CN102969727A - 一种低压无功补偿控制装置及故障自诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种带有故障诊断功能的低压无功补偿控制装置，装置硬件包括由微处理器及存储芯片组成数据处理及存储单元、采样信号处理单元、采样电路、液晶显示单元、输出信号控制单元等组成。本发明软件部分由数据存储计算、故障诊断程序组成。存储计算、故障诊断程序由故障数据库及故障诊断模块等组成，故障诊断数据库设计思想是将工程人员日常维护无功补偿系统的经验以数字记录成一个经验数据库。故障诊断过程为基于重要度的数据匹配过程；将采集的数据与专家系统规则库中的规则按照重要度从大到小进行匹配；故障诊断模块根据用户设定值以及故触发相应的故障告警，其通用检测及故障诊断规则库通用性好，能协助现场维护人员快速找出故障。

Description

一种低压无功补偿控制装置及故障自诊断方法

技术领域

本发明涉及电网无功调节装置，特别是一种低压电网的无功补偿装置及其故障自诊断方法。

背景技术

据公开资料数据显示，中国电力系统线损高达5.9％，而低压配网系统线损占电力系统线损的40％以上。中国规定100KVA以上用户功率因数不低于0.90。但不管是供电企业配网系统或是用户能达到该要求的极少，造成配电网线路线损偏高，线损率达10％以上，由于管理不善，个别线损率甚至高达18％～20％。随着各供电公司配电管理现代化及电网运行智能化要求的日趋强烈，在低压配电箱内增加无功补偿装置的应用方案目前已被广泛实际运用，该方案利用低压无功补偿装置实现配电无功功率的自动补偿和优化，实现分层分区就地适时无功平衡，可以有效降低线损，减少电能耗损，提高供配电设备利用率，在一定程度上改善了配电的电能质量。

目前，使用较普遍的低压配电无功补偿装置多是在户外式设备箱内将无功补偿控制器、若干低压电力电容器、投切低压电容器的开关及一些保护元件连接组装而成，由于缺乏必要的故障自诊断手段，给配电日常运行维护造成极大的不便。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术的不足之处，提供一种低压无功补偿控制装置及故障自诊断方法，实现无功自动补偿，降低电网损耗的同时，通过本装置运行故障自诊断软件方便日常运行维护。

本发明的低压无功补偿控制装置的实现方案包括：由微处理器及存储芯片组成数据处理及存储单元，数据处理及存储单元的输入端通过采样信号处理单元分别与三相电压采样电路、三相电流采样电路及环境温度采集电路电连接，数据处理及存储单元的输出端分别与液晶显示屏、输出信号控制单元连接；所述的输出信号控制单元分别与电容器控制开关组、报警电路、机柜风扇或温度控制开关连接组成的硬件。本发明软件部分由数据存储计算、故障诊断程序组成。存储计算、故障诊断程序由故障数据库及故障诊断模块等组成，故障诊断数据库设计思想是将工程人员日常维护无功补偿系统的经验以数字记录成一个经验数据库。故障诊断过程为基于重要度的数据匹配过程；将采集的数据与专家系统规则库中的规则按照重要度从大到小进行匹配；故障诊断模块根据用户设定值以及故触发相应的故障告警，其通用检测及故障诊断规则库通用性好，能协助现场维护人员快速找出故障。

 

 [0006] 并且，数据处理及存储单元采用高性能的ARM芯片及存储芯片，该单元根据采样值通过程序算法算出相应的三相有功功率、三相无功功率、零序电流、三相电压畸变率、三相电流畸变率，并通过预先设定的电压、电流、温度保护阈值以及故障数据库比对从而进行投切、阻断控制操作。

并且，液晶显示屏为背光控制的中文液晶显示屏，其特征在于所述的液晶显示屏通过显示屏还可以实时轮显环境温度、三相有功功率、三相无功功率、零序电流、三相电压畸变率、三相电流畸变率、2-25次电压电流谐波含有率、实时时钟的瞬时值、错误告警及提示。

本发明提供的故障自诊断方法包括步骤：

（1）编制无功补偿控制装置的常见故障数据库，该数据库存储于无功补偿控制装置中的数据处理及存储单元中，其中每一种故障分别对应编译唯一识别带故障结果标志位的故障诊断数据段，将常见故障数据库导入所述的数据处理及存储单元中，并判断故障数据库是否是最新更新的数据库，如果是“否”，则重新导入最新故障数据库，反之直接进入步骤（2）。

