CN203014732U - 一种磁控电抗器控制装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于电抗器控制器技术领域，特别是涉及一种磁控电抗器控制装置。它包括一个主控模块、显示系统、三个触发模块以及三个励磁箱；主控模块和三个触发模块安装在控制箱内，通过CAN总线相互通信；显示系统与主控模块连接，采用Modbus协议通信；触发模块与励磁箱用塑料光纤连接，通过脉冲信号进行驱动和故障分析。励磁箱的控制部分包括电源电路、励磁箱光接收模块、驱动模块、励磁箱光发送模块、故障检测模块、晶闸管模块。本实用新型安全可靠，系统通信稳定，抗干扰能力强，系统响应速度快，处理能力强，且具有模块化、通用化、标准化的结构，整体结构紧凑、通风散热性好、安装简单、便于更换、易于维护。
Description
技术领域
本实用新型属于电抗器控制器技术领域，特别是涉及一种磁控电抗器控制装置。
背景技术
无功功率平衡对提高电网的经济效益和改善供电质量至关重要。根据电力工业的现状与发展，新型无功补偿装置的研制和应用是我国当前电力系统需要解决的重大关键技术课题。磁控电抗器正是在这一背景下诞生和发展的，表现出了极强的生命力。
发明内容
本实用新型的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种磁控电抗器控制装置，该装置安全可靠，且具有模块化、通用化、标准化的结构，整体结构紧凑、通风散热性好、安装简单、便于更换、易于维护。
为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是：
一种磁控电抗器控制装置，它包括一个主控模块1、显示系统2、三个触发模块3以及三个励磁箱6；所述的主控模块1和三个触发模块3安装在控制箱内，通过CAN总线相互通信；所述的显示系统2与主控模块1连接，采用Modbus协议通信；所述的触发模块3与励磁箱6用塑料光纤连接，通过脉冲信号进行驱动和故障分析。
以下是本实用新型进一步的技术方案：
优选的，所述的显示系统2包括触摸屏。
优选的，所述的主控模块1包括485总线接口1.1、主控模块CAN总线接口1.2、开关量输出电路1.3和主控模块DSP控制器1.4；所述的主控模块1接收触摸屏给定信号并通过触发模块3检测电网电压、电流相位，按照PI算法得到晶闸管的控制角α，通过主控模块CAN总线接口1.2发送到三个触发模块3。
优选的，所述的触发模块3包括电压模拟信号调理电路3.1、同步信号电路3.2、电流模拟信号调理电路3.3、触发信号接口电路3.4、触发模块光发送模块3.5、触发模块光接收模块3.6、触发模块CAN总线接口3.7以及触发模块DSP控制器3.8；所述的同步信号电路3.2与电压模拟信号调理电路3.1相连；所述触发信号接口电路3.4与触发模块光发送模块3.5相连；所述的触发模块3中的电压模拟信号调理电路3.1用于把电压互感器信号调理成所述的触发模块DSP控制器3.8能够处理的信号，与电流模拟信号调理电路3.3调理后的电流互感器信号进行数据运算，计算出的无功功率和其他参数通过触发模块CAN总线接口3.7传给主控模块1；所述的同步信号电路3.2用于采集交流电压信号负半周到正半周过零点，控制角α通过触发电路接口电路3.4进行功率放大，放大脉冲信号由触发模块光发送模块3.5转换成光信号，经塑料光纤把信号传输到励磁箱6；触发模块光接收模块3.6把接收到励磁箱6的故障信号转换成电信号，所述的触发模块DSP控制器3.8对故障信号进行处理。
优选的，所述的励磁箱6的控制部分包括电源电路6.1、励磁箱光接收模块6.2、驱动模块6.3、励磁箱光发送模块6.4、故障检测模块6.5、晶闸管模块6.6；所述的电源电路6.1的电压输入来自电抗器的本体抽头电压；所述的励磁箱光接收模块6.2与驱动模块6.3相连；所述的驱动模块6.3与晶闸管模块6.6相连；所述的故障检测模块6.5与励磁箱光发送模块6.4相连。
优选的，所述的晶闸管模块6.6包括晶闸管、续流二极管、散热器、绝缘安装板及缓冲电路，每只晶闸管及续流二极管都安装在单独的散热器上，散热器安装固定在环氧绝缘板上。
