[发明专利]具有人工智能功率因数补偿控制器

说明书

本发明涉及电力系统功率因数补偿控制装置。

为了提高功率因数，电力系统大多采用功率因数补偿控制器来控制补偿电容的投入或退出。现有的补偿控制器采用的是硬件逻辑电路而且不具备人工智能。例如《低压电器》1984年第1期第27页所提出的装置及中国专利申请CN85100197B。它们都存在主要依据功率因数决定补偿量（即所谓功率因数方式）而又缺乏人工智能带来的缺点。实际上补偿应该考虑无功功率，也就是既要考虑功率因数又要考虑用电功率。在用电功率增加时，必须提高功率因数的补偿精度，因为在同样的功率因数，例如95%之下，用电功率大时比用电功率小时会有大得多的剩余无功功率得不到补偿。另一方面在晚间用电功率很小时，即使功率因数不高，绝对的剩余无功功率也不会很大。因此在晚间用电较少时若按保持电压接近正常的决策进行调整比按提高功率因数的决策进行调整更为合理，这就是为什么往往需要人工干予功率因数自动补偿装置的重要原因。其次这些硬件逻辑电路要实现稍复杂的功能，例如消除投入、退出的无效动作，都会使线路复杂化，元件数目增加。这不仅增加了维修的困难和成本，而且使发生故障的可能性增加。

本发明的目的在于用程序逻辑实现对补偿的人工智能优化决策，简化线路并最大限度地降低元器件成本。

发明是这样实现的：微处理机通过接口和采样电路获得电网的电压、电流的幅值及相位信息，从而求出电压、电流、功率因数及超前滞后值。微处理机的程序逻辑进一步模拟人的优化决策并通过接口和中间继电器，按照无功功率的大小，兼顾电压的调整及电网的稳定性，控制补偿电容的投入与退出。这样既有效地消除了补偿电容的无效投与退而且提高了供电质量，线路也大大简化，使可维修性与可靠性大大提高。

本发明对微处理机（MPU）没有太多的要求，只要能配置成有2K字节的只读存储器，250字节随机存储器，5路TTL电平输入口，11路以上TTL电平输出口的系统即可。

图1是微处理机输入/出口线路，图2～图10是程序框图。

5路输入口中的4路B₀、B₁、B₂、B₃分别与电压、电流的幅值及相位采样电路相连。电压采样通过采样变压器联到电网A-C相上，电流采样则通过采样变压器联到电流互感器上。相位采样的一种办法是稳压管强烈限幅的方式：采样变压器的次级提供10～50V的交流电压，通过限流电阻R加到稳压值较低（3伏左右）的稳压管上，使正弦波形因强烈限幅而成为梯形波形，然后通过一级非门整形成为TTL电平的矩形波。它的波形不随线电压变化，但是它的相位与采样变压器次级相位一致，也就是它不反映电网电压或电流幅值，而反映了电网电压或电流的相位。

相位采样也可以改用二极管限幅方式：采样变压器的次级提供10～50V交流电压，通过限流电阻R加到两个并联的极性相反的二极管上，利用二极管的正向压降来双向限幅。由于二极管正向压降不大（硅管为0.7左右）可增加一块运算放大器或用二到三个二极管串联代替一只二极管。这样得到梯形波形再经一级非门便可整形成TTL电平的矩形波。

电流或电压幅值的采样可用二种方式，一种是采用模-数转换器。采样变压器的一组1.5伏到5伏次级电压经整流后加到模-数转换器，其输出接到微处理机的数据总线。另一种方式成本更低一些，即图上所绘的线路。采样变压器的一组次级电压较低。约1.5伏到5伏、经半波整流，不加滤波加到非门输入端，此非门可以用施密特非门（如74LSi4）也可用普通非门（如74LS04），波形受到削顶，削顶的程度与非门的高低电平门槛电压及输入电压有关。在门槛电平保持不变的情况下，仅与输入电压有关。削顶后的梯形波再经一级非门整形成为TTL电平的矩形波形，矩形脉冲的宽度与削顶程度，亦即与输入电压的幅值有关，幅值大，削顶愈甚，脉冲宽度愈大。

5路入口中的B4是用户按钮输入。不按时为高电平，按时为低电平。在用户关机之前应先按此按钮，通知微处理机逐步退出补偿电容以避免突然退出全部已投入的电容对电网造成的冲击。

微处理机输出口B₅～B₈或B₅～B₉经过三极管驱动带有阻尼二极管的中间继电器，可以推动4只到5只交流接触器控制4组到5组补偿电容的投入与退出。

微处理机的其余输出口通过非门驱动一组发光二极管，用来表示电网的功率因数及滞/超状态。