CN103972907A - 无功补偿控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无功补偿控制装置。其中，该无功补偿控制装置包括：插板装置安装在无功补偿控制装置的机箱的内部，插板装置包括：互感器板，与供电系统连接，用于采集供电系统的电量信息；开关采集板，与整流模块连接，用于采集整流模块的开关状态；处理器板，分别与互感器板和开关采集板连接，用于根据电量信息和开关状态生成控制命令；开关控制板，与处理器板连接，用于根据控制命令控制整流模块动作。解决了现有技术中无功补偿控制装置进行无功控制不准确的问题，实现了采集电气信号齐全，对系统运行状态的判断更准确，从而准确对供电系统进行无功补偿控制。

Description

无功补偿控制装置

技术领域

本发明涉及供电控制领域，具体而言，涉及一种无功补偿控制装置。

背景技术

用于电力系统中的无功补偿控制装置是无功补偿柜的核心部件，具有举足轻重的地位，大部分无功补偿柜的生产厂家都是外买的控制装置、电容器、整流模块、继电器、空气开关等，然后组装成整体无功补偿柜。

无功补偿控制柜在国家电力供应中起着重要作用，其能够有效地稳定系统负荷，保持电压稳定，净化系统供电质量。当前无功补偿控制技术多采用功率因数补偿技术，部分厂家采用无功功率控制技术，以功率因数为依据进行补偿的无功补偿控制装置，虽然价格低廉，但是功率因数误差较大造成补偿效果普遍很差，已属淘汰之列。以无功功率为依据进行控制的无功补偿控制装置补偿方式单一，缺少对无功补偿柜的作用的综合考虑，而是过于注重汉字显示以及数据通讯等方面设计，而忽略了无功补偿的目的和产生无功的成因等，无功补偿控制装置主要功能是无功补偿控制，并不是显示或通讯之类的附加功能，完善的显示或通讯设计并不能保证无功补偿控制装置的优良的控制功能。同时，现有技术中无功补偿控制装置机箱多采用塑料机箱，结构不牢固且容易受到各种干扰信号的影响，安装使用环境要求高，只能适应特定场合，例如室内安装、通气散热好的户外箱等等，否则会影响无功补偿控制装置的可靠稳定工作。

现有无功补偿控制装置多为塑料机箱，同时功能单一，共补或混补均分开设计，采集的电气量少，同时人机交互采用字符型液晶以及按键操作，人机交互差，只能用于特定场合，使用极其不便。

针对现有技术中无功补偿控制装置进行无功控制不准确的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术的问题，目前尚未提出有效的解决方案，为此，本发明的主要目的在于提供一种无功补偿控制装置，以解决上述问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种无功补偿控制装置，该无功补偿控制装置包括：插板装置安装在无功补偿控制装置的机箱的内部，插板装置包括：互感器板，与供电系统连接，用于采集供电系统的电量信息；开关采集板，与整流模块连接，用于采集整流模块的开关状态；处理器板，分别与互感器板和开关采集板连接，用于根据电量信息和开关状态生成控制命令；开关控制板，与处理器板连接，用于根据控制命令控制整流模块动作。

进一步地，机箱包括：前面板和箱体，前面板固定在箱体的一端；无功补偿控制装置还包括：母板，安装在前面板与箱体之间，母板上设置有一个或多个插头，母板通过插头与插板装置连接；插板装置包括：与插头对应设置的插座，一个插头与一个插座配合连接，互感器板、开关采集板、处理器板以及开关控制板分别与一个插座连接。

进一步地，无功补偿控制装置还包括：显示装置，设置在前面板上，显示装置通过前面板与母板建立连接，显示装置用于显示无功补偿控制装置的运行状态；输入装置，与母板连接，用于输入用户的控制指令。

