)數(shù)與開關(guān)電感路數(shù)有關(guān)。設(shè)開關(guān)電感每相四路，權(quán)數(shù)分別是1，2，4和7(不是8)，固定電容權(quán)數(shù)是7(不是8)。如果開關(guān)電感是每相三路，則權(quán)數(shù)分別是1，2和3(不是4)，固定電容權(quán)數(shù)是3(不是4)，當(dāng)然每相三路開關(guān)電感時附圖十三之SW4應(yīng)是斷開的。以數(shù)字例來說明每相四路開關(guān)電感的投切依據(jù)。分三種情況第一種情況，三相負(fù)荷均為滯后的。設(shè)Y／△轉(zhuǎn)換結(jié)果[iuv]=101B，[ivw]=001B，[iwu]=011B據(jù)表2，468點(diǎn)為H而478點(diǎn)為L。從附圖九知，64點(diǎn)為H，63點(diǎn)亦為H。63點(diǎn)信號接到附圖十二四個二輸入與門的公共輸入端，是用來封鎖這四個與門的，因?yàn)槭荋，所以四個與門解封，A／D輸出碼不被封鎖。64點(diǎn)信號接到附圖十三之四個4070異或門公共輸入端，因?yàn)槭荋，故四個異或門工作在倒相器狀態(tài)。因?yàn)镾W3是斷開的，所以異或門組成的四位二進(jìn)制碼最高位為0，后三位是Y／△轉(zhuǎn)換結(jié)果之反碼。這樣Lab存儲信息是0010B，Lbc是0110B，Lca是0100B，投入的開關(guān)電感分別是二級，六級和四級。因?yàn)楣潭娙菔瞧呒墸酝度氲难a(bǔ)償凈超前無功功率依次是五級，一級和三級，這正是需要的。第二種情況，三相負(fù)荷均為超前。仍設(shè)Y／△轉(zhuǎn)換結(jié)果如第一種情況一樣。要說明的一點(diǎn)是，雖然數(shù)值相同，但性質(zhì)相反，表示負(fù)荷電流是超前的，補(bǔ)償系統(tǒng)應(yīng)投入相應(yīng)的滯后無功功率來補(bǔ)償負(fù)荷。據(jù)表2知，三相均為超前負(fù)荷時，468點(diǎn)為L，478點(diǎn)為H。這樣，64點(diǎn)為L，63點(diǎn)仍為H。A／D輸出不被封鎖。附圖十三之四個異或門工作在非倒相緩沖器狀態(tài)。因?yàn)镾W3是斷開的，故四異或門輸出組成的四位二進(jìn)制碼最高位總是H，后三位是Y／△轉(zhuǎn)換結(jié)果原碼。在上述數(shù)據(jù)例時，Lab存儲信息為1101B，Lbc為1001B而Lca為1011B。最高位是投入權(quán)數(shù)7開關(guān)電感的，因其權(quán)數(shù)與固定電容相等，所以各相投入凈滯后無功功率依次是101B，001B和011B正好符合需要。第三種情況，負(fù)荷電流有超前亦有滯后的。作為地區(qū)調(diào)相機(jī)來說，這種情況發(fā)生在晚間向深夜過渡和拂曉向早晨過渡的時區(qū)。晚間向深夜過渡時，用戶負(fù)荷逐漸減小，但某些用戶手投補(bǔ)償裝置未必拉閘，所以造成地區(qū)網(wǎng)上逐漸表現(xiàn)為容性，即地區(qū)網(wǎng)逐漸自滯后向超前過渡。拂曉向早晨過渡時，用戶滯后負(fù)荷逐漸增加，地區(qū)網(wǎng)自超前向滯后過渡。在這種特別時區(qū)中網(wǎng)上無功功率絕對值很小，無需補(bǔ)償系統(tǒng)干預(yù)。從本文表2可知附圖九之468點(diǎn)和478點(diǎn)均為L。附圖十二A／D輸出為0000B。附圖十三之27C256輸出亦為0000B。因?yàn)?4點(diǎn)為L，故附圖十三之四只異或門工作在非倒相緩沖器狀態(tài)。由于SW3斷開，故異或門輸出之四位二進(jìn)制碼最高位是1，其它三位均為0。所以，Lab，Lbc和Lca存儲信息均為1000B。