專利名稱：基于磁控電抗器的無(wú)功補(bǔ)償裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于磁控電抗器的無(wú)功補(bǔ)償裝置。
背景技術(shù)：
我國(guó)電網(wǎng)的建設(shè)和運(yùn)行一直存在著無(wú)功補(bǔ)償容量不足和配備不合理的現(xiàn)象，這種狀況容易造成系統(tǒng)電壓波動(dòng)和降低電氣設(shè)備的使用壽命。傳統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償裝置的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，穩(wěn)定性差，難以滿足電力系統(tǒng)發(fā)展的要求，因此亟待改進(jìn)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于磁控電抗器的無(wú)功補(bǔ)償裝置，本無(wú)功補(bǔ)償裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快且動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性好，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用了以下技術(shù)方案:一種基于磁控電抗器的無(wú)功補(bǔ)償裝置，本裝置包括分別與母線電連接的控制單元、磁控電抗器、補(bǔ)償電容單元，且所述控制單元與磁控電抗器為電信號(hào)連接。同時(shí)，本實(shí)用新型還可以通過以下技術(shù)措施得以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn):優(yōu)選的，所述控制單元包括電壓電流采樣模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊、運(yùn)算處理器、勵(lì)磁變流器、保護(hù)反饋驅(qū)動(dòng)模塊和接口模塊構(gòu)成；所述電壓電流采樣模塊與母線電連接，且所述電壓電流采樣模塊的信號(hào)輸出端與AD轉(zhuǎn)換模塊的信號(hào)輸入端相連，AD轉(zhuǎn)換模塊的信號(hào)輸出端與運(yùn)算處理器的信號(hào)輸入端相連，運(yùn)算處理器與所述保護(hù)反饋驅(qū)動(dòng)模塊和接口模塊均為雙向通信連接，所述運(yùn)算處理器的信號(hào)輸出端通過光纖與勵(lì)磁變流器的信號(hào)輸入端相連，所述勵(lì)磁變流器的信號(hào)輸出端與所述磁控電抗器之間為電信號(hào)連接。優(yōu)選的，所述補(bǔ)償電容單元包括濾波電抗器和補(bǔ)償電容器，所述濾波電抗器的一端與母線相連的濾波電抗器，濾波電抗器的另一端與補(bǔ)償電容器串聯(lián)。進(jìn)一步的，所述運(yùn)算處理器為基于DSP的不完全微分PID控制器，所述不完全微分PID控制器包括比例環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)和微分環(huán)節(jié)，所述微分環(huán)節(jié)中設(shè)置有對(duì)微分作用后的信號(hào)進(jìn)行處理的低通濾波器；所述不完全微分PID控制器還設(shè)置有對(duì)比例環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)和微分環(huán)節(jié)處理后的信號(hào)進(jìn)行疊加的信號(hào)疊加環(huán)節(jié)。優(yōu)選的，所述電壓電流采樣模塊由電壓互感器和電流互感器構(gòu)成；所述AD轉(zhuǎn)換模塊為14位MAX128AD芯片，所述運(yùn)算處理器為TMS320F2812DSP芯片。進(jìn)一步的，所述電壓互感器和電流互感器均為型號(hào)為H0P205的霍爾傳感器。本實(shí)用新型的有益效果在于:I)、本實(shí)用新型中的磁控電抗器工作可靠性高，體積小，從而降低了故障率，減少了用地面積。