CN204424912U - 智联无功补偿装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种智联无功补偿控制装置。解决了现有技术的不足，技术方案为：包括智联无功补偿控制仪和第一智联电容器、第二智联电容器、第三智联电容器、隔离开关、电流互感器，所述的智联无功补偿控制仪包括电源模块、交流采样模块、通讯模块、ARM控制单元、时钟模块、人机交互模块和数据存储模块，所述通讯模块电连接有以太网接口、WIFI接口、RS485接口、USB接口和GPRS接口，所述电源模块的输入端与三相电连接，所述交流采样模块、通讯模块和ARM控制单元均由所述的电源模块输出端供电。

Description

智联无功补偿装置

技术领域

本实用新型是一种电气检测设备，特别是涉及一种智联无功补偿装置。

背景技术

目前我国电力工业的发展速度，已由过去主要取决于投资规模逐步转化为有市场需求来定，电力市场也将逐步由卖方市场向买方市场转变，以往我国发电和配电投资比例为1：0.12，大大落后于先进国家的1:0.6-0.7的投资比例，由于配电自动化是我国近年来电力发展的重要方向，再加上中国幅员辽阔，电力设备普遍落后，配电需求量也在不断加大，因此，国内市场出现了较多的TTU产品，做得较好的有南瑞集团，许继集团等，但他们的产品价格大概在5000-1万左右，价格较高，且大部分产品的功能不够齐全，兼容性和通用性较差，系统的扩充性、开放性不够，随着电子技术和通信技术的高速发展及配电自动化的要求，未来TTU设备将朝着集成化高，可靠性高，实用性高，兼容性高的方向发展。

TTU属于配网终端重要组成部分，它属于配网自动化系统的底层，主要采集配电变压器的电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率、谐波等物理量的数据，并记录存储这些数据。为电力部门的专业分析，如负荷预测，线损分析，故障判断，经济运行等提供数据。进而从技术和管理上提高电网运行的经济性和安全性。2010年以来，市场的TTU具有的基本功能有以下几点，实时数据采集功能：可整点或定点如每分钟等记录配电变压器的三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、电网频率、三相线圈温度等数据。实时监测功能：能够实时检测配变的三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、电网频率、三相线圈温度等参数变化情况，记录并统计各种参数最大值，最小值，出现的时间，计算平均值，超标时间累计等数据。实时遥信功能；具有遥信输入端口，可检测配变高压低侧开关，有载调压开关档位等状态量，当开关状态发生变化时，记录并上报其当前的的状态和时间。遥控和遥测功能：可根据所检测的三相电压、电流和功率因数随时间变化和越限情况，就地启动无功补偿和自动调压策略，计算无功补偿量和调节抽头量，分级投切电容器和调节变压器抽头等。数据显示功能：显示部件便于现场检查数据设置参数和调试设备，除了上述功能以外，作为智能化设备的还具有自诊断功能，失电数据保护功能和故障自恢复功能。无功补偿控制功能：根据电网中的无功变化情况，实时的控制电容器的投入与切除，实现无功补偿。在现有的低压无功补偿装置应用中，虽然满足终端用户的无功功率补偿基本要求，并实现了一定程度上的智能化功能。但在实际使用中，一方面终端用户的补偿装置工作状况往往采用人员现场巡查的方式来获取，效率极其低下，对装置在运行中发生的故障告警无法及时传递，状态异常无法及时知晓,极易造成经济损失，且此种情况存在普遍性。另一方面电力管理部门对于分布在农网、城网的公变、专变下的无功补偿装置，其故障、运行状况甚至损坏都不能实时监测及时应对。更不可能对用户端无功补偿装置进行实时监测，根据现场无功补偿的效果采取及时的措施以降低用户供电变压器损耗和线路损耗。目前我国业内已经出现多种电能质量检测装置的产品，目前的设计方案多数采取采集卡加工控机的设计或者是采取一块MCU的设计理念，但是采集卡加工控机的设计应用的比较早，设计的检测装置采集功能强大，人机交互性好，但是成本较高，体积大，不适合大量定点安放在各检测现场，而且没有实现智能化，网络化，难以保证系统的实时性，故这种设计在现在用的不是很多。采用基于一块MCU的设计理念则是一块单片机完成从数据的采集到分析处理以及键盘显示、通信等所有的功能，例如C8051F020，MPS230，它们具有良好的控制能力，特点：方便，经济，性能高，可靠性强。不过，这种纯单片机设计方案仅适用于对数据处理要求不高，运算量不大的监控装置中，如果单片机运行负荷较重，会影响单片机的运行速度和性能。

