專利名稱：用于動態無功補償的晶閘管觸發控制裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用于動態無功補償的晶閘管觸發控制裝置，屬于電力系統領域。
背景技術：
隨著我國經濟的持續增長，用電負荷迅速增加，用戶無功需求也大幅度提高，這給本已缺電的我國電網帶來更加嚴重的問題，配電網對TSC(晶閘管投切電容器)和TSF(晶閘管投切濾波器)有著廣泛的需求。配電網中負荷變化越來越頻繁，這就要求TSC、TSF的能夠實時跟蹤負荷并進行補償，這就會出現TSC的電容器支路、TSF的濾波器支路頻繁投切。如果電容器支路、濾波器支路的投切時刻不當，會產生涌流，對系統造成沖擊并帶來諧波，使電能質量變差。如果電容器投切時刻選擇不當，還可能造成控制器誤動作使裝置不能正常工作，甚至燒壞用電設備。因此，晶閘管觸發控制非常關鍵，為保證電容器投切時不產生涌流、造成沖擊，必須選擇恰當的時刻進行投切。
對于電容器切除，晶閘管具有電流過零關斷特性，可以自行實現無沖擊切除。
對于電容器投入，現有的觸發方法有下面三種，在一定條件下這三種方法都不會對系統造成沖擊，但也存在明顯的缺點1.系統電壓最大值的時刻觸發晶閘管這種方法存在以下缺點要做到不對系統有任何沖擊，需要在電容器切除后(晶閘管不導通)，用蓄電池或直流電源對電容器充電，使其電壓一直保持系統電壓的最大值。該方法實現復雜，需要一套直流電源和蓄電池，也不具有實時性。
當電容器容量與變壓器容量接近時，單向的充電電流會造成變壓器鐵心產生偏磁甚至飽和；當系統發生短路故障時，電容器將放電，造成過流，容易損壞電容器。
2.系統電壓過零的時刻觸發晶閘管用這種方法要做到平滑投入電容器，必須保證電容器上的電壓在投入時刻也為零，才不會對系統造成太大影響。因此，電容器一旦從系統中切除，必須等到電壓下降到零以后才能夠再次投入。而電容器晶閘管切除下來時，其電壓要略高于系統的峰值電壓，根據國家標準GB/T17702.1-1999中，電容器電壓下降到75伏以下需3分鐘。顯然，這對響應速度造成限制，同樣不具有實時性。
3.晶閘管兩端電壓過零時刻觸發晶閘管用這種方法觸發晶閘管可以做到平滑投切電容器。但在實際應用中電容器投入后系統電壓會升高；電容器支路一般串有限流電抗器或濾波電抗器，電容器上的電壓要高于系統電壓。而晶閘管在支路電流為零時刻切除電容支路，這個時刻電容器上電壓最大，這樣造成晶閘管切除電容支路后，電容器上電壓要大于系統電壓的峰值，致使在電容器退出后相當一段時間內晶閘管兩端沒有過零點，在實測中可達5秒以上。這對響應速度也造成限制，同樣不具有實時性。
實用新型內容本實用新型的目的在于提供一種晶閘管投切電容器和晶閘管投切濾波器中各支路能夠實現平滑、實時地投切，不受電容器兩端殘余電壓的影響，不會對電網造成沖擊和產生諧波的用于動態無功補償的晶閘管觸發控制裝置，以克服現有技術中的不足之處。
按此目的設計的一種用于動態無功補償的晶閘管觸發控制裝置，其結構特征在于觸發控制裝置包括反向并聯的二極管和與之串聯的電阻，該并聯二極管兩端與比較器的輸入相連，比較器的輸出經過光耦隔離器后，分別接到雙邊沿觸發的D觸發器、雙邊沿觸發的單穩觸發器和異或邏輯門；異或邏輯門的輸出作為上升沿觸發的單穩觸發器的邊沿觸發信號，上升沿觸發的單穩觸發器的輸出作為上升沿觸發的D觸發器的邊沿觸發信號，上升沿觸發的D觸發器的輸出接入二選一電路；雙邊沿觸發的D觸發器的輸出接入二選一電路；雙邊沿觸發的單穩觸發器的輸出作為選擇信號接入二選一電路；與控制器相接的、用于接收投切命令的端子分別接入光耦隔離器后，再分別接入雙邊沿觸發的D觸發器、上升沿觸發的D觸發器和與邏輯門；二選一電路的輸出接入與邏輯門；與邏輯門的輸出接到高頻脈沖產生電路，高頻脈沖產生電路的輸出接到脈沖隔離放大電路；脈沖隔離放大電路輸出接在端子上。
