專利名稱：無功功率補償控制裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及電容控制的無功功率補償技術領域，尤其涉及一種無功功率補償控制裝置。
背景技術：
在電網(wǎng)系統(tǒng)中有許多用電設備是根據(jù)電磁感應原理工作的，如配電變壓器、電動機等，它們?yōu)榻⒔蛔兇艌龊透袘磐ㄐ枰囊欢ǖ碾姽β?，即無功功率(Reactive power) ο無功功率的單位為乏(var),其并不轉(zhuǎn)化為機械能、熱能等(或者說不直接做功)， 但又會占用電網(wǎng)容量，增大電網(wǎng)壓降等；因此需要通過各種無功功率調(diào)節(jié)措施改善電網(wǎng)無功功率分布和電壓水平，即進行無功功率補償(Reactive power compensation) 無功功率補償主要通過向用電設備并聯(lián)一定的補償電容實現(xiàn)。由于整個電網(wǎng)系統(tǒng)中用電設備的電壓、電流等情況是隨時變化的，故用電設備所需的補償電容的量也是變化的，因此，為了達到最好的補償效果，應根據(jù)用電設備的具體情況不斷將不同的補償電容投入電路中或從電路中切斷(即對補償電容進行投切)。補償電容的投切主要通過無功功率補償控制裝置進行控制?，F(xiàn)有的無功功率補償控制裝置結(jié)構如圖I所示，包括依次連接的模擬量采集模塊100、模擬信號邏輯變換模塊 200、邏輯分析控制模塊300、輸出控制模塊400 ;模擬量采集模塊100用于采集設備的電流 和電壓信號，模擬信號邏輯變換模塊200用于將模擬量采集模塊100采集的信號轉(zhuǎn)換為可供邏輯分析的驅(qū)動信號，邏輯分析控制模塊300用于對驅(qū)動信號進行邏輯分析判斷，并把邏輯分析判斷結(jié)果輸出給輸出控制模塊400，輸出控制模塊400根據(jù)邏輯分析判斷結(jié)果控制補償電容進行投切；其中，模擬信號邏輯變換模塊200、邏輯分析控制模塊300、輸出控制模塊400主要均是由一系列不同類型的繼電器組成的。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術至少具有以下問題現(xiàn)有的無功功率補償控制裝置中的模擬信號邏輯變換模塊、邏輯分析控制模塊、輸出控制模塊均含有大量的繼電器，因此造成裝置的結(jié)構復雜、體積大、成本高、故障點多、可靠性低、使用壽命短、抗干擾能力差；同時其也無法進行數(shù)據(jù)記錄，不利于故障事后分析，沒有通訊功能，依賴人工巡檢，實時性差，補償方式單一。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術問題包括，針對現(xiàn)有技術中的無功功率補償控制裝置結(jié)構復雜、體積大、成本高、故障點多、可靠性低、使用壽命短的問題，提供一種結(jié)構簡單、體積小、成本低、故障點少、安全性好、可靠性高、使用壽命長的無功功率補償控制裝置。解決本實用新型技術問題所采用的技術方案是一種無功功率補償控制裝置，其包括模擬量采集模塊、微控制器、輸出控制模塊，其中，模擬量采集模塊用以采集用電設備各相的電流、電壓信號；微控制器的輸入端與所述模擬量采集模塊的輸出端相連，用以根據(jù)模擬量采集模塊所采集的信號向輸出控制模塊發(fā)出控制信號；輸出控制模塊的輸入端與所述微控制器的輸出端相連，其用以根據(jù)所述控制信號控制補償電容進行投切。優(yōu)選的是，還包括連接在所述微控制器的輸出端與輸出控制模塊的輸入端之間的光電隔離單元。優(yōu)選的是，所述模擬量采集模塊包括測量電壓采集支路，所述測量電壓采集支路包括用以將所采集的測量電壓信號減小的電壓互感器；連接在所述電壓互感器的輸出端和微控制器的輸入端之間的第一低通濾波電路。優(yōu)選的是，所述模擬量采集模塊包括測量電流采集支路，所述測量電流采集支路包括用以將所采集的測量電流信號減小的測量電流互感器；與所述測量電流互感器的輸出端相連的測量取樣電阻；連接在所述測量取樣電阻和微控制器的輸入端之間的第二低通濾波電路。