进一步地，输入装置包括鼠标；显示装置包括显示器和控制面板。

进一步地，显示器是液晶显示器。

进一步地，机箱还包括：卡框，前面板穿过卡框固定在箱体上。

进一步地，机箱还包括：后面板，通过连接件镶嵌在机箱的另一端。

进一步地，机箱通过安装条安装到抽屉柜里或者屏柜上。

进一步地，机箱通过机箱后侧的导轨条压紧在抽屉柜或屏柜上。

进一步地，机箱由金属材料制成。

通过本发明，互感器板采集供电系统的电量信息，开关采集板采集整流模块的开关状态，处理器板根据电量信息和开关状态生成控制命令，通过开关控制板根据该控制命令控制整流模块切换、投入、退出等动作，以对供电系统进行无功补偿控制。通过本发明的无功补偿控制装置，在控制装置中安装多个插板(互感器板、开关采集板、处理器板以及开关控制板)采集电气信号齐全，并根据电量信息和开关状态生成准确地控制命令，以对供电系统进行无功补偿控制，解决了现有技术中无功补偿控制装置进行无功控制不准确的问题，实现了采集电气信号齐全，对系统运行状态的判断更准确，从而准确对供电系统进行无功补偿控制。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的无功补偿控制装置的结构示意图；以及

图2是根据本发明实施例一种可选的无功补偿控制装置的结构示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图1是根据本发明实施例的无功补偿控制装置的结构示意图。本申请的无功补偿装置包括：插板装置安装在无功补偿控制装置的机箱的内部，插板装置包括：互感器板，与供电系统连接，用于采集供电系统的电量信息；开关采集板，与整流模块连接，用于采集整流模块的开关状态；处理器板，分别与互感器板和开关采集板连接，用于根据电量信息和开关状态生成控制命令；开关控制板，与处理器板连接，用于根据控制命令控制整流模块动作。

采用本发明的无功补偿控制装置，互感器板采集供电系统的电量信息，开关采集板采集整流模块的开关状态，处理器板根据电量信息和开关状态生成控制命令，通过开关控制板根据该控制命令控制整流模块切换、投入、退出等动作，以对供电系统进行无功补偿控制。通过本发明的无功补偿控制装置，在控制装置中安装多个插板(互感器板、开关采集板、处理器板以及开关控制板)采集电气信号齐全，并根据电量信息和开关状态生成准确地控制命令，以对供电系统进行无功补偿控制，解决了现有技术中无功补偿控制装置进行无功控制不准确的问题，实现了采集电气信号齐全，对系统运行状态的判断更准确，从而准确对供电系统进行无功补偿控制。

其中，开关采集板，用于采集整流模块的开启和关闭状态为装置提供无功补偿的开关状态信息；处理器板是对采集的电量信息和开关状态进行计算并按照设定的控制策略发出控制命令的核心部件。

在本发明的上述实施例中，插板装置中还可以包括电源板，该电源板用于提供电能。

如图1所示，机箱可以包括：前面板11和箱体13，前面板固定在箱体的一端；无功补偿控制装置还包括：母板，安装在前面板与箱体之间，母板上设置有一个或多个插头，母板通过插头与插板装置连接；插板装置包括：与插头对应设置的插座，一个插头与一个插座配合连接，互感器板、开关采集板、处理器板以及开关控制板分别与一个插座连接。

其中，母板用于连接插板装置上的各个插板(如互感器板、开关采集板、处理器板、开关控制板以及电源板)之间的信号。其中，采用32位DSP芯片作为处理器板上的处理器，速度大大提高，可以使各种事件以ms来计时，基于硬件的软件功能的提高可以通过各种复杂的算法完成多种保护功能，大大提高其精度，保护量精度可达到2％，功率精度可达到0.5％；电度量精度可达到0.5％。

通过上述实施例中的插板装置和目标实现信号采集、传输，电路原理简单、易于掌握，插件硬件通用，同类型产品可以不需调节就可互换到同类型机箱中，更换后测量精度不受影响，便于系统快速修复。

上述实施例中的无功补偿控制装置中的机箱采用全金属结构，采用全金属的大机箱结构抗干扰能力强，使得控制装置的运行更加可靠。

通过上述实施例，机箱采用全密封结构，使灰尘、潮湿、有害气体的影响大大降低，再加上宽温度工作范围，使装置适合于安装在控制现场，极大提高装置长期运行的可靠性；并且机箱采用全金属机箱，具有较强的抗机械撞击性能和电磁屏蔽性能，大大提高了装置的抗干扰等级，具有很高的抗电磁干扰水平，并且母板与插板装置的无配线连接和更高的电磁兼容性能使产品可靠性安全性得到明显提高。