上述的雙邊沿觸發的單穩觸發器包括兩個定時器芯片，在由定時器芯片UN1、電容C1、電容C2、電阻R3組成的標準的單穩態電路的基礎上加上三極管Q3，定時器芯片UN1的TRIG引腳經非邏輯門和電阻R1、R2分壓后接三極管Q3的基極；在由定時器芯片UN2、電容C3、電容C4和電阻R6組成標準的單穩態電路的基礎上加上三極管Q3，定時器芯片UN2的TRIG引腳經非邏輯門和電阻R4、R5分壓后接三極管Q2的基極；兩個定時器芯片的Q引腳引出后，分別接入邏輯與門。
上述的高頻脈沖發生電路包括定時器芯片，該定時器芯片的VCC引腳與DIS引腳之間串接有電阻R40，DIS引腳與THR引腳之間串接有電阻R41；定時器芯片的CVolt引腳與GND引腳之間串接有電容C38，THR引腳與GND引腳之間串接有電容C39；定時器芯片的Q引腳與一并聯電容C41的電阻R43相接后，接入三極管Q5的基極，該三極管的發射基與GND引腳相接，集電級與一振蕩電路相接。
上述的上升沿觸發的單穩觸發器(C)包括一個定時器芯片，定時器芯片的CVolt引腳與GND引腳之間串接有電容C21，THR引腳與GND引腳之間串接有電容C22，定時器芯片的R引腳與DIS引腳之間串接有電阻R29，TRIG引腳依次與非邏輯門和電阻R32相接后，接入三極管Q4的基級；定時器芯片的DIS引腳接入集電極，三極管Q4的發射基接入電容C22和電阻R31之間，電阻R31的另一端接入電阻R32和三極管Q4的發射基之間。
上述的雙邊沿觸發的D觸發器(A)包括兩個D觸發器，兩個D觸發器的CLK引腳和Q引腳分別與邏輯與電路相接，兩個D觸發器的CLK引腳之間串接一邏輯非電路，D觸發器的R引腳、G引腳和S引腳分別與GND相接。
本實用新型結合現有的觸發方法提出一種新的觸發控制裝置，不論電容器的殘余電壓為任何值，電容器支路都可以實現實時、無沖擊地投入。使用本實用新型的TSC、TSF可以快速投切電容器支路，不會對系統產生沖擊。
本實用新型提出采集電容器支路中三個點的電壓信號，確定電容器支路無沖擊、實時投切時刻的觸發控制裝置，能夠實現在20ms內完成無沖擊投入電容器支路，并在10ms內完成切除動作，這已經是無沖擊投切的極限時間。本實用新型可以應用于基于晶閘管投切電容器的動態無功補償裝置，具有良好的應用前景。


圖1為本實用新型一實施例中投切電力電容的晶閘管觸發裝置連接框圖。
圖2為投切電力電容的晶閘管觸發裝置確定的投入時刻相位圖。
圖3為本實用新型一實施例中投切電力電容的晶閘管觸發裝置工作原理框圖。
圖4為本實用新型一實施例用于動態無功補償的晶閘管觸發控制方法及裝置電路連接框圖。
圖5為高頻脈沖的電路連接框圖。
圖6為雙邊沿觸發的單穩態的電路連接框圖。
圖7為上升沿觸發的單穩觸發器的電路連接框圖。
圖8為雙邊沿觸發的D觸發器的電路連接框圖。
具體實施方式
以下結合附圖及實施例對本實用新型作進一步描述。
參見圖1-圖3，本用于動態無功補償的晶閘管觸發控制裝置所依據的理論是適時采集反向并聯的晶閘管兩端a1和a2的電壓U1、采集反向并聯的晶閘管和電容兩端a1和a3的電壓U2，將電壓U1和電壓U2作為確定整個電容器支路投入時刻的依據；其中，電壓U1為晶閘管兩端電壓，電壓U2為晶閘管和電容的電壓和；當晶閘管未導通時，電壓U2等于系統電壓Us，電壓U1等于系統電壓減去電容器殘余電壓，(1)當電容器殘余電壓小于系統電壓Us的峰值，且U1存在過零點時，則把電壓U1的過零點作為晶閘管觸發時刻；(2)當電容器殘余電壓大于系統電壓Us的峰值時，且U1不存在過零點時，選擇在電壓U1最接近零的峰值時作為投入時刻，這時電壓U2也處于峰值時刻；可以根據電壓U1的極性來確定電壓U2這個峰值是正峰值還是負峰值；U1＞0，選擇U2的負峰值時刻作為投入時刻；U1≤0，選擇U2的正峰值時刻作為投入時刻。