实用新型内容

本实用新型的目的是为解决目前的技术方案中存在纯单片机设计方案仅适用于对数据处理要求不高，运算量不大的监控装置中，如果单片机运行负荷较重，会影响单片机的运行速度和性能的问题，提供一种将智能无功补偿装置的工作状态、运行数据、线路功率因素变化状态、故障告警等数据通过无线网络上传至云平台实时呈现给用户，自动生成无功补偿调整方案、故障解决方案等来进一步提高无功补偿装置的工作效能，从而有效的降低变压器损耗和线路损耗，实现对变压器及线路的能耗管理的智联无功补偿装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种智联无功补偿装置，其特征在于：包括智联无功补偿控制仪和第一智联电容器、第二智联电容器、第三智联电容器、隔离开关、电流互感器，所述第一智联电容器的输入端、第二智联电容器的输入端、第三智联电容器的输入端并联后通过隔离开关与三相电电连接，所述第一智联电容器的第一通讯端与所述第二智联电容器的第一通讯端连接，所述第二智联电容器的第二通讯端与所述第三智联电容器的第一通讯端连接，第三智联电容器的第二通讯端与智联无功补偿控制仪的RS485接口电连接，所述电流互感器配设在三相电上，所述电流互感器的输出端与所述智联无功补偿控制仪电连接，所述的智联无功补偿控制仪包括电源模块、交流采样模块、通讯模块、ARM控制单元、时钟模块、人机交互模块和数据存储模块，所述通讯模块电连接有以太网接口、WIFI接口、RS485接口、USB接口和GPRS接口，所述电源模块的输入端与三相电连接，所述交流采样模块、通讯模块和ARM控制单元均由所述的电源模块输出端供电，所述交流采样模块的电压采样输入端也与所述电源模块的输出端连接，所述交流采样模块的电流采样输入端与电流互感器的输出端电连接，所述交流采样模块的输出端与所述ARM控制单元电连接，所述ARM控制单元与所述通讯模块电连接，所述ARM控制单元还分别与时钟模块的输入端、人机交互模块的输入端以及数据存储模块电连接，所述RS485接口包括连接智联电容器的RS485接口和接外设的RS485接口，所述连接智联电容器的RS485接口和接外设的RS485接口均与所述通讯模块电连接。本实用新型中，控制单元：采用ST的32位ARM级处理器—STM32F429，处理速度更快，频率达168M，支持浮点运算，内置TFT屏驱动器。电源模块：采用开关稳压电源，提供其他电路所需的直流电源，为实现各个模块的安全工作。交流采样模块：主要由数据采集电路和A/D芯片构成，完成对三相电压，电流信号的采样和模拟转换，A/D采用ATT7022E高精度电量采集芯片，对电压、电流、功率、谐波进行分析处理。人机交互模块：采用7寸TFT电容触摸屏，显示更加直观、人性化。数据存储模块：采用华邦的大容量(256Mbit)存储芯片，保存电测量历史数据，预留SD卡接口，可根据客户需求定制。时钟模块：采用RX8025，实时RTC，有备用电源提供蓄电。本实用新型将智能无功补偿装置的工作状态、运行数据、线路功率因素变化状态、故障告警等数据通过无线网络上传至云平台实时呈现给用户，自动生成无功补偿调整方案、故障解决方案等来进一步提高无功补偿装置的工作效能，从而有效的降低变压器损耗和线路损耗，实现对变压器及线路的能耗管理。

