CN104426151B - 基于无线通信的无功功率补偿系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于无线通信的无功功率补偿系统，包括无功功率补偿柜及与该无功功率补偿柜无线通信的后台监控服务端，所述无功功率补偿柜包括：柜体、及控制主机及控制装置，所述控制主机及控制装置包括：单片机控制主机、数据采集输入模块及数据输出控制器，所述单片机控制主机包括：第一处理单元、第一电源模块及第一无线通信模块，所述数据输出控制器包括：第二处理单元、第二无线通信模块、第二电源模块、第一电子开关及第一电力电容器，所述单片机控制主机通过第一、第二无线通信模块与所述数据输出控制器建立无线通信连接。本发明避免了无功功率补偿柜内布线的繁琐，且通信抗干扰能力强、通信效果好，避免了数据输出控制器的误操作。

Description

基于无线通信的无功功率补偿系统

技术领域

本发明涉及电力配电设备领域，尤其涉及一种基于无线通信的无功功率补偿系统。

背景技术

电能质量是评价电力系统运行优劣的指标，其中电压的稳定性尤为重要。电力系统运行中，必须确保各输配电线路的母线电压稳定在允许的偏差范围之内，目前大多数国家规定的电压允许变化范围一般为+5%~-10%。

电压稳定与否主要取决于系统中无功功率的平衡。如果用电负荷的无功需求波动较大，如整流装置、逆变器、变频装置、电子开关电源、电弧炉及大型电动机和大型泵站等，就会导致线路电压超出允许极限范围。因此，电力系统的无功补偿和电压调整是保证电网安全、优质、经济运行的重要措施。

随着科学技术的发展，对电源质量要求越来越高。并且，电力系统中的负载类型绝大部分属于感性负载，如：工矿企业、厂房、学校、机关、码头、家庭等，再加上用电企业普遍广泛地使用电力电子设备，使电网功率因数较低。较低的功率因数降低了设备利用率，增加了供电投资，损害了电压质量，降低了设备使用寿命，大大增加了线路损耗。为了改善电网功率因数低下带来的能源浪费和这些不利供电生产的因素，必须使电网功率因数得到有效的提高。显然这些无功功率如果都要由发电机提供并远距离传送是不合理的，通常也是不可能的。合理的办法就是在需要无功功率的地方产生无功功率，即增加无功功率补偿设备与装置。

在电力系统中的变电所或直接在电能用户变电所装设无功功率电源，以改变电力系统中无功功率的流动，从而提高电力系统的电压水平，减小网络损耗和改善电力系统的动态性能，这种技术措施称为无功功率补偿。

近年来，应用无功功率补偿技术的无功功率补偿柜的智能化也在不断的在创新中。传统的无功功率补偿柜内，一台无功功率补偿控制器不仅要与电脑终端通信，而且还要以一点对多点的方式与从机（指无功功率补偿控制器辅机或者智能电容器）进行通信。那么以传统的有线通信方式（RS232、RS485等通信方式）来接线，在无功功率补偿柜有限的空间内接线是非常繁琐，而且抗干扰能力较差。通信线与电力线经常被绑在一起，通信线容易受到电力线强电的电磁干扰，会导致数据输出控制器的误操作，或者是信息通信不畅。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于无线通信的无功功率补偿系统，避免无功功率补偿柜内布线的繁琐，且通信抗干扰能力强、通信效果好，避免了数据输出控制器的误操作。

为实现上述目的，本发明提供一种基于无线通信的无功功率补偿系统，包括无功功率补偿柜及与该无功功率补偿柜无线通信的后台监控服务端，所述无功功率补偿柜包括：柜体、及设于柜体内的控制主机及控制装置，所述控制主机及控制装置包括：单片机控制主机、与所述单片机控制主机电性连接的数据采集输入模块、及与所述单片机控制主机通信连接的数据输出控制器，所述单片机控制主机包括：与所述数据采集输入模块电性连接的第一处理单元、与所述第一处理单元电性连接的第一电源模块、及与所述第一处理单元电性连接的第一无线通信模块，所述数据输出控制器包括：第二处理单元、与所述第二处理单元电性连接的第二无线通信模块、与所述第二处理单元电性连接的第二电源模块、与所述第二处理单元电性连接的第一电子开关、及与所述第一电子开关串联连接的第一电力电容器，所述单片机控制主机通过第一、第二无线通信模块与所述数据输出控制器建立无线通信连接。