上述实施例中的无功补偿控制装置还可以包括：显示装置，设置在前面板上，显示装置通过前面板与母板建立连接，显示装置用于显示无功补偿控制装置的运行状态；输入装置，与母板连接，用于输入用户的控制指令。

上述实施例中的显示装置采用液晶显示器，输入装置采用旋转鼠标作为人机交互操作输入，不仅外观立体美观，而且液晶显示器的显示也很人性化，操作方便易掌握，多种模式选择可以适应不同应用场合的功能选择。

本申请上述实施例中的无功补偿控制装置的控制方式可选择无功功率控制，亦可选择功率因数控制方式；整流模块的电容器组可设置单组控制，也设置多组同时控制。

如图2所示，本发明的无功补偿控制装置主要包括机箱10、母板20、插件装置30、液晶显示器40，各部分在结构上相互独立，电气上紧密联合，组合在一起组成一个完成无功补偿控制功能的完整产品。下面将结合附图2对上述各部分的功能以及安装位置进行详细阐述。

机箱10可以包括前面板11、卡框12、箱体13、后面板14，机箱作为电气元器件的支架，主要起到固定、保护内部各元器件以及屏蔽电磁干扰信号的作用。

如图2所示的机箱，外形美观、结构整洁、配合严密，机箱的前面板、箱体和后面板均为金属材料并且上述各部分紧密接触，从而可以有很好的电磁屏蔽作用，适合应用在电磁干扰比较强烈的环境中。其中，机箱的前面板、箱体和后面板可以使用铝型材加工制成。

具体地，机箱的前面板11与机箱的箱体13之间可以经过卡框12通过螺钉固定，机箱的后面板14可以通过螺钉镶嵌在机箱后部的凹槽内。机箱箱体各部件相互咬合，构成整体。本发明中的机箱可以通过安装条安装到抽屉柜里或者电力保护屏柜上，并且可通过拆卸后面板更换机箱内部的插件，方便现场快速维护，例如：插件装置中的处理器板和互感器板等。

本发明中装置的后面板主要用来封闭机箱和固定插件。

本发明的控制装置还包括：母板20，母板在该控制装置中主要起到连接各种信号和固定插件的作用，母板位于机箱的前部，安装在前面板和插件之间，并且母板上装有4个96针欧式插头，每一个欧式插头都可以分别与安装在插件上的插座相连接。在欧式插头与安装在插件上的插座相连接后，就可以连通各个插件之间的电气信号。

如图2所示，插件装置可以包括四个插件，上述四个插件可以依次为电源板31、开关控制板32、处理器板(即CPU板)33以及互感器板34。上述仅是作示例性说明，插板装置上的各个插件的安装顺序并不局限于此。

其中，CPU板是整个控制装置的核心，CPU板对开关采集板采集到的开关状态信号和互感器板采集到的电量信息按照无功补偿的补偿策略要求进行计算和判断后，向开关控制板发出控制命令，并向液晶显示器40推送相应控制命令，另外也可以通过网络或操作按钮接受操作指令，经过分析、计算、判断后发出相应的控制命令。

电源板用于为该无功补偿控制装置中的元器件提供工作电源，具体地，电源板可以将供电系统的电压转换为无功补偿控制装置中的元器件的工作电压，使得无功补偿控制装置中的各个元器件可以正常工作。其中，供电系统可以是电网。

上述实施例中的插件都是由机箱后部插入，与母板通过欧式插头连接并固定。

本申请上述实施例中的液晶显示器主要功能是提供装置的输入、输出界面，并显示该控制装置的运行状态。其中，液晶显示器包括液晶模块和控制电路板。

在本发明上述实施例可以使用旋转鼠标，具体地，可以在前面板上设置一个转盘鼠标50即可轻松完成大屏幕液晶显示器上一切操作。其中，旋转鼠标使用旋转和按压相结合的方式操作。具体地，搜索与确认：利用旋转鼠标将光标移动到待选项，按动鼠标即可进入；修改及移动修改位：在调出“请输入密码”的状态后，按动旋转鼠标进入输入密码状态，此时有一闪烁位，用旋转鼠标修改移动闪烁位：利用旋转鼠标在闪烁位加1或减1。