作为优选，所述交流采样模块为DSP交流采样电路，所述DSP交流采样电路通过UART总线与所述ARM控制单元连接。

作为优选，所述通讯模块为STM8S207R8T6芯片电路，所述RS485接口包括MAX13085芯片、电阻R8、电阻R9、电阻R11、电阻R12和电容C5，所述MAX13085芯片的RO端与所述STM8S207R8T6芯片的PA4端连接，所述MAX13085芯片的/RE和DE端均与所述STM8S207R8T6芯片的PA6端连接，所述MAX13085芯片的/RE和DE端还通过电阻R11接地，所述MAX13085芯片的DI端与所述STM8S207R8T6芯片的PA5端连接，所述MAX13085芯片的VCC端接电源，所述MAX13085芯片的VCC端通过电容C5接地，所述MAX13085芯片的A端口通过电阻R8接电源，所述MAX13085芯片的A端口连接智联电容器，所述MAX13085芯片的GND端接地，所述MAX13085芯片的B端口通过电阻R12接电源，所述MAX13085芯片的B端口连接外设，所述MAX13085芯片的B端口与MAX13085芯片的A端口之间连接有电阻R9。

作为优选，所述第一智联电容器、第二智联电容器和第三智联电容器均包括单片机A1、人机交互装置A2、三相式低压电力电容器组、过零投切开关KD、电流互感器TA、温度传感器RT和断路器QF，所述过零投切开关KD的一端通过断路器QF与三相电连接，所述过零投切开关KD的另一端贯穿电流互感器TA与三相式低压电力电容器组连接，所述过零投切开关KD的控制端与所述单片机A1电连接，所述电流互感器TA的输出端与所述单片机A1电连接，所述人机交互装置A2与所述单片机A1电连接，温度传感器RT检测端监测三相式低压电力电容器组，温度传感器RT的输出端与所述单片机A1电连接，所述单片机A1通过RS485总线与通讯模块电连接。

作为优选，第一智联电容器、第二智联电容器和第三智联电容器均均配设有电压指示灯。

本实用新型的实质性效果是：本实用新型将智能无功补偿装置的工作状态、运行数据、线路功率因素变化状态、故障告警等数据通过无线网络上传至云平台实时呈现给用户，自动生成无功补偿调整方案、故障解决方案等来进一步提高无功补偿装置的工作效能，从而有效的降低变压器损耗和线路损耗，实现对变压器及线路的能耗管理。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型中智联无功补偿控制仪的结构示意图；

图3为本实用新型中智联电容器的电路示意图；

图4为本实用新型中通讯模块的电路示意图；

图5为本实用新型中RS485接口的电路原理图。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的具体说明。

实施例：

一种智联无功补偿装置，其特征在于：包括智联无功补偿控制仪和第一智联电容器、第二智联电容器、第三智联电容器、隔离开关、电流互感器，所述第一智联电容器的输入端、第二智联电容器的输入端、第三智联电容器的输入端并联后通过隔离开关与三相电电连接，所述第一智联电容器的第一通讯端与所述第二智联电容器的第一通讯端连接，所述第二智联电容器的第二通讯端与所述第三智联电容器的第一通讯端连接，第三智联电容器的第二通讯端与智联无功补偿控制仪的RS485接口电连接，所述电流互感器配设在三相电上，所述电流互感器的输出端与所述智联无功补偿控制仪电连接，所述的智联无功补偿控制仪包括电源模块、交流采样模块、通讯模块、ARM控制单元、时钟模块、人机交互模块和数据存储模块，所述通讯模块电连接有以太网接口、WIFI接口、RS485接口、USB接口和GPRS接口，所述电源模块的输入端与三相电连接，所述交流采样模块、通讯模块和ARM控制单元均由所述的电源模块输出端供电，所述交流采样模块的电压采样输入端也与所述电源模块的输出端连接，所述交流采样模块的电流采样输入端与电流互感器的输出端电连接，所述交流采样模块的输出端与所述ARM控制单元电连接，所述ARM控制单元与所述通讯模块电连接，所述ARM控制单元还分别与时钟模块的输入端、人机交互模块的输入端以及数据存储模块电连接，所述RS485接口包括连接智联电容器的RS485接口和接外设的RS485接口，所述连接智联电容器的RS485接口和接外设的RS485接口均与所述通讯模块电连接。所述交流采样模块为DSP交流采样电路，所述DSP交流采样电路通过UART总线与所述ARM控制单元连接。所述通讯模块为STM8S207R8T6芯片电路，所述RS485接口包括MAX13085芯片、电阻R8、电阻R9、电阻R11、电阻R12和电容C5，所述MAX13085芯片的RO端与所述STM8S207R8T6芯片的PA4端连接，所述MAX13085芯片的/RE和DE端均与所述STM8S207R8T6芯片的PA6端连接，所述MAX13085芯片的/RE和DE端还通过电阻R11接地，所述MAX13085芯片的DI端与所述STM8S207R8T6芯片的PA5端连接，所述MAX13085芯片的VCC端接电源，所述MAX13085芯片的VCC端通过电容C5接地，所述MAX13085芯片的A端口通过电阻R8接电源，所述MAX13085芯片的A端口连接智联电容器，所述MAX13085芯片的GND端接地，所述MAX13085芯片的B端口通过电阻R12接电源，所述MAX13085芯片的B端口连接外设，所述MAX13085芯片的B端口与MAX13085芯片的A端口之间连接有电阻R9。所述智联电容器包括单片机A1、人机交互装置A2、三相式低压电力电容器组、过零投切开关KD、电流互感器TA、温度传感器RT和断路器QF，所述过零投切开关KD的一端通过断路器QF与三相电连接，所述过零投切开关KD的另一端贯穿电流互感器TA与三相式低压电力电容器组连接，所述过零投切开关KD的控制端与所述单片机A1电连接，所述电流互感器TA的输出端与所述单片机A1电连接，所述人机交互装置A2与所述单片机A1电连接，温度传感器RT检测端监测三相式低压电力电容器组，温度传感器RT的输出端与所述单片机A1电连接，所述单片机A1通过RS485总线与通讯模块电连接。

