CN110571826B - 一种堆积式无功功率补偿系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种堆积式无功功率补偿系统，所述堆积式无功功率补偿系统包括堆积式线路电流采集电路、三重结构电容组、功率复合开关电路、智能测控单元、数据处理通信电路。所述堆积式线路电流采集电路由微型电压传感器采集三相电压，通过巴特沃斯信号调理电路输出至智能测控单元，智能测控单元输出控制进行经光电隔离驱动电路输出控制信号至功率开关器件，控制三重结构电容组的投切；所述数据处理及通信电路中第一RJ45接口连接二次电流传感器，经485通讯电路与智能测控单元连接，第二RJ45接口与第二台无功功率补偿系统连接，智能测控单元输出分配控制信号经CAN通讯电路连接至两个RJ45接口，与其他无功功率补偿组成堆积式通讯网络。
Description
技术领域
本发明涉及一种堆积式无功功率补偿系统，属于无功功率补偿设备领域。
背景技术
配电网高效节能、降低线损、提高功率因数和电能质量的新一代无功补偿设备的迫切需求。传统的无功补偿设备主要有智能控制器、 熔丝、 复合开关或机械式接触器、热继电器、低压电力电容器、指示灯等散件在柜内和柜面由导线连接而组成的自动无功补偿装置。传统无功补偿装置体积庞大、结构模式笨重，不方便组网及构建扩容系统，而智能电网建设要求新一代低压无功补偿设备具有补偿效果更好，体积更小，功耗更低，使用更加灵活，维护更加方便,使用寿命更长，可靠性更高等特点，传统的无功补偿设备已不能满足现代电网对无功补偿的更高要求。
发明内容
为了解决上述存在的问题，本发明公开了一种级联式电池管理系统，该技术方案可靠性更高，使用更加灵活，维护更加方便,同时具备良好的可扩展性，成本较低，同时具备组网通信功能。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种堆积式无功功率补偿系统，所述堆积式无功功率补偿系统包括堆积式数据处理通信电路、双重结构电容组、巴特沃斯信号调理电路、功率复合开关电路、智能测控单元、电源模块；所述电源模块分别与堆积式数据处理通信电路、巴特沃斯信号调理电路、功率复合开关电路、智能测控单元相连，将输入交流电转换成所需相应的直流电；巴特沃斯信号调理电路将三相电压、电流信号调理输出至智能测控单元，智能测控单元输出控制进行经光电隔离驱动电路输出控制信号至功率复合开关电路中的功率开关器件，控制双重结构电容组的投切。
进一步，所述堆积式数据处理通信电路包括第一RJ45接口、第二RJ45接口、485通讯电路、CAN通讯电路；第一RJ45接口和第二RJ45接口以并联的形式相连，两个RJ45接口同时与485通讯电路和CAN通讯电路相连，智能测控单元的CAN口与CAN通讯电路相连，智能测控单元输出分配控制信号经CAN通讯电路连接至第一RJ45接口和第二RJ45接口，与其他无功功率补偿组成堆积式通讯网络；第一RJ45接口外接二次电流传感器，经485通讯电路与巴特沃斯信号调理电路输出测量信号至智能测控单元，第二RJ45接口与第二台无功功率补偿系统连接，形成堆积式补偿系统。
进一步，所述双重结构电容组由独立的三相星型结构电容组和角型结构电容组构成。
进一步，所述巴特沃斯信号调理电路由信号调理电路和巴特沃斯低通滤波电路组成，信号调理电路采集信息传输至巴特沃斯低通滤波电路。
进一步，所述信号调理电路包括电容C311、电容C312、电阻R311、电阻R312、电阻R313、电阻R314、电阻R315、电阻R316、电阻R317、电阻R318、运算放大器U311、运算放大器U312、二极管D311、二极管D312；传输来的差分信号AD1+、AD1-分别经电阻R311、电阻R312与运算放大器U311的输入端引脚2、3连接，电阻R313与电容C311并联后分别与运算放大器U311的输入端引脚3与模拟地相连接，运算放大器U311的引脚2与引脚6之间并联有电容C312、电阻R314，运算放大器U311的引脚7与引脚4分别连接+15V与-15V电压，运算放大器U311的输出端引脚6经电阻R316与运算放大器U312的引脚3连接，电阻R317分别与运算放大器U312的输入端引脚3和参考直流电源ADCREF连接，电阻R315分别与运算放大器U312的输入端引脚2和模拟地连接，运算放大器U312的输入端引脚2与输出端引脚1之间并联有电阻R318，运算放大器U312的引脚4与引脚11分别与直流电源的+5V与地相连；二极管D311的阴极与运算放大器U312的引脚1相连，二极管D311的阳极和模拟地连接；二极管D312的阳极与运算放大器U312的引脚1相连，二极管D312的阴极和直流电源的+5V连接。