該理論采用的控制方法包括電壓過零檢測、信號隔離、投切時刻確定、高頻脈沖發生和脈沖隔離放大幾個部分；(1)電壓過零檢測用反向并聯的二級管D1和D2、電阻R10串聯組成的電路采集電壓U1、用反向并聯的二級管D3和D4、電阻R11串聯組成的電路采集U2；并聯二極管兩端D1和D2與比較器TL082A的輸入相連接，并聯二極管D3和D4兩端再與比較器TL082B的輸入相連接；比較器將二極管兩端的電壓過零比較并放大，比較器的輸出經過光耦隔離后為方波信號s1和s2，s1和s2的上升沿、下降沿就是電壓U1、電壓U2的過零時刻，以電壓U2的過零時刻延時5ms作為電壓U2的峰值時刻；(2)信號隔離采用光耦隔離；(3)投切時刻確定根據信號隔離部分傳遞的信號輸出脈沖發生的控制信號；該部分由雙邊沿觸發的D觸發器A、雙邊沿觸發的單穩觸發器B、上升沿觸發的單穩觸發器C、上升沿觸發的D觸發器D、二選一電路E、異或邏輯門F和與邏輯門G組成；當投切命令為切除命令，光耦隔離后的信號comm為低電平，與邏輯門G輸出低電平，控制停止高頻脈沖；當投切命令為投入命令，光耦隔離后的信號comm為高電平，與邏輯門G的輸出電平即為二選一電路E的輸出電平；當電壓U1存在過零點，且方波信號s1存在上升、下降沿時，雙邊沿觸發的D觸發器A在信號s1的上升、下降沿時刻取投切信號comm輸出信號com1；電平信號s1存在上升、下降沿，則單穩觸發器B輸出低電平，二選一電路E選擇輸出信號com1作為輸出，實現與邏輯門G在電壓U1的過零時刻開始輸出用于控制產生高頻脈沖的高電平；當電壓U1不存在過零點，則方波信號s1為恒定高電平或恒定低電平，方波信號s2與方波信號s1相異或，再延時5ms得到信號s3，信號s3的上升沿時刻就是所需的電壓U2的電壓峰值時刻，D觸發器D在這個時刻取投切信號comm輸出信號com2，即方波信號s1不存在上升、下降沿，則單穩觸發器B輸出低電平，二選一電路E選擇com2作為輸出，實現與邏輯門G在電壓U2的被指定峰值時刻開始輸出用于控制產生高頻脈沖的高電平；其中，雙邊沿觸發的D觸發器A由兩個D觸發器和邏輯電路組成；當方波信號s1出現上升沿，取D觸發器U6B引腳的輸出作為輸出；當方波s1出現下降沿，取D觸發器U6A引腳的輸出作為輸出，見圖8；雙邊沿觸發的單穩觸發器B采用兩個由NE555定時器構成的穩態電路組成，NE555定時器的DIS引腳與接地之間設置有三極管，將NE555定時器的TRIG引腳的信號取反后控制該三極管的通斷；當方波信號s1出現低電平，NE555定時器U1輸出20ms高電平；當方波信號s1出現高電平，NE555定時器U2輸出20ms高電平；方波信號s1連續出現邊沿s4，則輸出20ms高電平；上升沿觸發的單穩觸發器C，采用NE555定時器構成的單穩態電路改進而成；方波信號s5為低值時，NE555定時器輸出高電平s6；方波信號s5變為高值時，NE555輸出5ms高電平后變低；這樣NE555定時器輸出與方波信號s5邏輯與非的結果就等于把s5的上升沿延遲了5ms；(4)高頻脈沖發生根據控制信號用NE555定時器固定頻率脈沖；當輸入為高電平則輸出高頻脈沖，當輸入為低電平則輸出低電平；(5)脈沖隔離放大用隔離變壓器將高頻脈沖隔離放大。