2)、本實(shí)用新型中的運(yùn)算處理器為基于DSP的不完全微分PID控制器，所述不完全微分PID控制器中的微分環(huán)節(jié)中設(shè)置有對(duì)微分作用后的信號(hào)進(jìn)行處理的低通濾波器，從而可以對(duì)微分環(huán)節(jié)輸出的信號(hào)進(jìn)行光滑處理，防止了高頻擾動(dòng)，從而大大改善了本裝置的動(dòng)態(tài)特性，加快了動(dòng)作響應(yīng)速度，減少了調(diào)節(jié)時(shí)間，并實(shí)現(xiàn)了超前控制誤差的目的。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是控制單元的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是不完全微分PID控制器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是A相電抗器繞組勵(lì)磁驅(qū)動(dòng)的電路原理圖。圖中標(biāo)記的含義如下:10—控制單元 11 一電壓電流采樣模塊 12—AD轉(zhuǎn)換模塊13—運(yùn)算處理器 14 一勵(lì)磁變流器 15—保護(hù)反饋驅(qū)動(dòng)模塊16—接口模塊 20—磁控電抗器 30—濾波電抗器40—補(bǔ)償電容器 50—母線
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明:如圖1所示，一種基于磁控電抗器的無(wú)功補(bǔ)償裝置，本裝置包括分別與母線50電連接的控制單元10、磁控電抗器20、補(bǔ)償電容單元，且所述控制單元10與磁控電抗器20為電信號(hào)連接。圖4為A相電抗器繞組勵(lì)磁驅(qū)動(dòng)的原理圖，其實(shí)是一種全波整流電路。K1、Dl構(gòu)成晶閘管Tl正弦上半波電壓；K2、Dl構(gòu)成晶閘管Τ2正弦下半波電壓，D是續(xù)流二極管，晶閘管導(dǎo)通是由光纖接收控制單元10的導(dǎo)通角觸發(fā)脈沖來(lái)觸發(fā)導(dǎo)通的，晶閘管的導(dǎo)通角越大勵(lì)磁變流器14輸出的電流就越大，磁控電抗器20的輸出量就越大，提供給IOKV母線的無(wú)功就越大；反之，導(dǎo)通角越小提供給IOKV母線的無(wú)功就越小。該部分主要實(shí)現(xiàn)自勵(lì)磁式磁閥電抗器的取電、整流、勵(lì)磁。優(yōu)選的，如圖2所示，所述控制單元10包括電壓電流采樣模塊11、AD轉(zhuǎn)換模塊12、運(yùn)算處理器13、勵(lì)磁變流器14、保護(hù)反饋驅(qū)動(dòng)模塊15和接口模塊16構(gòu)成；所述電壓電流采樣模塊11與母線50電連接，且所述電壓電流采樣模塊11的信號(hào)輸出端與AD轉(zhuǎn)換模塊12的信號(hào)輸入端相連，AD轉(zhuǎn)換模塊12的信號(hào)輸出端與運(yùn)算處理器13的信號(hào)輸入端相連，運(yùn)算處理器13與所述保護(hù)反饋驅(qū)動(dòng)模塊15和接口模塊16均為雙向通信連接，所述運(yùn)算處理器13的信號(hào)輸出端通過光纖與勵(lì)磁變流器14的信號(hào)輸入端相連，所述勵(lì)磁變流器14的信號(hào)輸出端與所述磁控電抗器20之間為電信號(hào)連接。圖2中所示的電壓電流采樣模塊11主要由電流互感器和電壓互感器組成采樣電路，電壓互感器和電流互感器均采用北京霍遠(yuǎn)科技有限公司的型號(hào)為Η0Ρ205的霍爾傳感器，電壓互感器和電流互感器的作用是將電網(wǎng)母線50上的電壓電流采集到AD轉(zhuǎn)換模塊12。所述AD轉(zhuǎn)換模塊使用MAXim公司的14位MAX128AD芯片，該芯片把采集到的電壓電流量轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)量再傳送給運(yùn)算處理器13也即DSP處理。所述DSP采用的是TI公司的TMS320F2812DSP芯片，該DSP具有浮點(diǎn)運(yùn)算，150ΜΗΖ的時(shí)鐘，把數(shù)據(jù)運(yùn)算處理后，通過不完全微分PID算法控制輸出導(dǎo)通角脈沖并通過光纖耦合到勵(lì)磁變流器14的晶閘管上，從而完成整個(gè)系統(tǒng)的控制。保護(hù)反饋驅(qū)動(dòng)模塊15監(jiān)測(cè)主電源系統(tǒng)的電路狀態(tài)，主要包含過流保護(hù)，過壓保護(hù)，超溫保護(hù)，控制器保留這三種保護(hù)的輸入輸出節(jié)點(diǎn)，一旦出現(xiàn)保護(hù)，控制器的輸入節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)信號(hào)，對(duì)應(yīng)的輸出節(jié)點(diǎn)輸出保護(hù)信號(hào)。