优选的，所述的电压模拟信号调理电路3.1包括精密变压器、运算放大器电路、电压抬升电路；所述精密变压器用于把电压互感器信号降压，所述的运算放大器电路用于把电压信号调理到峰值为±1.5V交流正弦信号，所述电压抬升电路用于把峰值为±1.5V交流正弦信号抬升到0～3V直流正弦信号。
优选的，所述的电流模拟信号调理电路3.3包括电流互感器、运算放大器电路、电压抬升电路；所述的电流互感器用于把电流互感器信号转换成小电流信号，所述的运算放大器电路用于把电流信号转换成电压信号，并把电压信号调理到峰值为±1.5V交流正弦信号，所述的电压抬升电路用于把峰值为±1.5V交流正弦信号抬升到0～3V直流正弦信号。
优选的，所述的电源电路6.1包括变压器、电源模块；所述的变压器用于把电抗器的抽头电压变到交流220V，所述的电源模块用于把220V交流电压信号变成所需的直流信号。
优选的，所述的驱动模块6.3包括功率放大电路、故障封锁电路、脉冲变压器；所述的功率放大电路用于把励磁箱光接收模块6.2转换的脉冲电压信号进行放大，经脉冲变压器输出驱动晶闸管导通；所述的故障封锁电路的信号来自故障检测模块6.5，当有故障时故障封锁电路把驱动的脉冲电压信号屏蔽，脉冲变压器无输出。
本实用新型的有益效果主要有：
1、通过采用主控模块和触发模块分开的形式，使得系统更加安全可靠，一旦出现问题便于查找和维护。
2、通过主控模块和触发模块采用CAN通信模式，使得系统通信稳定，抗干扰能力强，增强了系统的稳定性。
3、通过采用DSP控制器，使得系统响应速度快，处理能力强。
4、通过对结构的优化设计，使得系统整体结构紧凑、安装简单、易于维护。
附图说明
图1为磁控电抗器控制装置组成框图；
图2为磁控电抗器控制装置单相控制系统框图；
图3为磁控电抗器本体电气连接示意图。
图中各附图标记的构件名称为：
1 - 主控模块；1.1 - 485总线接口；1.2 – 主控模块CAN总线接口；1.3 - 开关量输出电路；1.4 – 主控模块DSP控制器；
2 - 显示系统；
3 - 触发模块；3.1 – 电压模拟信号调理电路；3.2 - 同步信号电路；3.3 – 电流模拟信号调理电路；3.4 - 触发信号接口电路；3.5 – 触发模块光发送模块；3.6 – 触发模块光接收模块；3.7 - 触发模块CAN总线接口；3.8 – 触发模块DSP控制器；
6 - 励磁箱；6.1 - 电源电路；6.2 - 励磁箱光接收模块； 6.3 - 驱动模块；6.4 - 励磁箱光发送模块；6.5 - 故障检测模块；6.6 - 晶闸管模块。
具体实施方式
结合附图和实施例对本实用新型磁控电抗器控制装置作进一步说明如下：
如图1所示，一种磁控电抗器控制装置，它包括一个主控模块1、一个显示系统2、三个触发模块3以及三个励磁箱6。所述的主控模块1和三个触发模块3安装在控制箱内，本实施例通过CAN总线相互通信，用于传送控制指令、晶闸管触发角、系统电压、系统电流、系统的功率因数及无功功率等数据。所述的显示系统2与主控模块1连接，本实施例采用Modbus协议通信，接受用户的参数设置及记录、显示磁控电抗器控制（MSVC）装置的运行数据，用于接收用户的键盘操作信息，显示电压、电流等过程数据、故障报警信息及参数设置值。所述的触发模块3与励磁箱6用塑料光纤连接，通过脉冲信号进行驱动和故障分析，本实施例每相通过四根光纤相连接，两根用于传输晶闸管的触发信号，两根用于故障信号的传输，其中一根触发光纤用于电压正半周期的晶闸管触发，另一根触发光纤用于电压负半周期的晶闸管触发。
如附图2所示，所述的显示系统2包括触摸屏，具有可选的总线接口，根据用户集中控制室设备实际情况，可通过总线或模拟量接口将用户设置参数下传到磁控电抗器（MCR）控制系统；MSVC显示系统还具有一个基本操作面板，可用于接收用户的键盘操作信息，显示电压、电流等过程数据、故障报警信息及参数设置值；基本操作面板可以根据用户需求及现场实际情况在控制柜现地或在集中控制室远程安装。
