CN206237139U - 一种可扩展无功补偿控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种可扩展无功补偿控制器，其包括LCD显示输入模块，主控制模块，以及多个扩展输出模块组成；主控制模块由MCU、电压采样单元、电流采样单元、数字电位器、继电器、电源、CAN 接口、温度检测单元、以及RS485通信单元构成；LCD显示输入模块和主控制模块之间，主控制模块和多个扩展输出模块之间，以及多个扩展输出模块之间由通信连接线连接。本实用新型布置灵活，输出回路可扩展，适合多回路，大容量补偿系统；采用CANopen协议，组网简单，通信抗干扰性特别强，可靠性高，稳定性好；节省大量二次线缆；智能化，控制器预置多种参数；提供实时检测的高精度谐波电压,谐波电流。

Description

一种可扩展无功补偿控制器

技术领域

本实用新型涉及一种电力系统低压功率因数自动补偿控制器，尤其涉及一种可扩展无功补偿控制器。

背景技术

随着现代工业的飞速发展，对电能的质量要求越来越高，无功功率的平衡是电能质量的重要保证。无功功率补偿装置是一种能够稳定电网电压，改善电网供电质量和变压器利用率，节约电能，提高用电可靠度的装置。在低压供电系统中，低压无功补偿装置的功能就是向感性负载设备就近提供无功功率。低压无功补偿控制器的核心是通过检测电压电流计算出功率因数、无功功率。按照一定的规律投切电容器组，实现无功补偿。

现有的无功补偿控制器主要有两大类缺点：

1.只能将显示、按键输入、输出控制、通信、电源等一体化的控制器安装在配电柜面板上面。这样导致很多导线（电源，通信，输出控制）必须从配电柜内部接到面板上面，控制器面板接线端子处有很多不同的电缆，造成二次线布线复杂，需花费大量电缆，增加工作量，而且二次线容易漏接或者接错。输出控制回路数量一定，不能扩展多的回路。如果有好几台无功补偿柜时,大量的二次回路控制线必须从控制器接到其他补偿柜。

2.低压无功补偿控制器只能二象限运行根据电网的无功功率或者功率因数，通过固定的分组式方法将相同容量的电容器组投切的逐步逼近负荷的无功需量以提高功率因数。当电容器组投切回路出现故障或者电容器故障时控制器无法判断，进而投入更多的电容器组或者导致故障进一步扩大。投切选择没有考虑各个电容器组使用频次和使用时间，容易对同一组电容器多次进行投切动作，或者长时间运行某一组电容器组，导致该电容器组，接触器故障增加，使用寿命减少。采样电压，采样电流相序等固定的，不能任意设定修改。

实用新型内容

鉴于现有的技术缺陷，本实用新型的目的在于克服现有技术之不足，通过RJ11通信连接线连接可扩展无功补偿控制器的LCD显示输入模块和主控制模块，主控制模块和多个扩展输出模块，以及相互连接多个扩展输出模块。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种可扩展无功补偿控制器，包括LCD显示输入模块，主控制模块，以及多个扩展输出模块。主控制模块由MCU、电压采样单元、电流采样单元、数字电位器、继电器、电源、CAN接口、温度检测单元、以及RS485通信单元构成。LCD显示输入模块和主控制模块之间，主控制模块和多个扩展输出模块之间，以及多个扩展输出模块之间由通信连接线连接。

本实用新型的可扩展无功补偿控制器必须有LCD显示输入模块和主控模块，如果输出回路数量不够可接输出扩展模块。

LCD显示输入功能模块包括显示输入模块触摸按键、LCD显示屏、以及RJ11接口。显示输入模块由主控模块通过通信连接线供电，显示输入模块内部包含LCD驱动电路、按键输入电路、以及通信隔离电路。

主控制模块由MCU、电压采样单元、电流采样单元、数字电位器、继电器、电源、CAN接口、温度检测单元、以及RS485通信单元构成。MCU 采用TMS320F28335，该DSP运行频率最高150 MHz，运行速度快，大大提高电压、电流采集后数据分析的实时性。TMS320F28335内置CAN 控制器，非常适合于总线控制系统；信号采集模块与MCU 之间用HCNR201 线性光耦进行隔离，继电器与MCU 之间也采用光耦TLP-521 进行隔离，增强系统可靠性和抗干扰性；CAN 驱动芯片采用TJA1050，与TMS320F28335之间用PS9121 高速光耦隔离，PS9121的工作信号频率最高可达10 MHz，满足CAN 通信的需要。隔离的DC-DC 模块为TJA1050 和PS9121供电，实现与其他模块的供电隔离，减少数字信号造成的干扰。TMS320F28335测量时，从电压互感器和电流互感器的二次侧引入输入信号，电流信号经过非失真模拟小信号放大电路处理，然后对电压和电流信号同时进行隔离、采样、保持，并送入A／D转换器变成离散数据序列信号。微控制CPU对离散数据序列信号分析和处理。将其处理的结果，一方面，通过LCD模块将采集到的数据在显示屏上显示出来，包括电压、电流、频率、有功功率、无功功率、功率因数，谐波次数，投切电容组数、电容投切次数。另一方面将测量的结果参数保存，并记录特殊事件，以状态灯的形式指示，同时提供ModBus-RTU接口供其他设备监测和分析。