這就是說，各相只有權(quán)數(shù)為7的開關(guān)電感投入，與權(quán)數(shù)為7的固定電容無功功率抵銷。補(bǔ)償系統(tǒng)對負(fù)荷沒有補(bǔ)償作用。順便說一句，F(xiàn)CTSR工作在這一狀態(tài)時是沒有諧波產(chǎn)生的。而若是FCTCR工作在此狀態(tài)，據(jù)表1，會向供電網(wǎng)提供固定電容額定電流30％的諧波電流污染電網(wǎng)!說明一點(diǎn)，控制電路中有五個撥動開關(guān)SW2～6和一個選擇開關(guān)SW1須針對用戶的補(bǔ)償工作方式預(yù)先設(shè)定好。用戶處的補(bǔ)償工作方式因其負(fù)荷性質(zhì)，供電電壓質(zhì)量相對固定，一旦補(bǔ)償工作方式確定，是不會改變的。以上各開關(guān)可以在控制電路中設(shè)硬件來實(shí)現(xiàn)，也可以籍助于補(bǔ)償裝置的可編程控制器編程實(shí)現(xiàn)。3．3．投切顯示。根據(jù)第2)節(jié)投切依據(jù)中所述的該方案的三種工作方式1)．TSC工作方式2)．FCTSR集中滯后負(fù)荷工作方式3)．FCTSR地區(qū)調(diào)相機(jī)工作方式最好是給運(yùn)行人員提供直觀的顯示信息。對第1)和2)兩種工作方式最好是提供投入的“補(bǔ)償電容”級數(shù)，即固定電容提供的超前無功功率與投入的開關(guān)電感的滯后無功功率之差的信息。而對第3)種工作方式，在負(fù)荷為滯后時最好是提供投入的“補(bǔ)償電容”級數(shù)信息，在負(fù)荷是超前時提供投入的“補(bǔ)償電感”的信息。在補(bǔ)償系統(tǒng)不對外提供補(bǔ)償時也應(yīng)有相應(yīng)的顯示，以免給運(yùn)行人員造成錯覺以為補(bǔ)償系統(tǒng)有故障拒絕運(yùn)行。本發(fā)明的顯示部分就是根據(jù)上述要求設(shè)計(jì)的。附圖十四是本發(fā)明的顯示部分。顯示信息來自于附圖九的Lab，bc和ca的輸出65～68，69～72，73～76共三個四位二進(jìn)制碼?？刂菩盘?8來自于附圖九的SW2的一端，這個信號用來控制異或非門5-1～4，6-1～4和7-1～4的工作狀態(tài)。左排十二個綠色LED由相應(yīng)的可控輸出的或非門4502驅(qū)動，顯示“補(bǔ)償電容”的級數(shù)。右排九個紅色LED由相應(yīng)的4502控制顯示“補(bǔ)償電感”的級數(shù)。下面分別敘述補(bǔ)償裝置三種工作方式的顯示信息。1)．TSC工作方式因?yàn)楦綀D九之SW5，6均斷開的，所以63點(diǎn)和64點(diǎn)均為H，故二十一個4502門控制端均為L，輸出均由輸入決定。因?yàn)?-2～4，3-6，4-1～2，4-4～6九個4502門的公共輸入端信號64為H，故這九個門輸出均為L，九個紅色LED均不亮。而左邊十二只4502門公共輸入均為L，所以其輸出取決于另一個輸入信號。因?yàn)镾W2斷開，78點(diǎn)為L，故十二只異或非門均工作在倒相器狀態(tài)。Lab，bc和ca存儲的是Y／△轉(zhuǎn)換結(jié)果之原碼，附圖十四中之十二只異或非門均輸出反碼，相應(yīng)4502門輸出為Y／△轉(zhuǎn)換結(jié)果之原碼。綠色LED顯示的是投入的“補(bǔ)償電容”的級數(shù)之二進(jìn)制碼。這一點(diǎn)與89104223．7支持的SVS控制顯示一樣，是兼容的。2)．FCTSR集中滯后負(fù)荷工作方式因?yàn)镾W2閉合，故78點(diǎn)信號為H，附圖十中十二個異或非門工作在非倒相緩沖器狀態(tài)。