CN200973020Y

CN200973020Y - 带有本机无线数传电台的无功补偿装置

Info

Publication number: CN200973020Y
Application number: CNU2006200457431U
Authority: CN
Inventors: 鲁春生; 孙刚; 茅清; 叶毅; 高莹; 孙建林; 冯宇刚; 陈炜
Original assignee: SHANGHAI XIETONG TECHNOLOGY Inc
Current assignee: SHANGHAI XIETONG TECHNOLOGY Inc
Priority date: 2006-09-13
Filing date: 2006-09-13
Publication date: 2007-11-07
Anticipated expiration: 2016-09-13

Abstract

本实用新型带有本机无线数传电台的无功补偿装置，包括：控制器、至少一个补偿单元；各补偿单元包括一熔断器、一开关以及一补偿电容；所述的控制器包括微处理器、以及与微处理器双向连接的数据采集单元和控制单元；其特点是，还包括一本机无线数传电台；控制器还包括一带传输接口的通信单元，所述的通信单元与微处理器双向连接，并通过信号线与本机无线数传电台的数据接口模块双向连接。本实用新型的集中管理系统，包括多个带有本机无线数传电台的无功补偿装置和一个控制中心；控制中心与该多个带有本机无线数传电台的无功补偿装置之间通过网络双向传输信号。对于在野外或其他无人职守的地方无需有人值班，即可保证装置的安全正常运行。

Description

带有本机无线数传电台的无功补偿装置

技术领域

本实用新型涉及无功补偿装置，尤其涉及一种带有本机无线数传电台的无功补偿装置。

技术背景

无功补偿装置(以下简称装置)曾经广泛地使用于电力系统中，它的主要作用是为电力线路提供容性无功功率，降低线损，提高功率因数和电压合格率.

图1是现有无功补偿装置的原理框图；图2是现有无功补偿装置的分散管理方式示意图。

现有无功补偿装置100主要是由控制器11、至少一个补偿单元12、以及避雷器13、总刀闸14等组成。补偿单元12由熔断器121、开关122、以及补偿电容123构成

控制器11是装置的灵魂，整个装置的工作都是围绕着控制器来进行的，一般的控制器内部都包括采集部分和控制部分，采集部分主要是采集线路运行时的有功功率、无功功率、功率因数等数据，控制部分主要是控制各类电容投切开关，比如复合开关，在投切开关时需要对数据进行计算、判断处理，所以一般的控制器都带有单片微处理器，此外控制器中还包括LED指示灯和显示面板，用来显示运行情况和故障情况。

补偿单元12中的补偿电容123一般采用自愈式低电压并联电容器，这种电容适用于额定1000V以下工频交流电力系统中，具有体积小、重量轻、损耗低、温升低、自愈性能优良等特点。同时该电容器内部还安装了放电电阻和保险装置，能在断电后自动泄放电能及出现内部故障时自动切断电源，确保人身、设备的安全。

补偿单元中的开关122用于电容投切，通过控制信号线A与控制器电连接。

熔断器121是用来保护复合开关和电容器。

避雷器13是保护整个装置在遇到雷击时，免于遭受雷电破坏。

总刀闸14相当于整个装置的一个总开关，与电力线B连接，切断这个开关，整个装置就不会带电了，这样在故障处理以及正常维护时就比较安全，由于装置的电流非常大，所以一般采用电流值较大的断路器来作为总刀闸。

无功补偿装置基本的工作原理主要是通过控制器采集电力线路上的有功功率、无功功率、功率因数等数据，根据这些数据计算出需要补偿的电容量，然后控制投入或切除电容的个数，以达到降低线损，提高功率因数和电压合格率的目的。

从现有的装置来看，具有了自动采集、自动判断、自动投切电容器、故障显示的基本功能，但是这种装置没有与现代通信技术结合起来，造成了管理只能是分散型的，只能适用于有人职守的场合，由于无功补偿装置工作环境非常复杂，一旦出现了故障，而不能及时发现故障，极有可能给电力线路带来危害。