所述的主控模块1包括485总线接口1.1、主控模块CAN总线接口1.2、开关量输出电路1.3和主控模块DSP控制器1.4。所述的主控模块1接收触摸屏给定信号并通过触发模块3检测电网电压、电流相位，按照PI算法得到晶闸管的控制角α，通过主控模块CAN总线接口1.2发送到三个触发模块3。其中485总线接口1.1与显示系统2连接，主控模块CAN总线接口1.2与触发模块3连接，各个网络节点采用磁隔离；主控模块DSP控制器1.4用于处理显示系统2以及触发模块3传送的数据，当有故障信号时停止触发信号的输出，同时通过DO接口输出报警信号，另外控制器上传报警信息给显示系统2，显示系统2记录报警事件及事件发生的时间，便于故障的查找和分析。主控模块1主要负责和触摸屏与三块触发板的通信，主控模块1通过MODBUS总线与远程触摸屏通信，主控模块1接收触摸屏给定的功率因数或无功功率信号，并通过触发模块计算出的实际功率因数或无功功率，按照算法得到晶闸管的控制角α，通过CAN通信总线传给三块触发板3；主控模块1还接受三块触发板的报警信号，有报警信号时封锁控制角α并通过关量输出电路进行报警。
如附图2所示，所述的触发模块3包括电压模拟信号调理电路3.1、同步信号电路3.2、电流模拟信号调理电路3.3、触发信号接口电路3.4、触发模块光发送模块3.5、触发模块光接收模块3.6、触发模块CAN总线接口3.7以及触发模块DSP控制器3.8。所述的同步信号电路3.2与电压模拟信号调理电路3.1相连。所述触发信号接口电路3.4与触发模块光发送模块3.5相连。其中触发模块光发送模块3.5用于隔离传输触发信号，触发脉冲经光纤传送到MCR电抗器励磁系统；触发模块光接收模块3.6用于接收来自驱动模块的故障信息。
所述的触发模块3中的电压模拟信号调理电路3.1用于把电压互感器信号调理成所述的触发模块DSP控制器3.8能够处理的信号，与电流模拟信号调理电路3.3调理后的电流互感器信号进行数据运算，计算出的无功功率和其他参数通过触发模块CAN总线接口3.7传给主控模块1。本实施例中电压模拟信号调理电路3.1和电流模拟信号调理电路3.3用于变送来自PT和CT的电压电流信号，并将信号送触发模块DSP控制器3.8的A/D转换器，同时电压信号还送到触发模块DSP控制器3.8的CAP接口，用于产生同步信号。
所述的同步信号电路（3.2）用于采集交流电压信号负半周到正半周过零点，控制角α通过触发电路接口电路（3.4）进行功率放大，放大脉冲信号由触发模块光发送模块（3.5）转换成光信号，经塑料光纤把信号传输到励磁箱（6）；触发模块光接收模块（3.6）把接收到励磁箱（6）的故障信号转换成电信号，所述的触发模块DSP控制器（3.8）对故障信号进行处理。
如附图2所示，所述的励磁箱6的控制部分包括电源电路6.1、励磁箱光接收模块6.2、驱动模块6.3、励磁箱光发送模块6.4、故障检测模块6.5、晶闸管模块6.6。所述的电源电路6.1的电压输入来自电抗器的本体抽头电压。所述的励磁箱光接收模块6.2与驱动模块6.3相连，所述的驱动模块6.3与晶闸管模块6.6相连，所述的故障检测模块6.5与励磁箱光发送模块6.4相连。电源电路6.1用于为驱动板提供电源，通过高压侧取能的方式提供驱动电源；励磁箱光接收模块6.2用于接收来自触发模块3的光触发信号并变换成电信号；励磁箱光发送模块6.4用于发送主回路故障信息；故障检测模块6.5通过判断晶闸管压降和驱动信号关系以及来自温控开关的信号形成故障报警信号，故障信息主要有晶闸管损坏、过流和温度高，当有故障时故障封锁电路把驱动的脉冲电压信号屏蔽，脉冲变压器无输出，起到硬件保护的作用；驱动模块6.3的功率放大电路通过功率MOS管放大触发信号并形成具有一定陡峭度的电流脉冲信号以驱动晶闸管导通。驱动模块6.3接收触发模块的触发信号并驱动晶闸管导通，从而调节电抗器铁心的励磁电流，励磁电流改变了电抗器铁心的饱和程度并可连续地调节电抗器的感抗。
所述的晶闸管模块6.6包括晶闸管、续流二极管、散热器、绝缘安装板及缓冲电路，每只晶闸管及续流二极管都安装在单独的散热器上，散热器安装固定在环氧绝缘板上。
所述的电压模拟信号调理电路3.1包括精密变压器、运算放大器电路、电压抬升电路。所述精密变压器把电压互感器信号降压，所述的运算放大器电路把电压信号调理到峰值为±1.5V交流正弦信号，所述电压抬升电路把峰值为±1.5V交流正弦信号抬升到0～3V直流正弦信号。
