一種相控開(kāi)關(guān)峰值過(guò)零投切涌流控制電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種涌流控制電路，尤其是一種相控開(kāi)關(guān)峰值過(guò)零投切涌流控制電路，用于電網(wǎng)電能質(zhì)量治理工程中，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電容器組的快速無(wú)沖擊電流投入和電流過(guò)零時(shí)切除，屬于電力系統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償和諧波濾波技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]電網(wǎng)通常需要無(wú)功補(bǔ)償來(lái)達(dá)到穩(wěn)定電網(wǎng)電壓、提高功率因數(shù)、減低線路損耗的目的。投切電容器組是目前實(shí)現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償?shù)闹饕椒?。然而，投切電容器組的技術(shù)現(xiàn)狀不容樂(lè)觀。
[0003]在無(wú)功補(bǔ)償領(lǐng)域，約有80%使用機(jī)械式觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)投切電容器。由于機(jī)械式觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)是三極開(kāi)關(guān)，其三個(gè)主觸點(diǎn)同時(shí)閉合、打開(kāi)，在隨機(jī)不確定的電網(wǎng)電壓相位角投切電容器，結(jié)果導(dǎo)致投入時(shí)的電流超過(guò)正常額定電流的4倍到10、20倍，引起電網(wǎng)電壓畸變。此外，還存在合閘機(jī)械觸點(diǎn)彈跳，打開(kāi)觸點(diǎn)重燃的危險(xiǎn)概率，彈跳和重燃使得電容器組過(guò)電壓，損壞電容器，容易造成事故。
[0004]之后研發(fā)的電網(wǎng)電壓的過(guò)零點(diǎn)閉合開(kāi)關(guān)在電流過(guò)零點(diǎn)打開(kāi)開(kāi)關(guān)來(lái)投切電容器，可以明顯降低沖擊電流，被稱為同步開(kāi)關(guān)技術(shù)。由于電容器組是容性負(fù)載，在電流為零打開(kāi)時(shí)，電網(wǎng)電壓的峰值電壓會(huì)保存在電容器上，再次閉合開(kāi)關(guān)投入電容器組時(shí)，首先需要將電容器上儲(chǔ)存的電荷放電到零，因此工程上普遍采用了放電線圈。公告號(hào)為CN101510689的中國(guó)專利公開(kāi)的技術(shù)采用附加電阻放電電路，打開(kāi)電容器時(shí)，電容器上存儲(chǔ)的能量為
0.5*C*U2。由于線圈放電和電阻放電都是在耗能，因此導(dǎo)致能量損耗。并且由于放電需要時(shí)間，所以投切電容器組的開(kāi)關(guān)由閉合、打開(kāi)到再次閉合的動(dòng)作時(shí)間長(zhǎng)，通常為分鐘級(jí)?？梢哉f(shuō)，利用現(xiàn)有的同步開(kāi)關(guān)技術(shù)背靠背投切電容器組時(shí)，難免電容器涌流大。
[0005]復(fù)合開(kāi)關(guān)是由精確觸發(fā)動(dòng)作的晶閘管開(kāi)關(guān)和沒(méi)有精度要求的三極機(jī)械開(kāi)關(guān)組成，有并聯(lián)型復(fù)合開(kāi)關(guān)和串聯(lián)型復(fù)合開(kāi)關(guān)之分。申請(qǐng)?zhí)枮?1113435.6的中國(guó)專利公開(kāi)了一種并聯(lián)型復(fù)合開(kāi)關(guān)，由于要用到晶閘管，所以比單純采用機(jī)械開(kāi)關(guān)所用元件數(shù)量多，控制時(shí)序相比單純采用機(jī)械開(kāi)關(guān)更復(fù)雜。工程應(yīng)用并聯(lián)復(fù)合開(kāi)關(guān)常遇到機(jī)械開(kāi)關(guān)打開(kāi)、轉(zhuǎn)入晶閘管投入運(yùn)行時(shí)，晶閘管承受的di/dt過(guò)大，容易損壞的技術(shù)難題。
