CN202058000U - 投切策略可编程控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种投切策略可编程控制器，其特征在于：包括上位机及与上位机通过接口连接的投切控制处理器，其中上位机接收设计者或使用者经人机交互界面输入的控制策略和控制参数，并对接收到的控制策略和控制参数进行编辑处理输出控制策略和控制参数编译程序；投切控制器接收并存储所述上位机输出的编译程序，执行该编译程序输出滤波器投切信号。本实用新型的有益效果为：用软件方法替代硬件电路实现滤波器投切控制中的各种逻辑连锁关系，节约设备成本；控制策略可通过逻辑表达式形式设计，易于掌握、使用，便于调整；减少设备制造、调试、维护工作量；大大增加并联电力滤波器设计使用中的灵活性。

Description

投切策略可编程控制器

技术领域

本实用新型涉及电气自动化领域，尤其涉及一种投切策略可编程控制器。 

背景技术

并联电力滤波器是一种被广泛应用于各种输配电系统的电能质量治理装置。该装置利用电力电容器、滤波电抗器(某些情况下，还接有有电阻器)构成的等效串联LRC回路在特定频率下发生串联谐振，从而该频率的谐波电流阻抗最低的特性，抑制负荷造成的该频率谐波电流对电网和其他用电设备的不利影响。通常情况下，并联电力滤波器由多个支路(即LRC回路)构成，且各个支路通过各自的开关(断路器、接触器、半导体电力电子开关)接入电网。在工程实践中，设计者通过设计配置各滤波器支路的LRC参数，合理、协调控制各支路接入电网开关的组合状态，从而实现抑制复杂(多个频率的)谐波电流和无功补偿的功能。在该装置中，投切控制器是一个关键的组成部分，它以检测获得负荷参数的变化和预先设定的各滤波器支路参数为依据，根据设计的控制策略、算法、参数，发出各支路是否投入电网开关的分合闸信号。投切控制器性能的优异决定了滤波效果、无功补偿的准确性、设备安全性、开关寿命、工程应用灵活性等装置指标，一直属于并联电力滤波器应用技术中的一个重要课题。 

目前，常见的滤波器投切控制器在信号监测、安全保护等功能上已经比较完善，但在投切控制策略上几乎没有为用户提供任何灵活性。这是由于在设计采用微处理为核心的投切控制器时，已经将实现投切策略的逻辑算法固化在其存储器中，用户所能做的只是设定一些控制参数。如果工程设计中需要某些特殊的功能，比如：要求实现低次滤波器与高次滤波器的“顺投倒切”、不同容量但滤波次数相同支路的控制、各支路投切延时时间要求不一致、滤波器支路之间 以及其他控制信号之间的连锁；这种情况下，只能采用特殊定制的投切控制器或者使用多个控制器并增设继电器逻辑连锁电路的方式实现。这样，不仅增加了设备投资、现场调试和维护工作量，也延长了设计制造周期。 

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型的目的在于提供一种在投切控制策略上为用户提供灵活性的一种投切策略可编程控制器。 

为达到上述目的，本实用新型所述一种投切策略可编程控制器，包括上位机及与上位机通过接口连接的投切控制处理器，其中， 

上位机，上位机接收设计者或使用者经人机交互界面输入的控制策略和控制参数，并对接收到的控制策略和控制参数进行编辑处理输出控制策略和控制参数编译程序； 

投切控制器，接收并存储所述上位机输出的编译程序，执行该编译程序输出滤波器投切信号。 

优选地，所述的上位机为PC机。 

优选地，所述投切控制器包括：电源电路、微处理器、存储器、信号调理和模数转换电路、开关量光电隔离输入电路、开关量继电器隔离输出电路、显示器、键盘、通讯接口电路和实时时钟电路构成； 

所述电源电路，提供所述投切控制器的工作电压； 

所述微处理器，与所述上位机通讯连接，接收所述上位机输出的编译程序，并依据接收到的信息执行该编译程序输出滤波器投切信号； 

所述存储器，与所述微处理器通讯连接，存储接收自所述微处理器输出的数据信息； 

所述信号调理和模数转换电路，实时向所述微处理器输出采集到的信号； 

所述开关量光电隔离输入电路，将接收到的被控设备传输的状态信号传输 至所述微处理器； 

所述开关量继电器隔离输出电路，将接收自所述微处理器输出的控制信号输出至被控设备； 

所述通讯接口电路，建立所述上位机与所述微处理器之间的数据通讯连接； 

所述实时时钟电路，实时记录时钟并向所述微处理器输出时钟信号； 

所述显示器和键盘，建立与所述微处理器之间的数据传输的人机交互界面。 

优选地，信号调理和模数转换电路包括：电流采样与调理电路、电压采样与调理电路、锁相环电路、相位检测电路和模数转换电路；其中， 

所述电流采样与调理电路，采样被检测电路的电流； 

所述电压采样与调理电路，采样被检测电路的电压； 

所述锁相环电路，实时跟踪被测电路的频率并输出控制频率信号至所述电流采样与调理电路以控制所述电流采样与调理电路的采样频率； 

所述相位检测，实时检测被测电路中的电压相位； 

模数转换电路，将所述电流采样与调理电路和所述电压采样与调理电路输出的模拟信号转换为数字信号并传输至所述微处理器。 

本实用新型的有益效果为：用软件方法替代硬件电路实现滤波器投切控制中的各种逻辑连锁关系，节约设备成本；控制策略可通过逻辑表达式形式设计，易于掌握、使用，便于调整；减少设备制造、调试、维护工作量；大大增加并联电力滤波器设计使用中的灵活性。 