所述第一电源模块分别与第一处理单元、第一无线通信模块电性连接，进而提供工作电源；所述第二电源模块分别与第二处理单元、第二无线通信模块电性连接，进而提供工作电源。

所述数据采集输入模块采集配电系统的电流信号及电压信号，并经过初步处理后传送至所述单片机控制主机，所述单片机控制主机将接收到的数据进一步经过运算、比较、判断处理后得到控制指令，并通过第一、第二无线通信模块将所述控制指令传送至第二处理单元，所述第二处理单元根据所述控制指令操纵第一电子开关从而控制第一电力电容器的投、切动作。

所述无功功率补偿柜还包括一智能电容器，所述智能电容器包括：第三处理单元、与所述第三处理单元电性连接的第三无线通信模块、分别电性连接至第三处理单元与第三无线通信模块的第三电源模块、与所述第三处理单元电性连接的第二电子开关、与所述第二电子开关电性连接的第二电力电容器。

所述后台监控服务端包括：第四处理单元、与第四处理单元电性连接的第四无线通信模块、分别电性连接至第四处理单元与第四无线通信模块的第四电源模块，所述第一无线通信模块与所述第四通信模块建立无线通信连接，进而所述后台监控服务端可以读取单片机控制主机的工作信息及向所述单片机控制主机发送控制指令。

所述单片机控制主机分别与数据输出控制器、智能电容器及后台监控服务端的通信数据采用动态密钥技术进行加密，且采用32位循环冗余码校验算法进行检错校验。

所述第一至第三无线通信模块采用全双工工作模式及自适应调频机制传输数据；所述第一至第三无线通信模块之间采用射频通信技术，且，工作频段为2.4GHz-2.4835GHz。

所述第一至第三无线通信模块结构相同，且均包括：接口模块、与接口模块电性连接的电平转换模块、与电平转换模块电性连接的信号处理模块、及与信号处理模块电性连接的天线模块。

所述信号处理模块烧录有专门的诊断软件，用于监测无线网络的状态。

所述电平转换模块采用MAX232芯片，所述信号处理模块采用SE6F01芯片。

本发明的有益效果：本发明的基于无线通信的无功功率补偿系统，无功功率补偿柜内单片机控制主机与数据输出控制之间的通信采用无线通信方式，避免无功功率补偿柜内布线的繁琐，且采用2.4GHz免申请频点，应用 “智能频谱技术” 和跳频扩频技术进行全双工通信，通信抗干扰能力强、通信效果好，避免了数据输出控制器的误操作。

为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。

附图说明

下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其它有益效果显而易见。

附图中，

图1为本发明基于无线通信的无功功系统的结构示意图；

图2为本发明中第一至第三无线通信模块的结构示意图；

图3为本发明中第一至第三无线通信模块的电路图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合本发明的优选实施例及其附图进行详细描述。

请参阅图1，本发明提供一种基于无线通信的无功功率补偿系统，包括：无功功率补偿柜及与所述无功功率补偿柜无线通信的后台监控服务端20，所述无功功率补偿柜包括：柜体、及设于柜体内的控制主机及控制装置，所述控制主机及控制装置包括：单片机控制主机40、与所述单片机控制主机40电性连接的数据采集输入模块60、及与所述单片机控制主机40通信连接的数据输出控制器80，所述单片机控制主机40包括：与所述数据采集输入模块60电性连接的第一处理单元42、与所述第一处理单元42电性连接的第一无线通信模块44及与所述第一处理单元42电性连接的第一电源模块46，所述数据输出控制器80包括：第二处理单元82、与所述第二处理单元82电性连接的第二无线通信模块84、与所述第二处理单元82电性连接的第二电源模块86、与所述第二处理单元82电性连接的第一电子开关87、及与所述第一电子开关87串联连接的第一电力电容器88，所述单片机控制主机40通过第一、第二无线通信模块44、84与所述数据输出控制器80建立无线通信连接。所述单片机控制主机40与所述数据输出控制器86采用无线通信方式，避免无功功率补偿柜内布线的繁琐，且通信抗干扰能力强、通信效果好，避免了数据输出控制器80的误操作。

所述第一电源模块46分别与第一处理单元42、第一无线通信模块44电性连接，进而提供工作电源；所述第二电源模块86分别与第二处理单元82、第二无线通信模块84电性连接，进而提供工作电源。所述第一、第二电源模块46、86可以通过配电系统转换得到。所述第一电子开关87优选采用相并联的晶闸管和交流接触器来实现。

所述无功功率补偿柜工作原理：所述数据采集输入模块60采集配电系统的电流信号及电压信号，并经过初步处理后传送至所述单片机控制主机40，所述单片机控制主机40将接收到的数据进一步经过运算、比较、判断处理后得到控制指令，并通过第一、第二无线通信模块44、84将所述控制指令传送至第二处理单元82，所述第二处理单元82根据所述控制指令操纵第一电子开关87从而控制第一电力电容器88的投、切动作，进而对配电系统进行补偿，实现无功支持，进而提高现代工业的用电质量和电压稳定，以及提高配电系统供配电网络中所有终端用电设备的功率因数。

