CN106329547A - 一种远程监控无功补偿控制器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种远程监控无功补偿控制器，包括：交流采集电路、微控制器、无功补偿装置、电平匹配电路、远程无线通信电路和后台服务器；微控制器，将采集的数据分析处理后，进行无功补偿控制；远程无线通信电路，将微控制器分析处理的数据以及无功补偿装置的工作状态上传至后台服务器。本发明将无线通信技术与硬件设备结合，应用到无功补偿控制器中，再依靠后台服务器把用户的用电环境、无功补偿装置的工作状态实时展现给用户和电力部门，用户和电力部门可以根据后台服务器分析出现场采集的无功缺失的实际情况，来确定现在已工作的设备是否需要增加、更换。

Description

一种远程监控无功补偿控制器

技术领域

本发明属于电能质量无功补偿领域，具体涉及一种远程监控无功补偿控制器。

背景技术

随着国家的发展，企业的用电需求也在不断的增加，高负荷用电的同时也带来了大量的无功消耗，无功补偿装置已是企业用电中的必要设备。目前市场上多为本地型低压无功补偿控制器，通过交流采集电路，计算出电压、电流、功率因数、2-13次谐波数据，通过总线通信电路与补偿装置连接，从而控制低压无功补偿装置的投切。这样传统的无功补偿控制器无法实时获取到用电现场的数据，无法实时获取到现场控制器及补偿装置的运行状态，用户无法知道现场设备是由于哪种问题造成的不工作，是设备本身损坏还是达到了使用设备，无法实时知道是否需要增加、更换补偿装置。

专利一种自动无功补偿控制器(申请号为CN201610153424.0)，公开了一种自动无功补偿控制器，包括DSP处理器、电压取样电路、电流取样电路、存储器，所述DSP处理器设有阀值预设模块和数据处理模块，通过阀值预设模块预设延时阀值和电压投切阀值并存储在存储器中，所述电压取样电路根据预设延时阀值进行电压数据采集，所述数据处理模块将采集的电压数据与预设的电压投切阀值进行比较并根据比较结果控制智能电容器动作。但是该控制器使得制造商无法实时帮助用户进行现场数据分析整理以及提前对现场环境进行预警，提示用户进行升级改造，只有等到现场设备损坏、不工作或者造成罚款时才去现场进行数据分析。

发明内容

本发明的目的是提供一种远程监控无功补偿控制器，以解决无法实时获取用电现场的数据和现场控制器及补偿装置的运行状态的问题。

本发明提供了如下的技术方案：一种远程监控无功补偿控制器，包括交流采集电路、微控制器、无功补偿装置、电平匹配电路、远程无线通信电路和后台服务器；交流采集电路，用于采样相电压和相电流；微控制器，将采集的数据分析处理后，进行无功补偿控制；无功补偿装置，实现具体无功补偿工作；电平匹配电路，将微控制器与远程无线通信电路连接；远程无线通信电路，将微控制器分析处理的电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、2-29次谐波数据以及无功补偿装置的工作状态上传至后台服务器；后台服务器，根据上传的数据及无功补偿装置的工作状态进行分析、判断来确定现场参数配置的合理性及设备数量、补偿容量的合理性。

优选地，所述交流采集电路包括电压取样电路和电流取样电路，分别采样相电压与相电流，所述电压取样电路和电流取样电路分别采用电压互感器和电流互感器。其中，所述电压互感器选用电压电流型互感器，所述电流互感器选用电流电流型互感器。

优选地，所述交流采集电路中还包括抗混叠滤波电路，所述抗混叠滤波电路分别设置在所述电压互感器和电流互感器的次级端。其结构和参数讲究对称，并采用温度性能较好的元器件，从而保证良好的温度特性。

优选地，所述电能计量芯片还包括集成了A/D转换器和采用从属工作方式的SPI串行通信接口，所述电能计量芯片分别与电压互感器和电流互感器连接，电能计量芯片可以将采集用电负载系统的电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数的各模拟信号数据转化为相应的能读取的数字信号，A/D转换器转换精度高，保证数据处理结果的准确性。