而且，现有装置的运行情况和故障情况是通过装置上的指示灯或显示面板显示出来的，各无功补偿装置100-1、100-2～100-n是需要工作在有人值班的情况下才能保证装置的安全正常运行(如图2所示)。但是对于在野外或其他无人职守的地方(比如公用配电变压器旁边)这样的装置就不能满足管理上的要求。

发明内容

本实用新型是为了克服现有装置管理分散、无法适应在无人职守的情况下工作这一弊端，而提出的将装置与现代的通信技术相结合的带有本机无线数传电台的无功补偿装置，可通过无线数传电台将装置的运行情况和故障情况及时地反映给管理中心，将现有的分散管理方式变成集中管理方式。

本实用新型采取的技术方案是：带有本机无线数传电台的无功补偿装置，包括：控制器、至少一个补偿单元；所述的各补偿单元包括一熔断器、一开关以及一补偿电容；所述的控制器包括微处理器、以及与微处理器双向连接的数据采集单元和控制单元；其特征在于，

还包括一本机无线数传电台，所述的本机无线数传电台包括顺序连接的一射频模块、一频率合成及管理模块、一音频处理模块、一数据调制和解调模块以及一数据接口模块；

所述的控制器还包括一带传输接口的通信单元，所述的通信单元与微处理器双向连接，并通过信号线与本机无线数传电台的数据接口模块双向连接。

上述带有本机无线数传电台的无功补偿装置，其中，所述的微处理器由带有程序储存器和数据储存器以及串行通信口的单片机MCU构成。

上述带有本机无线数传电台的无功补偿装置，其中，所述的控制器还包括一看门狗电路，其通过一对I²C通信线和一根复位线与微处理器连接。

上述带有本机无线数传电台的无功补偿装置，其中，还包括一总刀闸和一避雷器；所述的总刀闸与电力线连接；所述的避雷器连接在该无功补偿装置的输入端。

上述带有本机无线数传电台的无功补偿装置，其中，所述的无线数传电台的数据接口模块包括TTL接口和EIA-232接口。

上述带有本机无线数传电台的无功补偿装置，其中，所述的控制器与本机无线数传电台之间的通讯采用国家电网公司企业标准Q/GDW130-2005；其帧格式采用GB/T18657.1的6.2.4FT1.2异步式传输格式。

带有本机无线数传电台的无功补偿装置集中管理系统，其特点是，包括多个带有本机无线数传电台的无功补偿装置和一个控制中心；

所述的带有本机无线数传电台的无功补偿装置，包括：控制器、至少一个补偿单元；所述的各补偿单元包括一熔断器、一开关以及一补偿电容；所述的控制器包括微处理器、以及与微处理器双向连接的数据采集单元和控制单元；还包括一本机无线数传电台，所述的本机无线数传电台包括顺序连接的一射频模块、一频率合成及管理模块、一音频处理模块、一数据调制和解调模块以及一数据接口模块；

所述的控制器还包括一带传输接口的通信单元，所述的通信单元与微处理器双向连接，并通过信号线与本机无线数传电台的数据接口模块双向连接；

所述的控制中心与该多个带有本机无线数传电台的无功补偿装置之间通过网络双向传输信号。

上述带有本机无线数传电台的无功补偿装置集中管理系统，其中，所述的控制中心由一独立的无线数传电台构成，所述的独立的无线数传电台的结构与带有本机无线数传电台的无功补偿装置中的本机无线数传电台的结构相同，均包括顺序连接的一射频模块、一频率合成及管理模块、一音频处理模块、一数据调制和解调模块以及一数据接口模块；

还包括一RTS信号线，用于控制带有本机无线数传电台的无功补偿装置与独立无线数传电台之间以准双向方式进行通信。

上述带有本机无线数传电台的无功补偿装置集中管理系统，其中，所述的作为控制中心的独立的无线数传电台还包括一DTR信号线，用于控制带有本机无线数传电台的无功补偿装置与独立的无线数传电台间的数据传输或语音传输。

上述带有本机无线数传电台的无功补偿装置集中管理系统，其中，所述的带有本机无线数传电台的无功补偿装置与控制中心之间的通讯采用国家电网公司企业标准Q/GDW130-2005；其帧格式采用GB/T18657.1的6.2.4FT1.2异步式传输格式。