扩展输出模块在用户输出回路不够时需用此模块，该模块包含4个继电器输出回路，主控模块根据补偿容量将信息通过通信线传到总线上，扩展模块收到信息解析出命令进行相应动作。

扩展温度模块主要用来测量其他电容柜的柜内温度，显示输入模块显示该模块温度，该扩展模块具有4通道温度检测，4路风扇、报警输出。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型的分布式可扩展无功补偿控制器的拓扑图；

图2是本实用新型的LCD显示输入模块的结构示意图；

图3 是本实用新型主控模块的结构示意图；

图4是本实用新型扩展输出模块的结构示意图；

图5 是本实用新型扩展温度模块的结构示意图；

图6 是本实用新型RJ11通信扩展接口的电路示意图；

图7 是本实用新型电压电流信号经过非失真模拟小信号放大电路处理示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。

如图1所示，本实用新型的分布式可扩展无功补偿控制器主要由LCD显示输入模块1、主控模块2、扩展输出模块3、通信连接线4等组成。通信连接线4为6芯通信线，其中4芯为通信线（2芯并联，实际只算两芯通信线），另外两芯为电源线正负极，显示输入模块和扩展模块均由主模块供电。RJ11接口5为6针。可扩展无功补偿控制器必须有显示输入模块，主控模块，如果输出回路不够可接输出扩展模块。

如图2所示，LCD显示输入模块1包括显示输入模块触摸按键7、LCD显示屏6、以及RJ11通信接口电路5。LCD显示输入模块1由主控模块2通过通信连接线4（6芯通信线）供电，LCD显示输入模块1内部包含LCD驱动电路，按键输入电路，通信隔离电路。

如图3所示，主控模块包括通信供电接口5，通信隔离电路8，电压采样电路9，电流采样隔离电10，信号调理电路11，温度采样电路12，继电器输出电路13。MCU 采用TMS320F28335，该DSP运行频率最高150 MHz，运行速度快，大大提高电压、电流采集后数据分析的实时性。TMS320F28335内置CAN 控制器，非常适合于总线控制系统；电压采样单元与MCU 之间以及电流采样单元与MCU 之间都用HCNR201 线性光耦进行隔离，继电器与MCU 之间也采用光耦TLP-521 进行隔离，增强系统可靠性和抗干扰性； CAN 驱动芯片采用TJA1050，与TMS320F28335之间用PS9121 高速光耦隔离，PS9121的工作信号频率最高可达10 MHz，满足CAN 通信的需要。隔离的DC-DC 模块为TJA1050 和PS9121 供电，实现与其他模块的供电隔离，减少数字信号造成的干扰。TMS320F28335测量时，从电压互感器和电流互感器的二次侧引入输入信号，电流信号经过非失真模拟小信号放大电路处理，如图7所示，然后对电压和电流信号同时进行隔离、采样、保持，并送入A／D转换器变成离散数据序列信号。微控制CPU对离散数据序列信号分析和处理。将其处理的结果，一方面，通过LCD模块将采集到的数据在显示屏上显示出来，包括电压、电流、频率、有功功率、无功功率、功率因数，谐波次数，投切电容组数、电容投切次数。另一方面将测量的结果参数保存，并记录特殊事件，以状态灯的形式指示，同时提供ModBus-RTU接口供其他设备监测和分析。

扩展输出模块如图4所示：由通信供电接口5，通信隔离电路8，继电器输出电路13，MCU组成。如在用户输出回路不够时需用此模块，该模块包含4个继电器，主控模块根据补偿容量将信息通过通信连接线4传到通信总线上，扩展模块收到信息解析出主模块的命令进行相应动作。

如图5所示，扩展温度模块由通信供电接口5，通信隔离电路8，温度采集电路12，风扇控制电路14，温度报警电路15和MCU组成。此模块主要用来测量其他电容柜的柜内温度，显示输入模块可显示该模块温度，该扩展模块具有4通道温度检测，4路风扇、报警输出。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种可扩展无功补偿控制器，包括LCD显示输入模块，主控制模块，以及多个扩展输出模块组成；主控制模块由MCU、电压采样单元、电流采样单元、数字电位器、继电器、电源、CAN 接口、温度检测单元、以及RS485通信单元构成；其特征在于，LCD显示输入模块和主控制模块之间，主控制模块和多个扩展输出模块之间，以及多个扩展输出模块之间由通信连接线连接。

2.如权利要求1所述的可扩展无功补偿控制器，其特征在于，MCU 是一个DSP，MCU与电压采样单元和电流采样单元之间用线性光耦隔离，继电器与MCU 之间也采用光耦进行隔离， CAN 接口的CAN 驱动芯片与MCU之间用高速光耦隔离，使用隔离的DC-DC 模块为CAN驱动芯片和隔离CAN 驱动芯片与MCU 高速光耦供电。

3.如权利要求1或2所述的可扩展无功补偿控制器，其特征在于，LCD显示输入功能模块包括显示输入模块触摸按键、LCD显示屏、RJ11接口、LCD驱动电路、按键输入电路、以及通信隔离电路；显示输入模块由主控模块通过通信连接线供电。

4.如权利要求1或2所述的可扩展无功补偿控制器，其特征在于，扩展输出模块包括一个或者多个扩展温度模块。