優(yōu)選的是，所述模擬量采集模塊包括保護電流采集支路，所述保護電流采集支路包括用以將所采集的保護電流信號減小的保護電流互感器；與所述保護電流互感器的輸出端相連的保護取樣電阻；連接在所述保護取樣電阻和微控制器的輸入端之間的第三低通濾波電路。優(yōu)選的是，還包括至少一個能與所述微控制器進行遠程通訊的通訊單元；其中，所述輸出控制模塊的輸入端通過所述通訊單元與所述微控制器的輸出端相連。進一步優(yōu)選的是，所述輸出控制模塊包括與所述通訊單元相連的控制信號光電隔離單元；與所述控制信號光電隔離單元的輸出端相連的、用以控制補償電容進行投切的邏輯保護繼電器。進一步優(yōu)選的是，所述輸出控制模塊還包括用以保護所述控制信號光電隔離單元的保護單元。進一步優(yōu)選的是，所述邏輯保護繼電器為晶閘管。優(yōu)選的是，還包括與所述微控制器相連的人機交互模塊。其中，微控制器是指數(shù)字式的、具有數(shù)據(jù)處理能力的，可根據(jù)模擬量采集模塊所采集的信號計算得出控制信號(即決定如何進行無功功率補償?shù)男盘?并將控制信號發(fā)送給輸出控制模塊的單元，該微控制器可為處理器、控制器、單片機等多種形式。 本實用新型的無功功率補償控制裝置中，使用數(shù)字式的微控制器替代了由大量繼電器組成的模擬信號邏輯變換模塊和邏輯分析控制模塊，從而可簡化裝置結(jié)構，縮小裝置體積，降低成本；且微控制器本身的故障點少，運行穩(wěn)定，使用壽命長，故還可提高裝置的可靠性、安全性和使用壽命。同時，通過增加光電隔離單元，可提高裝置的抗干擾能力；通過增加人機交互模塊，可改善裝置的易操作性，方便用戶進行數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)記錄、參數(shù)設置、故障分析等；通過增加通信模塊，可實現(xiàn)遠程控制和實時控制，使裝置可用于不易人工值守的電網(wǎng)設備中，且能提高裝置的可擴展性和可繼承性，使其便于集成在自動化系統(tǒng)中。[0032]本實用新型的無功功率補償控制裝置可用于在電網(wǎng)系統(tǒng)中進行無功功率補償。

圖I為現(xiàn)有的無功功率補償控制裝置的結(jié)構示意框圖；圖2為本實用新型的實施例2的無功功率補償控制裝置的結(jié)構示意框圖；圖3為本實用新型的實施例無功功率補償控制裝置的模擬量采集模塊的一種電路結(jié)構不意圖；圖4為本實用新型的實施例3的無功功率補償控制裝置的結(jié)構示意框圖；圖5為本實用新型的實施例3的無功功率補償控制裝置的輸出控制模塊的一種電路結(jié)構不意圖。
具體實施方式
為使本領域技術人員更好地理解本實用新型的技術方案，
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步詳 細描述。實施例I :本實施例提供一種無功功率補償控制裝置，包括模擬量采集模塊、微控制器、輸出控制模塊；其中，模擬量采集模塊用以采集用電設備各相的電流、電壓信號；微控制器的輸入端與模擬量采集模塊的輸出端相連，用以根據(jù)模擬量采集模塊所采集的信號向輸出控制模塊發(fā)出控制信號；輸出控制模塊的輸入端與微控制器的輸出端相連，其用以根據(jù)控制信號控制補償電容進行投切。本實施例的無功功率補償控制裝置中，使用數(shù)字式的微控制器替代了由大量繼電器組成的模擬信號邏輯變換模塊和邏輯分析控制模塊，從而可簡化裝置結(jié)構，縮小裝置體積，降低成本；且微控制器本身的故障點少，運行穩(wěn)定，使用壽命長，故還可提高裝置的可靠性、安全性和使用壽命。實施例2 如圖2所示，本實施例提供一種無功功率補償控制裝置，其包括模擬量采集模塊 100、微控制器900、輸出控制模塊400 ；優(yōu)選還可包括光電隔離單元500、人機交互模塊700。 下面對無功功率補償控制裝置的各部分分別進行說明。(一 )模擬量米集模塊100模擬量采集模塊100用以采集用電設備各相的電流、電壓信號，以供微控制器900 進行分析。優(yōu)選的，如圖3所示(本圖以采集A相信號為例)，模擬量采集模塊100包括測量電壓采集支路、測量電壓采集支路、測量電流采集支路。測量電壓采集支路包括用以將所采集的測量電壓信號Ua減小(即變?yōu)樾‰妷盒盘?