CN117691621B - 一种基于物联网的低压开关电容补偿柜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于物联网的低压开关电容补偿柜，属于电容补偿柜技术领域。包括柜体，所述柜体内侧设置有电容补偿模组，还包括功率因素采集模块、电容监测模块、电容配组模块、补偿控制器、物联网联控模块和上位机，所述功率因素采集模块设置有两组，分别连接于供电母线进线端和出线端；所述功率因素采集模块、电容监测模块、接触器和投切开关接入到补偿控制器；所述物联网联控模块包括联控控制器；所述联控控制器通信连接有物联网通信模块；本发明的基于物联网的低压开关电容补偿柜，上位机实时获取电容补偿柜的运行数据，并通过对运行数据进行远程调试运算和个性化匹配，能够及时发现电容补偿过程的风险及提供精确的电容补偿投切方案。

Description

一种基于物联网的低压开关电容补偿柜

技术领域

本发明具体涉及一种基于物联网的低压开关电容补偿柜，属于电容补偿柜技术领域。

背景技术

电力系统中的负载类型大部分属于感性负载，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；故通过在电力系统中接入电容补偿柜，可以平衡感性负载，提高功率因数，以提升设备的利用率；现有的电容补偿柜不具备数据远传联能力，大量的配电运行数据仅仅用于支撑电容补偿柜的现场控制，控制方式粗犷；为了提高电容补偿柜的运行数据应用能力，中国专利公开号：CN114498670A，公开了一种基于物联网的低压开关电容补偿柜，通过通讯模块将测控模块获得的测量结果传输到网络端；该方案通过物联网对电容补偿柜进行数据收集和远传，并实现数据的存储和远程展示，及用于研判故障和追溯提供数据支撑；其中，低压开关电容补偿柜最重要的功能是通过控制接入补偿电容的容量，实现母线输出功率因素的精确控制；上述方案仍处于数据收集阶段，无法对电容补偿过程提供帮助。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种基于物联网的低压开关电容补偿柜，借助物联网通信功能，上位机实时获取电容补偿柜的运行数据，并通过对运行数据进行远程调试运算和个性化匹配，能够及时发现电容补偿过程的风险及提供精确的电容补偿投切方案。

本发明的基于物联网的低压开关电容补偿柜，包括柜体，所述柜体内侧设置有电容补偿模组，所述电容补偿模组包括多组补偿电容，每组所述补偿电容依次通过热过载继电器、接触器和熔断器接入到供电母线，当需要某一组补偿电容投入补偿时，控制该组接触器接触，从而使补偿电容接入到供电母线；并通过热过载继电器和熔断器对补偿电容支路进行过流安全防护；还包括：

功率因素采集模块，所述功率因素采集模块设置有两组，并分别连接于供电母线进线端和出线端；两组功率因素采集模块获取供电母线未补偿前的功率因素和经过电容补偿后的功率因素；

电容监测模块，所述电容监测模块包括设置于每组所述补偿电容和接触器之间的电流互感器；电流互感器监测补偿电容支路是否与供电母线接通；

电容配组模块，所述电容配组模块包括多组缩倍的配组电容，多个所述配组电容总容量与补偿电容容量相同；多个所述配组电容分别通过投切开关接入到电容补偿模组；通过电容配组模块能够丰富补偿电容输出总容量组合量，能够提供更加精细的补偿电容输出总容量，从而能够更好地满足功率因素调整需求，并能够用于应急参与临时电容不错工作；

补偿控制器，所述功率因素采集模块、电容监测模块、接触器和投切开关接入到补偿控制器；补偿控制器根据供电母线进线端的功率因素采集模块采集的功率因素值，确定接触器和投切开关的数量，并执行控制；接着，通过供电母线出线端的功率因素采集模块采集的功率因素值，当功率因素值在设定范围时，保持当前接触器和投切开关状态，当供电母线出线端的功率因素低于第一阈值时，通过增加接触器开启数量，直到供电母线出线端的功率因素进入到第二阈值时，此时，控制投切开关开启数量，通过依次增加补偿电容数量，将供电母线出线端的功率因素持续逼近设定阈值，当达到设定阈值后，保持当前接触器和投切开关状态；