附图说明

图1是本实用新型所述的投切策略可编程控制器的硬件电路结构图； 

图2是上位机的设置程序模块组的示意图； 

图3是固化于控制器内的控制程序模块组的示意图。 

具体实施方式

下面结合说明书附图对本实用新型做进一步的描述。 

如图1所示，一种投切策略可编程控制器，包括上位机14及与上位机14通过接口连接的微处理器1，其中， 

上位机14，上位机14接收设计者或使用者经人机交互界面输入的控制策略和控制参数，并对接收到的控制策略和控制参数进行编辑处理输出控制策略和控制参数编译程序； 

投切控制器，接收并存储所述上位机输出的编译程序，执行该编译程序输出滤波器投切信号。 

所述的上位机14为PC机。 

所述投切控制器包括：电源电路、微处理器1、存储器8、信号调理和模数转换电路15、开关量光电隔离输入电路6、开关量继电器隔离输出电路7、显示器12、键盘11、通讯接口电路9和实时时钟电路10构成； 

所述电源电路，提供所述投切控制器的工作电压； 

所述微处理器1，与所述上位机14通讯连接，接收所述上位机14输出的编译程序，并依据接收到的信息执行该编译程序输出滤波器投切信号； 

所述存储器8，与所述微处理器1通讯连接，存储接收自所述微处理器1输出的数据信息； 

所述信号调理和模数转换电路14，实时向所述微处理1器输出采集到的信号； 

所述开关量光电隔离输入电路6，将接收到的被控设备传输的状态信号传输至所述微处理器1； 

所述开关量继电器隔离输出电路7，将接收自所述微处理器1输出的控制信号输出至被控设备； 

所述通讯接口电路9，建立所述上位机14与所述微处理器1之间的数据通讯连接； 

所述实时时钟电路10，实时记录时钟并向所述微处理器1输出时钟信号； 

所述显示器12和键盘11，建立与所述微处理器1之间的数据传输的人机交互界面。 

其中，信号调理和模数转换电路15包括：电流采样与调理电路2、电压采样与调理电路3、锁相环电路13、相位检测电路4和模数转换电路5；其中， 

所述电流采样与调理电路2，采样被检测电路的电流； 

所述电压采样与调理电路3，采样被检测电路的电压； 

所述锁相环电路13，实时跟踪被测电路的频率并输出控制频率信号至所述电流采样与调理电路2以控制所述电流采样与调理电路2的采样频率； 

所述相位检测4，实时检测被测电路中的电压相位； 

模数转换电路5，将所述所述电流采样与调理电路2和所述电压采样与调理电3路输出的模拟信号转换为数字信号并传输至所述微处理器1。 

作为本实用新型进一步的实施例，所述存储器8、信号调理和模数转换电路15、开关量光电隔离输入电路6、开关量继电器隔离输出电路7、显示器12、键盘11、通讯接口电路9、实时时钟电路10通过单片机扩展地址及各个总线连接该处理器1。 

所述信号调理和模数转换电路15包括电流采样与调理电路2、电压采样与调理电路3和模数转换电路5，电流采样与调理电路2通过锁相环电路13与所述处理器1连接；电压采样与调理电路3通过相位检测电路4与所述处理器1连接。 

作为本实用新型进一步的实施例，如图2所示，所述上位机14内含的设置程序功能模块包括登录与身份验证模块、通讯参数设置模块、通讯收发与验证 模块、控制参数设置模块、滤波器控制策略编辑模块、控制策略逻辑检验模块、控制逻辑表达式编译处理模块。 

该设置程序功能模块的实施步骤为：首先，滤波器设计师输入密码并通过验证后，即将取得编辑修改控制参数和控制策略的权限；然后，在控制器通讯参数设置界面中正确设置参数，并与控制器建立数据传输通道；第三步，根据设计参数在控制器参数设置界面中输入采样变比、采样延时参数、实时时间等参数，并下传至控制器，控制器内的微处理接受这些数据后将其存储在非易失的存储器中预先分配的单元内。 