本实施例中控制单元：采用ST的32位ARM级处理器—STM32F429，处理速度更快，频率达168M，支持浮点运算，内置TFT屏驱动器。电源模块：采用开关稳压电源，提供其他电路所需的直流电源，为实现各个模块的安全工作。交流采样模块：主要由数据采集电路和A/D芯片构成，完成对三相电压，电流信号的采样和模拟转换，A/D采用ATT7022E高精度电量采集芯片，对电压、电流、功率、谐波进行分析处理。人机交互模块：采用7寸TFT电容触摸屏，显示更加直观、人性化。数据存储模块：采用华邦的大容量(256Mbit)存储芯片，保存电测量历史数据，预留SD卡接口，可根据客户需求定制。时钟模块：采用RX8025，实时RTC，有备用电源提供蓄电。所述交流采样模块为DSP交流采样电路，所述DSP交流采样电路通过UART总线与所述ARM控制单元连接。

一种智联无功补偿控制装置的控制方法，包括以下步骤：

步骤一，智联无功补偿控制仪启动，完成初始化设置，然后同步执行步骤二、步骤三和步骤四，

步骤二，智联无功补偿控制仪根据传感器数据实时数据监测功能，实时采集配电变压器的三相电压、三相电流、电网频率、温度，计算有功功率、无功功率、功率因数、电压谐波和电流谐波，根据预设参数对过电压、欠电压、过流、过温、缺相、过谐超限进行保护，

步骤三，通讯模块传输相应数据至人机交互模块，人机交互模块实时显示电压、电流、功率因数、无功功率、有功功率、谐波总畸变率和分次谐波、补偿电流、智联电容器参数，

步骤四，智联无功补偿控制仪实行无功补偿控制功能，采用无功趋势潮流算法，实现编码循环投切功能，根据电网中的无功变化情况，实时的控制电容器的投入与切除，实现无功补偿，

步骤五，在无事件告警时，定时存储电压、电流、无功功率、有功功率、功率因数、电压/电流谐波、电网频率、电容柜电流、补偿容量和智联电容器相关参数；在告警事件发生时，记录告警事件类型、相关参数、发生时间和结束时间，具有历史数据存储和查看功能。

在步骤一中还包括有智能网络子步骤，

智能网络子步骤，智联无功补偿控制仪通过RS485与智联电容器自动组网，智联无功补偿控制仪根据预设的ID分配规则自动分配ID，实现无功控制与信息交换功能；在连接后台服务器时，提供远程通讯接口，通过有线或无线定时上传各种监测数据至后台监测系统。

当智联无功补偿控制仪检测到网络中断或告警事件发生时，进行短信通知和网络中断提醒。

本实施例将智能无功补偿装置的工作状态、运行数据、线路功率因素变化状态、故障告警等数据通过无线网络上传至云平台实时呈现给用户，自动生成无功补偿调整方案、故障解决方案等来进一步提高无功补偿装置的工作效能，从而有效的降低变压器损耗和线路损耗，实现对变压器及线路的能耗管理。

