本實(shí)用新型涉及一種電力系統(tǒng)低壓功率因數(shù)自動(dòng)補(bǔ)償控制器，尤其涉及一種可擴(kuò)展無(wú)功補(bǔ)償控制器。

背景技術(shù)：

隨著現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展，對(duì)電能的質(zhì)量要求越來(lái)越高，無(wú)功功率的平衡是電能質(zhì)量的重要保證。無(wú)功功率補(bǔ)償裝置是一種能夠穩(wěn)定電網(wǎng)電壓，改善電網(wǎng)供電質(zhì)量和變壓器利用率，節(jié)約電能，提高用電可靠度的裝置。在低壓供電系統(tǒng)中，低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置的功能就是向感性負(fù)載設(shè)備就近提供無(wú)功功率。低壓無(wú)功補(bǔ)償控制器的核心是通過(guò)檢測(cè)電壓電流計(jì)算出功率因數(shù)、無(wú)功功率。按照一定的規(guī)律投切電容器組，實(shí)現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償。

現(xiàn)有的無(wú)功補(bǔ)償控制器主要有兩大類(lèi)缺點(diǎn)：

1.只能將顯示、按鍵輸入、輸出控制、通信、電源等一體化的控制器安裝在配電柜面板上面。這樣導(dǎo)致很多導(dǎo)線(xiàn)（電源，通信，輸出控制）必須從配電柜內(nèi)部接到面板上面，控制器面板接線(xiàn)端子處有很多不同的電纜，造成二次線(xiàn)布線(xiàn)復(fù)雜，需花費(fèi)大量電纜，增加工作量，而且二次線(xiàn)容易漏接或者接錯(cuò)。輸出控制回路數(shù)量一定，不能擴(kuò)展多的回路。如果有好幾臺(tái)無(wú)功補(bǔ)償柜時(shí),大量的二次回路控制線(xiàn)必須從控制器接到其他補(bǔ)償柜。

2.低壓無(wú)功補(bǔ)償控制器只能二象限運(yùn)行根據(jù)電網(wǎng)的無(wú)功功率或者功率因數(shù)，通過(guò)固定的分組式方法將相同容量的電容器組投切的逐步逼近負(fù)荷的無(wú)功需量以提高功率因數(shù)。當(dāng)電容器組投切回路出現(xiàn)故障或者電容器故障時(shí)控制器無(wú)法判斷，進(jìn)而投入更多的電容器組或者導(dǎo)致故障進(jìn)一步擴(kuò)大。投切選擇沒(méi)有考慮各個(gè)電容器組使用頻次和使用時(shí)間，容易對(duì)同一組電容器多次進(jìn)行投切動(dòng)作，或者長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行某一組電容器組，導(dǎo)致該電容器組，接觸器故障增加，使用壽命減少。采樣電壓，采樣電流相序等固定的，不能任意設(shè)定修改。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于現(xiàn)有的技術(shù)缺陷，本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之不足，通過(guò)RJ11通信連接線(xiàn)連接可擴(kuò)展無(wú)功補(bǔ)償控制器的LCD顯示輸入模塊和主控制模塊，主控制模塊和多個(gè)擴(kuò)展輸出模塊，以及相互連接多個(gè)擴(kuò)展輸出模塊。

為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下：

一種可擴(kuò)展無(wú)功補(bǔ)償控制器，包括LCD顯示輸入模塊，主控制模塊，以及多個(gè)擴(kuò)展輸出模塊。主控制模塊由MCU、電壓采樣單元、電流采樣單元、數(shù)字電位器、繼電器、電源、CAN 接口、溫度檢測(cè)單元、以及RS485通信單元構(gòu)成。LCD顯示輸入模塊和主控制模塊之間，主控制模塊和多個(gè)擴(kuò)展輸出模塊之間，以及多個(gè)擴(kuò)展輸出模塊之間由通信連接線(xiàn)連接。

本實(shí)用新型的可擴(kuò)展無(wú)功補(bǔ)償控制器必須有LCD顯示輸入模塊和主控模塊，如果輸出回路數(shù)量不夠可接輸出擴(kuò)展模塊。

LCD顯示輸入功能模塊包括顯示輸入模塊觸摸按鍵、LCD顯示屏、以及RJ11接口。顯示輸入模塊由主控模塊通過(guò)通信連接線(xiàn)供電，顯示輸入模塊內(nèi)部包含LCD驅(qū)動(dòng)電路、按鍵輸入電路、以及通信隔離電路。

