CN102055198B - 无功补偿智能监控管理系统 - Google Patents

Abstract

一种无功补偿智能监控管理系统包括信号采集模块（1），该信号采集模块（1）的信号输出端连接有信号处理模块（2）的信号输入端，该信号处理模块（2）的信号输出端连接有执行模块（3）的信号输入端，具有以下显著效果：电容的合理投切，使电网达到理想的平衡补偿的效果，电容器的无涌流投入，使补偿装置的自耗电降至最小；能够实时监控、判断系统设备的健康状况，了解无功补偿的效果。

Description

无功补偿智能监控管理系统

技术领域

本发明涉及电力系统领域，尤其是一种无功补偿智能监控管理系统。

背景技术

目前，在城市配电网公用变低压侧，由于用户家用电器感性负载的不断增加，使得功率因数较低，导致公用变压器低压侧线路损耗大。统计国内城乡无功损耗按电压等级分：0.4KV级损耗占50%，10KV级占30%,35KV及以上占20%。因此做好10KV等级电压以下的无功补偿具有重要意义。

近年来,由于计算机技术的发展,无功补偿技术已得到很大的改进,无功补偿装置的发展已进入一个新的阶段。然而，许多电网仍存在补偿不足,调节手段落后,目前国内较普遍方式的是在配电变压器400V侧进行三相均衡补偿（即三相共补），低压无功补偿长期缺乏监测手段，完全依靠无功补偿控制器的自动投切，而不能实时掌握低压无功功率、功率因素、三相不平衡以及无功补偿情况等，给低压无功的运行管理工作带来了较大影响。

三相均衡补偿采用三相电容器同时投切型补偿装置。这类补偿装置中使用三相电力电容器，通过检测某一相的电流和另两相线电压来进行计算并控制电容器的投入数量来达到补偿目的。由于电容器与三相提供的无功电流相等，而且三相同时投切，因此这类补偿装置只适用于三相电流基本平衡、动力为主的配电区。当负荷的三相电流不平衡时，不能够使三相均得到良好的补偿，可能造成某一相过补偿，另一相欠补偿。在投切电容时往往以功率因数为判据，容易出现轻载时的频繁投切，而负荷较重时无功补偿不足。

发明内容

本发明所要解决的问题在于提供一种控制电容器投切准确的无功补偿智能监控管理系统。

为达到上述目的，本发明提供一种无功补偿智能监控管理系统,包括信号采集模块，该信号采集模块的信号输出端连接有信号处理模块的信号输入端，该信号处理模块的信号输出端连接有执行模块的信号输入端，其特征在于，所述信号采集模块包括三路电流互感器、三路电压互感器和六路信号调理电路，所述三路电流互感器与所述六路信号调理电路的电流输入端连接，所述三路电压互感器与所述六路信号调理电路的电压输入端连接，所述六路信号调理电路的输出端与所述信号处理模块的输入端连接；

所述信号处理模块设置有DSP信号处理器、AVR微控制器，所述DSP信号处理器的输入端与所述六路信号调理电路的输出端连接，所述DSP信号处理器的输出端与所述AVR微控制器的输入端连接，所述AVR微控制器通过通用I/O接口与功率驱动接口连接，该功率驱动接口与所述执行模块连接；

所述执行模块包括控制信号光电隔离器，该控制信号光电隔离器的驱动信号输入端与所述功率驱动接口连接，所述控制信号光电隔离器的输出端连接有CPU的控制信号输入端，该CPU还设置有过零信号输入端与过零检测电路的输出端连接，该过零检测电路检测三相电源的零电压和零电流信号；所述CPU连接有至少一组触发电路，该触发电路设置有光电隔离器，该光电隔离器输入端与所述CPU第一输出端连接，所述光电隔离器的输出端连接有触发控制电路的输入端，该触发控制电路第一输出端连接有第一晶闸管的门极，所述触发控制电路第二输出端连接有第二晶闸管的门极，所述第一晶闸管的正极与所述第二晶闸管的负极连接后都接三相电源中的一相，所述第一晶闸管的负极与所述第二晶闸管的正极连接后都与电容器的一端连接，该电容器的另一端接地线；所述触发电路还设置有继电器驱动器，该继电器驱动器的输入端与所述CPU第二输出端连接，所述继电器驱动器的输出端连接有磁保持继电器，该磁保持继电器的常开开关分别跨接在所述第一晶闸管、第二晶闸管的正极和负极之间。

