[发明专利]单片微机无功功率控制装置

说明书

本发明涉及一种能够消除补偿电容器投入、切除“误动作”，精确调节供电网络中无功功率的控制装置。

传统的无功控制装置一般均采取功率因数方式或无功功率方式控制补偿电容器投入电网或从电网切除。类似美国专利US4359678采用无功功率方式的装置，预先设定投入用的下限基准值和切除用的上限基准值，无功检测电路的输出在下限基准值之下，投入电容器组，无功检测电路的输出在上限值以上，切除电容器组。这类装置的不足点在于当负荷反复地反生微小变动时，无功负荷也跟着波动，在某一个基准值附近就会发生反复多次的投切动作，这种投切动作对改善功率因数无意义，而且缩短了电容器、接触器的使用寿命，此处称为“不必要动作”。已有的技术中为减少这种“不必要动作”，常常将调整幅度（即下限值与上限值之间的幅度）增加到1.5-2倍以上基本电容器的容量（ΔQ）。这种措施是以降低性能指标为代价的。增大了不能补偿的无功。

按功率因数方式控制的装置，也是预先设定下限值和上限值，当电网功率因数低于下限值时，投入电容器，当功率因数高于上限值时，切除电容器。但在实际的运行中，在同一功率因数下，无功功率是随负荷的大小在变化的。负荷重时投入一组电容器影响不大，但负荷轻时，尤其是无功小于一组电容器容量时，投入一组电容器却往往引起“振荡”问题（即反复投切）。这种“振荡”现象给电网增加了新的不稳定因素，大大缩短了装置的使用寿命。同时这类装置也同样存在着因负荷反复的发生微小变动，在某一基准值附近发生的“不必要动作”问题。本文将“振荡”和“不必要动作”统称为“误动作”。已有技术中为减少这种“误动作”，也往往采取降低功率因数设定值的下限值，即增大不能补偿的无功。这种措施同样也是以降低性能指标来换取“误动作”减少的，不能根本消除“误动作”。

中国专利CN85100197B提出了一种消除“振荡”的闭锁电路，该闭锁电路随时对系统是否出现“振荡”进行判断，一旦出现“振荡”时将装置闭锁，可见闭锁电路只有在“振荡”出现后方可动作，因此系统每次出现“振荡”时必须最少“振荡”一次（投一次，切一次）以上，即仍要至少出现两次“误动作”，同时还要增加模数转换器、寄存器及数字比较器等电路，另外，这种闭锁措施不能克服负荷波动引起的“不必要动作”问题，这是其不足之处。

本发明主要是为解决上述问题而提出的。其目的是为电力用户提供一种彻底消除补偿电容器投入，切除“误动作”，精确调节接入电网的补偿电容器数量，通用的单片微机无功功率控制装置。

按照本发明的装置是以单片微机为核心的集成化无功功率控制装置，该装置由MCS-48系列单片微机、程序存贮器、模数转换器、检测电路（无功电流、电压及功率因数）、键盘显示及输出执行等部分组成。在单片微机的控制下，通过实时检测电网的无功电流。电压及功率因数，计算出一定时间内（信号周期整数倍）无功功率的平均值Q、电压及功率因数，同时根据计算得的当前电网电压值，按Q_c＝ωCU²计算出此电压时的补偿电容器容器。再精确计算投入或切除的补偿电容器的数量。然后根据控制矢量图8，针对投入区，切除区、波动区和稳定区四种情况，根据电网对无功功率的需求和所要求的功率因数综合判断，控制补偿电容器组合理地投入电网或从电网切除，在投入区和切除区，按无功功率控制，投入和切除都使系统进入到稳定区，在波动区里不进行投、切动作，达到提高控制精度，消除“误动作”，从而将补偿电容器的投切次数减到最小限度。

本装置面板上安装有显示电压、功率因数、无功功率、超前或滞后等多种检测量的数码显示器，可以同时作为数字电压表和数字功率因数表，省掉了原控制柜配置的几块模拟表，随时可以观察控制效果。

本装置具有软件硬件结合的输入输出在线自检功能和自动恢复功能，软件上采取平均值滤波和中位值滤波，使装置在环境温度较高，电气环境恶劣的场合仍能稳定可靠运行。

图1是装置原理图;

图2是无功电流检测电路原理图;

图3是无功电流检测电路输出特性曲线;

图4是功率因数检测电路原理图;

图5是输出执行原理框图;

图6是判断输出功能图;

图7是无功负荷波动示意图;

图8是控制矢量图;

图9是主控制程序流程图;

图10是另一实施例原理框图。