物联网联控模块，所述物联网联控模块包括与补偿控制器通信连接的联控控制器；所述联控控制器通信连接有物联网通信模块；所述补偿控制器连接有内置控制指令的存储器；所述补偿控制器连接有报警指示模块；补偿控制器将采集的数据进行自控，并转发至联控控制器，联控控制器筒物联网通信模块进行数据远传，联控控制器接收远端的调试指令，并通过查表方式，获取与调试指令匹配的控制指令，控制指令控制报警指示模块工作，及向补偿控制器发送控制指令，补偿控制器响应联控控制器发送的控制指令；

上位机，所述联控控制器通过物联网通信模块与上位机通信连接；所述上位机通信连接有数据存储单元、个性化匹配单元和远程调试运算单元，上位机接收到物联网联控模块发送的电容补偿柜工作数据，并送入到数据存储单元，等待个性化匹配单元和远程调试运算单元进行数据调用。

进一步地，所述电容配组模块的所有配组电容通过投切开关并接到补偿电容和接触器之间；每一个所述补偿电容至少分配一个配组电容，通过将配组电容投入到补偿电容支路，利用补偿电容支路上的热过载继电器和熔断器进行安全防护。

进一步地，所述投切开关和接触器之间设置有熔断器，通过设置独立的熔断器，能够提高配组电容安全性。

进一步地，所述联控控制器设置有数据接收缓存单元，补偿控制器定时将自身对接触器和投切开关的控制状态，电容补偿柜进线和出线的功率因素数据，及补偿电容支路感应电流送入到补偿控制器，补偿控制器打包后，送入到数据接收缓存单元，等待物联网通信模块远传，同时，物联网通信模块将上位机发送的数据送入数据接收缓存单元，等待补偿控制器进行调用。

进一步地，所述报警指示模块包括声光报警器和故障显示单元。

进一步地，所述补偿控制器通过联控控制器间隔向上位机发送补偿柜工作数据包，所述补偿柜工作数据包包括该时间点下的接触器控制状态、投切开关控制状态、两组功率因素采集模块获取的功率因素值和电流互感器采集的电流值；所述上位机获取补偿柜工作数据包并进行解析后存储到数据存储单元。

进一步地，所述远程调试运算单元连接有结果匹配模块，所述结果匹配模块连接到规则库；所述规则库输出指令与存储器的控制指令一一对应；所述结果匹配模块对单个补偿柜工作数据包或相邻两个补偿柜工作数据包进行匹配运算，运算时，按照规则库内的规则从第一条至最后一条进行匹配，当出现存在匹配结果时，远程调试运算单元将输出调试指令送入到上位机，上位机将调试指令转发到联控控制器；所述联控控制器获取调试指令后，将调试指令作为索引，与存储器交互，获取到与调试指令匹配的控制指令，联控控制器根据控制指令的控制流程，向报警指示模块发送报警信息或向补偿控制器发送调试信息。

进一步地，所述个性化匹配单元从数据存储单元中获取匹配数据，包括接触器控制状态、投切开关控制状态、母线进线端和出线端的功率因素值；匹配过程如下：将母线进线端功率因素值进行分组，得到N组不同的母线进线端功率因素值的数组，每组数组内的母线进线端功率因素值波动值不超过设定值，接着，获取每组数组内的母线出线端功率因素值表现最好的一组，作为该组数组的最优解，并获取对应的接触器控制状态和投切开关控制状态数据，从而根据不同的母线出线端功率因素值生成一个接触器和投切开关最优控制数据，得到一个执行列表，上位机将个性化匹配单元输出的执行列表转至补偿控制器，补偿控制器根据执行列表更新对接触器和投切开关控制方式；使补偿控制器能够更加精确控制电容补偿精度，避免补偿控制器反复投切匹配；所述个性化匹配单元阶段性进行个性化匹配，消除运行过程的积累误差，及补偿电容等部件老化导致容量误差造成的补偿误差。

与现有技术相比，本发明的基于物联网的低压开关电容补偿柜，借助物联网通信功能，实时获取电容补偿柜的运行数据，并通过上位机对数据进行存储，及通过上位机进行远程调试运算，分析电容补偿是否正常，出现异常能够自动报警和发出干预控制指令，另外，还可针对各个电容补偿柜进行个性化匹配，使电容补偿柜在不同功率因素下，能够精准控制初始投入的电容容量；且个性化匹配阶段性进行，能够及时更正长期运行积累误差和补偿电容及各配件的老化产生容量误差导致母线输出功率因素误差。