的電壓互感器TV1，以及連接在電壓互感器TVl輸出端和微控制器900輸入端之間的第一低通濾波電路，該第一低通濾波電路可由電阻Rl I和電容Cl I組成，其可輸入微控制器 900的通道ANO中。[0051]測量電流采集支路包括用以將所采集的測量電流信號Ia減小的測量電流互感器TAl ;與測量電流互感器TAl的輸出端相連的測量取樣電阻R13，該測量取樣電阻R13用于將減小后的測量電流信號Ia轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?；連接在測量取樣電阻R13和微控制器900 輸入端之間的第二低通濾波電路，該第二低通濾波電路可由電阻R12和電容C12組成，其可輸入到微控制器900的通道ANl中。保護電流采集支路包括用以將所采集的保護電流信號Iab減小的保護電流互感器TAbl ;與保護電流互感器TAbl的輸出端相連的保護取樣電阻R15，該保護取樣電阻R15 用于將減小后的保護電流信號Iab轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?；連接在保護取樣電阻R15和微控制器 900輸入端之間的第二低通濾波電路，該第二低通濾波電路可由電阻R14和電容C13組成， 其可輸入到微控制器900的通道AN2中。其中，采集測量電壓信號Ua、測量電流信號la、保護電流信號Iab的電路的結(jié)構和工作方式是已知的，故在此不再詳細描述。具體的，電阻Rll、R12、R14可為8kQ的電阻，電阻R13、R15可 為10 Ω的電阻， 電容C11、C12、C13可為IOnF的電容，電壓互感器TVl可為淄博元星電子有限公司生產(chǎn)的 TV31型，測量電流互感器TAl可為淄博元星電子有限公司生產(chǎn)的TA21CM型，保護電流互感器TAbl可為淄博元星電子有限公司生產(chǎn)的ΤΑ23Α型。顯然，圖3所示的測量模擬量采集電路100以及上述的各元器件的具體參數(shù)、型號等都只是示例性的，它們均可被其它已知的具有等同功能的電路結(jié)構或元器件替代。( 二)微控制器900微控制器900的輸入端與模擬量采集模塊100的輸出端相連，其用以根據(jù)模擬量采集模塊100所采集的信號向輸出控制模塊400發(fā)出控制信號。也就是說，微控制器900 可將上述的測量電壓信號Ua、測量電流信號la、保護電流信號Iab等經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號，并結(jié)合預設的保護整定參數(shù)、現(xiàn)有補償狀況(即現(xiàn)在有哪些補償電容接在電路中)等進行邏輯分析判斷，得到應該如何操作補償電容(即得到邏輯分析判斷結(jié)果)，并將邏輯分析判斷結(jié)果(如以低壓小電流信號的形式)經(jīng)光電隔離單元500發(fā)送給輸出控制模塊400， 通過輸出控制模塊400控制補償電容進行投切。其中，保護整定參數(shù)可包括單體電容容量、 功率因數(shù)下限、功率因數(shù)上限、自動/手動切換值等。具體的，該微控制器900可為美國微芯公司的PIC18F4520型微控制器，該微控制器是采用10位A/D和納瓦技術的44引腳增強型閃存單片機，工作頻率達到40MHz，集成了硬件乘法器處理功能。顯然，上述微控制器900的具體類型只是示例性的，其也可被其它已知的能夠進行模數(shù)轉(zhuǎn)換并具有足夠分析處理能力的處理器、控制器、單片機等替代。(三)光電隔離單元500(可選)光電隔離單元500連接在微控制器900的輸出端與輸出控制模塊400的輸入端之間。光電隔離單元500可保證信號隔離，避免輸出控制模塊400收到外界噪聲的干擾，同時其還可對微控制器900輸出的控制信號進行放大和整形，保證控制信號的準確性、可靠性、 穩(wěn)定性，提高裝置的抗干擾能力。具體的，該光電隔離單元500可為美國安捷倫公司的6N135型。顯然，以上所舉的光電隔離單元500的具體類型只是示例性的，其也可被其它已知的具有光電隔離功能及信號放大/整形功能的元器件替代。