关键的是在取得编辑修改控制参数和控制策略的权限后，预选确定滤波器各支路的投切控制策略，并用文本方式输入到上位机的设置程序中的控制策略编辑界面中。设定程序调用控制策略逻辑检验模块对输入文本进行文法、约束规则扫描，如果通过逻辑检验则调用关键的控制逻辑表达式编译处理模块。控制逻辑表达式编译处理对输入的控制逻辑表达式进行文法扫描，识别并提取各个运算符、参数、变量；按优先级进行运算的顺序化处理，并形成运算操作队列表和运算参数队列表。最后调用通讯模块，将这两个队列表传输至控制器，并保存在非易失的存储器中。每个滤波器支路都存在着一个与之对应的控制策略描述，也就存在着各自的运算操作队列表和运算参数队列表。 

作为本实用新型进一步的实施例，如图3所示，所述微处理器1内含的控制程序功能模块包括控制器初始化模块、键盘扫描与服务模块，设置模式初始化模块、液晶点阵显示驱动模块、数据通讯接收与回传验证模块、控制模式初始化模块、控制周期同步模块、模数转换同步采用与计算模块、电流电压相位差计算模块、控制策略逻辑数据解释执行模块和控制策略逻辑和控制参数数据读写模块。 

该控制程序功能模块的实施步骤为：启动时，控制器检测其键盘状态，用以判断其处于设置模式还是控制模式，如处于设置模式则执行相应的初始化程序，开放通讯端口接收并存储来自上位机的数据。如处于控制模式，则执行相 应的初始化程序，并启动锁相位电路输出边缘捕捉中断服务实现系统周期同步功能、采样定时器周期中断服务实现电流、电压、无功功率、有功功率、功率因数、谐波成分等数据的计算处理。 

关键的是中断服务实现系统：当中断发生时所述控制策略逻辑数据解释执行模块先运行定时单元延时计数模块，运行定时单元延时计数模块对各个预设延时定时单元内容进行增量操作实现精确的延时计数；其次运行开关量输入状态扫描锁存模块，对开关量输入输出状态进行扫描，并锁存至预先分配好地址的存储单元；再次运行控制策略逻辑和控制参数数据读写模块，从保存的存储器中依次读出每一个滤波器支路控制逻辑的运算操作队列表和运算参数队列表数据，对两个队列表中的数据进行子函数调用，实现该条控制策略的执行，完成各个滤波器支路开关的分合判断；最后调用开关量控制输出锁存模块，改变输出隔离继电器的吸合。这样，就完成了全部控制功能，微处理器将进入等待下个控制周期定时器中断的发生，实现控制过程的连续循环。 

本实用新型所述的投切策略可编程控制器可控制机械投切并联电力滤波器或可控硅投切并联电力滤波器。除滤波器外，本实用新型还可控制机械投切并联电容器或可控硅投切并联电容器。 

以上，仅为本实用新型的较佳实施例，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。 

Claims (4)

1.一种投切策略可编程控制器，其特征在于：包括上位机及与上位机通过接口连接的投切控制处理器，其中，

上位机，上位机接收设计者或使用者经人机交互界面输入的控制策略和控制参数，并对接收到的控制策略和控制参数进行编辑处理输出控制策略和控制参数编译程序；

投切控制器，接收并存储所述上位机输出的编译程序，执行该编译程序输出滤波器投切信号。

2.根据权利要求1所述的投切策略可编程控制器，其特征在于：所述的上位机为PC机。

3.根据权利要求1所述的投切策略可编程控制器，其特征在于：所述投切控制器包括：电源电路、微处理器、存储器、信号调理和模数转换电路、开关量光电隔离输入电路、开关量继电器隔离输出电路、显示器、键盘、通讯接口电路和实时时钟电路构成；

所述电源电路，提供所述投切控制器的工作电压；

所述微处理器，与所述上位机通讯连接，接收所述上位机输出的编译程序，并依据接收到的信息执行该编译程序输出滤波器投切信号；

所述存储器，与所述微处理器通讯连接，存储接收自所述微处理器输出的数据信息；

所述信号调理和模数转换电路，实时向所述微处理器输出采集到的信号；

所述开关量光电隔离输入电路，将接收到的被控设备传输的状态信号传输至所述微处理器；

所述开关量继电器隔离输出电路，将接收自所述微处理器输出的控制信号输出至被控设备；

所述通讯接口电路，建立所述上位机与所述微处理器之间的数据通讯连接； 

所述实时时钟电路，实时记录时钟并向所述微处理器输出时钟信号；

所述显示器和键盘，建立与所述微处理器之间的数据传输的人机交互界面。

4.根据权利要求1所述的投切策略可编程控制器，其特征在于：信号调理和模数转换电路包括：电流采样与调理电路、电压采样与调理电路、锁相环电路、相位检测电路和模数转换电路；其中，

所述电流采样与调理电路，采样被检测电路的电流；

所述电压采样与调理电路，采样被检测电路的电压；

所述锁相环电路，实时跟踪被测电路的频率并输出控制频率信号至所述电流采样与调理电路以控制所述电流采样与调理电路的采样频率；

所述相位检测，实时检测被测电路中的电压相位；

模数转换电路，将所述电流采样与调理电路和所述电压采样与调理电路输出的模拟信号转换为数字信号并传输至所述微处理器。 

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