所述的电流模拟信号调理电路3.3包括电流互感器、运算放大器电路、电压抬升电路。所述的电流互感器把电流互感器信号转换成小电流信号，所述的运算放大器电路把电流信号转换成电压信号，并把电压信号调理到峰值为±1.5V交流正弦信号，所述的电压抬升电路把峰值为±1.5V交流正弦信号抬升到0～3V直流正弦信号。
所述的电源电路6.1包括变压器、电源模块；所述的变压器用于把电抗器的抽头电压变到交流220V，所述的电源模块用于把220V交流电压信号变成所需的直流信号。
所述的驱动模块6.3包括功率放大电路、故障封锁电路、脉冲变压器。所述的功率放大电路把励磁箱光接收模块6.2转换的脉冲电压信号进行放大，经脉冲变压器输出驱动晶闸管导通；所述的故障封锁电路的信号来自故障检测模块6.5，当有故障时故障封锁电路把驱动的脉冲电压信号屏蔽，脉冲变压器无输出。
结合技术原理，对本实用新型技术方案和效果近一步说明如下：
如图2所示，MCR控制系统接收给定信号并检测电网电压、电流相位，按照算法得到晶闸管的控制角α并生成触发脉冲信号，驱动模块接收控制模块的触发信号并驱动晶闸管导通，从而调节电抗器铁心的励磁电流，励磁电流改变了电抗器铁心的饱和程度并可连续地调节电抗器的感抗。主控模块通过Modbus协议与显示系统通信，接受用户的参数设置及记录、显示MSVC装置的运行数据。触发模块通过CAN通信协议与主控模块通信，传送系统的电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、谐波等参数。励磁箱里的控制系统用于隔离、接收来自控制模块的触发信号并放大到一定强度以驱动晶闸管导通，同时还可以通过一定的硬件逻辑电路判断主回路的故障并通过光纤上传到控制模块。
如图3所示，晶闸管模块主要由晶闸管KP1、晶闸管KP2、续流二极管D1、散热器、绝缘安装板及缓冲电路组成。每只晶闸管及续流二极管都安装在单独的散热器上，散热器安装固定在环氧绝缘板上。为防止晶闸管及续流二极管反相恢复电流造成的电压冲击，在管子的阴极和阳极之间并联有RC缓冲电路。绕线电阻器R与续流二极管并联，起到每相励磁电流平衡的作用，保证电抗器本体运行性能。
本实用新型原理是：主控模块通过MODBUS总线与远程触摸屏通信，主控模块接收触摸屏给定的功率因数或无功功率信号，并通过触发模块计算出的实际功率因数或无功功率，按照算法得到晶闸管的控制角α，通过CAN通信总线传给三块触发板并生成触发脉冲信号。驱动模块接收触发模块的触发信号并驱动晶闸管导通，从而调节电抗器铁心的励磁电流，励磁电流改变了电抗器铁心的饱和程度并可连续地调节电抗器的感抗。
本实用新型权利要求保护范围不限于上述实施例。
Claims (10)
1.一种磁控电抗器控制装置，其特征在于，它包括一个主控模块（1）、显示系统（2）、三个触发模块（3）以及三个励磁箱（6）；所述的主控模块（1）和三个触发模块（3）安装在控制箱内，通过CAN总线相互通信；所述的显示系统（2）与主控模块（1）连接，采用Modbus协议通信；所述的触发模块（3）与励磁箱（6）用塑料光纤连接，通过脉冲信号进行驱动和故障分析。
2.按照权利要求1所述的磁控电抗器控制装置，其特征在于，所述的显示系统（2）包括触摸屏。
3.按照权利要求2所述的磁控电抗器控制装置，其特征在于，所述的主控模块（1）包括485总线接口（1.1）、主控模块CAN总线接口（1.2）、开关量输出电路（1.3）和主控模块DSP控制器（1.4）；所述的主控模块（1）接收触摸屏给定信号并通过触发模块（3）检测电网电压、电流相位，按照PI算法得到晶闸管的控制角α，通过主控模块CAN总线接口（1.2）发送到三个触发模块（3）。
4.按照权利要求3所述的磁控电抗器控制装置，其特征在于，所述的触发模块（3）包括电压模拟信号调理电路（3.1）、同步信号电路（3.2）、电流模拟信号调理电路（3.3）、触发信号接口电路（3.4）、触发模块光发送模块（3.5）、触发模块光接收模块（3.6）、触发模块CAN总线接口（3.7）以及触发模块DSP控制器（3.8）；所述的同步信号电路（3.2）与电压模拟信号调理电路（3.1）相连；所述触发信号接口电路（3.4）与触发模块光发送模块（3.5）相连；
所述的触发模块（3）中的电压模拟信号调理电路（3.1）用于把电压互感器信号调理成所述的触发模块DSP控制器（3.8）能够处理的信号，与电流模拟信号调理电路（3.3）调理后的电流互感器信号进行数据运算，计算出的无功功率和其他参数通过触发模块CAN总线接口（3.7）传给主控模块（1）；