（2）判断是否存在屏幕中断，即判断当前是否存在工程调试人员正在进行参数值设定或者其他需中断程序正常运行的动作。

如果判断结果是“否”，则所述的三相电压采样电路、三相电流采样电路及环境温度采集电路采样的三相电压电流值、环境温度值送入数据处理及存储单元后，在液晶显示屏上轮显采样数据值，并把该采样瞬时值与预先设置的保护阈值比较，其采样数值大于或者小于等于保护阈值，都编译对应生产新的数据段后，并进入步骤（3）。

  如果判断结果是“是”，则读取屏幕测定值，对应处理器引脚发出测试信号后，并显示诊断结果。

（3）数据处理及存储单元读取数据段，并判断该数据段上是否有故障结果标志，如果是有故障结果标志，则直接给出诊断结果，在液晶显示屏上显示故障结果；反之，则返回步骤（2）。

（4）上述步骤（3）中还包括故障数据匹配查询过程，其步骤为：

（4-1）程序启动后，加载故障数据库；

（4-2）采样数据经过处理后，根据故障索引开始查询数据库中相关的记录表并与故障规则列中收录的规则进行匹配；

（4-3）判断采样数据与是否与专家系统规则库中的故障规则匹配，如果是“是”，则进入步骤（4-4），如果是“否”，则表示无故障，进入步骤（4-2）；

（4-4）显示诊断结果，显示对应的故障及故障处理建议；

(5) 当用户需要对装置某个部分进行故障诊断时，数据处理及存储单元发出中断信号，进入故障诊断模式，用户按照液晶显示屏界面对装置的不同组成模块发出诊断信号， 数据处理及存储单元根据诊断模块发出不同信号，在液晶显示屏上显示结果；反之，则返回步骤(2)。

本发明有益技术效果：本发明通过微处理器，根据三相电压电流采集电路及环境温度采集电路获取的信息和设定参数保护阈值，控制投切开关动作以操作电容组进行无功补偿，从而能够提高电网的功率因数，降低供电变压器及输送线路的损耗，使得供电效率得到提高，供电环境得到改善。于此同时，本发明中的故障自判断程序大大简化了电网日常运行维护工作，一旦发生故障，检修人员只需根据液晶显示屏提示的故障类型直接进行对应故障检修即可，无需像传统的直观经验法或元件替换方法等故障查找方式，从而大大提高了电网日常维护工作效率。  

附图说明

图1是本发明中的硬件原理框图。

图2是本发明的故障自诊断程序的处理流程图。

图3是本发明中的存储计算及故障诊断程序的构成示意图。

图4是本发明中的故障数据匹配查询流程图。

图5是本发明实施例中的专家系统规则库故障索引记录表示意图。

图6是本发明实施例中的专家系统规则库中故障描述表示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

参照图1，由微处理器及存储芯片组成数据处理及存储单元，数据处理及存储单元的输入端通过采样信号处理单元分别与三相电压采样电路、三相电流采样电路及环境温度采集电路电连接，数据处理及存储单元的输出端分别与液晶显示屏、输出信号控制单元连接；所述的输出信号控制单元分别与电容器控制开关组、报警电路、机柜风扇或温度控制开关连接,数据处理及存储单元内装有故障诊断程序, 故障诊断程序由液晶显示处理模块、中断处理模块、故障诊断模块、故障数据库、采样数据处理模块组成；其中，故障诊断模块包括专家系统推理机与解释机，并设有专家系统规则库，专家系统规则库用于存储各种故障对应的特征规则。

并且，数据处理及存储单元采用高性能的ARM芯片及存储芯片，由高性能的ARM处理器及i/o读写性能高的存储芯片及外围电路组成，该单元根据采样值通过程序算法算出相应的三相有功功率、三相无功功率、零序电流、三相电压畸变率、三相电流畸变率,并通过预先设定的电压、电流、温度保护阈值以及故障数据库比对从而进行投切、阻断控制操作。该单元也存储故障诊断数据库，对计算出来的电压、电流等值与故障诊断数据库的阈值比对从而做出相应的故障指示；该单元也通过中断设置处理故障诊断电路测试，对装置不同的单元进行硬件电路的诊断并给出相应的提示值。

并且，液晶显示屏为背光控制的中文液晶显示屏，其特征在于所述的液晶显示屏通过显示屏还可以实时轮显环境温度、三相有功功率、三相无功功率、零序电流、三相电压畸变率、三相电流畸变率、2-25次电压电流谐波含有率、实时时钟的瞬时值、错误告警及提示。

