CN205355813U - 一种无功补偿柜用控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种无功补偿柜用控制装置，包括显示屏、按键组、接口芯片、中央处理器、存储器、RS485通讯模块、驱动电路、脉冲反馈电路、与门电路、零电压检测电路、电容器与投切开关组合电路、电网频率检测电路、同步电压检测电路、电压互感器、电流互感器以及锁相放大器。本实用新型通过中央处理器进行同步相位控制，当实时检测到电容器两端电压与电网电压的大小相等、极性一致时，瞬时投入电容器，当电流过零时晶闸管自然关断，实现了无过渡过程投切电容器。本实用新型实现了自动监控和通信功能，功能设置简便，通过RS485通讯模块可以将电容器补偿设备与监控系统连接，实现遥测、遥信、遥控功能。

Description

一种无功补偿柜用控制装置

技术领域

本实用新型涉及无功补偿技术领域，尤其涉及一种无功补偿柜用控制装置。

背景技术

近年来，随着电力工业的发展和城乡电网改造工程的实施，无功补偿柜已在电力系统得到广泛应用。目前，高压电网的无功补偿装置，大多数采用计算机控制技术和较先进的无功判别方法补偿，效果显著，取得了可观的经济和社会效益。但是，传统的无功补偿柜大都以功率因数作为控制量，这种控制方式的缺点是：在小负荷时容易出现投切振荡，干扰电网；而在大负荷时又不易达到充分补偿。

实用新型内容

本实用新型的目的在于通过一种无功补偿柜用控制装置，来解决以上背景技术部分提到的问题。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种无功补偿柜用控制装置，其包括显示屏、按键组、接口芯片、中央处理器、存储器、RS485通讯模块、驱动电路、脉冲反馈电路、与门电路、零电压检测电路、电容器与投切开关组合电路、电网频率检测电路、同步电压检测电路、电压互感器、电流互感器以及锁相放大器；其中，所述显示屏、按键组通过接口芯片连接中央处理器，所述存储器、RS485通讯模块与中央处理器通信连接，所述零电压检测电路连接与门电路，所述与门电路连接中央处理器，所述脉冲反馈电路连接驱动电路，所述驱动电路连接中央处理器；所述电网频率检测电路、同步电压检测电路、电压互感器、电流互感器的一端连接电容器与投切开关组合电路，另一端连接中央处理器；所述锁相放大器电连接中央处理器。

特别地，所述显示屏选用液晶显示屏(LCD)；所述按键组包括确定按键、退出按键、前进按键及后退按键。

特别地，所述接口芯片选用intel8279接口芯片；所述中央处理器选用Intel80C196KB中央处理器。

本实用新型提出的无功补偿柜用控制装置只检测任意两相的线电压、相电流波形上任意时刻的瞬时值，无需要检测无功功率因数角即可检测出无功功率，保证了补偿的快速性。本实用新型通过中央处理器进行同步相位控制，当实时检测到电容器两端电压与电网电压的大小相等、极性一致时，瞬时投入电容器，当电流过零时晶闸管自然关断，实现了无过渡过程投切电容器，解决了传统方式存在的问题：在小负荷时容易出现投切振荡，干扰电网；而在大负荷时又不易达到充分补偿。同时，本实用新型实现了自动监控和通信功能，功能设置简便，通过RS485通讯模块可以将电容器补偿设备与监控系统连接，实现遥测、遥信、遥控功能。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的无功补偿柜用控制装置结构图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容理解的更加透彻全面。需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参照图1所示，本实施例中无功补偿柜用控制装置具体包括显示屏101、按键组102、接口芯片103、中央处理器104、存储器105、RS485通讯模块106、驱动电路107、脉冲反馈电路108、与门电路109、零电压检测电路110、电容器与投切开关组合电路111、电网频率检测电路112、同步电压检测电路113、电压互感器114、电流互感器115以及锁相放大器116。其中，所述显示屏101、按键组102通过接口芯片103连接中央处理器104，所述存储器105、RS485通讯模块106与中央处理器104通信连接，所述零电压检测电路110连接与门电路109，所述与门电路109连接中央处理器104，所述脉冲反馈电路108连接驱动电路107，所述驱动电路107连接中央处理器104；所述电网频率检测电路112、同步电压检测电路113、电压互感器114、电流互感器115的一端连接电容器与投切开关组合电路111，另一端连接中央处理器104；所述锁相放大器116电连接中央处理器104。

具体的，在本实施例中所述显示屏101选用液晶显示屏(LCD)。液晶显示屏实时显示电网相电压、电网相电流、电网的三相无功功率、电网的有功功率、电网的功率因数、电网无功补偿所投入的容量和电网的频率。

