基于硬件电路谐波快速检测技术的高压无功补偿控制器的制作方法

1.本实用新型涉及一种基于硬件电路谐波快速检测技术的高压无功补偿控制器，属于高压无功补偿领域。


背景技术：

2.电容器的过载无非是由于电压过高或者是谐波过大而引起，因此在无功补偿控制器中设计过电压保护功能是必要的。在能力允许的情况下，应该在控制器中设计电压谐波检测功能，因为导致电容器谐波过载的根本原因是电压畸变，检测电压谐波就可以实现对电容器的谐波过载保护。有了过电压保护和谐波过载保护则热继电器就可以取消，这样既节省了体积与成本又减少了故障点。
3.目前谐波分析应用最广泛的技术是离散傅里叶变换(dft)、快速傅里叶变换(fft)、滑窗离散傅里叶变换(sdft)。但是，这些算法均需要较长的时间才能获得谐波的有效信息，占用cpu大量时间。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是解决现有技术存在的上述问题，提供一种基于硬件电路谐波快速检测技术的高压无功补偿控制器。
5.本实用新型是这样实现的：一种基于硬件电路谐波快速检测技术的高压无功补偿控制器，其特殊之处是：包括50hz工频信号陷波器、二介有源振荡选频电路、谐波信号放大电路、谐波信号门坎值比较电路和“与门”保护输出电路，所述50hz工频信号陷波器、二介有源振荡选频电路、放大电路和谐波信号门坎值比较电路依次连接且有多组，各谐波信号门坎值比较电路输出端与“与门”保护输出电路对应的输入端连接，经各谐波信号门坎值比较电路输出端给“与门”保护输出电路对应的输入端输入信号，多个谐波保护输出信号x2～xm通过对应的二极管d1～dn可以实现“与门”功能，任何一路输出有保护信号，主控制器都能检测到外部中断信号exint。
6.进一步地，所述“与门”保护输出电路包括与2次谐波保护输出信号x2～m次谐波保护输出信号xm一一对应的二极管d1～dn、光耦e1、电阻r11和r12，所述电阻r11连接在光耦e1的1脚、所述二极管d1～dn的正极接光耦e1的2脚，所述电阻r12接光耦e1的3脚即所述“与门”保护输出电路输出端，所述光耦e1的4脚接地，多个谐波保护输出信号x2～xm通过对应的二极管d1～dn可以实现“与门”功能。
7.进一步地，所述50hz工频信号陷波器由一个低通滤波电路和一个高通滤波电路并联组成；其中串联的电阻rr1和电阻rr2以及连接在电阻rr1与电阻rr2的结点和模拟地agnd之间的电容cc1和电容cc2组成低于49.5hz频率的信号允许通过的低通滤波电路，串联的电容cc3和电容cc4、连接在电容cc3与电容cc4的结点和模拟地agnd之间的电阻rr3和电阻rr4组成高于50.5hz频率的信号允许通过的高通滤波电路。外部输入电压信号经电压传感器降压变为弱电小电压信号lo_v,弱电小电压lo_v经50hz工频信号陷波器后，过滤掉了50hz工
频信号，此时输出的vv1信号仅包含谐波信号即为总谐波信号。
8.进一步地，所述二介有源振荡选频电路包括运算放大器u2a和运算放大器u2b、电阻r1～电阻r7和电容c1～电容c5，其中电容c1和电阻r1串联在信号输入端vv1和运算放大器u2a同相输入端，可调电阻r2和电阻r3串联在运算放大器u2a同相输入端和运算放大器u2b输出端之间，电容c2连接在运算放大器u2a同相输入端和模拟地agnd之间，电容c5一端连接运算放大器u2a和运算放大器器u2b的反相输入端、电容c5另一端连接运算放大器u2b的输出端，电阻r4和可调电阻r5串联在运算放大器u2a和u2b的反相输入端与运算放大器u2a的输出端之间，电阻r6连接在运算放大器u2a输出端和运算放大器u2b同相输入端之间，电阻r7连接在运算放大器u2b同相输入端和模拟地agnd之间，电容c3连接在运算放大器u2a正供电端和模拟地agnd之间，电容c4连接在运算放大器u2a负供电端和模拟地agnd之间。