进一步，所述巴特沃斯低通滤波电路包括电容C321、电容C322、电阻R321、电阻R322、电阻R323、电阻R324、运算放大器U321；输入信号IN经电阻R321、电阻R322与运算放大器U321的同向输入端+相连，电阻R323与运算放大器U321的反向输入端-连接，运算放大器U321的同向输入端+经电容C322接地，运算放大器U321的反向输入端-经电阻R324与运算放大器U321的输出端OUT相连；运算放大器U321的输出端OUT经电容C321连接到电阻R321与R322的连接点。
进一步，所述电源模块由整流模块、电源EMC防护模块和稳压输出模块构成；交流供电经整流模块输出，电源EMC防护模块输入端与整流模块相连，输出端与稳压输出模块相连，经稳压输出模块输出无功功率补偿系统的供电电源。
进一步，所述电源EMC防护模块包括电容C621、电容C622、电容C623、电容C624、电容C625、压敏电阻RV621、电感L621、电感L622、肖特基二极管D621、TVS二极管D622；电容C621、压敏电阻RV621、电容C622三者并联分别连于输入直流信号的两个端口，直流信号DC+与滤波电感L621的1端口相连，直流信号DC-与滤波电感L621的4端口相连，电容C623两端分别连接电感L621的2端口和3端口，电感L621的2端口经肖特基二极管D621和电感L622输出滤波后的直流信号，TVS二极管D622的两端分别连于肖特基二极管D621与电感L622的公共端和电感L621的3端口，电容C624和电容C625并联，两端分别于直流输出端口和电感L621的3端口相连，并且电感L621的3端口接地处理。
相对于现有技术，本发明的优点如下：
（1）整个技术方案中所述的堆积式结构设计巧妙，紧凑，结构简单，成本较低，可扩展性强；
（2）采用功率器件代替传统的继电器、开关等器件，提升了设备的控制性能；
（3）整个技术方案连接线较少，降低了系统的外界干扰，提高了系统的可靠性；
（4）多通讯网络架构，便于组网。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，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是一种堆积式无功功率补偿系统；
图2是本发明的堆积式数据处理通信电路原理框图；
图3是本发明的485通讯电路图；
图4是本发明的CAN通讯电路图；
图5是本发明的信号调理电路；
图6是本发明的巴特沃斯低通滤波电路图；
图7是本发明的电源系统图；
图8是本发明的电源EMC防护模块图；
图中：1、堆积式数据处理通信电路，2、双重结构电容组，3、巴特沃斯信号调理电路，4、功率复合开关电路，5、智能测控单元，6、电源模块，11、第一RJ45接口，12、第二RJ45接口，13、485通讯电路，14、CAN通讯电路，31、信号调理电路，32、巴特沃斯低通滤波电路，61、整流模块，62、电源EMC防护模块，63、稳压输出模块。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
实施例1：
本实施例以2套无功功率补偿系统堆积为例，如图1，图2所示，本发明一种堆积式无功功率补偿系统，包括堆积式数据处理通信电路1、双重结构电容组2、巴特沃斯信号调理电路3、功率复合开关电路4、智能测控单元5、电源模块6。所述电源模块6与堆积式数据处理通信电路1、巴特沃斯信号调理电路3、功率复合开关电路4、智能测控单元分5别相连，将输入交流电转换成所需相应的直流电；巴特沃斯信号调理电路3将三相电压、电流信号调理输出至智能测控单元5，智能测控单元5输出控制进行经光电隔离驱动电路输出控制信号至功率复合开关电路4中的功率开关器件，控制双重结构电容组2的投切。