三路电流互感器、三路电压互感器对电网回路进行数据采样，采样数据经六路信号调理电路对采样数据进行修正后传输到DSP信号处理器，DSP信号处理器对数据进行A/D数模转换，并对数模转换后的数字信号进行数据计算和处理，计算出电网三相的频率、有功功率、无功功率、功率因数等电参数，DSP信号处理器的外设单元电路协助其完成数据总线、地址总线、控制总线的功能，完成数据采集，数据转换、数据计算分析后，将数据分析运算的结果传输给AVR微控制器，AVR微控制器结合电网实测参数判断出最优化的补偿方式，输出相应的控制信号自动匹配补偿最佳的电容容量、分相补偿路数和三相共补路数，AVR微控制器通过内部通用I/O接口使功率驱动接口输出无功补偿投切的控制信号；

执行模块设置的CPU接收控制信号光电隔离器输出的控制信号，当CPU接收到过零检测电路检测到的三相电源的零电压和零电流信号时，CPU发出触发信号，通过触发电路，触发可控硅（第一晶闸管和第二晶闸管），使第一晶闸管和第二晶闸管导通，从而使得控制补偿回路闭合，当第一晶闸管和第二晶闸管稳定导通运行后，CPU控制继电器驱动器控制磁保持继电器工作，磁保持继电器常开开关闭合，同时CPU控制撤销对可控硅门极的控制信号，使第一晶闸管和第二晶闸管在电流过零时自然关断。

通过对电网电流、电压参数进行采样，计算出有效电压、电流、功率因数、有功功率和无功功率等电参数，结合每一组电容的容量分别进行补偿，同时根据电容容量和A、B、C三相的无功不平衡度选择最合适的组合进行投切，即混合补偿（分相补偿与三相共同补偿相结合）与分级补偿相结合，实现电容的合理投切，使电网达到理想的平衡补偿的效果，避免一相过补，一相欠补的情况发生。

通过可控硅使电压过零投入和电流过零切除，实现了电容器的无涌流投入，再控制磁保持继电器连续运行，使补偿装置的自耗电也降至最小。

所述信号处理模块还设置有RS485通讯接口和RS232通讯接口；所述信号处理模块还连接有通讯管理模块，所述通讯管理模块包括计算机无功补偿监控管理系统，所述AVR微控制器与所述RS485通讯接口连接，该RS485通讯接口与所述计算机无功补偿监控管理系统通信；所述AVR微控制器还与所述RS232通讯接口连接，该RS232通讯接口连接有GPRS/GSM模块，该GPRS/GSM模块与所述计算机无功补偿监控管理系统通信，所述RS232通讯接口还双向连接有无线微功率发送模块，该无线微功率发送模块双向连接有无线微功率接收模块，该无线微功率接收模块与所述计算机无功补偿监控管理系统双向连接，所述无线微功率接收模块还双向连接有手持抄表器，该手持抄表器与所述计算机无功补偿监控管理系统双向连接。

RS485通讯接口实现信号处理模块与计算机无功补偿监控管理系统实时通信，通过计算机无功补偿监控管理系统对电数据进行实时监控。

信号处理模块通过RS232通讯接口、GPRS/GSM模块，实现将实时数据和历史数据（整点数据、统计数据、谐波数据、停电数据、实时数据、运行参数等）无线上传到计算机无功补偿监控管理系统，通过计算机无功补偿监控管理系统向信号处理模块发送数据进行参数设置。