本发明上述实施例中的无功补偿控制装置可以按每个功能单元(间隔)对应于一个小机箱设计，每个装置均可以下放到电力系统的一次设备附近安装，并且该无功补偿控制装置同主机之间由RS-485总线通信电缆联络。通过上述实施例中的RS-485总线通信电缆联络方式，仅由普通屏蔽双绞线和主机联络，主机只作日常管理工作，避免了以往将所有测量、控制、保护、信号线都接入主控室，极大简化了二次接线,节省了投资,提高了系统可靠性及可维护性、减少了事故隐患。

上述实施例中的无功补偿控制装置的电源交、直流220V通用(尽量采用大容量的直流或交流不间断电源)，电源功耗5W。交流电流、电压模拟量均采用交流直接采样，无中间变送器环节，调试简便。交流电压功耗低于0.5VA，交流电流功耗低于0.5VA；装置本身无任何可调元件，高稳定高精度数据采集及出厂检验，使现场不做任何跳线，不调零漂，不改电阻，不调精度，不打开机箱，自适应软件处理，外部环境改变或长期运行不影响采样精度。

通过本发明通过如下方法实现无功控制：

(1)功率因数低于功率因数投入门限时，投入电容器组；控制目标为最接近切除门限功率因数，且不超前于功率因数切除门限；功率因数切除门限为-1.00时等同于1.00。

具体地，可以根据目标功率因数，按补偿比例计算所需电容器容量，用该容量进行寻优投切，且不过补。例如：系统只需要200kvar即可达到功率因数的投入门限且不超前切除门限,考虑到更好的补偿效果，即要投入220kvar,通过寻优，220kvar介于电容器组容量200kvar和230kvar之间，此时按寻优结果，则需投入230kvar电容器组，但如果投入230kvar,功率因数却会超前功率因数切除门限,此时按不超过切除门限的200kvar来投入。

(2)无功功率投入门限指电网最小要达到的无功功率值才能投入电容器进行补偿，通常这个值为最小的电容器组的容量值；无功功率切除门限为负时表示允许过补的容量，当为其他值时，表示系统无功超前于此值时，则切除掉多余的电容器组。

(3)、投入延时和切除延时表示控制器满足投入或切除条件维持的时间间隔，如果设置为0延时，表示立即投入或者切除。

具体地，检测周期表示电容器在执行一次投入或者切除动作后，电容器能恢复到稳态的时间。投入时，表示经过从发出命令到电容器完全充完电的时间间隔后，可再次检测系统，再次投切电容器；切除时，表示经过从发出命令到电容器完全放电的时间间隔后，可再次检测系统，再次投切电容器。(可能有同时的投与切，因此检测周期间隔应为两者的最大值)

(4)无功功率控制方式选择，装置可按功率因数或者无功功率两种方式进行电容器的投切，因此需选择一种控制方式。

(5)功能投退压板。为便于现场调试，避免调试状态下电容的误投切，可通过压板选择投入或退出无功控制功能。

(6)按目标功率因数投切电容器。

具体地，根据目标功率因数，每个检测周期实时计算各相所需的无功功率补偿容量，结合分补、共补配置，组合所要输出的分补和共补电容器组；如A、B、C三相分别需要补偿的电容器容量为30kvar、50kvvar、60kvar，此时共补组里有10kvar、20kvar和40kvar，那么会在共补组里投入10kvar和20kvar，然后再在B相分补组里投入20kvar、C相分补组里投入30kvar。因此在投切策略里，以A、B、C三相里所需补偿电容器容量最小值先在共补组里寻优，然后按剩余容量分别在分补组里寻优。

通过上述实施例，不仅可以实现无功控制，还可以进行下述的过压保护、失压保护、断相保护以及谐波保护。

具体地，过压保护通过下述方法实现：Uab、Ubc或者Uca中的任一相线电压大于整定值，则闭锁无功功率投入(延时时间到之前如果电压恢复正常则解除无功功率投入闭锁)，延时期间允许无功功率切除，延时时间到后仍然过电压，则认为是故障过电压，装置切除掉所有电容器组；开始切除时装置报警提示，同时闭锁控制器控制回路输出。

