CN111509735A - 高精度多功能无功补偿控制器 - Google Patents

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林锡洪
李文杰
李伟
林佳昊
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    • H02J3/1821—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators
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Abstract

本发明公开了一种高精度多功能无功补偿控制器，包括三相四线输入电源电路和中央处理器，还设置有电流采样电路和与电流采样电路相连接的测量回路，还设置有降压整流供电电路，还包括与中央处理器相连接的RS485通讯电路、与中央处理器相连接的存储电路、与中央处理器相连接的日历时钟电路、与中央处理器相连接的USB接口电路、与中央处理器相连接的人机交互电路和与中央处理器相连接的节点输出电路，节点输出电路包括十六路OC开路的光耦合输出电路，光耦合输出电路分别与外接智能电容器通讯，投切开关与补偿电容器相连接。本发明的结构设置合理，结构简单体积小，方便接线与安装，也有利于进行检修维护与扩容，适应性强且实用性好。

Description

高精度多功能无功补偿控制器
技术领域
本发明属于无功补偿控制器技术领域，具体涉及一种高精度多功能无功补偿控制器。
背景技术
电网中的电力负荷大部分属于感性负荷，如电动机等。运行过程中功率因数低，线路电流增大，电能损耗增大，另外由于负荷分配不均衡，无功各相也不均衡，这样会造成共补电容器不能补偿或者某相过补偿，另外的相欠补偿，有些无功补偿控制器，测量精度低，在谐波大时，功率因数测量错误，导致补偿精度低，甚至可能导致补偿错误；另外小负荷或者是变压器空载时，由于低压侧采样，电流过小，从而报欠流报警，不再投入电容器，变压器空载，高压侧功率因数低，不达标，导致高压计量会被罚款，这些都是急需解决的问题。并且随着智能电网的发展，对无功补偿提出更高的技术要求，要求补偿控制器和智能监控终端通信，通过远程后台能查看补偿效果及电容状态，同时电网故障，能提示报警，和一些开关设备，计量设备等实现综合监控，并且互不影响。当前无功补偿领域，补偿控制器大多数是低成本方案，以检测电压电流相位差，来计算功率因数，二次电流小时，测量误差大，当谐波大时，计算功率因数错误；另外控制器功能简单，只是实现测量控制功能，不具有远程监测接口，不具有历史记录存储功能，也不具有数据导出功能。不利于查询历史数据和问题查找及负荷分析，另外部分产品，单数码管显示，只能用简单的符号来代表某些数据，不直观，参数设置和查询不方便，一些特殊场合，不能进行参数调整，来适应现场环境，导致报警不补偿，故而适用性和实用性受到限制。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构设置合理且适用性强的高精度多功能无功补偿控制器。
实现本发明目的的技术方案是一种高精度多功能无功补偿控制器，包括三相四线输入电源电路和中央处理器，还设置有电流采样电路和与所述电流采样电路相连接的测量回路，所述测量回路与所述中央处理器数据连接，还设置有与三相四线输入电源电路中A相电连接的降压整流供电电路，还包括与所述中央处理器相连接的RS485通讯电路、与所述中央处理器相连接的存储电路、与所述中央处理器相连接的日历时钟电路、与所述中央处理器相连接的USB接口电路、与所述中央处理器相连接的人机交互电路和与所述中央处理器相连接的节点输出电路，所述节点输出电路包括十六路OC开路的光耦合输出电路，所述光耦合输出电路分别与外接的投切开关相连接，所述投切开关与补偿电容器相连接，一干节点无源输出，外部可以接声光报警装置，如果有报警触点会接通。
所述电流采样电路包括三相配变电流采样电路和三相补偿电流采样电路。
所述RS485通讯电路包括隔离RS485通讯电路和非隔离RS458通讯电路，所述非隔离RS485通讯电路与外接智能电容器通讯并进行投切控制补偿电容器进行补偿，所述隔离RS485通讯电路连接有远程监控器。
所述测量回路包括计量芯片，与所述计时芯片相连接的参数校准电路和电网参数读取电路，所述计量芯片与所述中央处理器数据连接。
还包括与所述中央处理器相连接的环境温度测量传感器。
所述中央处理器的主芯片型号为STM8S207RB，所述计量芯片的型号为RN8302B。