RS232通讯接口配合无线微功率发送模块，通过无线微波方式短距离发送数据，配套手持抄表器，具备了选择抄收、自动抄收、设置参数等功能。在抄收数据中分别实现了对整点数据、统计数据、谐波数据、停电数据、实时数据、运行参数的选择性抄收，即抄收某一天或者某一项数据；自动抄收能完成一段时间所有数据的抄收（由于配电测控仪能保存2个月的数据，所以手持抄表器也相应可以抄收本月和上月的数据）。手持抄表器通过RS232通讯接口控制将信号处理模块转存的数据上传至计算机无功补偿监控管理系统，也可对信号处理模块进行参数设置。

计算机无功补偿监控管理系统内安装综合数据分析管理软件，对无功补偿数据进行读取、分析、汇总、统计，并由此判断系统设备的健康状况，了解无功补偿的效果，有利于数据分析，提出整改措施，提高电网质量具有很重要的意义。也可通过对无功补偿测控单元进行参数设置，将所监测的数据处理成表格、曲线、棒图，并获得电压合格率，负载率，不平衡率，供电可靠率等。

所述控制信号光电隔离器还接收缺相检测电路的输出信号，该缺相检测电路检测三相电源是否缺相，所述电容器的一端还连接有检测及保护电路，该检测及保护电路的输出端与所述CPU的检测信号输入端连接。

缺相检测电路检测回路是否出现缺相、欠压、过压等故障，并把信号传输到CPU，CPU还接收检测及保护电路检测到的电容状态信号，CPU根据缺相、欠压、过压等故障信号，结合电容状态信号，决定是否接通电容回路。

所述AVR微控制器还分别双向连接有显示器和键盘、数据存储器。

AVR微控制器通过内部设置同步串行通讯接口与数据存储器连接，AVR微控制器还通过串行通讯接口接实时时钟，AVR微控制器控制将经过统计、汇总和分析后的数据保存到数据存储器中，显示器和键盘为人机交互界面和设备，根据现场，通过键盘设置系统运行的参数。

本发明的显著效果是：三相共同补偿相结合与分级补偿相结合，实现电容的合理投切，使电网达到理想的平衡补偿的效果；电压过零投入和电流过零切除，实现了电容器的无涌流投入，再控制磁保持继电器连续运行，使补偿装置的自耗电降至最小；计算机无功补偿监控管理系统对无功补偿数据进行读取、分析、汇总、统计，并由此判断系统设备的健康状况，了解无功补偿的效果，有利于数据分析，提出整改措施，对提高电网质量具有很重要的意义。

附图说明

图1为本发明的工作原理框图；

图2为本发明的工作原理示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1和图2所示，一种无功补偿智能监控管理系统,包括信号采集模块1，该信号采集模块1的信号输出端连接有信号处理模块2的信号输入端，该信号处理模块2的信号输出端连接有执行模块3的信号输入端，信号采集模块1包括三路电流互感器4、三路电压互感器5和六路信号调理电路6，三路电流互感器4与所述六路信号调理电路6的电流输入端连接，三路电压互感器5与所述六路信号调理电路6的电压输入端连接，三只电流互感器、三只电压互感器将一次侧电流和电压转换为二次侧的电流和电压，六路信号调理电路6作为信号缓冲，对信号的幅值和极性作出适当的调整，供后级电路处理，六路信号调理电路6输出调整后的信号到信号处理模块2设置的DSP信号处理器7，DSP信号处理器7对输入的模拟信号进行处理，转换成数字信号，DSP信号处理器7将转换后的数字信号输出到AVR微控制器8，AVR微控制器8通过其内部设置的通用I/O接口、外部设置的功率驱动接口9，将控制信号传输到执行模块3的控制信号光电隔离器；

控制信号光电隔离器的输出端连接有CPU11的控制信号输入端，CPU11接收控制信号光电隔离器传来的信号，同时CPU11还接收过零检测电路12输出的零电压和零电流信号，CPU11内置有看门狗，该CPU11输出控制信号控制光电隔离器13，光电隔离器13将信号传输到触发控制电路14，触发控制电路14分别输出两路控制信号到第一晶闸管T1的门极和第二晶闸管T2的门极，分别控制第一晶闸管T1和第二晶闸管T2的导通，控制补偿回路闭合，使电容C接入，当第一晶闸管T1和第二晶闸管T2稳定导通运行后，CPU11控制继电器驱动器15通过通过继电器驱动器15控制磁保持继电器16工作，磁保持继电器16常开开关闭合，同时CPU11撤销对第一晶闸管T1门极和第二晶闸管T2门极的控制信号，使第一晶闸管T1和第二晶闸管T2在电流过零时自然关断。