由于本实用新型采用了以上的技术方案，在现有装置的基础上，增加了一个无线数传电台，另外控制器中增加了与无线数传电台相联接的通讯控制和数据传输电路，以及相应的软件。因此其产生的积极效果是明显的：

对于在野外或其他无人职守的地方无需有人值班，即可保证装置的安全正常运行。

附图说明

本实用新型的结构由以下的实施例及其附图进一步给出。

图1是现有无功补偿装置的原理框图。

图2是现有无功补偿装置的分散管理方式示意图。

图3是本实用新型无功补偿装置的电方框图。

图4是本实用新型无功补偿装置的本机无线数传电台与控制器之间信号传输的电方框图。

图5是本实用新型无功补偿装置的控制器的电方框图。

图6是本实用新型无功补偿装置的控制器的一种实施例的电路原理图。

图7是无线数传电台的电方框图。

图8是本实用新型无功补偿装置控制器通信中断程序的流程图。

图9是本实用新型无功补偿装置控制器通信主程序的流程图。

图10是本实用新型无功补偿装置的集中管理系统的示意图。

具体实施方式

请参阅图3，这是本实用新型无功补偿装置101的原理框图。本实用新型带有本机无线数传电台的无功补偿装置，包括：控制器2、至少一个补偿单元3；各补偿单元3包括一熔断器31、一开关32以及一补偿电容33。上述带有本机无线数传电台的无功补偿装置，其中，还包括一总刀闸4和一避雷器5；所述的总刀闸4与电力线B连接；所述的避雷器5连接在该无功补偿装置的输入端。避雷器5是保护整个装置在遇到雷击时，免于遭受雷电破坏。总刀闸4相当于整个装置的一个总开关，切断这个开关，整个装置就不会带电了，这样在故障处理以及正常维护时就比较安全，由于装置的电流非常大，所以一般采用电流值较大的断路器来作为总刀闸。

各补偿单元3中：

补偿电容33一般采用自愈式低电压并联电容器，这种电容适用于额定1000V以下工频交流电力系统中，具有体积小、重量轻、损耗低、温升低、自愈性能优良等特点。同时内部还安装了放电电阻和保险装置，能在断电后自动泄放电能及出现内部故障时自动切断电源，确保人身、设备的安全。

开关32主要有以下三种：第一种是纯机械式开关，第二种是晶闸管(纯电子式开关)，第三种是复合开关，复合开关是机电一体化的开关，它是将继电器和晶闸管结合起来工作，它的优点是：开关接通后基本无功耗，不发热，可以有效地降低装置故障率，提高装置的可靠性和使用寿命，本实用新型实施例是采用复合开关，其通过控制信号线A与控制器电连接。

熔断器31是用来保护复合开关和补偿电容的，当遇到大电流冲击时，在复合开关和电容器还未遭到破坏前，熔断器就先行断开，从而可以有效地保护复合开关和补偿电容。

本实用新型无功补偿装置还包括无线数传电台6，通过通信控制和数据传输线C与控制器连接。无线数传电台6(请参阅图7)一般包括射频模块61、音频处理模块62、频率合成及管理模块63、数据调制解调模块64、数据接口模块65、电源模块66等六大部分组成。天线67为无线数传电台的配套器件。

其中射频模块、音频处理模块、电源模块是每个电台的基础模块，电台的大部分硬指标都是检测这部分性能的，例如发射功率、接收灵敏度、带宽、邻道选择性、功耗、频率稳定度、工作温度范围等关键指标，这些指标决定了电台的基本适用范围。而频率合成及管理模块是电台的心脏，它的好坏直接关系到是否能整合好并配合数据调制解调模块充分发挥基础模块的所有特性和潜力；数据调制解调模块是在上述模块基础上完成数据的传送，其数据传送的速率直接受基础模块的影响和限制；数据接口模块是有电台使用场合所决定的，例如在RTU内部只需要TTL接口、和计算机联系需要EIA-232接口。

无线数传电台工作频率在230MHZ附近，可以接收和发送数据，工作方式为准双向方式，即接收和发送不能同时进行，需要有一根RTS信号来控制，数据传输为异步方式，速率可以达到2400bit/s，电台不仅可以传输数据，同时也可以传输话音，但是传输数据和传输话音不能同时进行，需要有一根DTR信号来控制。这些对外信号是在电台的数据接口模块上的，具体的对外接口请参阅图4：