堆积式数据处理通信电路1由第一RJ45接口11、第二RJ45接口12、485通讯电路13、CAN通讯电路14组成。第一RJ45接口11和第二RJ45接口12以并联的形式相连，两个RJ45接口同时与485通讯电路13和CAN通讯电路14相连，智能测控单元5的CAN口与CAN通讯电路14相连，智能测控单元5输出分配控制信号经CAN通讯电路14连接至第一RJ45接口11和第二RJ45接口12，与其他无功功率补偿组成堆积式通讯网络；第一RJ45接口11外接二次电流传感器，经485通讯电路13与巴特沃斯信号调理电路3输出测量信号至智能测控单元5，第二RJ45接口12与第二套无功功率补偿系统连接，形成堆积式补偿系统。
如图3所示，485通讯电路13由隔离转换芯片U131、隔离转换芯片U132、串口总线芯片U133、双向稳压二极管D131、双向稳压二极管D132、双向稳压二极管D133、肖特基二极管D134，电阻R131、电阻R132、电阻R133、电阻R134、电阻R135、电阻R136、电阻R137、电阻R138、电阻R139、电阻R140组成。隔离转换芯片U131的引脚1、引脚4、引脚6、引脚7分别经电阻R136、电阻R135、电阻R131、电阻R132与直流电源+5V连接，隔离转换芯片U131的引脚8与直流电源+5V相连，隔离转换芯片U131的引脚5与地相连，隔离转换芯片U131的引脚6与信号RX相连接，隔离转换芯片U131的引脚3与串口总线芯片U133的引脚1相连,隔离转换芯片U132的引脚1、引脚4、引脚6、引脚7分别经电阻R133、电阻R134、电阻R138、电阻R137与直流电源+5V连接，隔离转换芯片U132的引脚2和引脚3分别与数据串口CTR、TX端口相连接；隔离转换芯片U132的引脚6和引脚7分别与串口总线芯片U133的引脚4和引脚2相连，隔离转换芯片U132的引脚8与直流电源+5V相连，隔离转换芯片U132的引脚5与地相连，串口总线芯片U133的引脚8与直流电源+5V相连，串口总线芯片U133的引脚5与地相连，串口总线芯片U133的引脚3和引脚2相连，串口总线芯片U133的引脚7与引脚6分别串接电阻R139、电阻R140作为485总线的两个端口485_B、485_A，双向稳压二极管D131与双向稳压二极管D132串联与双向稳压二极管D133共同并联与串口总线芯片U133的引脚7和引脚6，肖特基二极管D134并联于485总线的两个端口485_B、485_A。
如图4所示，CAN通讯电路14由隔离转换芯片U141、CAN总线芯片U142、滤波电感L141、双向稳压二极管D141、双向稳压二极管D142、双向稳压二极管D143、肖特基二极管D144，电阻R141、电阻R142、电阻R143、电阻R144、电阻R145、电阻R146、电阻R147、电阻R148、电容C141组成。隔离转换芯片U141的引脚1、引脚4、引脚6、引脚7分别经电阻R141、电阻R142、电阻R144、电阻R143与直流电源+5V连接，隔离转换芯片U141的引脚2和引脚6分别与TX、RX口相连接；隔离转换芯片U141的引脚3与CAN总线芯片U142的引脚4相连，隔离转换芯片U141的引脚8与直流电源+5V相连，隔离转换芯片U141的引脚5与地相连，隔离转换芯片U141的引脚7与CAN总线芯片U142的引脚1相连，用于传输发送信息, CAN总线芯片U142的引脚3与直流电源+5V相连,电容C141两端分别连接直流电源+5V和地，CAN总线芯片U142的引脚7与滤波电感L141的引脚1相连，CAN总线芯片U142的引脚6、引脚2及串联电阻R145后的引脚8均与滤波电感L141的引脚4连接在一起，滤波电感L141的引脚2和引脚3分别串接电阻R147、电阻R148作为CAN总线的两个端口CAN_TX、CAN_RX, 双向稳压二极管D141与双向稳压二极管D142串联与电阻R146、双向稳压二极管D143共同并联与滤波电感L141的引脚2和引脚3，肖特基二极管D144并联于CAN总线的两个端口CAN_TX、CAN_RX。
双重结构电容组2由独立的三相星型结构电容组和角型结构电容组构成。
巴特沃斯信号调理电路3由信号调理电路31和巴特沃斯低通滤波电路32组成，信号调理电路31采集信息传输至巴特沃斯低通滤波电路32。