9.本实用新型的有益效果是：和传统的软件算法计算谐波相比，本实用新型使用硬件选频电路实现谐波检测，主控制器仅需检测外部中断输入信号，不需要占用cpu的时间，而且能大大缩短谐波检测的时间，实现快速谐波检测，从而实现快速的电容器保护动作，大大提高电容器的使用安全性。
附图说明
10.图1是本实用新型的电路框图；
11.图2是50hz工频信号陷波器电路原理图；
12.图3是二介有源振荡选频电路电路原理图；
13.图4是谐波信号放大电路原理图；
14.图5是谐波信号门坎值比较电路原理图；
15.图6是“与门”保护输出电路原理图。
具体实施方式
16.如图1所示，本实用新型包括50hz工频信号陷波器、二介有源振荡选频电路、谐波信号放大电路、谐波信号门坎值比较电路和“与门”保护输出电路，所述50hz工频信号陷波器、谐波信号二介有源振荡选频电路、谐波信号放大电路和谐波信号门坎值比较电路依次连接且有多组(本实施例为n组)，经各谐波信号门坎值比较电路输出端输出的信号x2～xm信号(2次谐波～m次谐波的保护信号)分别给与“与门”保护输出电路对应的输入端输入信号，m＝n 1。
17.如图2，所述50hz工频信号陷波器由一个低通滤波电路和一个高通滤波电路并联组成；电阻rr1、电阻rr2以及电容cc1和电容cc2组成低通滤波电路，滤波频率为49.5hz频率，低于49.5hz频率的信号允许从该支路通过。电容cc3、电容cc4、电阻rr3和电阻rr4组成高通滤波电路，滤波频率为50.5hz频率，高于50.5hz频率的信号允许从该支路通过。外部输入电压信号经电压传感器降压变为弱电小电压信号lo_v,弱电小电压lo_v经50hz工频信号陷波器后，过滤掉了50hz(49.5～50.5hz)工频信号，此时输出的vv1信号仅包含谐波信号(2次谐波～m次谐波)，即为总谐波信号。
18.如图3，所述二介有源振荡选频电路包括运算放大器u2a和u2b、电阻r1～r7和电容c1～c5，总谐波信号vv1经二介有源振荡选频电路后输出信号为s1,s1为选出的某次谐波信
号，选频频率计算公式为：
19.f
低
＝1/(2π(r2 r3)*c2),
20.f
高
＝1/(2π(r4 r5)*c5)
21.r2,r5为可调电阻，调试时，可通过调节可调电阻r2和r5的阻值，实现精准选频。
22.如图4，所述谐波信号放大电路包括运算放大器u3a、电阻r8～r10和电容c6～c7，经二介有源振荡选频电路选出的信号s1幅值比较小，信号需要二次放大，s1信号经谐波信号放大电路后，信号被放大30倍，若按谐波畸变率达到基波的5％保护，当谐波畸变率达到基波的5％时，则该电路输出的谐波信号幅值为lo_v工频信号的1.5倍。输出信号命名为k2(2次谐波信号)。
23.如图5，所述谐波信号门坎值比较电路包括运算放大器u4a、电容c9和c10,谐波信号放大电路输出的谐波信号k2和保护门坎比较值vth幅值进行比较，谐波畸变率按基波的5％保护值计算，谐波输出幅值为lo_v工频信号的1.5倍。则保护门坎比较值vth整定为lo_v幅值的1.5倍，若谐波信号的幅值高于vth门坎值则输出电压信号x2变为低电平。
24.如图6，所述“与门”保护输出电路包括与2次谐波保护输出信号x2～m次谐波保护输出信号xm一一对应的二极管d1～dn、光耦e1、电阻r11和r12，所述电阻r11连接在光耦e1的1脚、所述二极管d1～dn的正极接光耦e1的2脚，所述电阻r12接光耦e1的3脚即所述“与门”保护输出电路输出端，其输出信号为exint，所述光耦e1的4脚接地，多个谐波保护输出信号x2～xm通过对应的二极管d1～dn可以实现“与门”功能，任何一路输出有保护信号，主控制器都能检测到外部中断信号exint，及时做出响应保护跳闸。该基于硬件电路谐波快速检测技术的高压无功补偿控制器由于使用硬件电路实现，检测时间只需要1/4工频周期。
25.以上仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。