附图说明

图1为本发明的三相供电母线、电容补偿模组和电容配组模块连接结构示意图。

图2为本发明的一路供电母线的各电容补偿部件连接结构示意图。

图3为本发明的物联网联控模块结构示意图。

图4为本发明的上位机与各模块连接示意图。

图5为本发明的上位机获取补偿柜工作数据包流程示意图。

图6为本发明的远程调试运算单元工作流程示意图。

图7为本发明的个性化匹配单元工作流程示意图。

附图标记：1、补偿电容，2、热过载继电器，3、接触器，4、熔断器，5、供电母线，6、功率因素采集模块，7、电容监测模块，8、配组电容，9、投切开关，10、补偿控制器，11、物联网联控模块，12、上位机。

具体实施方式

实施例1：

如图1至图3所示的基于物联网的低压开关电容补偿柜，包括柜体，所述柜体内侧设置有电容补偿模组，所述电容补偿模组包括多组补偿电容1，每组所述补偿电容1依次通过热过载继电器2、接触器3和熔断器4接入到供电母线5，当需要某一组补偿电容1投入补偿时，控制该组接触器3接触，从而使补偿电容1接入到供电母线5；并通过热过载继电器2和熔断器4对补偿电容1支路进行过流安全防护；还包括：

功率因素采集模块6，所述功率因素采集模块6设置有两组，并分别连接于供电母线5进线端和出线端；两组功率因素采集模块6获取供电母线5未补偿前的功率因素和经过电容补偿后的功率因素；

电容监测模块7，所述电容监测模块7包括设置于每组所述补偿电容1和接触器3之间的电流互感器；电流互感器监测补偿电容1支路是否与供电母线5接通；

电容配组模块，所述电容配组模块包括多组缩倍的配组电容8，多个所述配组电容8总容量与补偿电容1容量相同；多个所述配组电容8分别通过投切开关9接入到电容补偿模组；通过电容配组模块能够丰富补偿电容1输出总容量组合量，能够提供更加精细的补偿电容1输出总容量，从而能够更好地满足功率因素调整需求，并能够用于应急参与临时电容不错工作；所述电容配组模块的所有配组电容8通过投切开关9并接到补偿电容1和接触器3之间；每一个所述补偿电容1至少分配一个配组电容8，通过将配组电容8投入到补偿电容1支路，利用补偿电容1支路上的热过载继电器2和熔断器4进行安全防护；

补偿控制器10，所述功率因素采集模块6、电容监测模块7、接触器3和投切开关9接入到补偿控制器10；补偿控制器10根据供电母线5进线端的功率因素采集模块6采集的功率因素值，确定接触器3和投切开关9的数量，并执行控制；接着，通过供电母线5出线端的功率因素采集模块6采集的功率因素值，当功率因素值在设定范围时，保持当前接触器3和投切开关9状态，当供电母线5出线端的功率因素低于第一阈值时，通过增加接触器3开启数量，直到供电母线5出线端的功率因素进入到第二阈值时，此时，控制投切开关9开启数量，通过依次增加补偿电容1数量，将供电母线5出线端的功率因素持续逼近设定阈值，当达到设定阈值后，保持当前接触器3和投切开关9状态；

物联网联控模块11，所述物联网联控模块11包括与补偿控制器10通信连接的联控控制器；所述联控控制器通信连接有物联网通信模块；所述补偿控制器10连接有内置控制指令的存储器；所述补偿控制器10连接有报警指示模块；补偿控制器10将采集的数据进行自控，并转发至联控控制器，联控控制器筒物联网通信模块进行数据远传，联控控制器接收远端的调试指令，并通过查表方式，获取与调试指令匹配的控制指令，控制指令控制报警指示模块工作，及向补偿控制器10发送控制指令，补偿控制器10响应联控控制器发送的控制指令；

如图4所示，上位机12，所述联控控制器通过物联网通信模块与上位机12通信连接；所述上位机12通信连接有数据存储单元、个性化匹配单元和远程调试运算单元，上位机12接收到物联网联控模块11发送的电容补偿柜工作数据，并送入到数据存储单元，等待个性化匹配单元和远程调试运算单元进行数据调用。

所述投切开关9和接触器3之间设置有熔断器4，通过设置独立的熔断器4，能够提高配组电容8安全性。

所述联控控制器设置有数据接收缓存单元，补偿控制器10定时将自身对接触器3和投切开关9的控制状态，电容补偿柜进线和出线的功率因素数据，及补偿电容1支路感应电流送入到补偿控制器10，补偿控制器10打包后，送入到数据接收缓存单元，等待物联网通信模块远传，同时，物联网通信模块将上位机12发送的数据送入数据接收缓存单元，等待补偿控制器10进行调用。