所述的同步信号电路（3.2）用于采集交流电压信号负半周到正半周过零点，控制角α通过触发电路接口电路（3.4）进行功率放大，放大脉冲信号由触发模块光发送模块（3.5）转换成光信号，经塑料光纤把信号传输到励磁箱（6）；触发模块光接收模块（3.6）把接收到励磁箱（6）的故障信号转换成电信号，所述的触发模块DSP控制器（3.8）对故障信号进行处理。
5.按照权利要求2所述的磁控电抗器控制装置，其特征在于，所述的励磁箱（6）的控制部分包括电源电路（6.1）、励磁箱光接收模块（6.2）、驱动模块（6.3）、励磁箱光发送模块（6.4）、故障检测模块（6.5）、晶闸管模块（6.6）；所述的电源电路（6.1）的电压输入来自电抗器的本体抽头电压；所述的励磁箱光接收模块（6.2）与驱动模块（6.3）相连；所述的驱动模块（6.3）与晶闸管模块（6.6）相连；所述的故障检测模块（6.5）与励磁箱光发送模块（6.4）相连。
6.按权利要求5所述的磁控电抗器控制装置，其特征在于，所述的晶闸管模块（6.6）包括晶闸管、续流二极管、散热器、绝缘安装板及缓冲电路，每只晶闸管及续流二极管都安装在单独的散热器上，散热器安装固定在环氧绝缘板上。
7.按照权利要求4所述的磁控电抗器控制装置，其特征在于，所述的电压模拟信号调理电路（3.1）包括精密变压器、运算放大器电路、电压抬升电路；所述精密变压器用于把电压互感器信号降压，所述的运算放大器电路用于把电压信号调理到峰值为±1.5V交流正弦信号，所述电压抬升电路用于把峰值为±1.5V交流正弦信号抬升到0～3V直流正弦信号。
8.按照权利要求4所述的磁控电抗器控制装置，其特征在于，所述的电流模拟信号调理电路（3.3）包括电流互感器、运算放大器电路、电压抬升电路；所述的电流互感器用于把电流互感器信号转换成小电流信号，所述的运算放大器电路用于把电流信号转换成电压信号，并把电压信号调理到峰值为±1.5V交流正弦信号，所述的电压抬升电路用于把峰值为±1.5V交流正弦信号抬升到0～3V直流正弦信号。
9.按照权利要求5所述的磁控电抗器控制装置，其特征在于，所述的电源电路（6.1）包括变压器、电源模块；所述的变压器用于把电抗器的抽头电压变到交流220V，所述的电源模块用于把220V交流电压信号变成所需的直流信号。
10.按照权利要求5所述的磁控电抗器控制装置，其特征在于，所述的驱动模块（6.3）包括功率放大电路、故障封锁电路、脉冲变压器；所述的功率放大电路用于把励磁箱光接收模块（6.2）转换的脉冲电压信号进行放大，经脉冲变压器输出驱动晶闸管导通；所述的故障封锁电路的信号来自故障检测模块（6.5），当有故障时故障封锁电路把驱动的脉冲电压信号屏蔽，脉冲变压器无输出。
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| CN 201220669376 CN203014732U (zh) | 2012-12-06 | 2012-12-06 | 一种磁控电抗器控制装置 |
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| CN 201220669376 CN203014732U (zh) | 2012-12-06 | 2012-12-06 | 一种磁控电抗器控制装置 |
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| CN106444013A (zh) * | 2016-08-26 | 2017-02-22 | 天津七二通信广播股份有限公司 | 一种应用于控制光路通断装置及使用方法 |
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| CN106444013B (zh) * | 2016-08-26 | 2019-01-08 | 天津七一二通信广播股份有限公司 | 一种应用于控制光路通断装置及使用方法 |
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