电台话音输入口MIC：该口接到外部话筒的话音信号口上。

电台数据输入口RD：该口接到控制器的数据输入口(RD0)上，控制器可以通过这个口读到电台收到的数据。

电台数据输出口TD：该口接到控制器的数据输出口(TD0)上，控制器可以通过这个口将要发送的数据送到电台里去。

电台通话/传数控制口DTR：该口接到控制器的通话/传数控制口(DTR0)上，控制器可以通过这个口来控制电台是处于通话状态，还是处于传输数据状态。

电台信号接地口GND：该口接到控制器上的接地口(GND0)上。

电台话音输出口SPK：该口接到外部的扬声器上，当电台接收到话音信号后，通过该口将话音信号输出到扬声器里放出来。

电台发送/接收控制口RTS，该口接到控制器的发送/接收控制口(RTS0)上，控制器可以通过这个口来控制电台是处于发送数据状态，还是处于接收数据状态。

电台通话控制口PTT，该口接到话筒上的通话按钮上，如果希望与远方人员通话，首先第一个条件是DTR控制信号必须处于通话状态，第二个条件是必须按下话筒上的通话按钮，这样才可以将话音信号通过电台发送出去了，因为电台平时是处于接收状态的。

请参阅图5，这是本实用新型无功补偿装置的控制器的电方框图。控制器2包括微处理器21、以及与微处理器双向连接的数据采集单元22和控制单元23；还包括一带传输接口的通信单元24，所述的通信单元与微处理器双向连接，并通过信号线与本机无线数传电台的数据接口模块双向连接。还包括一提供各单元工作的电源26。为了防止程序在运行过程中意外跑飞，所述的控制器还包括一看门狗电路25，其通过一对I²C通信线和一根复位线与微处理器连接。

请配合参加图4，本实用新型控制器通信部分与电台的接口主要有以下几个：

控制器的数据输入口RD0：该口接到电台的数据输入口(RD)上，控制器可以通过这个口读到电台收到的数据。

控制器的数据输出口TD0：该口接到电台的数据输出口(TD)上，控制器可以通过这个口将要发送的数据送到电台里去。

控制器的通话/传数控制口DTR0：该口接到电台的通话/传数控制口(DTR)上，控制器可以通过这个口来控制电台是处于通话状态，还是处于传输数据状态。

控制器的发送/接收控制口RTS0，该口接到电台的发送/接收控制口(RTS)上，控制器可以通过这个口来控制电台是处于发送数据状态，还是处于接收数据状态。

控制器的信号接地口GND0：该口接到电台的接地口(GND0)上。

请参阅图6，图6是本实用新型无功补偿装置的控制器的一种实施例的电路原理图。本实用新型带有本机无线数传电台的无功补偿装置中，所述的微处理器由带有程序储存器和数据储存器以及串行通信口的单片机MCU构成。

控制器采用了TI公司的MSP430系列单片机MSP430F14X作MCU(如图中的D5集成电路所示)，它的内部带有32K FLASH MEMORY和2K RAM，分别可用作程序储存器和数据储存器，此外该MCU还带有一个UART(串行通信口)，可用作对外部的通信，由于该芯片是工作在3.3V电压状态下，而控制器的其他芯片基本上都是工作在5V电压状态下，所以电路中增加了一块TPS77633芯片用以将5V电源转换为3.3V电源供MCU使用(如图中的D3集成电路所示)，同时又增加了一块74HC157芯片(如图中的D1集成电路所示)将MCU的3.3V通信信号转换为5V信号与外部连接。

为了防止程序在运行过程中意外跑飞而增加了看门狗电路，看门狗电路主要使用X4043芯片(如图中的D2集成电路所示)，与MCU的接口是由一对I²C通信线(SDA、SCL)和一根复位线RST组成，MCU在程序运行过程中会定期通过I²C通信线与看门狗电路进行通信，清除看门狗电路的计数器，使看门狗电路没有复位信号RST输出；如果程序由于意外的情况进入一个死循环，在规定的时间内，MCU没有与看门狗电路进行通信，看门狗电路将输出复位信号RST，MCU复位使得程序能够重新执行。