所述报警指示模块包括声光报警器和故障显示单元。

如图5所示，所述补偿控制器10通过联控控制器间隔向上位机12发送补偿柜工作数据包，所述补偿柜工作数据包包括该时间点下的接触器3控制状态、投切开关9控制状态、两组功率因素采集模块6获取的功率因素值和电流互感器采集的电流值；所述上位机12获取补偿柜工作数据包并进行解析后存储到数据存储单元。

如图6所示，所述远程调试运算单元连接有结果匹配模块，所述结果匹配模块连接到规则库；所述规则库输出指令与存储器的控制指令一一对应；所述结果匹配模块对单个补偿柜工作数据包或相邻两个补偿柜工作数据包进行匹配运算，运算时，按照规则库内的规则从第一条至最后一条进行匹配，当出现存在匹配结果时，远程调试运算单元将输出调试指令送入到上位机12，上位机12将调试指令转发到联控控制器；所述联控控制器获取调试指令后，将调试指令作为索引，与存储器交互，获取到与调试指令匹配的控制指令，联控控制器根据控制指令的控制流程，向报警指示模块发送报警信息或向补偿控制器10发送调试信息。

如图7所示，所述个性化匹配单元从数据存储单元中获取匹配数据，包括接触器3控制状态、投切开关9控制状态、母线进线端和出线端的功率因素值；匹配过程如下：将母线进线端功率因素值进行分组，得到N组不同的母线进线端功率因素值的数组，每组数组内的母线进线端功率因素值波动值不超过设定值，接着，获取每组数组内的母线出线端功率因素值表现最好的一组，作为该组数组的最优解，并获取对应的接触器3控制状态和投切开关9控制状态数据，从而根据不同的母线出线端功率因素值生成一个接触器3和投切开关9最优控制数据，得到一个执行列表，上位机12将个性化匹配单元输出的执行列表转至补偿控制器10，补偿控制器10根据执行列表更新对接触器3和投切开关9控制方式；使补偿控制器10能够更加精确控制电容补偿精度，避免补偿控制器10反复投切匹配；所述个性化匹配单元阶段性进行个性化匹配，消除运行过程的积累误差，及补偿电容1等部件老化导致容量误差造成的补偿误差。

远程调试运算单元和联控控制器配合调试，其工作过程如下：

远程调试运算单元从数据存储单元获取待匹配运算数据，接着远程调试运算单元与结果匹配模块交互，结果匹配模块根据规则库进行匹配运算，具体如下：

当接触器3全断状态，供电母线5出线端功率因素大于1，判定为存在接触器3故障，输出调试指令1；

当接触器3全断状态，某一电流互感器仍有电流判定为该路接触器3故障；输出调试指令2；

当接触器3全开状态，供电母线5出线端功率因素低于1，判定有补偿支路存在故障，输出调试指令3；

当接触器3全开状态，某一电流互感器没有电流，判定该补偿支路存在故障，输出调试指令4；

当某一支路接触器3开启后，供电母线5进线端和出线端的功率因素采集模块6分别获取开启两组开启前和开启后数据，并将开启前和开启后的出线端功率因素进行差值比较，得到功率因素影响值，当功率因素影响值小于设定阈值时，再进入深入分析，当功率因素影响值大于设定阈值时，判定为电容有效，当进入深入分析时，先将接触器3开启后和开启前的进线端功率因素采集模块6进行差值计算得到误差值；保留误差值的正负值，接着将误差值与影响值叠加，叠加值与设定阈值比较，大于设定阈值时，判定为电容有效，小于设定阈值时，输出调试指令5；

当联控控制器接收到调试指令1至调试指令4，调试指令1和调试指令2能够相互校验，调试指令3和调试指令4能够相互校验，防止出现数据采集故障导致误报警；当同时接收到调试指令1和调试指令2，按照调试指令2执行，当同时接收到调试指令3和调试指令4，按照调试指令4执行，当只接收到调试指令1或调试指令3时，从数据接收缓存单元中实时获取一个补偿柜工作数据包，得到供电母线5进线端的功率因素，当功率因素未超过设定值时，判定接触器3故障或判定有补偿支路存在故障，当只接收到调试指令2或调试指令4时，等待调试指令5到来，当调试指令5到来时，根据此前接收的调试指令2或调试指令4，判定某一个接触器3故障或判定某一路补偿支路存在故障，并进行声光报警和故障显示；当未接收到调试指令1至调试指令4，直接接收到调试指令5时，述联控控制器向补偿控制器10发送控制指令，将对应补偿电容1的接触器3切断，并进行声光报警和故障显示；当需要补偿电容1全开进行功率因素补偿时，发生故障的补偿电容1持续处于断路状态，通过配组电容8临时配组，组成一个略小于（由于并接故障补偿电容1处的配组电容8被同步切断）补偿电容1容量的临时补偿电容1。