所述接口模塊16即HMI模塊主要是菜單顯示和鍵盤輸入，起到人機(jī)交互的作用。優(yōu)選的，如圖1所示，所述補(bǔ)償電容單元包括濾波電抗器30和補(bǔ)償電容器40，所述濾波電抗器30的一端與母線50相連的濾波電抗器30，濾波電抗器30的另一端與補(bǔ)償電容器40串聯(lián)。進(jìn)一步的，如圖3所示，所述運(yùn)算處理器13為基于DSP的不完全微分PID控制器，所述不完全微分PID控制器包括比例環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)和微分環(huán)節(jié)，所述微分環(huán)節(jié)中設(shè)置有對(duì)微分作用后的信號(hào)進(jìn)行處理的低通濾波器；所述不完全微分PID控制器還設(shè)置有對(duì)比例環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)和微分環(huán)節(jié)處理后的信號(hào)進(jìn)行疊加的信號(hào)疊加環(huán)節(jié)。具體的不完全微分PID控制算法實(shí)現(xiàn)方法是:以無(wú)功電流Rs為參考對(duì)象，以采樣得到的實(shí)際無(wú)功電流Fs為反饋輸入，兩路信號(hào)比較的誤差信號(hào)Es為PID輸入，誤差信號(hào)Es經(jīng)過比例Kp、積分K1、微分Kd、低通濾波器LPC處理混合后輸出控制量控制電抗器模型對(duì)象。當(dāng)反饋輸入Fs與參考信號(hào)Rs相等時(shí)，輸出的誤差信號(hào)Es為零，電抗器對(duì)象模型輸出量就沒有變化，說明系統(tǒng)穩(wěn)定。如果反饋信號(hào)Fs與參考信號(hào)Rs不相等時(shí)，輸出的誤差信號(hào)Es就不為零，說明系統(tǒng)不穩(wěn)定，電抗器對(duì)象模型輸出量就會(huì)有變化，輸出量一直變化到誤差信號(hào)Es為零才停止變化。其中的Kp、K1、Kd、LPC對(duì)象參數(shù)都是定值在程序初始化時(shí)自整定設(shè)定。本實(shí)用新型中的控制單元10通過IOKV母線上的電流電壓采樣，經(jīng)過不完全微分PID控制器輸出勵(lì)磁變流器的導(dǎo)通角脈沖，經(jīng)過光纖傳輸給勵(lì)磁變流器14從而控制磁控電抗器20的無(wú)功輸出量，從而達(dá)到調(diào)節(jié)IOkv母線無(wú)功功率的目的。所述補(bǔ)償電容單元的作用是為IOKV母線提供容性無(wú)功。本實(shí)用新型采用不完全微分PID控制器控制信號(hào)的輸出，可以補(bǔ)償磁性電抗器滯后特性，提高無(wú)功補(bǔ)償裝置的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間，并提高無(wú)功補(bǔ)償裝置工作的穩(wěn)定性。以上所述的實(shí)施例僅僅是對(duì)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本實(shí)用新型的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本實(shí)用新型設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案作出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本實(shí)用新型權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種基于磁控電抗器的無(wú)功補(bǔ)償裝置，其特征在于:本裝置包括分別與母線(50)電連接的控制單元(10)、磁控電抗器(20)、補(bǔ)償電容單元，且所述控制單元(10)與磁控電抗器(20)為電信號(hào)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于磁控電抗器的無(wú)功補(bǔ)償裝置，其特征在于:所述控制單元(10)包括電壓電流采樣模塊(11)、AD轉(zhuǎn)換模塊(12