參見圖4-圖8，本觸發控制裝置包括反向并聯的二極管和與之串聯的電阻，該并聯二極管兩端與比較器的輸入相連，比較器的輸出經過光耦隔離器后，分別接到雙邊沿觸發的D觸發器A、雙邊沿觸發的單穩觸發器B和異或邏輯門F；異或邏輯門F的輸出作為上升沿觸發的單穩觸發器C的邊沿觸發信號，上升沿觸發的單穩觸發器C的輸出作為上升沿觸發的D觸發器D的邊沿觸發信號，上升沿觸發的D觸發器D的輸出接入二選一電路E；雙邊沿觸發的D觸發器A的輸出接入二選一電路E；雙邊沿觸發的單穩觸發器B的輸出作為選擇信號接入二選一電路E；與控制器相接的、用于接收投切命令的端子C+和C-分別接入光耦隔離器后，再分別接入雙邊沿觸發的D觸發器A、上升沿觸發的D觸發器D和與邏輯門G；二選一電路E的輸出接入與邏輯門G；與邏輯門G的輸出接到高頻脈沖產生電路，高頻脈沖產生電路的輸出接到脈沖隔離放大電路；脈沖隔離放大電路輸出接在端子A1、G1和A2、G2上，見圖4。其中，電壓過零檢測電路包含二極管D1和D2，電阻R10，比較器TL082A用于檢測電壓U1的過零點，二極管D3和D4，電阻R11，比較器TL082B用于檢測電壓U2的過零點。
高頻脈沖發生電路包括定時器芯片，該定時器芯采用NE555定時器，該NE555定時器的VCC引腳與DIS引腳之間串接有電阻R40，DIS引腳與THR引腳之間串接有電阻R41；NE555定時器的CVolt引腳與GND引腳之間串接有電容C38，THR引腳與GND引腳之間串接有電容C39；NE555定時器的的Q引腳與一并聯電容C41的電阻R43相接后，接入三極管Q5的基極，該三極管的發射基與GND引腳相接，集電級與一振蕩電路相接，見圖5。
雙邊沿觸發的單穩觸發器B包括兩個定時器芯片，該定時器芯采用NE555定時器，在由NE555定時器UN1、電容C1、電容C2、電阻R3組成的標準的單穩態電路的基礎上加上三極管Q3，NE555定時器UN1的TRIG引腳經非邏輯門和電阻R1、R2分壓后接三極管Q3的基極。在由NE555定時器UN2、電容C3、電容C4和電阻R6組成標準的單穩態電路的基礎上加上三極管Q3，NE555定時器UN2的TRIG引腳經非邏輯門和電阻R4、R5分壓后接三極管Q2的基極。兩個NE555定時器的Q引腳引出后，分別接入邏輯與門，見圖6。
上升沿觸發的單穩觸發器C在由定時器芯片，即NE555定時器、電容C21、電容C22、電阻R29組成標準的單穩態電路的基礎上加上三極管Q4，NE555定時器的TRIG引腳經非邏輯門和電阻R32、R31分壓后接三極管Q4的基極。NE555定時器的Q引腳和NE555定時器的TRIG引腳連接到與非門的輸入端，見圖7。上升沿觸發的單穩觸發器C包括一個NE555定時器，NE555定時器的CVolt引腳與GND引腳之間串接有電容C21，THR引腳與GND引腳之間串接有電容C22，NE555定時器的R引腳與DIS引腳之間串接有電阻R29，TRIG引腳依次與邏輯非電路、電阻R32相接后，接入三極管Q4的基級，NE555定時器的DIS引腳接入集電極，三極管Q4的發射基接入電容C22和電阻R31之間，電阻R31的另一端接入電阻R32和三極管Q4的發射基。
雙邊沿觸發的D觸發器A包括兩個D觸發器，兩個D觸發器的CLK引腳和Q引腳分別與邏輯與電路相接，兩個D觸發器的CLK引腳之間串接一邏輯非電路，D觸發器的R引腳、G引腳和S引腳分別與GND相接，見圖8。
權利要求1.一種用于動態無功補償的晶閘管觸發控制裝置，其特征在于觸發控制裝置包括反向并聯的二極管和與之串聯的電阻，該并聯二極管兩端與比較器的輸入相連，比較器的輸出經過光耦隔離器后，分別接到雙邊沿觸發的D觸發器(A)、雙邊沿觸發的單穩觸發器(B)和異或邏輯門(F)；異或邏輯門(F)的輸出作為上升沿觸發的單穩觸發器(C)的邊沿觸發信號，上升沿觸發的單穩觸發器(C)的輸出作為上升沿觸發的D觸發器(D)的邊沿觸發信號，上升沿觸發的D觸發器(D)的輸出接入二選一電路(E)；雙邊沿觸發的D觸發器(A)的輸出接入二選一電路(E)；雙邊沿觸發的單穩觸發器(B)的輸出作為選擇信號接入二選一電路(E)；與控制器相接的、用于接收投切命令的端子(C+)和(C-)分別接入光耦隔離器后，再分別接入雙邊沿觸發的D觸發器(A)、上升沿觸發的D觸發器(D)和與邏輯門(G)；二選一電路(E)的輸出接入與邏輯門(G)；與邏輯門(G)的輸出接到高頻脈沖產生電路，高頻脈沖產生電路的輸出接到脈沖隔離放大電路；脈沖隔離放大電路輸出接在端子(A1、G1和A2、G2)上。