参照图2，本发明的故障自诊断方法，包括以下步骤：

（1）编制无功补偿控制装置的常见故障数据库，该数据库存储于无功补偿控制装置中的数据处理及存储单元中，其中每一种故障分别对应编译唯一识别带故障结果标志位的故障诊断数据段，将常见故障数据库导入所述的数据处理及存储单元中，并判断故障数据库是否是最新更新的数据库，如果是“否”，则重新导入最新故障数据库，反之直接进入步骤（2）；

（2）判断是否存在屏幕中断，即判断当前是否存在工程调试人员正在进行参数值设定或者其他需中断程序正常运行的动作，

如果判断结果是“否”，则所述的三相电压采样电路、三相电流采样电路及环境温度采集电路采样的三相电压电流值、环境温度值送入数据处理及存储单元后，在液晶显示屏上轮显采样数据值，并把该采样瞬时值与预先设置的保护阈值比较，其采样数值大于或者小于等于保护阈值，都编译对应生产新的数据段后，并进入步骤（3）；

  如果判断结果是“是”，则读取屏幕测定值，对应处理器引脚发出测试信号后，并显示诊断结果；

（3）数据处理及存储单元读取数据段，并判断该数据段上是否有故障结果标志，如果是有故障结果标志，则直接给出诊断结果，在液晶显示屏上显示故障结果；反之，则返回步骤（2）；

（4）上述步骤（3）中还包括故障数据匹配查询过程，参照图4，其步骤为：

（4-1）程序启动后，加载故障数据库；

（4-2）采样数据经过处理后，根据故障索引开始查询数据库中相关的记录表并与故障规则列中收录的规则进行匹配；

（4-3）判断采样数据与是否与专家系统规则库中的故障规则匹配，如果是“是”，则进入步骤（4-4），如果是“否”，则表示无故障，进入步骤（4-2）；

（4-4）显示诊断结果，显示对应的故障及故障处理建议；

(5) 当用户需要对装置某个部分进行故障诊断时，数据处理及存储单元发出中断信号，进入故障诊断模式，用户按照液晶显示屏界面对装置的不同组成模块发出诊断信号，数据处理及存储单元根据诊断模块发出不同信号，在液晶显示屏上显示结果；反之，则返回步骤(2)。

图3为本发明的存储计算及故障诊断程序的构成图，该程序由液晶显示处理模块、中断处理模块、故障诊断模块、故障数据库、采样数据处理模块构成。其中液晶显示处理模块负责数据输出，中断处理模块负责中断发生时处理流程，故障数据库为收录的常见装置碰到的电气故障。

其中，故障诊断模块是该故障诊断软件的核心模块之一，故障诊断模块包括推理模块和推理解释模块，即专家系统中的推理机与解释机。本发明的故障诊断程序采用正向推理与有知识的搜索策略，即启发性搜索策略，并在专利系统的故障规则库设计时引入了重要度的概念，对规则进行优先级设置，可提高规则匹配的成功率，加快推理速度，避免了无知识搜索的盲目性。

故障数据库是一个完整的专家系统不可或缺的模块，专家系统的知识库管理模块包括从故障树获取规则以及计算规则重要度两大功能，也就是说知识库中的规则是通过故障树来自动获取的，并不是由知识工程师或领域专家直接修改知识库来实现知识库的更新。从一定程度上讲，也解决了了基于规则的专家系统的知识获取难等问题。

专家系统的故障规则库的数据知识库设计原理是将工程人员日常维护的经验以数字记录到一个经验数据库。该数据知识库由若干数据库记录或规则表组成。

参照图5，数据索引表的作用是将全部的条件和结论编码成符号形式，然后知识库中的所有规则的条件和结论都用符号来表示。这样处理一方面可有效提升搜索与推理速度；另一方面用简单的符号代替复杂的文字信息不仅节省存储空间，而且便于数据库中的SQL语句的书写。其表中关键字段为故障类型，对应于采样数据运算处理后的结果标志。

参照图6，故障描述表规则表是专家系统知识库中的核心部分之一。基于这种数据结构的知识表达处理上非常灵活、并且通俗易懂。更为重要的是，它使得专家系统核心模块之一，推理机模块的程序的设计变得更为简单易懂，整个推理过程也更严谨、高效。其核心是将通常故障数据匹配收入到故障规则列中，采样数据与该列中收录的规则进行匹配。匹配后给出相应的故障描述与处理建议，其核心思想是将工程人员日常维护的经验以数字记录成一个经验数据库。