所述无功功率补偿柜还可以包括一智能电容器80。当一所述无功功率补偿柜内设有数据输出控制80时，则无需设置智能电容器90，当一所述无功功率补偿柜内设有智能电容器90时，则无需设置数据输出控制80，数据输出控制器80与智能电容器90的选用根据实际需要选用。所述智能电容器90包括：第三处理单元92、与所述第三处理单元92电性连接的第三无线通信模块94、分别电性连接至第三处理单元92与第三无线通信模块94的第三电源模块96、与所述第三处理单元92电性连接的第二电子开关97、与所述第二电子开关97电性连接的第二电力电容器98，具体工作原理同上，此处不再赘述。所述第二电子开关97优选采用相并联的晶闸管和交流接触器来实现。

所述后台监控服务端20主要包括：第四处理单元22、与第四处理单元22电性连接的第四无线通信模块24、分别电性连接至第四处理单元22与第四无线通信模块24的第四电源模块26，所述第一无线通信模块44与所述第四通信模块24建立无线通信连接，进而所述后台监控服务端20可以读取单片机控制主机40的工作信息及向所述单片机控制主机40发送控制指令，实现对单片机控制主机40的监控，提高安全性，还可以在事故发生时，第一时间采用有效的应急措施进行处理。为了满足远距离的通信，所述无功功率补偿柜内的单片机控制主机40与后台监控服务端20之间的通信也可以另外单独设置可满足远距离通信的无线通信模块来完成。

所述单片机控制主机40分别与数据输出控制器80、智能电容器90及后台监控服务端20的通信数据采用动态密钥技术进行加密，且采用32位循环冗余码（CRC）校验算法进行检错校验，可以有效地提高通信的安全性及通信数据的正确性，避免数据输出控制器或智能电容器的误操作，有利于提高用电设备的功率因数，降低企业用电成本。循环冗余码校验算法是一种方便、有效、快速的校验方法。

在本方案中，所述第一至第三无线通信模块44、84、94采用点对点、点对多点、存储并转发自定义通信协议工作方式，每一个无线通信模块可支持1点对25点无线通信，通信能力强；其还采用全双工工作模式及自适应调频机制传输数据，具备很强的抗干扰能力。所述第一至第三无线通信模块44、84、94之间具体采用射频（RF）通信技术，且，工作频段为2.4GHz-2.4835GHz，该频率段无需许可证就可以使用，方便。所述第一至第三无线通信模块44、84、94之间不仅传输速度快，而且接受灵敏度高，具体传输速率为2Mbps，接收灵敏度可达-89dBm，且，通信传输的数据包大小为1~200字节（bit）。所述第一至第三无线通信模块44、84、94还具有响应速度快、可自调节进行RF对码工作、可通信识别自动复位等特点，响应速度可做到小于100ms。

请参阅图2，所述第一至第三无线通信模块44、84、94结构相同，且均包括：接口模块32、与接口模块32电性连接的电平转换模块33、与电平转换模块33电性连接的信号处理模块34、及与信号处理模块34电性连接的天线模块35。所述第一至第三无线通信模块44、84、94的工作参数可在设备出厂前配置好，其工作模式可由软件灵活设置，更改节电功能时无需调换设备，易于选型和方案设计的调整，使用便利。其中，所述信号处理模块34烧录有专门的诊断软件，用于监测无线网络的状态。

所述第一至第三无线通信模块44、84、94工作的外在环境温度范围为：-40℃-+70℃；湿度范围为0-95%，无凝气湿度，温度范围和湿度范围较大，适应能力强，正常使用过程中可以保证不受环境的温度和湿度影响；还可以在高电磁干扰和高射频干扰环境下正常工作，抗干扰能力强。

请参阅图3，其为所述第一至第三无线通信模块44、84、94的具体电路图。其中，所述接口模块如图中32所示，其用于输入RSS-232数据及输出TTL/CMOS数据。所述电平转换模块如图中33所示，其采用MAX232芯片，该MAX芯片具有引脚1至引脚16，其中引脚6连接至5V电源，引脚15连接至地线，引脚7及引脚8用于连接接口模块，引脚9及引脚10用于连接信号处理模块34。所述信号处理模块如图中34所示，其采用单片机SE6F01芯片，该SE6F01芯片具有引脚1至引脚28，其中引脚1及引脚4用于输入一电源V33，引脚5用于输入另一电源V18，引脚9、引脚10及引脚27用于进行烧录程序，引脚17及引脚18用于连接电平转换模块33，引脚16、引脚19至引脚22用于连接天线模块35，引脚26用于连接地线，引脚28用于输入5V电源。所述天线模块如图中35所示，其具体包括本振电路36、接收及发射通路37、及信号调制解调模块38，所述信号调制解调模块38还具有信号放大功能，其具体参数设定可参照现有的射频电路设置。