失压保护通过如下步骤实现：Uab、Ubc或者Uca三相线电压同时低于整定值，则闭锁无功功率投入(延时时间到之前如果电压恢复正常则解除无功功率投入闭锁)，延时期间允许无功功率切除，延时时间到后仍然失压，则认为是故障低电压，装置切除掉所有电容器组；开始切除时装置报警提示，同时闭锁控制器控制回路输出。

断相保护通过如下步骤实现：当Ia、Ib和Ic中有一相电流大于有流定值时，如果另两相或一相电流无流时，则认为发生断相。延时时间到后仍然断相则装置保护报警提示。

谐波保护通过如下步骤实现：当A、B、C三相电压或电流的谐波畸变率超过设定定值，在延时时间内，允许无功功率的投入和切除，延时时间到以后，谐波含量仍然超值，则装置切除掉所有电容器组；开始切除时装置报警提示，同时闭锁控制器控制回路输出。保护报警后启动闭锁时间计时，闭锁时间内，谐波畸变率再次超值时报警但电容器仍正常投切。

上述的无功控制、过压保护、失压保护、断相保护以及谐波保护均可以通过插板装置中的处理器板实现。

从以上的描述中，可以看出，本发明实现了如下技术效果：

采用本发明的无功补偿控制装置，互感器板采集供电系统的电量信息，开关采集板采集整流模块的开关状态，处理器板根据电量信息和开关状态生成控制命令，通过开关控制板根据该控制命令控制整流模块切换、投入、退出等动作，以对供电系统进行无功补偿控制。通过本发明的无功补偿控制装置，在控制装置中安装多个插板(互感器板、开关采集板、处理器板以及开关控制板)采集电气信号齐全，并根据电量信息和开关状态生成准确地控制命令，以对供电系统进行无功补偿控制，解决了现有技术中无功补偿控制装置进行无功控制不准确的问题，实现了采集电气信号齐全，对系统运行状态的判断更准确，从而准确对供电系统进行无功补偿控制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无功补偿控制装置，其特征在于，包括：

插板装置安装在无功补偿控制装置的机箱的内部，所述插板装置包括：

互感器板，与供电系统连接，用于采集所述供电系统的电量信息；

开关采集板，与整流模块连接，用于采集整流模块的开关状态；

处理器板，分别与所述互感器板和所述开关采集板连接，用于根据所述电量信息和所述开关状态生成控制命令；

开关控制板，与所述处理器板连接，用于根据所述控制命令控制所述整流模块动作。

2.根据权利要求1所述的无功补偿控制装置，其特征在于，

所述机箱包括：前面板和箱体，所述前面板固定在所述箱体的一端；

所述无功补偿控制装置还包括：母板，安装在所述前面板与所述箱体之间，所述母板上设置有一个或多个插头，所述母板通过所述插头与所述插板装置连接；

所述插板装置包括：与所述插头对应设置的插座，一个所述插头与一个所述插座配合连接，所述互感器板、所述开关采集板、所述处理器板以及所述开关控制板分别与一个所述插座连接。

3.根据权利要求2所述的无功补偿控制装置，其特征在于，所述无功补偿控制装置还包括：

显示装置，设置在所述前面板上，所述显示装置通过所述前面板与所述母板建立连接，所述显示装置用于显示所述无功补偿控制装置的运行状态；

输入装置，与所述母板连接，用于输入用户的控制指令。

4.根据权利要求3所述的无功补偿控制装置，其特征在于，所述输入装置包括鼠标；所述显示装置包括显示器和控制面板。

5.根据权利要求4所述的无功补偿控制装置，其特征在于，所述显示器是液晶显示器。

6.根据权利要求2所述的无功补偿控制装置，其特征在于，所述机箱还包括：

卡框，所述前面板穿过所述卡框固定在所述箱体上。

7.根据权利要求1所述的无功补偿控制装置，其特征在于，所述机箱还包括：

后面板，通过连接件镶嵌在所述机箱的另一端。

8.根据权利要求7所述的无功补偿控制装置，其特征在于，所述机箱通过安装条安装到抽屉柜里或者屏柜上。

9.根据权利要求8所述的无功补偿控制装置，其特征在于，所述机箱通过机箱后侧的导轨条压紧在所述抽屉柜或所述屏柜上。

10.根据权利要求1至9中任意一项所述的无功补偿控制装置，其特征在于，所述机箱由金属材料制成。