以上所述仅为较佳的实施方式，任何在本专利揭示范围内,如更换无功率补偿控制器不同厂商芯片等简易变型或替换都涵盖在本专利的保护范围之内。故本专利的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种低压无功补偿控制装置，包括由微处理器及存储芯片组成数据处理及存储单元，数据处理及存储单元的输入端通过采样信号处理单元分别与三相电压采样电路、三相电流采样电路及环境温度采集电路电连接，数据处理及存储单元的输出端分别与液晶显示屏、输出信号控制单元连接；所述的输出信号控制单元分别与电容器控制开关组、报警电路、机柜风扇或温度控制开关连接,其特征在于：

所述的数据处理及存储单元内装有存储计算处理及故障诊断程序；存储计算处理及故障诊断程序由液晶显示处理模块、中断处理模块、故障诊断模块、故障数据库、采样数据处理模块组成；其中，故障诊断模块包括专家系统推理与解释，并设有专家系统规则库，专家系统规则库用于存储各种故障对应的特征规则。

2.根据权利要求1所述的一种低压无功补偿控制装置，其特征在于，所述的数据处理及存储单元采用高运算性的ARM芯片及存储芯片，该单元根据采样值通过程序算法算出相应的三相有功功率、三相无功功率、零序电流、三相电压畸变率、三相电流畸变率等值，并通过预先设定的电压、电流、温度保护阈值以及故障数据库比对从而触发投切、阻断操作。

3.根据权利要求1所述的一种低压无功补偿控制装置，所述的液晶显示屏为背光控制的中文液晶显示屏，其特征在于所述的液晶显示屏通过显示屏还可以实时轮显环境温度、三相有功功率、三相无功功率、零序电流、三相电压畸变率、三相电流畸变率、2-25次电压电流谐波含有率、实时时钟的瞬时值、错误告警及提示。

4.根据权利要求1所述的一种低压无功补偿控制装置，其特征在于，所述的专家系统规则库采用故障树表征各条规则的相互关系。

5.一种低压无功补偿控制装置的故障自诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）编制无功补偿控制装置的常见故障数据库，该数据库存储于无功补偿控制装置中的数据处理及存储单元中，其中每一种故障分别对应编译唯一识别带故障结果标志位的故障诊断数据段，将常见故障数据库导入所述的数据处理及存储单元中，并判断故障数据库是否是最新更新的数据库，如果是“否”，则重新导入最新故障数据库，反之直接进入步骤（2）；

（2）判断是否存在屏幕中断，即判断当前是否存在工程调试人员正在进行参数值设定或者其他需中断程序正常运行的动作，

如果判断结果是“否”，则所述的三相电压采样电路、三相电流采样电路及环境温度采集电路采样的三相电压电流值、环境温度值送入数据处理及存储单元后，在液晶显示屏上轮显采样数据值，并把该采样瞬时值与预先设置的保护阈值比较，其采样数值大于或者小于等于保护阈值，都编译对应生产新的数据段后，并进入步骤（3）；

  如果判断结果是“是”，则读取屏幕测定值，对应处理器引脚发出测试信号后，并显示诊断结果； 

（3）数据处理及存储单元读取数据段，并判断该数据段上是否有故障结果标志，如果有故障结果标志，则直接给出诊断结果，在液晶显示屏上显示故障结果；反之，则返回步骤（2）；

（4）上述步骤（3）中还包括故障数据匹配查询过程，其步骤为：

（4-1）程序启动后，加载故障数据库；

（4-2）采样数据经过处理后，根据故障索引开始查询数据库中相关的记录表并与故障规则列中收录的规则进行匹配；

（4-3）判断采样数据与是否与专家系统规则库中的故障规则匹配，如果是“是”，则进入步骤（4-4），如果是“否”，则表示无故障，进入步骤（4-2）； 

（4-4）显示诊断结果，显示对应的故障及故障处理建议；

(5) 当用户需要对装置某个部分进行故障诊断时， 数据处理及存储单元发出中断信号,进入故障诊断模式,用户按照液晶显示屏界面对装置的不同组成模块发出诊断信号，数据处理及存储单元根据诊断模块发出不同信号，在液晶显示屏上显示结果;反之,则返回步骤(2)。

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