[实用新型]一种高速响应无功控制器

说明书

一、所属技术领域

本实用新型涉及一种高速响应无功控制器，用于电力系统无功补偿控制，属节能节电和电能质量控制技术领域。

二、技术背景

终端用户对电网的补偿处理是节电和改善电能质量的重要途径。人们通过接入无功补偿装置、谐波治理装置等设备来实现这个目标，而无功控制器是这些设备的关键部件，由它来检测电流、电压及其相位的变化，并发出指令，控制电容器或电抗器的投切。

如所周知，在供用电系统中，有功功率、无功功率、视在功率具有如下的关系：

式中：--功率因数，为功率因数角，相差角

P--有功功率，KW

Q--无功功率，Kvar

S--视在功率，KVA

设U、I为电压电流有效值，则S＝U.I而电压电流的瞬时值可表为

从以上各式可知，电流与电压间相差一角，用电系统负载大多是感性负载，所以电压超前电流角。测出任意周波电压超前电流的时间，即可求出功率因数通过高速跟踪投切来补偿感性负载，使功率因数接近1，就需要一种高性能的无功补偿控制器。

现有无功控制器技术通常由A/D转换器和单片机作为主件构成，这类控制器主要存在两个缺点：第一，单片机抗干扰能力差、常有程序乱码、飞程序等弊端出现，造成测试失效、判断失误等问题。第二，投切速度慢，需要测量1-2个周期的电流、电压进行运算，发出投切指令，要比动态实时变化滞后60-80ms。特别对负荷波动频繁，负荷变动幅值较大，三相负荷严重不平衡的情况，例如点焊、电焊，自动调节等，对这类用电设备(即短时间的冲击负荷)需要补偿的时间，如果控制器响应速度慢，当它补上去时冲击性负荷已经退下来了，就造成先为欠补偿后为过补偿的局面。此时常出现如下的表观现象：电压表、功率因数表明显摇摆，表明冲击负荷造成的电压暂降尚未得到治理。

三、发明内容

本实用新型提供一种高速响应无功控制器，具有运行稳定可靠，抗干扰能力强，检测判断准确，能快速发出投切指令的特点，可克服现有无功控制器的缺点和不足。

本实用新型的目的是通过以下途径实施的：

本实用新型提供一种高速无功控制器，包括信号采集单元、比较单元、数据信息处理单元及显示和驱动输出单元。其特征是采集供用电系统的电压、电流信息后，经多种比较器，把信息送给FPGA或CPLD构成的功能模块进行运算和处理，最后LED显示相应的系统参数并有多路晶闸管输出，驱动无功补偿装置进行投切操作。

本实用新型的信号采集单元包括电压变换器和电流变换器，其输出端与比较单元相连。

本实用新型的比较单元包括：电压过零比较器、电压峰值比较器、电压幅值比较器，锁相环；还包括电流过零比较器、电流峰值比较器、电流幅值比较器；各种比较器与FPGA或CPLD构成的功能模块连接。

本实用新型的数据信息处理单元，其特征是由FPGA或CPLD构成的功能模块包括：脉冲发生器、异或门、计数器、电流电压D触发器、余弦函数表、相位补偿器、LED驱动、D/A输出；其中的电流电压D触发器与异或门组成鉴相器，电压、电流上升沿触发的D触发器的时钟端分别接至电压、电流过零比较器的输出端，从此得到功率因数角脉冲宽度。

本实用新型采用锁相环与脉冲发生器连接，使其实时跟踪系统频率变化；使用功能模块中的余弦函数表查取功率因数值

本实用新型采用功能模块中的相位补偿器来校准电流、电压变换过程中及对应参数在比较器件中引入的相差角。

本实用新型比较单元中的电流幅值比较器根据被补偿系统电流的大小分成数档；电压幅值比较器根据被补偿系统电压的大小分成数档；两者中，至少有一个幅值比较器用于补偿投切输出，并实现多路投切。

四、附图说明

图1本实用新型原理框图

图2波形图。其中v、i--电压、电流波形VO、IO-过零比较器波形；Vm、Im-峰值比较器波形；T-功率因数角脉冲宽度

图3过零比较器原理图

图4过零比较器波形图

图5峰值比较器原理图

图6电流幅值比较器

图7双D触发器与异或门构成的鉴相器

图8计数器

五、具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。