所以異或非門輸出為Lab，bc和ca存儲信息之原碼即Y／△轉(zhuǎn)換結(jié)果之反碼，綠色LED顯示的是Y／△轉(zhuǎn)換結(jié)果之原碼，即投入“補(bǔ)償電容”的級數(shù)。3)．FCTSR地區(qū)調(diào)相機(jī)工作方式。此時SW2，5，6均閉合。若每相四路開關(guān)電感則SW3斷開，SW4閉合，若每相三路開關(guān)電感則SW3，4均斷開。下面以每相四路開關(guān)電感為例來說明。第一種情況，負(fù)荷為滯后的，63和64均為H。64點(diǎn)之H封鎖附圖十四右邊九只4502門，故紅LED均不亮。78點(diǎn)信號同63點(diǎn)為H，故附圖十四之十二只4077門均工作在非倒相緩沖器狀態(tài)。Lab，Lbc和Lca存儲信息為Y／△轉(zhuǎn)換結(jié)果之反碼，故十二只4077輸出為Y／△轉(zhuǎn)換結(jié)果之反碼。相應(yīng)的4502輸出為Y／△轉(zhuǎn)換結(jié)果之原碼，綠LED顯示亦然，即顯示的是各相投入之“補(bǔ)償電容”的級數(shù)。第二種情況，負(fù)荷為超前的。63為H，64點(diǎn)為L。附圖十四左邊十二只4502被公共輸入信號封鎖，所有綠LED均不亮。右邊九只4502公共輸入端為L，其輸出取決于另一個輸入即異或非門4077之輸出。因?yàn)?4為L故附圖十三中四只異或門4070工作在非倒相緩沖器狀態(tài)。所以Lab，bc和ca三個存儲器存儲信息的最高位均為1，其它三位是Y／△轉(zhuǎn)換結(jié)果之原碼。存儲信息最高位1使能(enable)權(quán)數(shù)為7的開關(guān)電感，使其滯后無功功率與固定電容超前無功功率抵銷。低三位使能之開關(guān)電感均為投入之滯后無功功率正好補(bǔ)償負(fù)荷的超前無功功率。附圖十四右邊九個4502門只接受相應(yīng)寄存器低三位二進(jìn)制碼信息。因?yàn)?8點(diǎn)即64點(diǎn)信號為L，故異或非門4077工作在倒相器狀態(tài)。這樣，紅色LED顯示的是三存儲器存儲低三位二進(jìn)制碼，即投入的“補(bǔ)償電感”的級數(shù)(不顯示權(quán)數(shù)為7的開關(guān)電感投入，因?yàn)樗怯脕淼咒N權(quán)數(shù)亦為7的固定電容的)。第三種情況，三相負(fù)荷有的超前，有的滯后。此時，63和64兩點(diǎn)均為L，附圖十四所有4502門均被控制端封鎖，輸出高阻態(tài)。故所有紅，綠LED均不亮。但因63為L，所以黃色LED亮。這個信號提示運(yùn)行人員，補(bǔ)償系統(tǒng)無故障，只是該工況下無補(bǔ)償行為。順便說一句，無補(bǔ)償行為是在權(quán)數(shù)為7的開關(guān)電感投入時實(shí)現(xiàn)的。顯示信息如上述設(shè)計(jì)，使運(yùn)行人員一目了然補(bǔ)償系統(tǒng)此時到底投入多少補(bǔ)償容量，是超前的還是滯后的抑或無補(bǔ)償行為。3．4．投切功放。3．2所述的投切依據(jù)信號實(shí)質(zhì)是投切功放級的使能(enable)信號。投切功放示例如附圖十五。每套補(bǔ)償裝置有三套同樣的投切功放級。附圖十五只畫出了一套投切功放級。為清楚起見，圖中用了三種標(biāo)注體系分別標(biāo)示三套功放級?！饦?biāo)注體系是對應(yīng)于UV相的，□標(biāo)注體系是對應(yīng)于VW相的，◇標(biāo)注體系是對應(yīng)于WU相的。只有輸出光隔外接電源100為正，181為負(fù)是公共的，圖中只在○標(biāo)注體系中注出，未用□和◇重復(fù)標(biāo)注?？梢钥闯觯刻淄肚泄Ψ偶売砂藗€相同的單元組成。不言而喻，這相應(yīng)于每相N=4。如果N=3，每套只有六個單元組成。一般地說，每相N支路，應(yīng)有2N個單元組成該套投切功放級。