本发明中，上述的CPU11输出控制信号控制光电隔离器13，CPU11不止发出一路控制信号，根据传来的控制信号，CPU11发出几路控制信号，对电网进行混合补偿（分相补偿与三相共同补偿相结合）与分级补偿相结合，实现多个电容的合理投切，使电网达到理想的平衡补偿的效果，但是前面仅仅阐述了CPU11输出的控制信号中的中的一路的传输过程，其他几路控制信号的传输过程也如同前面所讲的类似，在此不再重复叙述。

AVR微控制器8还分别双向连接有显示器和键盘、数据存储器27。AVR微控制器8通过内部设置同步串行通讯接口与数据存储器27连接，AVR微控制器8还通过串行通讯接口接实时时钟，AVR微控制器8控制将经过统计、汇总和分析后的数据保存到数据存储器27中，显示器和键盘为人机交互界面和设备，根据现场，通过键盘设置系统运行的参数。

信号处理模块2还设置有RS485通讯接口18和RS232通讯接口19；信号处理模块2设置的AVR微控制器8能够通过其内部设置的异步串行通讯接口分别与RS485通讯接口18和RS232通讯接口19双向连接，AVR微控制器8通过 RS485通讯接口18和/或RS232通讯接口19与通讯管理模块17通信，所述通讯管理模块17包括计算机无功补偿监控管理系统24，AVR微控制器8通过RS485通讯接口18计算机无功补偿监控管理系统24实时通信；AVR微控制器8还与RS232通讯接口19双向通信，该RS232通讯接口19连接有GPRS/GSM模块20，GPRS/GSM模块20与计算机无功补偿监控管理系统24双向通信，RS232通讯接口19还双向连接有无线微功率发送模块21，该无线微功率发送模块21双向连接有无线微功率接收模块22，该无线微功率接收模块22与计算机无功补偿监控管理系统24双向连接，无线微功率接收模块22还双向连接有手持抄表器23，该手持抄表器23与所述计算机无功补偿监控管理系统24双向连接。

RS232通讯接口19配合无线微功率发送模块21，通过无线微波方式短距离发送数据，配套手持抄表器23，具备了选择抄收、自动抄收、设置参数等功能。在抄收数据中分别实现了对整点数据、统计数据、谐波数据、停电数据、实时数据、运行参数的选择性抄收，即抄收某一天或者某一项数据；自动抄收能完成一段时间所有数据的抄收。手持抄表器23通过RS232通讯接口19控制将信号处理模块2转存的数据上传至计算机无功补偿监控管理系统24，也可对信号处理模块2进行参数设置。

计算机无功补偿监控管理系统24内安装综合数据分析管理软件，对无功补偿数据进行读取、分析、汇总、统计，并由此判断系统设备的健康状况，了解无功补偿的效果，有利于数据分析，提出整改措施，提高电网质量具有很重要的意义。也可通过对无功补偿测控单元进行参数设置，将所监测的数据处理成表格、曲线、棒图，并获得电压合格率，负载率，不平衡率，供电可靠率等。

控制信号光电隔离器还接收缺相检测电路25的输出信号，该缺相检测电路25检测三相电源是否缺相，所述电容器C的一端还连接有检测及保护电路28，该检测及保护电路28的输出端与所述CPU11的检测信号输入端连接。

本系统装置装在配电房电容补偿柜，根据现场设置参数，工程量小，适用于新建配网和老网改造。

本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (4)