以上所述的实施例只是本实用新型的一种较佳的方案，并非对本实用新型作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (5)

1.一种智联无功补偿装置，其特征在于：包括智联无功补偿控制仪和第一智联电容器、第二智联电容器、第三智联电容器、隔离开关、电流互感器，所述第一智联电容器的输入端、第二智联电容器的输入端、第三智联电容器的输入端并联后通过隔离开关与三相电电连接，所述第一智联电容器的第一通讯端与所述第二智联电容器的第一通讯端连接，所述第二智联电容器的第二通讯端与所述第三智联电容器的第一通讯端连接，第三智联电容器的第二通讯端与智联无功补偿控制仪的RS485接口电连接，所述电流互感器配设在三相电上，所述电流互感器的输出端与所述智联无功补偿控制仪电连接，所述的智联无功补偿控制仪包括电源模块、交流采样模块、通讯模块、ARM控制单元、时钟模块、人机交互模块和数据存储模块，所述通讯模块电连接有以太网接口、WIFI接口、RS485接口、USB接口和GPRS接口，所述电源模块的输入端与三相电连接，所述交流采样模块、通讯模块和ARM控制单元均由所述的电源模块输出端供电，所述交流采样模块的电压采样输入端也与所述电源模块的输出端连接，所述交流采样模块的电流采样输入端与电流互感器的输出端电连接，所述交流采样模块的输出端与所述ARM控制单元电连接，所述ARM控制单元与所述通讯模块电连接，所述ARM控制单元还分别与时钟模块的输入端、人机交互模块的输入端以及数据存储模块电连接，所述RS485接口包括连接智联电容器的RS485接口和接外设的RS485接口，所述连接智联电容器的RS485接口和接外设的RS485接口均与所述通讯模块电连接。

2.根据权利要求1所述的智联无功补偿装置，其特征在于：所述交流采样模块为DSP交流采样电路，所述DSP交流采样电路通过UART总线与所述ARM控制单元连接。

3.根据权利要求2所述的智联无功补偿装置，其特征在于：所述通讯模块为STM8S207R8T6芯片电路，所述RS485接口包括MAX13085芯片、电阻R8、电阻R9、电阻R11、电阻R12和电容C5，所述MAX13085芯片的RO端与所述STM8S207R8T6芯片的PA4端连接，所述MAX13085芯片的/RE和DE端均与所述STM8S207R8T6芯片的PA6端连接，所述MAX13085芯片的/RE和DE端还通过电阻R11接地，所述MAX13085芯片的DI端与所述STM8S207R8T6芯片的PA5端连接，所述MAX13085芯片的VCC端接电源，所述MAX13085芯片的VCC端通过电容C5接地，所述MAX13085芯片的A端口通过电阻R8接电源，所述MAX13085芯片的A端口连接智联电容器，所述MAX13085芯片的GND端接地，所述MAX13085芯片的B端口通过电阻R12接电源，所述MAX13085芯片的B端口连接外设，所述MAX13085芯片的B端口与MAX13085芯片的A端口之间连接有电阻R9。

4.根据权利要求2所述的智联无功补偿装置，其特征在于：所述第一智联电容器、第二智联电容器和第三智联电容器均包括单片机A1、人机交互装置A2、三相式低压电力电容器组、过零投切开关KD、电流互感器TA、温度传感器RT和断路器QF，所述过零投切开关KD的一端通过断路器QF与三相电连接，所述过零投切开关KD的另一端贯穿电流互感器TA与三相式低压电力电容器组连接，所述过零投切开关KD的控制端与所述单片机A1电连接，所述电流互感器TA的输出端与所述单片机A1电连接，所述人机交互装置A2与所述单片机A1电连接，温度传感器RT检测端监测三相式低压电力电容器组，温度传感器RT的输出端与所述单片机A1电连接，所述单片机A1通过RS485总线与通讯模块电连接。

5.根据权利要求4所述的智联无功补偿装置，其特征在于：第一智联电容器、第二智联电容器和第三智联电容器均均配设有电压指示灯。