每個單元由一個D觸發(fā)器4013，一個雙輸入與非門4011一個光隔例如2GO3DIC組成。4013的D輸入(5)端或(9)端即觸發(fā)依據(jù)或稱使能信號來自于附圖十三之鎖存器Lab，bc和ca。4013的時鐘信號(3)端或(11)端來自附圖五。以UV相開關(guān)電感Lo為例來說明觸發(fā)機(jī)制。相應(yīng)的無觸點(diǎn)開關(guān)自附圖三可知由晶閘管T10和T30反并聯(lián)組成。相應(yīng)的投切功放組是附圖十五左下和右下兩個單元配上○標(biāo)注體系。附圖十六是該無觸點(diǎn)開關(guān)觸發(fā)電路詳情。附圖十七是相應(yīng)的波形圖。假定在附圖十七之t=0時刻，相電壓u自負(fù)變正過零時刻Lab鎖存的最低位碼(68點(diǎn))為1，則附圖十六之D觸發(fā)器D101和D103之D輸入端為H。D101時鐘信號20前沿時刻t1觸發(fā)D101使(13)腳變H，光隔在t1時刻導(dǎo)通，101點(diǎn)與181點(diǎn)之脈沖電壓加到附圖十六之脈沖變壓器PTF10之初級，從而晶閘管T10觸發(fā)導(dǎo)通。因?yàn)槊}沖前沿時刻是線電壓uv之正峰值時刻，所以電感Lo之電流如附圖十七所示是自零開始的正弦波，沒有過渡過程。觸發(fā)脈沖101寬度為半個電網(wǎng)周波。假定在相電壓u自正向負(fù)過渡的過零時刻t2，68點(diǎn)仍然為H，即D觸發(fā)器D103之D輸入為H，在(11)腳時鐘信號21前沿時刻t3時，D103之Q輸出(13)腳變H，相應(yīng)的光隔導(dǎo)通，觸發(fā)脈沖103通過脈沖變壓器PTF30觸發(fā)晶閘管T30導(dǎo)通，Lo電流延續(xù)至負(fù)半周。假定在相電壓u下一個自負(fù)向正過渡的過零點(diǎn)t4，68點(diǎn)自1變成0，則D101之D輸入是零，在t5時刻時鐘20前沿出現(xiàn)時，其Q輸(13)腳為L，故相應(yīng)光隔不導(dǎo)通，T10沒有觸發(fā)脈沖，故Lo電流自負(fù)半周過渡到0以后維持零值。自上面敘述，顯然可見，控制器每半個電網(wǎng)周波調(diào)節(jié)一次開關(guān)電感投入值，響應(yīng)速度是半個電網(wǎng)周波。晶閘管觸發(fā)脈沖寬度為半個電網(wǎng)周波是考慮到FCTSR補(bǔ)償裝置的TSC工作方式，即無觸點(diǎn)開關(guān)直接投切補(bǔ)償電容的工作方式。附圖十八是TSC工作方式無觸點(diǎn)開關(guān)SWo的觸發(fā)電路。補(bǔ)償電路主回路如附圖一所示。附圖十九是TSC工作方式時uv相SWo觸發(fā)投切和Co電流波形圖。在TSC工作方式時無觸點(diǎn)開關(guān)由一只電力電子二極管和一只晶閘管反并聯(lián)組成。電力電子二極管用來把電容電壓偏置在正峰值(也可以是反峰值)。當(dāng)需要投入該級補(bǔ)償電容時，例如附圖十九所示，t=0時68點(diǎn)由L→H，t=t1時，時鐘脈沖前沿觸發(fā)D101使其Q變H，光隔通，通過附圖十八之脈沖變壓器PTFo觸發(fā)To接通電容Co，Co兩端電壓變化及Co之電流波形如圖十九所示，是正弦波。To導(dǎo)通半個電網(wǎng)周波結(jié)束時，Co電流負(fù)半周過零。此后，Do導(dǎo)通半個電網(wǎng)周波，重新把Co偏置至線電壓uv之正峰值。因?yàn)閠4時刻68點(diǎn)由H→L，故t5時刻D101之Q為L，無觸發(fā)脈沖。這樣Co被偏置在線電壓uv正峰值等待下一周波可能的觸發(fā)投切。