本发明还包括电平匹配电路，由于远程通信模块的接口电平和微控制器的接口电平不一致，为了保证硬件电路的稳定性而接入电平匹配电路，其中包括三极管、电阻和电容，所述三极管基极通过电阻与供电端连接，所述三极管的集电极连接微控制器，发射极连接无线通信电路，采用这样结构电路可以提高硬件电路的稳定性。

作为本发明的进一步改进，所述远程无功补偿控制器还包括人机交互电路和数据存储电路，所述人机交互电路与数据存储电路分别连接所述微控制器，通过数据存储电路形成本地记录。微控制器将无功补偿装置本身情况和用电数据通过人机交互电路以人工界面方式显示输出，便于实时获取无功补偿装置电容器的使用情况。

优选地，所述通信总线单元包括SPI、RS485和UART，所述交流采集电路通过SPI与所述微控制器连接，所述RS485与所述无功补偿装置连接，所述UART与远程无线通信电路连接。同时该通讯总线单元还用于供后台服务器读取用电现场数据和无功补偿装置使用情况。

优选地，所述微控制器与无功补偿装置采用动态自组网方式连接。所述的动态自组网功能可以随意增加、更换、拆除无功补偿装置，无需整体断电，及时有效地减少谐波对电网的影响。

本发明的有益效果是：本发明将无线通信技术和硬件设备结合应用到无功补偿控制器中，再依靠后台服务器把用户的用电环境、无功补偿装置的工作状态、无功补偿装置的使用寿命等实时展现给用户和电力部门，通过后台服务器的统计数据与曲线数据的分析，帮助用户对用电环境的分析，用户和电力部门可以根据后台服务器分析出现场采集的无功缺失的实际情况，来确定无功补偿装置中电容器的容量、数量、补偿方式如何配置，确定已在工作的设备是否需要增加、更换。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明远程监控无功补偿控制器的结构示意图；

图2是本发明所述电平匹配电路示意图；

图3是本发明所述交流采集电路中的抗混叠滤波电路。

具体实施方式

如图1-3所示，一种远程监控无功补偿控制器，包括交流采集电路11、电能计量芯片12、微控制器13、无功补偿装置15、电平匹配电路14、远程无线通信电路16和后台服务器17，其中，为了保证电路的稳定性，电平匹配电路将微控制器与远程无线通信电路连接。

使用时，包含电能计量芯片12的交流采集电路11采样用电现场的相电压和相电流，微控制器将采集的数据分析处理后，进行无功补偿控制，无功补偿控制器控制无功补偿装置15做投切，然后，远程无线通信电路16将微控制器13分析处理的数据(电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、2-29次谐波数据)以及无功补偿装置15的工作状态上传至后台服务器17，最后，后台服务器17根据上传的数据及无功补偿装置15的工作状态进行分析、判断来确定现场参数配置的合理性及设备数量、补偿容量的合理性。微处理器13与无功补偿装置17之间采用动态自组网方式连接，结合动态自组网功能可以随意增加、更换、拆除无功补偿装置17，无需整体断电，及时有效地减少谐波对电网的影响。

在具体实施例中，交流采集电路11包括电压取样电路和电流取样电路，电压取样电路和电流取样电路分别采用电压互感器和电流互感器。其中，电压互感器优先选用电压电流型互感器，电流互感器优先选用电流电流型互感器，电压互感器和电流互感器分别采样相电压和相电流，当额定电压为220V，负载电路的阻值为216K，负载电流约1mA，由于电压互感器为1:1，因此互感器次级约为1mA，因此进入电能计量芯片12的电压通道的ADC约为240mV，同样，电流互感器比例为1000:1，当额定电压为5A时，电流互感器次级为5mA，因此进入电能计量芯片12的电流通道的ADC值约为50mV。电压通道与电流通道均采用差分输入方式，如图3所示，交流采集电路11中包括由电阻和电容构成的抗混叠滤波器，所述抗混叠滤波电路分别设置在所述电压互感器和电流互感器的次级端，其结构和参数讲究对称，其中R1＝R2，R3＝R4，C1＝C2，并采用温度性能较好的元器件，从而保证获得良好的温度特性。

