电容器机电同步开关动态投切电路及其控制方法技术

本发明专利技术涉及电容器机电同步投切技术，具体是一种实现机电同步开关动态投切的电路及其控制方法。其中电容器机电同步开关动态投切电路，包括电网与电容器之间的机电同步开关，还包括用于跟踪机电同步开关两端各自电压波形变化的取样电路，设于控制器与所述端点之间的信号处理模块；两个端点各自与信号处理模块直连，控制器用于接受上位机的投入或切除指令，且控制器还与机电同步开关的触发驱动电路端相连。本发明专利技术解决了现有技术中存在的投切响应滞后的缺陷，实现了持续的动态投切。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电容器机电同步投切技术，具体是一种实现机电同步开关动态投切的电路及其控制方法。
技术介绍
众所周知，电网通过改变并联电容器的容量来改变无功功率，是当前无功补偿最基本和被普遍采用的经济有效的方法，低压无功补偿装置（是指通过提高配电网功率因数实现提高电能利用效率、降低电网损耗、提升供电质量等功能的设备）中最主要的元件就是电容器和电容器投切开关（是指无功补偿装置中，用于投切电容器的开关设备），而电容器投切开关的性能直接影响到电容器的使用寿命及补偿效果，所以其性能至关重要。电容器是一个容性负载，当它投入或切出电网时，要产生一个暂态的过渡过程。并联电容器投入电网时，会产生幅值很大、频率很高的浪涌电流，情况严重时还会发生执行器件触点的熔焊现象。将并联电容器从电网中切除时会产生操作过电压，引起执行元件分断过程中电弧的重燃现象。现有的电容器投切开关主要包括交流接触器、晶闸管开关、复合开关与机电同步开关。交流接触器：最先应用于低压电容器投切的开关是交流接触器，这是一种传统的电容器投切方式，由于三相交流电的相位互成120°，对交流接触器投切控制，理论上不存在最佳操作相位点（即投切瞬时不可选择性），使得它投入或切除电网时，要产生一个暂态的过渡过程，又因电容器是电压不能瞬变的器件。并联电容器由交流接触器投切电网时，由于其电压电流相位点是随机的：投入时产生涌流（涌流最大时可能超过100倍电容器额定电流），涌流极易烧熔触点，切除时过压重燃电弧烧坏器件。涌流和过压不仅会对电网产生不利的干扰，而且还加速电容器的失效，减少电容器的使用寿命，甚至爆炸，所以采用交流接触器的投切方式谐波污染大、维护成本高、不适于频繁操作及动态投切。晶闸管开关（固态继电器)与复合开关，两者均采用了可控硅作为核心的开关元件。由于可控硅的触发次数没有限制，可以实现准动态补偿（响应时间在毫秒级），因此适用于电容器的频繁投切，适用于频繁变化的负荷情况，相对于交流接触器有了质的提升。然而可控硅开关的缺点是结构复杂、体积大、损耗大（以额定容量100Kvar的补偿装置为例，每相额定电流约为145A，则可控硅额定导通损耗为145×1×3=435W），导通高功耗决定散热空间成本及降温成本大幅增加、晶闸管自身单位成本也较高。复合开关是可控硅与磁保持继电器并联，对可控硅零电流导通和关断时点的控制，避免了浪涌电流的产生。继电器的通、断，都是在可控硅工作时进行的，触点两端是在零电压下通、断的，避免了触点上产生的火花。复合开关虽解决了接触器机械特性导致的浪涌电流、触点火花及电磁铁线包的高功耗三个重大缺陷。但仍存在可控硅过零控制偏移或失败时浪涌电流、操作过压或雷击、瞬间过热等致使其敏感性击穿（甚至炸毁）的等问题导致可靠性下降。同步开关（又名选相开关）是近年来最新发展的技术，顾名思义，就是使机械开关的接点准确地在需要的时刻闭合或断开。对于执行投切电容器的同步开关，就是要在开关接点两端电压为零的时刻闭合，从而实现电容器的无涌流投入，在电流为零的时刻断开，从而实现开关接点的无电弧分断，这整个过程称之为过零投切。同步开关与常用的晶闸管开关、复合开关相比较，省略了可控硅组件，于是结构简化，体积减小，成本降低。现有的同步开关专利技术，如中国专利CN20214286所公开的一种共补型低压智能液晶组合式电力电容器，它通过电流互感器，把强电流转变为和电流成比例的弱电压信号，通过电压互感器，把高电压转变为弱电压信号；转换后的电流信号、电压信号送入信号处理电路，把模拟信号通过压频转化后将频率信号输入到MCU单元，同时MCU判断是否需要投入补偿电容，或切断电力电容器，最后通过驱动电路来驱动同步投切开关，实现过零投切，避免对电网的大电流冲击，延长投切开关的触点寿命。具体实现原理（电路原理图见图1）是：在MCU单元检测到无功功率超过设定的值的时候经过延时，以投入A相电容为例，先检测电压过零点，检测到电压零点后，延时一定时间(延时时间为电压波形的半周期与同步开关的闭合动作时间的差值)，同步开关动作时间要求小于5ms，这样确保电容器在电压过零时投入，实现对电网无冲击电流接入电力电容器，切除电容时，先检测A相电流过零点，检测到电流零点后，延时一定时间(延时时间为电压波形的半周期与同步开关的断开动作时间的差值)，同步开关动作时间要求小于5ms，这样确保电容器在电流过零时切除，避免拉弧现象。然而上述专利技术还存在如下技术缺陷：在投切前，电容器总共具有三种可能的状态，第一种是首次通电（电容器一直未被充电或早已放电完全），第二种是通电中（电容器上的电压与电网电压同步变化），第三种是刚断电（电容器处于放电状态，如果断电前电网电压波形处于负半周中，电容器处于负向放电状态；正半周也是同理）；CN20214286所公开的技术仅能实现第一、二种状态的快速投切，而对于第三种状态，选相开关（为避免产生涌流）必须等待电容器充分放电完全后，才能进行过零投入；根据实际测量，上述等待时长会在2min左右，使得同步开关投切响应滞后，无法完成持续的动态投切。同步开关最终只能是一种静态投切开关。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种克服第三状态下投切响应滞后的缺陷，实现持续动态投切的同步开关动态投切电路及其控制方法。为了解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案:电容器机电同步开关动态投切电路，包括电网与电容器之间的机电同步开关，其中，还包括用于跟踪机电同步开关两端各自电压波形变化的取样电路，设于控制器与所述端点之间的信号处理模块；两个端点各自与信号处理模块直连，控制器用于接受上位机的投入或切除指令，且控制器还与机电同步开关的触发驱动电路端相连。电容器机电同步开关动态投切控制方法，包括如下步骤，a.控制器检测机电同步开关两端各自电压变化，分别跟踪并标记为电网电压波形与电容器电压波形，并分别计算两波形的函数U-t表达式；b.控制器等待上位机的投入或切除指令；c.控制器接收到投入或切除指令后，经过一定延迟时间t2，向机电同步开关发出相应的触发信号；其中t2的计算式为t1-t3当电容器电压恒为零时；t2=t4-t3当电容器电压呈余弦波形时；t5-t3当电容器电压呈指数波形时。其中t1表示由控制器接收到投入指令到电网电压波形过零点时所需要的时间；t3表示机电同步开关执行器件由接收到触发驱动信号到完成切除或投入操作所需要的时间；t4表示由控制器接收到切除指令到电网电压波形变达波峰或波谷时所需本文档来自技高网...