從上述說明可見，無觸點(diǎn)開關(guān)每一個電網(wǎng)周波調(diào)整一次投切，不像開關(guān)電感那樣每半個電網(wǎng)周波調(diào)整一次投切，雖然信號采集和處理的速率不變，不過TSC工作方式時投切依據(jù)即Lab，bc和ca每更新兩次被利用一次，另一次是不被利用的，因?yàn)槟窍鄳?yīng)于電力電子二極管導(dǎo)通時區(qū)，這個時區(qū)是不控的。自上述說明可以看出，在TSC工作方式時，控制器投切功效部分，即附圖十五的右半部份是不須出線的。兩點(diǎn)說明。第一，當(dāng)裝置容量比較大時，選用作無觸點(diǎn)開關(guān)的晶閘管額定電流比較大，需要的觸發(fā)功率比較大，在控制器投切功放光隔與脈沖變壓器間須加上功率放大級以便可靠觸發(fā)晶閘管。第二，當(dāng)補(bǔ)償裝置用在高的電壓等級，例如10kV，35kV時，無觸點(diǎn)開關(guān)是兩串同型號規(guī)格紅外觸發(fā)晶閘管(cachethyristor)反并聯(lián)。由于紅外光觸發(fā)部分和晶閘管主體可靠的電壓隔離，只要把同一串晶閘管觸發(fā)輸入串聯(lián)作為一個觸發(fā)輸入，由控制器投切功放輸出，例如101和181，經(jīng)外加功率放大級功放后觸發(fā)，反并聯(lián)的另一串晶閘管觸發(fā)輸入串聯(lián)由103和181，經(jīng)外加功率放大級功放后觸發(fā)，其觸發(fā)投切原理就和低壓時無區(qū)別了。4．計(jì)算機(jī)模擬實(shí)例這是一個水泥制管廠螺旋鋼筋骨架焊接車間的應(yīng)用FCTSR集中滯后負(fù)荷補(bǔ)償實(shí)例。供電變壓器800kVA，10kV／0．4kV，共接有五臺焊機(jī)。焊機(jī)均單相的，初級380V進(jìn)線，次級用兩只晶閘管反并聯(lián)移相觸發(fā)控制，移相角在α=90°即電壓峰值附近，移相依據(jù)是焊接電流恒定。這個實(shí)例是非常典型的不對稱負(fù)荷，含有豐富的諧波電流。五臺焊機(jī)的容量是，兩臺150kVA，三臺50kVA。未加補(bǔ)償前，用示波器觀察，電壓波形有尖峰也有凹陷，并且是隨機(jī)的，因?yàn)槲迮_焊機(jī)的工作狀況是隨機(jī)的，五臺焊機(jī)工作互不相干。因?yàn)殡妷翰ㄐ位兲蠊蔜SC工作方式的SVS裝置已無法勝任補(bǔ)償任務(wù)，即將裝設(shè)的一臺FCTSR-△U-0．4-252用PSPICE模擬得知，不僅補(bǔ)償精度滿意而且注入電網(wǎng)的諧波電流也抑制到GB／T-14549-93允許范圍，電壓畸變低于GB／T-14549-93規(guī)定的5％以下。模擬程序中使用的符號注解如下V(3)V相相電壓，標(biāo)稱值220V(rms)；I(vou)供電變壓器U線電流；I(viu)負(fù)荷U線電流；V(3，13)UV線電壓，標(biāo)稱值380V(rms)；V(13)V相相電壓，標(biāo)稱值220V(rms)；I(vov)供電變壓器V線電流；I(viv)負(fù)荷V線電流；V(13，23)VW線電壓，標(biāo)稱值380V(rms)；V(23)W相相電壓，標(biāo)稱值220V(rms)；I(vow)供電變壓器W線電流；I(viw)負(fù)荷W線電流；V(23，3)WU線電壓，標(biāo)稱值380V(rms)。結(jié)果文件f9904235．out中列出上述十二個運(yùn)行參數(shù)的Fourier分析表格第三項(xiàng)“FourierComponent”所列數(shù)據(jù)均為相應(yīng)頻率分量的峰值，有效值是峰值的0．707倍。為醒目超見，結(jié)果文件中補(bǔ)償系統(tǒng)各器件，諸如開關(guān)電感，各次L-C串聯(lián)濾波器電感電容的運(yùn)行參數(shù)電壓和電流的Fourier分析表格均略去。