主控制模塊由MCU、電壓采樣單元、電流采樣單元、數(shù)字電位器、繼電器、電源、CAN 接口、溫度檢測(cè)單元、以及RS485通信單元構(gòu)成。MCU 采用TMS320F28335，該DSP運(yùn)行頻率最高150 MHz，運(yùn)行速度快，大大提高電壓、電流采集后數(shù)據(jù)分析的實(shí)時(shí)性。TMS320F28335內(nèi)置CAN 控制器，非常適合于總線(xiàn)控制系統(tǒng)；信號(hào)采集模塊與MCU 之間用HCNR201 線(xiàn)性光耦進(jìn)行隔離，繼電器與MCU 之間也采用光耦TLP-521 進(jìn)行隔離，增強(qiáng)系統(tǒng)可靠性和抗干擾性； CAN 驅(qū)動(dòng)芯片采用TJA1050，與TMS320F28335之間用PS9121 高速光耦隔離，PS9121的工作信號(hào)頻率最高可達(dá)10 MHz，滿(mǎn)足CAN 通信的需要。隔離的DC-DC 模塊為T(mén)JA1050 和PS9121 供電，實(shí)現(xiàn)與其他模塊的供電隔離，減少數(shù)字信號(hào)造成的干擾。TMS320F28335測(cè)量時(shí)，從電壓互感器和電流互感器的二次側(cè)引入輸入信號(hào)，電流信號(hào)經(jīng)過(guò)非失真模擬小信號(hào)放大電路處理，然后對(duì)電壓和電流信號(hào)同時(shí)進(jìn)行隔離、采樣、保持，并送入A／D轉(zhuǎn)換器變成離散數(shù)據(jù)序列信號(hào)。微控制CPU對(duì)離散數(shù)據(jù)序列信號(hào)分析和處理。將其處理的結(jié)果，一方面，通過(guò)LCD模塊將采集到的數(shù)據(jù)在顯示屏上顯示出來(lái)，包括電壓、電流、頻率、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)，諧波次數(shù)，投切電容組數(shù)、電容投切次數(shù)。另一方面將測(cè)量的結(jié)果參數(shù)保存，并記錄特殊事件，以狀態(tài)燈的形式指示，同時(shí)提供ModBus-RTU接口供其他設(shè)備監(jiān)測(cè)和分析。

擴(kuò)展輸出模塊在用戶(hù)輸出回路不夠時(shí)需用此模塊，該模塊包含4個(gè)繼電器輸出回路，主控模塊根據(jù)補(bǔ)償容量將信息通過(guò)通信線(xiàn)傳到總線(xiàn)上，擴(kuò)展模塊收到信息解析出命令進(jìn)行相應(yīng)動(dòng)作。

擴(kuò)展溫度模塊主要用來(lái)測(cè)量其他電容柜的柜內(nèi)溫度，顯示輸入模塊顯示該模塊溫度，該擴(kuò)展模塊具有4通道溫度檢測(cè)，4路風(fēng)扇、報(bào)警輸出。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本實(shí)用新型的分布式可擴(kuò)展無(wú)功補(bǔ)償控制器的拓?fù)鋱D；

圖2是本實(shí)用新型的LCD顯示輸入模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3 是本實(shí)用新型主控模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本實(shí)用新型擴(kuò)展輸出模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5 是本實(shí)用新型擴(kuò)展溫度模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6 是本實(shí)用新型RJ11通信擴(kuò)展接口的電路示意圖；

圖7 是本實(shí)用新型電壓電流信號(hào)經(jīng)過(guò)非失真模擬小信號(hào)放大電路處理示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。

如圖1所示，本實(shí)用新型的分布式可擴(kuò)展無(wú)功補(bǔ)償控制器主要由LCD顯示輸入模塊1、主控模塊2、擴(kuò)展輸出模塊3、通信連接線(xiàn)4等組成。通信連接線(xiàn)4為6芯通信線(xiàn)，其中4芯為通信線(xiàn)（2芯并聯(lián)，實(shí)際只算兩芯通信線(xiàn)），另外兩芯為電源線(xiàn)正負(fù)極，顯示輸入模塊和擴(kuò)展模塊均由主模塊供電。RJ11接口5為6針?？蓴U(kuò)展無(wú)功補(bǔ)償控制器必須有顯示輸入模塊，主控模塊，如果輸出回路不夠可接輸出擴(kuò)展模塊。