[0006]此外，晶閘管投切電容器(TSC)電路可以在20ms內(nèi)準(zhǔn)確、快速投入電容器，且沒(méi)有電流沖擊，不存在彈跳、重燃的問(wèn)題。但是，中壓TSC電路需要多個(gè)晶閘管串聯(lián)，晶閘管的導(dǎo)通存在2V左右的管壓降，一套中壓TSC電路導(dǎo)通時(shí)晶閘管消耗幾個(gè)kW的熱量。因而需要采取風(fēng)冷、水冷、熱管等措施散熱。實(shí)際上，由于TSC技術(shù)難度大，能耗大、造價(jià)高，故只應(yīng)用在低壓領(lǐng)域，中壓領(lǐng)域應(yīng)用的不多。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]本實(shí)用新型的目的在于:提出一種相控開(kāi)關(guān)峰值過(guò)零投切涌流控制電路，同時(shí)給出相應(yīng)的控制方法，解決傳統(tǒng)預(yù)充電電路上電涌流大技術(shù)難題，同時(shí)克服晶閘管投切電容器組(TSC)價(jià)格高、耗能大的缺點(diǎn)。
[0008]本實(shí)用新型的基本技術(shù)方案(參見(jiàn)圖1)為:一種相控開(kāi)關(guān)峰值過(guò)零投切涌流控制電路，包括含智能控制器件(CPU)的控制電路以及控制電容器組與電網(wǎng)電源通斷的磁保持繼電器開(kāi)關(guān)(Kl)，所述磁保持繼電器開(kāi)關(guān)(Kl)旁并聯(lián)高壓二極管(Dl、D2)與高阻值高壓限流電阻(Rl)串聯(lián)組成的主串聯(lián)電路；所述高壓限流電阻(Rl)旁并聯(lián)輔助繼電器開(kāi)關(guān)(K3)與低阻值高壓限流電阻(R2)串聯(lián)組成的副串聯(lián)電路；所述控制電路的智能控制器件的過(guò)零信號(hào)輸入端接磁保持繼電器開(kāi)關(guān)(Kl)觸點(diǎn)兩端，基準(zhǔn)相位檢測(cè)電路檢測(cè)端接電網(wǎng)電源(UW端)，控制輸出端接主繼電器開(kāi)關(guān)和輔助繼電器開(kāi)關(guān)的受控端。
[0009]進(jìn)一步，所述電網(wǎng)電源為UVW三相電網(wǎng)電源，所述控制電路包括分別控制三相電網(wǎng)電源中的二相通斷的兩個(gè)磁保持繼電器開(kāi)關(guān)，各磁保持繼電器開(kāi)關(guān)旁分別并聯(lián)二只高壓二極管與對(duì)應(yīng)高阻值高壓限流電阻串聯(lián)組成的主串聯(lián)電路。
[0010]再進(jìn)一步，所述磁保持繼電器開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)兩端經(jīng)過(guò)零檢測(cè)電路后耦合連接到所述智能控制器件的過(guò)零信號(hào)輸入端；所述電網(wǎng)電源的UW端經(jīng)電壓互感器和采樣電阻采樣后通過(guò)過(guò)零比較器接所述智能控制器件的基準(zhǔn)相位檢測(cè)電路檢測(cè)端。
[0011 ] 更進(jìn)一步，所述各高壓二極管連接方向相同。
[0012]本實(shí)用新型相控開(kāi)關(guān)峰值過(guò)零投切涌流控制電路的控制方法為，控制電路的智能控制器件(CPU)按以下主要步驟進(jìn)行相應(yīng)控制:
[0013]第一步、輔助投入一一接收開(kāi)關(guān)投入指令信號(hào)后，輸出相應(yīng)控制信號(hào)使輔助繼電器開(kāi)關(guān)(K3)投入；
[0014]第二步、檢測(cè)計(jì)算--接收過(guò)零檢測(cè)信號(hào)，通過(guò)下式計(jì)算等待過(guò)零投入時(shí)間Τ#?#;
[0015]T 等待=T_t 動(dòng)
[0016]式中:T一一開(kāi)關(guān)兩端電壓周期，單位ms
[0017]一一驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)出到開(kāi)關(guān)實(shí)際閉合的時(shí)間，單位ms
[0018]第三步、計(jì)時(shí)判斷--從過(guò)零時(shí)刻開(kāi)始，判斷過(guò)零投入時(shí)間是否結(jié)束，如否則繼續(xù)等待，如是則進(jìn)行下一步；
[0019]第四步、主控投入一一輸出控制信號(hào)使磁保持繼電器開(kāi)關(guān)投入，并切除輔助繼電器開(kāi)關(guān);
[0020]第五步、切除預(yù)備一一接收開(kāi)關(guān)切除指令信號(hào)后，獲取進(jìn)線電源的電壓(UW)相位信號(hào)，并根據(jù)電流和電壓的相位關(guān)系獲得電流過(guò)零點(diǎn)；
[0021]第六步、切除控制一一在電流過(guò)零點(diǎn)時(shí)刻輸出控制信號(hào)切除磁保持繼電器開(kāi)關(guān)；
[0022]第七步、結(jié)束控制。
[0023]以上第一步使電網(wǎng)電源通過(guò)輔助繼電器開(kāi)關(guān)Κ3與低阻值高壓限流電阻R2串聯(lián)組成的副串聯(lián)電路再次抬高磁保持繼電器開(kāi)關(guān)Kl兩端電壓，保證其峰值電壓過(guò)零，進(jìn)一步有效避免由于高阻值高壓限流電阻Rl引起的開(kāi)關(guān)兩端電壓過(guò)零偏離峰值點(diǎn)，以確保電容器組投切點(diǎn)逼近峰值電壓處。