文件最后是補(bǔ)償效果及濾波效果的指標(biāo)，是根據(jù)上述十二個運(yùn)行參數(shù)計(jì)算出來的，冠以EVALUAT1ON的標(biāo)題。從計(jì)算出來的指標(biāo)看，補(bǔ)償系統(tǒng)接網(wǎng)點(diǎn)3，13和23點(diǎn)的相電壓畸變均小于GB／T-14549-93規(guī)定的5％的指標(biāo)，補(bǔ)償效果使三相功率因數(shù)不小于99％，各相功率因數(shù)最小是0．9842。從結(jié)果文件線電壓V(3，13)，V(13，23)和V(23，3)看，其畸變亦小于5％。為對照超見，把系統(tǒng)無補(bǔ)償裝置運(yùn)行的情況模擬，的結(jié)果文件(文件名f9904290．out)和用SVS補(bǔ)償裝置的運(yùn)行情況模擬的結(jié)果文件(文件名f9904291．out)一并附上。從f9904290．out可見，電壓畸變達(dá)7％是超過國標(biāo)GB／T-14549-93的規(guī)定的，且自然功率因數(shù)只有0．7293，是必須補(bǔ)償?shù)?。采用SVS補(bǔ)償裝置后，自f9904291．out可知，基波功率因數(shù)確實(shí)補(bǔ)償?shù)搅?．99以上。遺憾的是，向電網(wǎng)排放的諧波嚴(yán)重超標(biāo)電壓畸變高達(dá)15％超過規(guī)定兩倍以上。向電網(wǎng)排放的諧波電流竟比自電網(wǎng)吸取的基波電流還大!對照該文件的I(vou)，I(vov)和I(vow)的Fourier分析可以發(fā)現(xiàn)，五次諧波和七次諧波電流分量比負(fù)荷同次諧波高。尤其五次諧波電流竟是負(fù)荷五次諧波電流的四倍!這是因?yàn)檠a(bǔ)償電容和供電變壓器繞組漏抗組成的L-C并聯(lián)諧振固有振蕩頻率就在250Hz左右所致。對于這類特定的負(fù)荷，若采用SVS補(bǔ)償裝置是很不相宜的，而且SVS裝置本身運(yùn)行的可靠性受到嚴(yán)重的威協(xié)。順便說一句，SVS裝置無濾波能力，不可能把SVS裝置的補(bǔ)償電容像FCTSR那樣做成L-C串聯(lián)濾波器。若是那樣將出現(xiàn)災(zāi)難性的結(jié)果，因?yàn)檠a(bǔ)償電容投入量每電網(wǎng)周波調(diào)整一次，將使串聯(lián)濾波器一直處于過渡過程中，其暫態(tài)電流不僅不會縮小向電網(wǎng)排放的諧波，而是相反。權(quán)利要求1.一種晶閘管無觸點(diǎn)開關(guān)無功功率補(bǔ)償裝置，由晶閘管無觸點(diǎn)開關(guān)元件，無觸點(diǎn)開關(guān)元件投切的無功功率補(bǔ)償元件和控制電路組成，其特征在于具有由電感和電容構(gòu)成K次諧波的L-C串聯(lián)濾波器并且無觸點(diǎn)開關(guān)投切按二進(jìn)制權(quán)數(shù)設(shè)定元件無功功率容量的開關(guān)電感，每相N支路開關(guān)電感的無功功率容量按1，2，4，8…2N-1設(shè)置；每相由L-C串聯(lián)濾波器若干組并聯(lián)，視負(fù)載諧波電流頻率分布而定，如二次，三次，五次，七次等；L-C串聯(lián)濾波器的容量權(quán)數(shù)應(yīng)為2N-1，可提供權(quán)數(shù)自0開始，1，2至2N-1共2N個算術(shù)數(shù)列的補(bǔ)償?shù)燃墸谎a(bǔ)償裝置分辯率為二分之一個權(quán)數(shù)；每相支路數(shù)N的確定依據(jù)英國對電網(wǎng)閃爍的scvd標(biāo)準(zhǔn)，即未被補(bǔ)償?shù)氖Ｓ酂o功功率應(yīng)小于至多等于補(bǔ)償裝置接網(wǎng)點(diǎn)短路容量Sac的的百分之二；即補(bǔ)償裝置的分辯率二分之一個權(quán)數(shù)(三相)應(yīng)小于至多等于Sac的百分之二。