[发明专利]一种高压并联电容器智能过零投切装置

权利要求书

1.一种高压并联电容器智能过零投切装置，其特征在于：由可控硅组、单极交流真空接触器、控制器、光电转换系统、深度滤波器和触发板组成，其中可控硅组包括A相串联的8组反并联可控硅和C相串联的8组反并联的可控硅，单极交流真空接触器包括A相单极交流真空接触器和C相单极交流真空接触器，光电转换系统包括光电转换器和传输光纤，其主要功能是实现控制器和可控硅组触发板之间的电信号的光电转换，并将光信号通过传输光纤传输，传输光纤不仅能进行信号传输，还能起到高压装置和低压控制系统之间的隔离作用；触发板与每个可控硅的控制极相连，8组反并联的可控硅共配16个触发板，触发板用以输出触发可控硅组所需的触发信号，A相与B相线电压信号以及C相与B相线电压信号经过深度滤波器后与控制器相连，其中深度滤波器包括低通滤波电路、电压比较电路和光耦隔离电路；A相可控硅组与A相单极交流真空接触器并联，组成A相复合开关，C相可控硅组与C相单极交流真空接触器并联，组成C相复合开关，A相复合开关和C相复合开关的一端连接常规断路器，另一端连接相应的电容器和电感，控制器通过光电转换系统与触发板相连，通过执行电压无功控制装置发出的指令，发送触发信号给可控硅组的触发板，使得与其并联的单极交流真空接触器得以实现过零投切的效果；

当需要投入电容器时，控制器持续检测触发板返回的可控硅电压信号，并将该可控硅电压信号通过深度滤波器进行滤波，当捕捉到一个周期的正向电压时，控制器对反并联可控硅中的负相可控硅发出持续的触发脉冲，以保证当电压负过零时可控硅过零导通，之后延迟1/2周期对反并联可控硅中的正相可控硅发出触发脉冲，同样保证当电压正过零时可控硅过零导通；切除电容器时，直接发送持续的触发脉冲同时控制并监测单极交流真空接触器的状态，保证触发脉冲迟于单极交流真空接触器分闸，使可控硅在电流过零点自然关断；

所述深度滤波器中的A相低通滤波电路的幅频特性、相频特性和截止频率为：

$\left\{\begin{array}{c}\left|H\left(\mathrm{\ω}\right)\right|=\frac{{u_{BA}}^{,}}{u_{BA}}\frac{1}{\sqrt{{(R_1/R_2+1)}^2+{\left(R_{1}C\mathrm{\ω}\right)}^2}}\\ \mathrm{\ψ}\left(\mathrm{\ω}\right)=-\arctan \left(\frac{R_{1}C\mathrm{\ω}}{R_1/R_2+1}\right)\\ f_{Ao}=\frac{R_1+R_2}{2{\mathrm{\πR}}_1{R}_{2}C}\end{array}\right.$

其中，R₁和R₂代表分压电阻；C代表滤波电容；u_BA’代表滤波后的线电压信号，|H(ω)|、ψ(ω)和f_Ao分别代表低通滤波器的幅频特性，相频特性和截止频率，ω为频域特性中的频率坐标；

C相低通滤波电路的幅频特性、相频特性和截止频率为：

$\left\{\begin{array}{c}\left|H\left(\mathrm{\ω}\right)\right|=\frac{{u_{CA}}^{,}}{u_{CA}}\frac{1}{\sqrt{{(R_1/R_2+1)}^2+{\left(R_{1}C\mathrm{\ω}\right)}^2}}\\ \mathrm{\ψ}\left(\mathrm{\ω}\right)=-\arctan \left(\frac{R_{1}C\mathrm{\ω}}{R_1/R_2+1}\right)\\ f_{Co}=\frac{R_1+R_2}{2{\mathrm{\πR}}_1{R}_{2}C}\end{array}\right.$

式中u_CA’代表滤波后的C相和A相之间的线电压信号，f_Co为C相低通滤波电路的截止频率；

滤波后的线电压信号u_BA’经过电压比较器，要满足以下输入电压条件：

其中，V_C代表电压比较器的电源电压；u_BAp-p代表线电压u_BA的峰峰值；u_d(0)代表初始相电压；f_L和f_H分别代表所设定的下限频率和上限频率；λ＝1.5～2代表安全系数；

对于线电压u_CA’经过电压比较器，要满足以下输入电压条件：

式中u_CAp-p代表线电压u_CA的峰峰值，f_Co为C相低通滤波电路的截止频率。

2.根据权利要求1所述的高压并联电容器智能过零投切装置，其特征在于：实现电容器过零投切的方法为：

当控制器接收到电压无功控制装置合闸命令后，首先合上B相交流接触器，等B相交流接触器合闸完毕后，在B相与A相线电压过零点时，将A相可控硅组触发导通，然后再合上A相单极交流真空接触器；一旦A相单极交流真空接触器处于合闸位置，A相可控硅组两端的电压基本为0，A相可控硅组电流过零自然关断，A相电容器组正常投入；在B相与C相线电压过零点时，将C相可控硅组触发导通，然后再合上C相单极交流真空接触器；一旦C相单极交流真空接触器处于合闸位置，C相可控硅组两端的电压基本为0，C相可控硅组电流过零自然关断，C相电容器组正常投入；

当控制器接收到电压无功控制装置分闸命令后，首先给A、C相可控硅组发送触发脉冲信号然后打开A、C相单极交流真空接触器；一旦A、C相可控硅组两端有了电压，A、C相可控硅组立即导通；当A、C相单极交流真空接触器处于完全分闸状态后再停止A、C相可控硅组触发脉冲信号，当通过A、C相可控硅组的电流为零时，可控硅自然关断，等A、C相可控硅组断开后再分断B相交流接触器，电容器组正常切除；

在B相交流接触器的分/合闸过程中，由于A、C相可控硅组和单极交流真空接触器都为断开状态，所以分/合B相交流接触器不会产生电弧；而在A、C相单极交流真空接触器的分/合过程中，A、C相可控硅组都处在导通状态，单极交流真空接触器不需要灭弧功能。