所述环境温度测量传感器为RTC热敏电阻传感器。
所述人机交互电路包括人机交互显示屏和与所述人机交互显示屏相连接的数据处理器，所述数据处理器与所述中央处与器相连接。
所述USB接口电路的接口芯片型号为CH376。
本发明具有积极的效果：本发明的结构设置合理，结构简单体积小，方便接线与安装，也有利于进行检修维护与扩容，另外，各个功能模块可以灵活配置，可根据项目需求和成本考虑，增删相应功能，不影响使用，通过电容补偿器对变压器空载补偿，可以减少假期间变压器空载高压计量的罚款，设有日历时钟电路和存储电路，可以对数据及时存储，有利于对后续故障原因查找，数据深度挖掘，负荷分析及扩容，节电量统计提供了详实的数据保障，并且设置有人机交互电路，有利于人机交互，便于数据查讯及分析操作，使用稳定可靠，适应性强且实用性好。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：
图1为本发明的结构框图；
图2为本发明中央处理器的具体电路图；
图3为本发明的测量回路的具体电路图；
图4为本发明中RS485通讯电路的具体电路图。
具体实施方式
(实施例1)
图1至图4显示了本发明的一种具体实施方式，其中图1为本发明的结构框图；图2为本发明中央处理器的具体电路图；图3为本发明的测量回路的具体电路图；图4为本发明中RS485通讯电路的具体电路图。
见图1至图4，一种高精度多功能无功补偿控制器，包括三相四线输入电源电路1和中央处理器2，还设置有电流采样电路3和与所述电流采样电路相连接的测量回路4，所述测量回路与所述中央处理器数据连接，还设置有与三相四线输入电源电路中A相电连接的降压整流供电电路5，还包括与所述中央处理器相连接的RS485通讯电路6、与所述中央处理器相连接的存储电路7、与所述中央处理器相连接的日历时钟电路8、与所述中央处理器相连接的USB接口电路9、与所述中央处理器相连接的人机交互电路10和与所述中央处理器相连接的节点输出电路11，所述节点输出电路11包括十六路OC开路的光耦合输出电路111，所述光耦合输出电路分别与外接投切开关相连接，所述投切开关与补偿电容器相连接，一干节点无源输出，外部可以接声光报警装置，如果有报警触点会接通。设置有日历时钟电路，中央处理器读取时间，为电网数据定时冻结，告警时刻，功率因数统计，负荷曲线，投切记录等数据提供时标。存储电路采用SD卡存储和flash存储相结合的方式，少量数据存flash里，大量的历史数据存SD卡中，SD卡容量为2G，MCU寻址空间也是2G。
降压整流供电电路的输出电压为直流12V、其中直流12伏为节点输出8提供12伏共阳极电压，一路5伏为整个产品供电和另一路隔离通讯电路用5伏电源。12伏隔离电压给接节点输出电路供电，剩余的5V电源为整个线路板其他模块供电。
所述电流采样电路3包括三相配变电流采样电路31和三相补偿电流采样电路32。本实施例中，包括电阻分压实现三相四线电压输入，三路互感器测量配变二次电流，另外三路互感器信号用多路模拟开关来分时切换测量各相补偿电流，以上信号处理后，接入测量回路，MCU读取电网的参数，根据无功功率，进行控制智能电容或者复合开关投切补偿，投切补偿的过程中，读取时间作为时标，存储投切记录和报警记录，并在人机交互显示屏示当前状态。
所述RS485通讯电路包括隔离RS485通讯电路和非隔离RS458通讯电路，所述非隔离RS485通讯电路与外接智能电容器通讯并进行投切控制补偿电容器进行补偿，所述隔离RS485通讯电路连接有远程监控器。
所述测量回路4包括计量芯片41，与所述计时芯片相连接的参数校准电路42和电网参数读取电路43，所述计量芯片与所述中央处理器数据连接。
还包括与所述中央处理器相连接的环境温度测量传感器12。
所述中央处理器的主芯片型号为STM8S207RB，所述计量芯片的型号为RN8302B。计量芯片RN8302B，该款高精度计量芯片，可以做到测量精度0.5级，并且以有功和无功积分来计算功率因数，不论在小电流或者是谐波畸变率比较大时，也能准确测量电网参数。所述测量回路与中央处理器相连接，进行参数校准和电网参数的读取。采用STM8S207RB，外置晶振温漂小，更稳定；并且该芯片容量大，功能强，使用灵活，基本满足实际需要。所述SD卡存储容量为2G字节存储容量，环境温度测量用RTC热敏电阻传感器。
所述环境温度测量传感器为RTC热敏电阻传感器。还对应有信号输出电路。
所述人机交互电路包括人机交互显示屏和与所述人机交互显示屏相连接的数据处理器，所述数据处理器与所述中央处与器相连接。人机交互显示屏带12864显示屏及4个操控按键，12864采用汉字和英语的双语可选择显示，用于实现测量参数显示和电容状态显示，并通过按键，对控制器进行参数设置和记录查询。