电能计量芯片12选用ATT7022集成芯片，内部集成了7路19位A/D转换器，电能计量芯片12将采集用电负载系统的电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数的各模拟信号数据转化为相应的能读取的数字信号，电流通道有效值在0.1mV至500mV的范围内线性误差小于0.1％；电压通道有效值在0.2mV至500mV的范围内线性误差小于0.1％。A/D转换器转换精度高，保证数据处理结果的准确性。ATT7022内部还集成了一个SPI串行通信接口，其工作方式为本领域公知，这里不再详述。

由于远程通信模块的接口电平为2.8V，而MCU微控制器的接口电平为3.3V，为了保证硬件电路的稳定性从而接入电平匹配电路14，如图2所示的一种实施例中，其中包括三极管Q、电阻R和电容C，三极管Q的基极通过电阻R与供电端VCC连接，三极管Q的发射极连接电容器C一端，三极管的集电极连接微处理器13，电容器C另一端连接地线。

本实施例中，远程无功补偿控制器还包括人机交互电路18和数据存储电路19，人机交互电路18与数据存储电路19分别连接微控制器13，无功补偿控制器通过远程无线通信电路16将数据上传到后台服务器17的同时数据存储电路19也会形成本地记录，数据存储电路19采用EEPROM存储芯片。该控制器将无功补偿装置15自身情况和用电数据通过人机交互电路19以人工界面方式显示输出，便于实时获取电容补偿装置使用情况。无功补偿控制器还包括通信总线单元，通信总线单元包括SPI、RS485和UART，交流采集电路11通过SPI与所述微控制器连接，RS485与所述无功补偿装置15连接，UART与远程无线通信电路16连接。同时该通讯总线单元还用于供后台服务器17读取用电现场数据和无功补偿装置15使用情况。

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，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (9)

1.一种远程监控无功补偿控制器，其特征在于，包括：交流采集电路、微控制器、无功补偿装置、电平匹配电路、远程无线通信电路和后台服务器，

交流采集电路，用于采样相电压和相电流；

微控制器，将采集的数据分析处理后，进行无功补偿控制；

无功补偿装置，实现具体无功补偿工作；

电平匹配电路，将微控制器与远程无线通信电路连接；

远程无线通信电路，将微控制器分析处理的数据以及无功补偿装置的工作状态上传至后台服务器；

后台服务器，根据上传的数据及无功补偿装置的工作状态进行分析、判断来确定现场参数配置的合理性及设备数量、补偿容量的合理性。

2.根据权利要求1所述的一种远程监控无功补偿控制器，其特征在于，所述交流采集电路包括电压取样电路和电流取样电路，所述电压取样电路和电流取样电路分别采用电压互感器和电流互感器，所述电压互感器选用电压电流型互感器，所述电流互感器选用电流电流型互感器。

3.根据权利要求1或2所述的一种远程监控无功补偿控制器，其特征在于，所述交流采集电路中还包括抗混叠滤波电路，所述抗混叠滤波电路分别设置在所述电压互感器和电流互感器的次级端。

4.根据权利要求1或2所述的一种远程监控无功补偿控制器，其特征在于，所述交流采集电路包括电能计量芯片，所述电能计量芯片分别与电压互感器和电流互感器连接，所述电能计量芯片内部包括A/D转换器和SPI串行通信接口。

5.根据所述权利要求4所述的一种远程监控无功补偿控制器，其特征在于，所述SPI串行通信接口采用从属方式工作。

6.根据权利要求1所述的一种远程监控无功补偿控制器，其特征在于，所述电平匹配电路包括三极管、电阻和电容，所述三极管基极通过电阻与供电端连接，所述三极管的集电极连接所述微控制器，所述三极管的发射极连接所述无线通信电路。

7.根据权利要求1所述的一种远程监控无功补偿控制器，其特征在于，还包括人机交互电路和数据存储电路，并且所述人机交互电路与所述微控制器连接，所述数据存储电路与所述微控制器连接。

8.根据权利要求1所述的一种远程监控无功补偿控制器，其特征在于，所述无功补偿控制器还包括通信总线单元，所述通信总线单元包括SPI、RS485和UART，所述交流采集电路通过SPI与所述微控制器连接，所述RS485与所述无功补偿装置连接，所述UART与远程无线通信电路连接。

9.根据权利要求1至7任一项所述的一种远程监控无功补偿控制器，其特征在于，所述微控制器与无功补偿装置采用动态自组网方式连接。