所述按键组102包括但不限于确定按键、退出按键、前进按键及后退按键。通过按键组102可手动改变电容器的投切状态，数据复位，可切换液晶显示屏显示内容和设置时钟时间。

所述接口芯片103选用intel8279接口芯片。intel8279接口芯片是一种通用的可编程的键盘、显示接口器件，它既具有按键处理功能，又具有自动显示功能，主要用于传输中央处理器104和按键组102、显示屏101间的数据。

所述中央处理器104选用Intel80C196KB中央处理器。Intel80C196KB中央处理器是一种片内不带ROM的16位单片机，适用于各类自动控制系统、变频调速电机控制系统、一般的信号处理系统和高级智能仪器。其逻辑单元采用寄存器到寄存器结构，操作速度和数据吞吐能力强，拥有一套高效率、执行速度快的指令系统。在本实施例中中央处理器104的主要作用就是通过测量三相电压、电流来计算出电压、电流、有功功率、无功功率、视在功率和功率因数，根据负荷的大小和电网电压，进行电容器投切逻辑与组合判断。其EXTINT通道用于中央处理器104与intel8279接口芯片103的交互数据；ACH4通道输入的是线电压的正弦波；ACH5通道输入的是相电流的正弦波；HIS0通道输入的是电网频率数字信号。HS0.0及HS0.5通道用于输出该部件所触发的“外部事件”，即在指定的时刻输出高电平或低电平。XTAL1通道输入的是电流检测值。P2.5通道输出的是投入/切除指令，当中央处理器104发出投入指令时，输出高电平，相反则低电平。

RS485通讯模块106用于与上位机进行电网运行参数和中央处理器104运行状态的数据传输，存储器105中存储数据的输出及系统时间的校准等。存储器105选用ROM6264，其是微机系统中一种常用的静态ROM。6264为8K*8位，有13根地址线，8根数据线，用于保存系统的某些初始值，电网运行参数的定时存储，系统故障状态的存储等功能，以便随时查阅历史纪录。中央处理器104通过HS0.0及HS0.5引脚触发六脉冲输出事件，其设置通过向HS0.0发送命令完成，发送命令字分成两步：先将触发事件的命令字节写入HSO-COMMAND寄存器，再将事件发生的时间值写入HSO-TIME寄存器。其功能为给驱动电路107送入触发信号。

驱动电路107主要输出提供开关动作的正负脉冲信号。与门电路109即为逻辑组合电路。零电压检测电路110进行的零电压检测是指晶闸管无触电开关两端电压经电阻降压送到光电耦合器，当交流电压瞬时值与电容器的残压相等时晶闸管上电压为零，这时光电耦合器输出一个负脉冲，脉冲反相后与中央处理器104投入/切除指令相“与”后，输出一个脉冲开放/封锁信号。晶闸管两端一经触发就保持导通，相应的电容器投入运行。由于晶闸管导通后端电压接近为零，只要中央处理器104投入指令存在，触发脉冲就一直输出，保证了晶闸管可靠导通。当中央处理器104投入指令撤销时，触发脉冲就停发，晶闸管在电流过零时断开，直到中央处理器104下次发出投入指令才选择在零电压点重新投入，这样硬件的闭锁电路比较可靠，可以避免软件闭锁方式在电源大干扰(例如交流系统远方短路)误发触发脉冲。

脉冲反馈电路108具体用于：由于中央处理器104的控制要求实现的是瞬间处理而非传统的平均量反馈，因为绝缘栅双极型晶体管(IGBT)允许的最大过流时间远远小于平均量反馈的响应时间，所以必须设计快速反应脉冲反馈控制，在逆变器每一个脉冲输出期间，对输出电流的瞬态值进行处理，根据给定电流立刻决定逆变器控制单元当前输出脉冲的宽度，反馈信号处理环节只对电流瞬态波进行整形，调节灵敏度并改善系统的稳定性，不存在滤波滞后的环节。具体方法为反馈信号通过反馈线圈、整流二极管、充电电容和放电电阻输入给比较器，经比较器比较后输出触发脉冲给PWM。

电容器与投切开关组合电路111即主电路，其是补偿装置中的电容器接线方式和投切开关的不同组合。本实用新型中电容器分为三组，全部采用三角形接线，容量采用二进制方案。控制电容器投切的无触点投切开关有2只反并联的晶闸管构成，当主回路施加正向电压，且晶闸管的控制极有触发脉冲时，晶闸管导通，把电容器投入；而当去掉触发脉冲后，电流过零时自然关断，从电网上切除电容器，每个电容器支路上有快速熔断器作为短路保护。在谐波含量较大的场合中，由于谐波的影响，电容器支路上要串联电抗器，限制突变电流。晶闸管上并联有阻容吸收回路，吸收浪涌电压和抑制过电压，装置的输入端装有断路器，以使回路短路时能迅速跳断。