)、運(yùn)算處理器(13)、勵(lì)磁變流器(14)、保護(hù)反饋驅(qū)動(dòng)模塊(15)和接口模塊(16)構(gòu)成；所述電壓電流采樣模塊(11)與母線(50)電連接，且所述電壓電流采樣模塊(11)的信號(hào)輸出端與AD轉(zhuǎn)換模塊(12)的信號(hào)輸入端相連，AD轉(zhuǎn)換模塊(12)的信號(hào)輸出端與運(yùn)算處理器(13)的信號(hào)輸入端相連，運(yùn)算處理器(13)與所述保護(hù)反饋驅(qū)動(dòng)模塊(15)和接口模塊(16)均為雙向通信連接，所述運(yùn)算處理器(13)的信號(hào)輸出端通過光纖與勵(lì)磁變流器(14)的信號(hào)輸入端相連，所述勵(lì)磁變流器(14)的信號(hào)輸出端與所述磁控電抗器(20)之間為電信號(hào)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于磁控電抗器的無(wú)功補(bǔ)償裝置，其特征在于:所述補(bǔ)償電容單元包括濾波電抗器(30)和補(bǔ)償電容器(40)，所述濾波電抗器(30)的一端與母線(50)相連的濾波電抗器(30)，濾波電抗器(30)的另一端與補(bǔ)償電容器(40)串聯(lián)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于磁控電抗器的無(wú)功補(bǔ)償裝置，其特征在于:所述運(yùn)算處理器(13)為基于DSP的不完全微分PID控制器，所述不完全微分PID控制器包括比例環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)和微分環(huán)節(jié)，所述微分環(huán)節(jié)中設(shè)置有對(duì)微分作用后的信號(hào)進(jìn)行處理的低通濾波器；所述不完全微分PID控制器還設(shè)置有對(duì)比例環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)和微分環(huán)節(jié)處理后的信號(hào)進(jìn)行疊加的信號(hào)疊加環(huán)節(jié)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于磁控電抗器的無(wú)功補(bǔ)償裝置，其特征在于:所述電壓電流采樣模塊(11)由電壓互感器和電流互感器構(gòu)成；所述AD轉(zhuǎn)換模塊(12)為14位MAX128AD芯片，所述運(yùn)算處理器(13)為TMS320F2812DSP芯片。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于磁控電抗器的無(wú)功補(bǔ)償裝置，其特征在于:所述電壓互感器和電流互感器均為型號(hào)為H0P205的霍爾傳感器。
專利摘要本實(shí)用新型屬于交流輸電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于磁控電抗器的無(wú)功補(bǔ)償裝置。本無(wú)功補(bǔ)償裝置包括分別與母線電連接的控制單元、磁控電抗器、補(bǔ)償電容單元，控制單元與磁控電抗器為電信號(hào)連接?？刂茊卧ㄟ\(yùn)算處理器，所述運(yùn)算處理器為基于DSP的不完全微分PID控制器，所述不完全微分PID控制器包括比例環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)和微分環(huán)節(jié)，所述微分環(huán)節(jié)中設(shè)置有對(duì)微分作用后的信號(hào)進(jìn)行處理的低通濾波器。本實(shí)用新型中的磁控電抗器工作可靠性高，體積小，從而降低了故障率，減少了用地面積。本實(shí)用新型大大改善了無(wú)功補(bǔ)償裝置的動(dòng)態(tài)特性，加快了動(dòng)作響應(yīng)速度，減少了調(diào)節(jié)時(shí)間，并實(shí)現(xiàn)了超前控制誤差的目的。
文檔編號(hào)H02J3/18GK203039372SQ20122073991
公開日2013年7月3日 申請(qǐng)日期2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月28日
發(fā)明者李瑜, 張目 申請(qǐng)人:安徽天沃電氣技術(shù)有限公司