请参阅图8，这是本实用新型无功补偿装置控制器通信中断程序的流程图。控制器的通信功能较为重要，应确保畅通无阻。通信的突发性很大，作为通信应答方，控制器程序无法预知何时发生。串行通信过程中，每收/发一个字节所需时间相当短，如2400bit/s通信，一字节只需5ms左右，如程序不能及时响应，就会造成数据丢失，通信失败。所以，处理通信口的每个字节的收/发均采用了中断响应方式。而接收完一帧完整的报文后，需要解读这个报文以及组织回答报文则是在主程序中运行。本实用新型无功补偿装置控制器通信中断程序的流程是：在程序对串口进行初始化以后，MCU在以下两种情况下会向程序发出通信中断请求：第一种情况是通信口接收到一个字节的信号，第二种情况是完成一个字节信号的发送任务，所以进入通信中断后，首先要判断TI标志，当TI标志为1时，表示串口接收到一个字节，当TI标志为0时，表示串口完成了一个字节的发送任务。如果串口接收到一个字节，要将这个字节写到接收缓冲区中，并判断是否是这帧报文的最后一个字节，如果是最后一个字节，就置一个标志，让主程序来处理这帧报文；如果串口完成了一个字节信号的发送，中断程序就判断是否是这帧报文的最后一个字节，如果是最后一个字节，就不再发送，如果不是，就将发送下一个字节。

本实用新型带有本机无线数传电台的无功补偿装置中，所述的控制器与本机无线数传电台之间的通讯采用国家电网公司企业标准Q/GDW130-2005；其帧格式采用GB/T18657.1的6.2.4FT1.2异步式传输格式。

本实用新型无功补偿装置控制器的通信协议采用国家网公司企业标准Q/GDW130-2005《电力负荷管理系统数据传输规约》。本规约采用GB/T18657.1的6.2.4FT1.2异步式传输帧格式，定义如下：

传输规则

线路空闲状态为二进制1。

帧的字符之间无线路空闲间隔；两帧之间的线路空闲间隔最少需33位。

如按e)检出了差错，两帧之间的线路空闲间隔最少需33位。

帧校验和(CS)是用户数据区的八位位组的算术和，不考虑进位。

接收方校验：

对于每个字符：校验起动位、停止位、偶校验位。

对于每帧：

——检验帧的固定报文头中的开头和结束所规定的字符以及规约标识位；

——识别2个长度L；

——每帧接收的字符数为用户数据长度L1+8；

——帧校验和；

——结束字符；

——校验出一个差错时，校验按c)的线路空闲间隔；

若这些校验有一个失败，舍弃此帧；若无差错，则此帧数据有效。

在这个协议中，有关电容器无功补偿的内容主要由以下四大类：

1)设置参数类

包括：电容器参数；电容器投切运行参数；电容器保护参数；电容器投切控制方式测量点号。

2)控制命令类

包括：电容器控制投入；电容器控制切除。

3)实时数据类

包括：当前电容器投切状态；当前电容器累计补偿投入时间和次数；当日、当月电容器累计补偿的无功电能量。

4)统计数据类

包括：电容器投入累计时间和次数；日、月电容器累计补偿的无功电能量；日功率因数区段累计时间；月功率因数区段累计时间。

请参阅图9，这是本实用新型无功补偿装置控制器通信主程序的流程图。本实用新型无功补偿装置控制器通信主程序的流程包括：初始化和主循环两部分，其中初始化部分又包括串口初始化，设置通信波特率，设置通信口接收允许，打开通信中断等过程，进入主循环后，程序先清零看门狗，然后判是否在通信中断程序中收到一帧完整的报文，如果接收到完整报文，就处理报文，并组织回答报文，然后判是否需要回答报文，如果需要发送回答报文，就启动发送。主循环程序是一直处于循环运行的状态之中的。

请参阅图10，这是本实用新型带有本机无线数传电台的无功补偿装置集中管理系统，包括多个带有本机无线数传电台的无功补偿装置101-1、101-2、101-n，和一个控制中心102。