上述实施例，仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明申请范围内。

Claims (7)

1.一种基于物联网的低压开关电容补偿柜，包括柜体，所述柜体内侧设置有电容补偿模组，所述电容补偿模组包括多组补偿电容，每组所述补偿电容依次通过热过载继电器、接触器和熔断器接入到供电母线，其特征在于：还包括：

功率因素采集模块，所述功率因素采集模块设置有两组，并分别连接于供电母线进线端和出线端；

电容监测模块，所述电容监测模块包括设置于每组所述补偿电容和接触器之间的电流互感器；

电容配组模块，所述电容配组模块包括多组缩倍的配组电容，多个所述配组电容总容量与补偿电容容量相同；多个所述配组电容分别通过投切开关接入到电容补偿模组；

补偿控制器，所述功率因素采集模块、电容监测模块、接触器和投切开关接入到补偿控制器；

物联网联控模块，所述物联网联控模块包括与补偿控制器通信连接的联控控制器；所述联控控制器通信连接有物联网通信模块；所述补偿控制器连接有内置控制指令的存储器；所述补偿控制器连接有报警指示模块；

上位机，所述联控控制器通过物联网通信模块与上位机通信连接；所述上位机通信连接有数据存储单元、个性化匹配单元和远程调试运算单元；

所述个性化匹配单元从数据存储单元中获取匹配数据，包括接触器控制状态、投切开关控制状态、母线进线端和出线端的功率因素值；匹配过程如下：将母线进线端功率因素值进行分组，得到N组不同的母线进线端功率因素值的数组，每组数组内的母线进线端功率因素值波动值不超过设定值，接着，获取每组数组内的母线出线端功率因素值表现最好的一组，作为该组数组的最优解，并获取对应的接触器控制状态和投切开关控制状态数据，从而根据不同的母线出线端功率因素值生成一个接触器和投切开关最优控制数据，得到一个执行列表，上位机将个性化匹配单元输出的执行列表转至补偿控制器，补偿控制器根据执行列表更新对接触器和投切开关控制方式。

2.根据权利要求1所述的基于物联网的低压开关电容补偿柜，其特征在于：所述电容配组模块的所有配组电容通过通过投切开关并接到补偿电容和接触器之间；每一个所述补偿电容至少分配一个配组电容。

3.根据权利要求1所述的基于物联网的低压开关电容补偿柜，其特征在于：所述投切开关和接触器之间设置有熔断器。

4.根据权利要求1所述的基于物联网的低压开关电容补偿柜，其特征在于：所述联控控制器设置有数据接收缓存单元。

5.根据权利要求1所述的基于物联网的低压开关电容补偿柜，其特征在于：所述报警指示模块包括声光报警器和故障显示单元。

6.根据权利要求1所述的基于物联网的低压开关电容补偿柜，其特征在于：所述补偿控制器通过联控控制器间隔向上位机发送补偿柜工作数据包，所述补偿柜工作数据包包括该时间点下的接触器控制状态、投切开关控制状态、两组功率因素采集模块获取的功率因素值和电流互感器采集的电流值；所述上位机获取补偿柜工作数据包并进行解析后存储到数据存储单元。

7.根据权利要求1所述的基于物联网的低压开关电容补偿柜，其特征在于：所述远程调试运算单元连接有结果匹配模块，所述结果匹配模块连接到规则库；所述规则库输出指令与存储器的控制指令一一对应；所述结果匹配模块对单个补偿柜工作数据包或相邻两个补偿柜工作数据包进行匹配运算，运算时，按照规则库内的规则从第一条至最后一条进行匹配，当出现存在匹配结果时，远程调试运算单元将输出调试指令送入到上位机，上位机将调试指令转发到联控控制器；所述联控控制器获取调试指令后，将调试指令作为索引，与存储器交互，获取到与调试指令匹配的控制指令，联控控制器根据控制指令的控制流程，向报警指示模块发送报警信息或向补偿控制器发送调试信息。