如图5所示，信号调理电路31由电容C311、电容C312、电阻R311、电阻R312、电阻R313、电阻R314、电阻R315、电阻R316、电阻R317、电阻R318、运算放大器U311、运算放大器U312、二极管D311、二极管D312组成。传输来的差分信号AD1+、AD1-分别经电阻R311、电阻R312与运算放大器U311的输入端引脚2、3连接，电阻R313与电容C311并联后分别与运算放大器U311的输入端引脚3与模拟地相连接，运算放大器U311的引脚2与引脚6之间并联有电容C312、电阻R314，运算放大器U311的引脚7与引脚4分别连接+15V与-15V电压，运算放大器U311的输出端引脚6经电阻R316与运算放大器U312的引脚3连接，电阻R317分别与运算放大器U312的输入端引脚3和参考直流电源ADCREF连接，电阻R315分别与运算放大器U312的输入端引脚2和模拟地连接，运算放大器U312的输入端引脚2与输出端引脚1之间并联有电阻R318，运算放大器U312的引脚4与引脚11分别与直流电源的+5V与地相连。二极管D311的阴极与运算放大器U312的引脚1相连，二极管D311的阳极和和模拟地连接。二极管D312的阳极与运算放大器U312的引脚1相连，二极管D312的阴极极和和直流电源的+5V连接。
如图6所示，巴特沃斯低通滤波电路32由电容C321、电容C322、电阻R321、电阻R322、电阻R323、电阻R324、运算放大器U321组成。输入信号IN经电阻R321、电阻R322与运算放大器U321的同向输入端+相连，电阻R323与运算放大器U321的反向输入端-连接，运算放大器U321的同向输入端+经电容C322接地，运算放大器U321的反向输入端-经电阻R324与运算放大器U321的输出端OUT相连。运算放大器U321的输出端OUT经电容C321连接到电阻R321与R322的连接点。
电源模块6由整流模块61、电源EMC防护模块62和稳压输出模块63构成，如图7所示。交流供电经整流模块61输出，电源EMC防护模块62输入端与整流模块相连，输出端与稳压输出模块63相连，经稳压输出模块63输出无功功率补偿系统的供电电源。
如图8所示，电源EMC防护模块62由电容C621、电容C622、电容C623、电容C624、电容C625、压敏电阻RV621、电感L621、电感L622、肖特基二极管D621、TVS二极管D622组成。电容C621、压敏电阻RV621、电容C622三者并联分别连于输入直流信号的两个端口，直流信号DC+与滤波电感L621的1端口相连，直流信号DC-与滤波电感L621的4端口相连，电容C623两端分别连接电感L621的2端口和3端口，电感L621的2端口经肖特基二极管D621和电感L622输出滤波后的直流信号，TVS二极管D622的两端分别连于肖特基二极管D621与电感L622的公共端和电感L621的3端口，电容C624和电容C625并联，两端分别于直流输出端口和电感L621的3端口相连，并且电感L621的3端口接地处理。
综上，整个技术方案中所述的堆积式结构设计巧妙，紧凑，结构简单，成本较低，可扩展性强；采用功率器件代替传统的继电器、开关等器件，提升了设备的控制性能；整个技术方案连接线较少，降低了系统的外界干扰，提高了系统的可靠性；多通讯网络架构，便于组网。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (8)
1.一种堆积式无功功率补偿系统，其特征在于：所述堆积式无功功率补偿系统包括堆积式数据处理通信电路（1）、双重结构电容组（2）、巴特沃斯信号调理电路（3）、功率复合开关电路（4）、智能测控单元（5）、电源模块（6）；
所述电源模块（6）分别与堆积式数据处理通信电路（1）、巴特沃斯信号调理电路（3）、功率复合开关电路（4）、智能测控单元（5）相连，将输入交流电转换成所需相应的直流电；巴特沃斯信号调理电路（3）将三相电压、电流信号调理输出至智能测控单元（5），智能测控单元（5）输出控制进行经光电隔离驱动电路输出控制信号至功率复合开关电路（4）中的功率开关器件，控制双重结构电容组（2）的投切。
2.根据权利要求1所述的一种堆积式无功功率补偿系统，其特征在于：所述堆积式数据处理通信电路（1）包括第一RJ45接口（11）、第二RJ45接口（12）、485通讯电路（13）、CAN通讯电路（14）；
第一RJ45接口（11）和第二RJ45接口（12）以并联的形式相连，两个RJ45接口同时与485通讯电路（13）和CAN通讯电路（14）相连，智能测控单元（5）的CAN口与CAN通讯电路（14）相连，智能测控单元（5）输出分配控制信号经CAN通讯电路（14）连接至第一RJ45接口（11）和第二RJ45接口（12），与其他无功功率补偿组成堆积式通讯网络；