各带有本机无线数传电台的无功补偿装置(请配合参阅图3)包括：控制器、至少一个补偿单元；所述的各补偿单元包括一熔断器、一开关以及一补偿电容；所述的控制器包括微处理器、以及与微处理器双向连接的数据采集单元和控制单元；还包括一本机无线数传电台，所述的本机无线数传电台包括顺序连接的一射频模块、一频率合成及管理模块、一音频处理模块、一数据调制和解调模块以及一数据接口模块；所述的控制器还包括一带传输接口的通信单元，所述的通信单元与微处理器双向连接，并通过信号线与本机无线数传电台的数据接口模块双向连接；

本实用新型带有本机无线数传电台的无功补偿装置集中管理系统，其中，所述的控制中心102由一独立的无线数传电台构成，该独立的无线数传电台的结构与带有本机无线数传电台的无功补偿装置中的本机无线数传电台的结构相同(请配方参阅图7)，均包括顺序连接的一射频模块、一频率合成及管理模块、一音频处理模块、一数据调制和解调模块以及一数据接口模块；还包括一RTS信号线，用于控制带有本机无线数传电台的无功补偿装置与独立无线数传电台之间以准双向方式进行通信。还包括一DTR信号线，用于控制带有本机无线数传电台的无功补偿装置与独立的无线数传电台间的数据传输或语音传输。

本实用新型带有本机无线数传电台的无功补偿装置集中管理系统中，所述的带有本机无线数传电台的无功补偿装置与控制中心之间的通讯采用国家电网公司企业标准Q/GDW130-2005；其帧格式采用GB/T18657.1的6.2.4FT1.2异步式传输格式。其通讯方式与一般的无线数传电台与无线数传电台之间的通讯相同，不再赘述。

本实用新型对于在野外或其他无人职守的地方无需有人值班，即可保证装置的安全正常运行。

Claims

1、带有本机无线数传电台的无功补偿装置，包括：控制器、至少一个补偿单元；所述的各补偿单元包括一熔断器、一开关以及一补偿电容；所述的控制器包括微处理器、以及与微处理器双向连接的数据采集单元和控制单元；其特征在于，

2、根据权利要求1所述的带有本机无线数传电台的无功补偿装置，其特征在于，所述的微处理器由带有程序储存器和数据储存器以及串行通信口的单片机MCU构成。

3、根据权利要求1所述的带有本机无线数传电台的无功补偿装置，其特征在于，所述的控制器还包括一看门狗电路，其通过一对I²C通信线和一根复位线与微处理器连接。

4、根据权利要求1所述的带有本机无线数传电台的无功补偿装置，其特征在于，还包括一总刀闸和一避雷器；所述的总刀闸与电力线连接；所述的避雷器连接在该无功补偿装置的输入端。

5、根据权利要求1所述的带有本机无线数传电台的无功补偿装置，其特征在于，所述的本机无线数传电台的数据接口模块包括TTL接口和EIA-232接口。

6、根据权利要求1所述的带有本机无线数传电台的无功补偿装置，其特征在于，所述的控制器与本机无线数传电台之间的通讯采用国家电网公司企业标准Q/GDW130-2005；其帧格式采用GB/T18657.1的6.2.4FT1.2异步式传输格式。

7、带有本机无线数传电台的无功补偿装置集中管理系统，其特征在于，包括多个带有本机无线数传电台的无功补偿装置和一个控制中心；

8、根据权利要求7所述的带有本机无线数传电台的无功补偿装置集中管理系统，其特征在于，所述的控制中心由一独立的无线数传电台构成，所述的独立的无线数传电台的结构与带有本机无线数传电台的无功补偿装置中的本机无线数传电台的结构相同，均包括顺序连接的一射频模块、一频率合成及管理模块、一音频处理模块、一数据调制和解调模块以及一数据接口模块；

9、根据权利要求8所述的带有本机无线数传电台的无功补偿装置集中管理系统，其特征在于，所述的作为控制中心的独立的无线数传电台还包括一DTR信号线，用于控制带有本机无线数传电台的无功补偿装置与独立的无线数传电台间的数据传输或语音传输。