2.根據權利要求1所述的用于動態無功補償的晶閘管觸發控制裝置，其特征在于所述的雙邊沿觸發的單穩觸發器(B)包括兩個定時器芯片，在由定時器芯片UN1、電容C1、電容C2、電阻R3組成的標準的單穩態電路的基礎上加上三極管Q3，定時器芯片UN1的TRIG引腳經非邏輯門和電阻R1、R2分壓后接三極管Q3的基極；在由定時器芯片UN2、電容C3、電容C4和電阻R6組成標準的單穩態電路的基礎上加上三極管Q3，定時器芯片UN2的TRIG引腳經非邏輯門和電阻R4、R5分壓后接三極管Q2的基極；兩個定時器芯片的Q引腳引出后，分別接入邏輯與門。
3.根據權利要求1所述的用于動態無功補償的晶閘管觸發控制裝置，其特征在于所述的高頻脈沖發生電路包括定時器芯片，該定時器芯片的VCC引腳與DIS引腳之間串接有電阻R40，DIS引腳與THR引腳之間串接有電阻R41；定時器芯片的CVolt引腳與GND引腳之間串接有電容C38，THR引腳與GND引腳之間串接有電容C39；定時器芯片的Q引腳與一并聯電容C41的電阻R43相接后，接入三極管Q5的基極，該三極管的發射基與GND引腳相接，集電級與一振蕩電路相接。
4.根據權利要求1所述的用于動態無功補償的晶閘管觸發控制裝置，其特征在于所述的上升沿觸發的單穩觸發器(C)在由定時器芯片、電容C21、電容C22、電阻R29組成標準的單穩態電路的基礎上加上三極管Q4，定時器芯片的TRIG引腳經非邏輯門和電阻R32、R31分壓后接三極管Q4的基極；定時器芯片的Q引腳和定時器芯片的TRIG引腳連接到與非門的輸入端。
5.根據權利要求1所述的用于動態無功補償的晶閘管觸發控制裝置，其特征在于所述的上升沿觸發的單穩觸發器(C)包括一個定時器芯片，定時器芯片的CVolt引腳與GND引腳之間串接有電容C21，THR引腳與GND引腳之間串接有電容C22，定時器芯片的R引腳與DIS引腳之間串接有電阻R29，TRIG引腳依次與非邏輯門和電阻R32相接后，接入三極管Q4的基級；定時器芯片的DIS引腳接入集電極，三極管Q4的發射基接入電容C22和電阻R31之間，電阻R31的另一端接入電阻R32和三極管Q4的發射基之間。
6.根據權利要求1所述的用于動態無功補償的晶閘管觸發控制裝置，其特征在于所述的雙邊沿觸發的D觸發器(A)包括兩個D觸發器，兩個D觸發器的CLK引腳和Q引腳分別與邏輯與電路相接，兩個D觸發器的CLK引腳之間串接一邏輯非電路，D觸發器的R引腳、G引腳和S引腳分別與GND相接。
7.根據權利要求2至5任一所述的用于動態無功補償的晶閘管觸發控制裝置，其特征在于所述的定時器芯片為NE555定時器。
專利摘要一種用于動態無功補償的晶閘管觸發控制裝置，包括反向并聯的二極管和與之串聯的電阻，該并聯二極管兩端與比較器的輸入相連，比較器的輸出經過光耦隔離器后，分別接到雙邊沿觸發的D觸發器、雙邊沿觸發的單穩觸發器和異或邏輯門；異或邏輯門的輸出作為上升沿觸發的單穩觸發器的邊沿觸發信號，上升沿觸發的單穩觸發器的輸出作為上升沿觸發的D觸發器的邊沿觸發信號，上升沿觸發的D觸發器的輸出接入二選一電路；雙邊沿觸發的D觸發器的輸出接入二選一電路。本實用新型提出采集電容器支路中三個點的電壓信號，確定電容器支路無沖擊、實時投切時刻的方法，能夠實現在20ms內完成無沖擊投入電容器支路，并在10ms內完成切除動作。
文檔編號H02J3/18GK2917058SQ20062005995
公開日2007年6月27日 申請日期2006年5月31日 優先權日2006年5月31日
發明者黃克峰, 盧志良, 黃奮權, 傅闖, 毛啟武 申請人:順特電氣有限公司