(四)輸出控制模塊400輸出控制模塊400的輸入端與微控制器900的輸出端相連,其用以根據(jù)微控制器 900發(fā)出的控制信號(即上述小電流低壓信號)控制補償電容進行投切。也就是說，輸出控制模塊400可根據(jù)控制信號控制邏輯保護繼電器的開閉，從而對用電設備、電網(wǎng)中的補償電容進行投切，使它們接入電路或從電路中斷開，從而實時調(diào)整無功功率補償情況。例如，當采集到的無功功率過高、功率因數(shù)降低到設定的下限值以下時，可投入一組補償電容來補償用戶設備的無功需求，若功率因數(shù)仍未達到下限值以上，則繼續(xù)投入補償電容，直到滿足要求時停止；當功率因數(shù)過高而超過上限值時，則切斷已經(jīng)投的補償電容直到將功率因數(shù)控制在上限值以下為止。在投切的過程中，原則可為“先進先出，循環(huán)投切”，盡量使補償電容保持在均衡的工作狀態(tài)中。輸出控制模塊400可采用已知的結(jié)構，故在此不再對其進行詳細描述。(五)人機交互模塊700(可選) 人機交互模塊700與微控制器900相連、其用以向用戶提供人機交互界面。具體的，人機交互模塊700可包括輸出單元(如LED顯示器、揚聲器等)和輸入單元(如鍵盤、鼠標、按鈕等)，用戶可通過人機交互模塊700獲取無功功率補償控制裝置的相關信息，并對其進行控制操作。因此，通過設置人機交互模塊700，可改善裝置的易操作性，方便用戶進行數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)記錄、參數(shù)設置、故障分析等。實施例3 如圖4所示，本實施例提供一種無功功率補償控制裝置，其與實施例2的無功功率補償控制裝置具有類似的結(jié)構，區(qū)別在于本無功功率補償控制裝置還包括至少一個能與微控制器900進行遠程通訊的通訊單元800，且輸出控制模塊400的輸入端通過通訊單元800 與微控制器900的輸出端相連(當然，其間還可經(jīng)過光電隔離單元500，但圖中未示出)。具體的，通訊模塊800可包括工業(yè)以太網(wǎng)接口和RS485接口，工業(yè)以太網(wǎng)接口遵循 TCP/IP網(wǎng)絡協(xié)議，適用于遠距離復雜網(wǎng)絡的通訊，而RS485接口可采用美國Intersil公司的ISL485芯片，其使用Modbus通訊協(xié)議，適用于近距離串行接口的組網(wǎng)通訊。其中，每個相連的通訊單元800和微控制器900可稱為一個“分機”，而模擬量采集模塊100和微控制器900可稱為“主機”，即一個“主機”可控制多個“分機”。也就是說，可通過具有網(wǎng)絡通訊、無線通訊等遠程通訊功能的通訊單元800將微控制器900與輸出控制模塊400相連，從而可對多個用電設備同時進行無功功率補償，并可進行遙控、遙測、遙信、 遙調(diào)等(即可實現(xiàn)遠程控制)，以提高控制的實時性，使得不宜人工值守的電網(wǎng)單元的控制工作更加方便安全，且可提高裝置的可擴展性和可繼承性，使裝置便于集成在自動化控制系統(tǒng)中。優(yōu)選的，如圖5所示，此時的輸出控制模塊400包括與通訊單元800相連的控制信號光電隔離單元U7 ；與控制信號光電隔離單元U7的輸出端相連的、用以控制補償電容進行投切的邏輯保護繼電器。因為本實施例中的輸出控制模塊400是通過通訊模塊800與微控制器900相連的，其輸入信號經(jīng)過通訊模塊800后穩(wěn)定性較差，因此其輸出控制模塊400中可包括控制信號光電隔離單元U7，用以對經(jīng)過通訊模塊800的控制信號進行放大、整形等，保證實際起到控制作用的信號穩(wěn)定、可靠。更優(yōu)選的，輸出控制模塊400還包括用以保護控制信號光電隔離單元的保護單元；該包括單元可包括限流電阻R71、R72等元器件，由于這類保護電路有多種已知的具體結(jié)構，故在此就不再對其 進行詳細描述。 優(yōu)選的，上述邏輯保護繼電器為晶閘管G71。也就是說，可通過晶閘管G71控制補償電容的投切(其中節(jié)點FLl為晶閘管G71的輸出節(jié)點)。顯然，圖5所示的輸出控制模塊400只是示例性的，其可被其它已知的具有等同功能的電路或元器件替代。顯然，上述各實施例的無功功率補償控制裝置還可進行許多公知的變化，例如，其中可增加用于測量現(xiàn)有的補償狀況的模塊；再如，各電路中可增加用于限流、濾波等的電阻、電容等公知器件，或者可采用具有相同功能但結(jié)構不同的電路?？梢岳斫獾氖?，以上實施方式僅僅是為了說明本實用新型的原理而采用的示例性實施方式，然而本實用新型并不局限于此。對于本領域內(nèi)的普通技術人員而言，在不脫離本實用新型的精神和實質(zhì)的情況下，可以做出各種變型和改進，這些變型和改進也視為本實用新型的保護范圍。