如圖2所示，LCD顯示輸入模塊1包括顯示輸入模塊觸摸按鍵7、LCD顯示屏6、以及RJ11通信接口電路5。LCD顯示輸入模塊1由主控模塊2通過(guò)通信連接線(xiàn)4（6芯通信線(xiàn)）供電，LCD顯示輸入模塊1內(nèi)部包含LCD驅(qū)動(dòng)電路，按鍵輸入電路，通信隔離電路。

如圖3所示，主控模塊包括通信供電接口5，通信隔離電路8，電壓采樣電路9，電流采樣隔離電10，信號(hào)調(diào)理電路11，溫度采樣電路12，繼電器輸出電路13。MCU 采用TMS320F28335，該DSP運(yùn)行頻率最高150 MHz，運(yùn)行速度快，大大提高電壓、電流采集后數(shù)據(jù)分析的實(shí)時(shí)性。TMS320F28335內(nèi)置CAN 控制器，非常適合于總線(xiàn)控制系統(tǒng)；電壓采樣單元與MCU 之間以及電流采樣單元與MCU 之間都用HCNR201 線(xiàn)性光耦進(jìn)行隔離，繼電器與MCU 之間也采用光耦TLP-521 進(jìn)行隔離，增強(qiáng)系統(tǒng)可靠性和抗干擾性； CAN 驅(qū)動(dòng)芯片采用TJA1050，與TMS320F28335之間用PS9121 高速光耦隔離，PS9121的工作信號(hào)頻率最高可達(dá)10 MHz，滿(mǎn)足CAN 通信的需要。隔離的DC-DC 模塊為T(mén)JA1050 和PS9121 供電，實(shí)現(xiàn)與其他模塊的供電隔離，減少數(shù)字信號(hào)造成的干擾。TMS320F28335測(cè)量時(shí)，從電壓互感器和電流互感器的二次側(cè)引入輸入信號(hào)，電流信號(hào)經(jīng)過(guò)非失真模擬小信號(hào)放大電路處理，如圖7所示，然后對(duì)電壓和電流信號(hào)同時(shí)進(jìn)行隔離、采樣、保持，并送入A／D轉(zhuǎn)換器變成離散數(shù)據(jù)序列信號(hào)。微控制CPU對(duì)離散數(shù)據(jù)序列信號(hào)分析和處理。將其處理的結(jié)果，一方面，通過(guò)LCD模塊將采集到的數(shù)據(jù)在顯示屏上顯示出來(lái)，包括電壓、電流、頻率、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)，諧波次數(shù)，投切電容組數(shù)、電容投切次數(shù)。另一方面將測(cè)量的結(jié)果參數(shù)保存，并記錄特殊事件，以狀態(tài)燈的形式指示，同時(shí)提供ModBus-RTU接口供其他設(shè)備監(jiān)測(cè)和分析。

擴(kuò)展輸出模塊如圖4所示：由通信供電接口5，通信隔離電路8，繼電器輸出電路13，MCU組成。如在用戶(hù)輸出回路不夠時(shí)需用此模塊，該模塊包含4個(gè)繼電器，主控模塊根據(jù)補(bǔ)償容量將信息通過(guò)通信連接線(xiàn)4傳到通信總線(xiàn)上，擴(kuò)展模塊收到信息解析出主模塊的命令進(jìn)行相應(yīng)動(dòng)作。

如圖5所示，擴(kuò)展溫度模塊由通信供電接口5，通信隔離電路8，溫度采集電路12，風(fēng)扇控制電路14，溫度報(bào)警電路15和MCU組成。此模塊主要用來(lái)測(cè)量其他電容柜的柜內(nèi)溫度，顯示輸入模塊可顯示該模塊溫度，該擴(kuò)展模塊具有4通道溫度檢測(cè)，4路風(fēng)扇、報(bào)警輸出。

以上顯示和描述了本實(shí)用新型的基本原理和主要特征和本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實(shí)用新型不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述的只是說(shuō)明本實(shí)用新型的原理，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下，本實(shí)用新型還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實(shí)用新型范圍內(nèi)。本實(shí)用新型要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)及其等效物界定。