2.一種如權(quán)利要求1所述的晶閘管無觸點(diǎn)開關(guān)無功功率補(bǔ)償裝置，其特征在于當(dāng)用作地區(qū)調(diào)相機(jī)時，開關(guān)電感無功功率容量的權(quán)數(shù)分別是1，2…2N-1-1，所有L-C串聯(lián)濾波器在電網(wǎng)頻率等值電容無功功率容量權(quán)數(shù)為2N-1-1。3.一種如權(quán)利要求1或2所述的晶閘管無觸點(diǎn)開關(guān)無功功率補(bǔ)償裝置，其特征在于具有Y／△轉(zhuǎn)換運(yùn)算功能的電子線路控制器，由時鐘發(fā)生器、信號采集和處理、投切顯示和功放輸出幾部分組成；時鐘發(fā)生器采用異或門電路，使優(yōu)先編碼器4532前級多路頻率為2K倍電網(wǎng)頻率，其中K為電網(wǎng)的相數(shù)；對三相系統(tǒng)K=3；多路開關(guān)工作頻率是6倍電網(wǎng)頻率；信號采集和處理電路由信號采集和濾波、多路電子開關(guān)、A／D轉(zhuǎn)換、Y／△轉(zhuǎn)換、負(fù)荷電流性質(zhì)識別電路、投切依據(jù)形成電路組成；所述信號采集和濾波電路由五個運(yùn)算放大器，一個比較器和一個電子開關(guān)配上相應(yīng)的電阻電容組成的有源濾波器，把采集到的電流信號轉(zhuǎn)化成基波絕對值信號供A／D轉(zhuǎn)換；所述的多略電子開關(guān)路數(shù)K和電網(wǎng)相數(shù)一致，由所述的時鐘發(fā)生器控制多路開關(guān)以2K倍電網(wǎng)頻率切換A／D的路數(shù)，使每相每半個電網(wǎng)周渡進(jìn)行一次A／D轉(zhuǎn)換，一次Y／△轉(zhuǎn)換；所述的Y／△轉(zhuǎn)換由具有選片功能的寄存器，預(yù)先輸入Y／△轉(zhuǎn)換運(yùn)算查表的EPROM組成；所述的負(fù)荷電流性質(zhì)識別電路由2K個D觸發(fā)器(如果電網(wǎng)為K相)和2K個輸入的與非門，或非門各一個組成，同時用兩個邏輯電平的組合反映K相負(fù)荷電流相對于K相電壓是滯后，超前抑或既有滯后亦有超前；所述的投切依據(jù)形成電路是由受負(fù)荷電流性質(zhì)識別電路控制的異或門編碼電路組成；所述的投切顯示電路是由十二個異或門和二十一個三態(tài)二輸入或非門的編碼電路和顯示LED驅(qū)動電路組成。4.一種如權(quán)利要求1所述的晶閘管無觸點(diǎn)開關(guān)無功功率補(bǔ)償裝置，其特征在于所述的無觸點(diǎn)開關(guān)可以是兩只同型號規(guī)格的晶閘管反并聯(lián)，也可以是一只雙向晶閘管或是兩串相同的晶閘管反并聯(lián)，每串由若干個同型號規(guī)格的晶閘管組成。全文摘要本發(fā)明屬于一種無觸點(diǎn)開關(guān)無功功率補(bǔ)償裝置,由電感和電容構(gòu)成K次諧波的L－C串聯(lián)濾波器和由相同規(guī)格晶閘管反并聯(lián)構(gòu)成的開關(guān)電感和電子線路控制電路組成,其特征在于:其無觸點(diǎn)開關(guān)投切按二進(jìn)制權(quán)數(shù)設(shè)定元件無功功率容量的開關(guān)電感,每相N支路開關(guān)電感的無功功率容量按1,2,4,8…文檔編號H02J3/18GK1281280SQ9910978公開日2001年1月24日申請日期1999年7月15日優(yōu)先權(quán)日1999年7月15日發(fā)明者裴迪生,裴厚生申請人:裴迪生,裴厚生