第一RJ45接口（11）外接二次电流传感器，经485通讯电路（13）与巴特沃斯信号调理电路（3）输出测量信号至智能测控单元（5），第二RJ45接口（12）与第二台无功功率补偿系统连接，形成堆积式补偿系统。
3.根据权利要求1所述的一种堆积式无功功率补偿系统，其特征在于：所述双重结构电容组（2）由独立的三相星型结构电容组和角型结构电容组构成。
4.根据权利要求1所述的一种堆积式无功功率补偿系统，其特征在于：所述巴特沃斯信号调理电路（3）由信号调理电路（31）和巴特沃斯低通滤波电路（32）组成，信号调理电路（31）采集信息传输至巴特沃斯低通滤波电路（32）。
5.根据权利要求4所述的一种堆积式无功功率补偿系统，其特征在于：所述信号调理电路（31）包括电容C311、电容C312、电阻R311、电阻R312、电阻R313、电阻R314、电阻R315、电阻R316、电阻R317、电阻R318、运算放大器U311、运算放大器U312、二极管D311、二极管D312；
传输来的差分信号AD1+、AD1-分别经电阻R311、电阻R312与运算放大器U311的输入端引脚2、3连接，电阻R313与电容C311并联后分别与运算放大器U311的输入端引脚3与模拟地相连接，运算放大器U311的引脚2与引脚6之间并联有电容C312、电阻R314，运算放大器U311的引脚7与引脚4分别连接+15V与-15V电压，运算放大器U311的输出端引脚6经电阻R316与运算放大器U312的引脚3连接，电阻R317分别与运算放大器U312的输入端引脚3和参考直流电源ADCREF连接，电阻R315分别与运算放大器U312的输入端引脚2和模拟地连接，运算放大器U312的输入端引脚2与输出端引脚1之间并联有电阻R318，运算放大器U312的引脚4与引脚11分别与直流电源的+5V与地相连；
二极管D311的阴极与运算放大器U312的引脚1相连，二极管D311的阳极和模拟地连接；二极管D312的阳极与运算放大器U312的引脚1相连，二极管D312的阴极和直流电源的+5V连接。
6.根据权利要求4所述的一种堆积式无功功率补偿系统，其特征在于：所述巴特沃斯低通滤波电路（32）包括电容C321、电容C322、电阻R321、电阻R322、电阻R323、电阻R324、运算放大器U321；
输入信号IN经电阻R321、电阻R322与运算放大器U321的同向输入端+相连，电阻R323与运算放大器U321的反向输入端-连接，运算放大器U321的同向输入端+经电容C322接地，运算放大器U321的反向输入端-经电阻R324与运算放大器U321的输出端OUT相连；
运算放大器U321的输出端OUT经电容C321连接到电阻R321与R322的连接点。
7.根据权利要求1所述的一种堆积式无功功率补偿系统，其特征在于：所述的电源模块（6）由整流模块（61）、电源EMC防护模块（62）和稳压输出模块（63）构成；
交流供电经整流模块（61）输出，电源EMC防护模块（62）输入端与整流模块相连，输出端与稳压输出模块（63）相连，经稳压输出模块（63）输出无功功率补偿系统的供电电源。
8.根据权利要求7所述的一种堆积式无功功率补偿系统，其特征在于：所述电源EMC防护模块（62）包括电容C621、电容C622、电容C623、电容C624、电容C625、压敏电阻RV621、电感L621、电感L622、肖特基二极管D621、TVS二极管D622；
电容C621、压敏电阻RV621、电容C622三者并联分别连于输入直流信号的两个端口，直流信号DC+与滤波电感L621的1端口相连，直流信号DC-与滤波电感L621的4端口相连，电容C623两端分别连接电感L621的2端口和3端口，电感L621的2端口经肖特基二极管D621和电感L622输出滤波后的直流信号，TVS二极管D622的两端分别连于肖特基二极管D621与电感L622的公共端和电感L621的3端口，电容C624和电容C625并联，两端分别于直流输出端口和电感L621的3端口相连，并且电感L621的3端口接地处理。
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