电网频率检测电路112、同步电压检测电路113、电压互感器114、电流互感器115、零电压检测电路110构成本实用新型的数据采集部分。数据采集部分的作用是对电网电压和负荷电流进行数据采集和预处理，并检测电网频率、同步电压信号、晶闸管零电压。同步电压检测采用单相同步，其余两相顺推120°，本实用新型中采用取A相的同步电压，经过数字锁相处理后得到均匀对称的、相距60°的信号，通过中央处理器104的HIS0向中央处理器104申请中断。同步电压检测根据中央处理器104的A/D转换所需要的电压，电压互感器114选择GYV-7微型电流型电压互感器，输入电压经限流电阻，使经过电压互感器114原边的额定电流为1mA，次级会产生一个相同的电流，通过运算放大器的作用，可以通过调节反馈电阻在输出端得到所要求的电压输出。电流检测根据中央处理器104的A/D转换所需要的电流，电流互感器115选择GYV-7微型电流互感器。输入额定电流为5A的电流，次级会产生一个5mA的电流，通过运算放大器的作用，可以通过调节反馈电阻在输出端得到所要求的电压输出。

电网频率的测量是利用HIS测量时钟周期原理，而利用HIS测量时钟周期原理是：将HIS设置为输入的时钟是每个跳变都为1个事件，跳变检测器按照HIS-MODE寄存器的规定的工作方式对HSL1通道的输入信号进行监视和检测，并将引脚的电平状态的检测结果送至HIS-STATUS额各对应奇数位，分别记录前一个事件发生的时刻和后一个事件发生的时刻，相减即为两次相邻正跳变的时间差，将这个时间差乘以T1(T1为中央处理器104内部一个16位的硬件定时器)的时钟周期，就得到被测的时钟周期。具体方式为电压互感器114的一次绕组与电网的A相电压连接，二次绕组信号送人运算放大器，运算放大器输出一个幅值不大于5V的正弦波，该正弦波由过零检测器变换为TTL电平方波，送入中央处理器104的HSL1引脚，有其检测的两次正跳变之间的时间间隔即为电压周期T，则电网周期的算式为：T＝(AX+COUNT*65536-BX)*1.34us，其中AX和BX分别为第一次和第二次脉冲出现的时间值，COUNT为T1溢出的次数。于是电网频率为f＝1/T。

锁相放大器116用于12MHz品质检测，其精确测量晶振的频率和品质因素。其测量原理为输出一组正弦信号通过晶振，然后再将信号输入锁相放大器116，通过中央处理器104控制锁相放大器116采集数据，输入中央处理器104，得出电信号振幅和频率，计算出晶振的谐振频率和品质因素。

本实用新型的技术方案只检测任意两相的线电压、相电流波形上任意时刻的瞬时值，无需要检测无功功率因数角即可检测出无功功率，保证了补偿的快速性。本实用新型通过中央处理器进行同步相位控制，当实时检测到电容器两端电压与电网电压的大小相等、极性一致时，瞬时投入电容器，当电流过零时晶闸管自然关断，实现了无过渡过程投切电容器，解决了传统方式存在的问题：在小负荷时容易出现投切振荡，干扰电网；而在大负荷时又不易达到充分补偿。同时，本实用新型实现了自动监控和通信功能，功能设置简便，通过RS485通讯模块可以将电容器补偿设备与监控系统连接，实现遥测、遥信、遥控功能。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (3)

1.一种无功补偿柜用控制装置，其特征在于，包括显示屏、按键组、接口芯片、中央处理器、存储器、RS485通讯模块、驱动电路、脉冲反馈电路、与门电路、零电压检测电路、电容器与投切开关组合电路、电网频率检测电路、同步电压检测电路、电压互感器、电流互感器以及锁相放大器；其中，所述显示屏、按键组通过接口芯片连接中央处理器，所述存储器、RS485通讯模块与中央处理器通信连接，所述零电压检测电路连接与门电路，所述与门电路连接中央处理器，所述脉冲反馈电路连接驱动电路，所述驱动电路连接中央处理器；所述电网频率检测电路、同步电压检测电路、电压互感器、电流互感器的一端连接电容器与投切开关组合电路，另一端连接中央处理器；所述锁相放大器电连接中央处理器。

2.根据权利要求1所述的无功补偿柜用控制装置，其特征在于，所述显示屏选用液晶显示屏；所述按键组包括确定按键、退出按键、前进按键及后退按键。

3.根据权利要求1或2任一项所述的无功补偿柜用控制装置，其特征在于，所述接口芯片选用intel8279接口芯片；所述中央处理器选用Intel80C196KB中央处理器。