權利要求1.一種無功功率補償控制裝置，其特征在于，包括模擬量采集模塊、微控制器、輸出控制模塊；其中，模擬量采集模塊用以采集用電設備各相的電流、電壓信號；微控制器的輸入端與所述模擬量采集模塊的輸出端相連，用以根據(jù)模擬量采集模塊所采集的信號向輸出控制模塊發(fā)出控制信號；輸出控制模塊的輸入端與所述微控制器的輸出端相連，其用以根據(jù)所述控制信號控制補償電容進行投切。
2.根據(jù)權利要求I所述的無功功率補償控制裝置，其特征在于，還包括連接在所述微控制器的輸出端與輸出控制模塊的輸入端之間的光電隔離單元。
3.根據(jù)權利要求I所述的無功功率補償控制裝置，其特征在于，所述模擬量采集模塊包括測量電壓采集支路，所述測量電壓采集支路包括用以將所采集的測量電壓信號減小的電壓互感器； 連接在所述電壓互感器的輸出端和微控制器的輸入端之間的第一低通濾波電路。
4.根據(jù)權利要求I所述的無功功率補償控制裝置，其特征在于，所述模擬量采集模塊包括測量電流采集支路，所述測量電流采集支路包括用以將所采集的測量電流信號減小的測量電流互感器；與所述測量電流互感器的輸出端相連的測量取樣電阻；連接在所述測量取樣電阻和微控制器的輸入端之間的第二低通濾波電路。
5.根據(jù)權利要求I所述的無功功率補償控制裝置，其特征在于，所述模擬量采集模塊包括保護電流采集支路，所述保護電流采集支路包括用以將所采集的保護電流信號減小的保護電流互感器；與所述保護電流互感器的輸出端相連的保護取樣電阻；連接在所述保護取樣電阻和微控制器的輸入端之間的第三低通濾波電路。
6.根據(jù)權利要求I至5中任意一項所述的無功功率補償控制裝置，其特征在于，還包括至少一個能與所述微控制器進行遠程通訊的通訊單元；且所述輸出控制模塊的輸入端通過所述通訊單元與所述微控制器的輸出端相連。
7.根據(jù)權利要求6所述的無功功率補償控制裝置，其特征在于，所述輸出控制模塊包括與所述通訊單元相連的控制信號光電隔離單元；與所述控制信號光電隔離單元的輸出端相連的、用以控制補償電容進行投切的邏輯保護繼電器。
8.根據(jù)權利要求7所述的無功功率補償控制裝置，其特征在于，所述輸出控制模塊還包括用以保護所述控制信號光電隔離單元的保護單元。
9.根據(jù)權利要求7所述的無功功率補償控制裝置，其特征在于，所述邏輯保護繼電器為晶閘管。
10.根據(jù)權利要求I至5中任意一項所述的無功功率補償控制裝置，其特征在于，還包 括與所述微控制器相 連的人機交互模塊。
專利摘要本實用新型提供一種無功功率補償控制裝置，屬于電容控制的無功功率補償技術領域，其可解決現(xiàn)有的無功功率補償控制裝置結(jié)構復雜、體積大、成本高、故障點多、可靠性低、使用壽命短的問題。本實用新型的無功功率補償控制裝置包括模擬量采集模塊、微控制器、輸出控制模塊，其中，模擬量采集模塊用以采集用電設備各相的電流、電壓信號；微控制器的輸入端與所述模擬量采集模塊的輸出端相連，用以根據(jù)模擬量采集模塊所采集的信號向輸出控制模塊發(fā)出控制信號；輸出控制模塊的輸入端與所述微控制器的輸出端相連，用以根據(jù)所述控制信號控制補償電容進行投切。本實用新型可用于在電網(wǎng)系統(tǒng)中進行無功功率補償。
文檔編號H02J3/18GK202474864SQ2011205438
公開日2012年10月3日 申請日期2011年12月21日 優(yōu)先權日2011年12月21日
發(fā)明者何緒文, 宋建慧, 曾瑞, 賀愛存, 靳夢龍, 馬威 申請人:新疆特變電工自控設備有限公司