综上所述，本发明的基于无线通信的无功功率补偿系统，无功功率补偿柜内单片机控制主机与数据输出控制之间的通信采用无线通信方式，避免无功功率补偿柜内布线的繁琐，且采用2.4GHz免申请频点，应用 “智能频谱技术” 和跳频扩频技术进行全双工通信，通信抗干扰能力强、通信效果好，避免了数据输出控制器的误操作。

以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于无线通信的无功功率补偿系统，其特征在于，包括无功功率补偿柜及与该无功功率补偿柜无线通信的后台监控服务端，所述无功功率补偿柜包括：柜体、及设于柜体内的控制主机及控制装置，所述控制主机及控制装置包括：单片机控制主机、与所述单片机控制主机电性连接的数据采集输入模块、及与所述单片机控制主机通信连接的数据输出控制器，所述单片机控制主机包括：与所述数据采集输入模块电性连接的第一处理单元、与所述第一处理单元电性连接的第一电源模块、及与所述第一处理单元电性连接的第一无线通信模块，所述数据输出控制器包括：第二处理单元、与所述第二处理单元电性连接的第二无线通信模块、与所述第二处理单元电性连接的第二电源模块、与所述第二处理单元电性连接的第一电子开关、及与所述第一电子开关串联连接的第一电力电容器，所述单片机控制主机通过第一、第二无线通信模块与所述数据输出控制器建立无线通信连接；

所述数据采集输入模块采集配电系统的电流信号及电压信号，并经过初步处理后传送至所述单片机控制主机，所述单片机控制主机将接收到的数据进一步经过运算、比较、判断处理后得到控制指令，并通过第一、第二无线通信模块将所述控制指令传送至第二处理单元，所述第二处理单元根据所述控制指令操纵第一电子开关从而控制第一电力电容器的投、切动作；

所述第一和第二无线通信模块采用射频通信技术。

2.如权利要求1所述的基于无线通信的无功功率补偿系统，其特征在于，所述第一电源模块分别与第一处理单元、第一无线通信模块电性连接，进而提供工作电源；所述第二电源模块分别与第二处理单元、第二无线通信模块电性连接，进而提供工作电源。

3.如权利要求1所述的基于无线通信的无功功率补偿系统，其特征在于，所述无功功率补偿柜还包括一智能电容器，所述智能电容器包括：第三处理单元、与所述第三处理单元电性连接的第三无线通信模块、分别电性连接至第三处理单元与第三无线通信模块的第三电源模块、与所述第三处理单元电性连接的第二电子开关、与所述第二电子开关电性连接的第二电力电容器。

4.如权利要求1所述的基于无线通信的无功功率补偿系统，其特征在于，所述后台监控服务端包括：第四处理单元、与第四处理单元电性连接的第四无线通信模块、分别电性连接至第四处理单元与第四无线通信模块的第四电源模块，所述第一无线通信模块与所述第四无线通信模块建立无线通信连接，进而所述后台监控服务端读取单片机控制主机的工作信息及向所述单片机控制主机发送控制指令。

5.如权利要求3所述的基于无线通信的无功功率补偿系统，其特征在于，所述单片机控制主机分别与数据输出控制器、智能电容器及后台监控服务端的通信数据采用动态密钥技术进行加密，且采用32位循环冗余码校验算法进行检错校验。

6.如权利要求3所述的基于无线通信的无功功率补偿系统，其特征在于，所述第一至第三无线通信模块采用全双工工作模式及自适应调频机制传输数据；所述第三无线通信模块采用射频通信技术，所述第一至第三无线通信模块的工作频段为2.4GHz-2.4835GHz。

7.如权利要求6所述的基于无线通信的无功功率补偿系统，其特征在于，所述第一至第三无线通信模块结构相同，且均包括：接口模块、与接口模块电性连接的电平转换模块、与电平转换模块电性连接的信号处理模块、及与信号处理模块电性连接的天线模块。

8.如权利要求7所述的基于无线通信的无功功率补偿系统，其特征在于，所述信号处理模块烧录有专门的诊断软件，用于监测无线网络的状态。

9.如权利要求7所述的基于无线通信的无功功率补偿系统，其特征在于，所述电平转换模块采用MAX232芯片。