【技术保护点】
电容器机电同步开关动态投切电路，包括电网与电容器之间的机电同步开关，其特征在于，还包括用于跟踪机电同步开关两端各自电压波形变化的取样电路，设于控制器与所述端点之间的信号处理模块；两个端点各自与信号处理模块直连，控制器用于接受上位机的投入或切除指令，且控制器还与机电同步开关的触发驱动电路端相连。

【技术特征摘要】
1.电容器机电同步开关动态投切电路，包括电网与电容器之间的机电同步开关，其特
征在于，还包括用于跟踪机电同步开关两端各自电压波形变化的取样电路，设于控制器与
所述端点之间的信号处理模块；
两个端点各自与信号处理模块直连，控制器用于接受上位机的投入或切除指令，且控
制器还与机电同步开关的触发驱动电路端相连。
2.电容器机电同步开关动态投切控制方法，其特征在于，包括如下步骤，
a.控制器检测机电同步开关两端各自电压变化，分别跟踪并标记为电网电压波形与电
容器电压波形，并分别计算两波形的函数U-t表达式；
b.控制器等待上位机的投入或切除指令；
c.控制器接收到投入或切除指令后，经过一定...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖子力，王勇，周继承，
申请(专利权)人：重庆明斯克电气有限责任公司，
类型：发明
国别省市：重庆;50