1.一种无功补偿智能监控管理系统,包括信号采集模块（1），该信号采集模块（1）的信号输出端连接有信号处理模块（2）的信号输入端，该信号处理模块（2）的信号输出端连接有执行模块（3）的信号输入端，其特征在于，所述信号采集模块（1）包括三路电流互感器（4）、三路电压互感器（5）和六路信号调理电路（6），所述三路电流互感器（4）与所述六路信号调理电路（6）的电流输入端连接，所述三路电压互感器（5）与所述六路信号调理电路（6）的电压输入端连接，所述六路信号调理电路（6）的输出端与所述信号处理模块（2）的输入端连接；

所述信号处理模块（2）设置有DSP信号处理器（7）、AVR微控制器（8），所述DSP信号处理器（7）的输入端与所述六路信号调理电路（6）的输出端连接，所述DSP信号处理器（7）的输出端与所述AVR微控制器（8）的输入端连接，所述AVR微控制器（8）通过通用I/O接口与功率驱动接口（9）连接，该功率驱动接口（9）与所述执行模块（3）连接；

所述执行模块（3）包括控制信号光电隔离器（10），该控制信号光电隔离器（10）的驱动信号输入端与所述功率驱动接口（9）连接，所述控制信号光电隔离器（10）的输出端连接有CPU（11）的控制信号输入端，该CPU（11）还设置有过零信号输入端与过零检测电路（12）的输出端连接，该过零检测电路（12）检测三相电源的零电压信号；所述CPU（11）连接有至少一组触发电路，该触发电路设置有光电隔离器（13），该光电隔离器（13）输入端与所述CPU（11）第一输出端连接，所述光电隔离器（13）的输出端连接有触发控制电路（14）的输入端，该触发控制电路（14）第一输出端连接有第一晶闸管（T1）的门极，所述触发控制电路（14）第二输出端连接有第二晶闸管（T2）的门极，所述第一晶闸管（T1）的正极与所述第二晶闸管（T2）的负极连接后都接三相电源中的一相，所述第一晶闸管（T1）的负极与所述第二晶闸管（T2）的正极连接后都与电容器（C）的一端连接，该电容器（C）的另一端接地线；所述触发电路还设置有继电器驱动器（15），该继电器驱动器（15）的输入端与所述CPU（11）第二输出端连接，所述继电器驱动器（15）的输出端连接有磁保持继电器（16），该磁保持继电器（16）的常开开关分别跨接在所述第一晶闸管（T1）、第二晶闸管（T2）的正极和负极之间。

2.根据权利要求1所述无功补偿智能监控管理系统，其特征在于，所述信号处理模块（2）还设置有RS485通讯接口（18）和RS232通讯接口（19）；所述信号处理模块（2）还连接有通讯管理模块（17），所述通讯管理模块（17）包括计算机无功补偿监控管理系统（24），所述AVR微控制器（8）与所述RS485通讯接口（18）连接，该RS485通讯接口（18）与所述计算机无功补偿监控管理系统（24）通信；所述AVR微控制器（8）还与所述RS232通讯接口（19）连接，该RS232通讯接口（19）连接有GPRS/GSM模块（20），该GPRS/GSM模块（20）与所述计算机无功补偿监控管理系统（24）通信，所述RS232通讯接口（19）还双向连接有无线微功率发送模块（21），该无线微功率发送模块（21）双向连接有无线微功率接收模块（22），该无线微功率接收模块（22）与所述计算机无功补偿监控管理系统（24）双向连接，所述无线微功率接收模块（22）还双向连接有手持抄表器（23），该手持抄表器（23）与所述计算机无功补偿监控管理系统（24）双向连接。

3.根据权利要求1所述无功补偿智能监控管理系统，其特征在于，所述控制信号光电隔离器（10）还接收缺相检测电路（25）的输出信号，该缺相检测电路（25）检测三相电源是否缺相，所述电容器（C）的一端还连接有检测及保护电路（28），该检测及保护电路（28）的输出端与所述CPU（11）的检测信号输入端连接。

4.根据权利要求1所述无功补偿智能监控管理系统，其特征在于，所述AVR微控制器（8）还分别双向连接有显示器和键盘、数据存储器（27）。

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