所述USB接口电路的接口芯片型号为CH376。采用芯片CH376，工作与主模式，当插入U盘时，MCU单元9通过CH376,对U盘进行插入检测，数据读写，实现控制器内数据下载到U盘中，以方便在计算机上查看数据。
补偿无功时，电容器容量相同，按照循环投切，先投入先切除，保护电容器寿命，容量不同时，按照优化投切，先投入和电网无功缺额相近容量的电容器。并且内部定时自动计算，深度学习，会切除组合的小容量的电容，投入大容量的，以实现更精确的补偿效果。
变压器空载补偿控制算法包括当检测到低压侧电流过小时，基本相当于变压器空载，控制器会根据计量方式和变压器参数，进行控制电容器补偿，当低压计量时，无功量小，功率因数达标，不进行控制；当计量方式为高压计量时，会根据变压器参数空载电流和空载损耗，计算出无功缺额，在低压侧投入小于并接近相应容量的电容器，来补偿高压侧功率因数，同时判断低压侧电压，如果由于电容补偿造成电网电压升高，重新切除电容器，投入容量更小的电容器，实现高压补偿使功率因数大于0.9。
本发明的结构设置合理，结构简单体积小，方便接线与安装，也有利于进行检修维护与扩容，另外，各个功能模块可以灵活配置，可根据项目需求和成本考虑，增删相应功能，不影响使用，通过电容补偿器对变压器空载补偿，可以减少假期间变压器空载高压计量的罚款，设有日历时钟电路和存储电路，可以对数据及时存储，有利于对后续故障原因查找，数据深度挖掘，负荷分析及扩容，节电量统计提供了详实的数据保障，并且设置有人机交互电路，有利于人机交互，便于数据查讯及分析操作，使用稳定可靠，适应性强且实用性好。
本实施例中使用的标准零件可以从市场上直接购买，而根据说明书和附图的记载的非标准结构部件，也可以直根据现有的技术常识毫无疑义的加工得到，同时各个零部件的连接方式采用现有技术中成熟的常规手段，而机械、零件及设备均采用现有技术中常规的型号，故在此不再作出具体叙述。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的实质精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种高精度多功能无功补偿控制器，包括三相四线输入电源电路和中央处理器，其特征在于：还设置有电流采样电路和与所述电流采样电路相连接的测量回路，所述测量回路与所述中央处理器数据连接，还设置有与三相四线输入电源电路中A相电连接的降压整流供电电路，还包括与所述中央处理器相连接的RS485通讯电路、与所述中央处理器相连接的存储电路、与所述中央处理器相连接的日历时钟电路、与所述中央处理器相连接的USB接口电路、与所述中央处理器相连接的人机交互电路和与所述中央处理器相连接的节点输出电路，所述节点输出电路包括十六路OC开路的光耦合输出电路，所述光耦合输出电路分别与外接的投切开关相连接，所述投切开关与补偿电容器相连接。
2.根据权利要求1所述的高精度多功能无功补偿控制器，其特征在于：所述电流采样电路包括三相配变电流采样电路和三相补偿电流采样电路。
3.根据权利要求2所述的高精度多功能无功补偿控制器，其特征在于：所述RS485通讯电路包括隔离RS485通讯电路和非隔离RS458通讯电路，所述非隔离RS485通讯电路与外接智能电容器通讯并进行投切控制补偿电容器进行补偿，所述隔离RS485通讯电路连接有远程监控器。
4.根据权利要求3所述的高精度多功能无功补偿控制器，其特征在于：所述测量回路包括计量芯片，与所述计时芯片相连接的参数校准电路和电网参数读取电路，所述计量芯片与所述中央处理器数据连接。
5.根据权利要求4所述的高精度多功能无功补偿控制器，其特征在于：还包括与所述中央处理器相连接的环境温度测量传感器。
6.根据权利要求5所述的高精度多功能无功补偿控制器，其特征在于：所述中央处理器的主芯片型号为STM8S207RB，所述计量芯片的型号为RN8302B。
7.根据权利要求6所述的高精度多功能无功补偿控制器，其特征在于：所述环境温度测量传感器为RTC热敏电阻传感器。
8.根据权利要求7所述的高精度多功能无功补偿控制器，其特征在于：所述人机交互电路包括人机交互显示屏和与所述人机交互显示屏相连接的数据处理器，所述数据处理器与所述中央处与器相连接。
9.根据权利要求8所述的高精度多功能无功补偿控制器，其特征在于：所述USB接口电路的接口芯片型号为CH376。
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