[0024]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于:UVW電源剛接通時(shí)，首先電網(wǎng)電源通過(guò)高壓二極管(D1、D2)與高阻值高壓限流電阻Rl串聯(lián)組成的主串聯(lián)電路抬高開(kāi)關(guān)兩端電壓，由于高阻值高壓限流電阻Rl阻值較大，因此可以降低電容器組上電合閘時(shí)電網(wǎng)電壓對(duì)磁保持繼電器開(kāi)關(guān)和電容器組回路的沖擊電流；而第一步的控制輔助繼電器開(kāi)關(guān)K3閉合，可以使電網(wǎng)電源通過(guò)輔助繼電器開(kāi)關(guān)K3與低阻值高壓限流電阻R2串聯(lián)組成的副串聯(lián)電路再次抬高開(kāi)關(guān)兩端電壓，而低阻值高壓限流電阻R2阻值很小，確保開(kāi)關(guān)兩端電壓在峰值電壓處過(guò)零，進(jìn)一步有效避免由于高阻值高壓限流電阻Rl引起的開(kāi)關(guān)兩端電壓過(guò)零偏離峰值點(diǎn)；保證了磁保持繼電器開(kāi)關(guān)Kl兩端電壓基本在電壓峰值點(diǎn)過(guò)零，從而保證了磁保持繼電器開(kāi)關(guān)Kl在電壓波形峰值過(guò)零點(diǎn)(電壓變化緩慢，電流零點(diǎn))的閉合；此時(shí)因在電壓峰值附近的電壓波形最平坦，而電容器電流的相位超前正弦波電壓90°，即電容器電流最小，因此使得在電壓峰值附近一段時(shí)間內(nèi)閉合磁保持繼電器開(kāi)關(guān)Kl所產(chǎn)生的涌流都較小，完全不會(huì)使觸點(diǎn)溶合。
[0025]本實(shí)用新型進(jìn)一步的完善是，所述第一步和第二步之間還具有控制電路的智能控制器件(CPU)根據(jù)相位關(guān)系判別低阻值高壓限流電阻和高阻值高壓限流電阻是否損壞的電阻檢定步驟一一獲取進(jìn)線電源電壓相序并作為基準(zhǔn)相位，計(jì)算磁保持繼電器開(kāi)關(guān)Kl兩端之間電壓峰值點(diǎn)相位時(shí)間與過(guò)零點(diǎn)相位時(shí)間的之差，若差值小于預(yù)定時(shí)間間隔，則進(jìn)行第二步；否則進(jìn)行第七步。
[0026]正常情況下，磁保持繼電器開(kāi)關(guān)Kl兩端電壓峰值點(diǎn)相位時(shí)間與過(guò)零點(diǎn)相位時(shí)間的之差小于預(yù)定時(shí)間間隔(該時(shí)間間隔的具體數(shù)值根據(jù)低阻值高壓限流電阻的實(shí)際阻值大小確定)，說(shuō)明低阻值高壓限流電阻R2以及高阻值高壓限流電阻Rl均正常；否則說(shuō)明低阻值高壓限流電阻R2損壞或低阻值高壓限流電阻R2與高阻值高壓限流電阻Rl均損壞。通常時(shí)間相隔較大(與高阻值高壓限流電阻大小有關(guān))，則低阻值高壓限流電阻R2壞，高阻值高壓限流電阻Rl正常；而當(dāng)時(shí)間相隔達(dá)到5ms左右時(shí)，則說(shuō)明低阻值高壓限流電阻R2以及高阻值高壓限流電阻Rl均損壞。
[0027]本實(shí)用新型解決了傳統(tǒng)預(yù)充電電路的上電涌流大、易損壞電容器組的問(wèn)題，徹底扭轉(zhuǎn)了中壓動(dòng)態(tài)補(bǔ)償領(lǐng)域TCR+FC—統(tǒng)天下的局面；克服了晶閘管投切電容器組(TSC)價(jià)格高、耗能大的缺點(diǎn)；可以簡(jiǎn)化傳統(tǒng)三相相控開(kāi)關(guān)采用三個(gè)獨(dú)立開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)，只采用兩只獨(dú)立的開(kāi)關(guān)就完成了三相投切動(dòng)作。在電壓的峰值點(diǎn)投切開(kāi)關(guān)，因此開(kāi)關(guān)精度要求比傳統(tǒng)相控開(kāi)關(guān)低，效果卻比傳統(tǒng)相控開(kāi)關(guān)好，這意味著成本低、質(zhì)量高、用戶易于接受；并且節(jié)能環(huán)保，沒(méi)有能耗，符合時(shí)代要求；適用于各種連接方式(星型或三角型連接)、不同電壓等級(jí)的多相開(kāi)關(guān)電容器組投切控制。
【附圖說(shuō)明】
[0028]圖1:本實(shí)用新型基本技術(shù)方案電路原理圖。
[0029]圖2:本實(shí)用新型實(shí)施例一一一投切三角型連接電容器組的2控3電路原理圖。
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