CN207910480U - 一种太阳能光伏发电站无功补偿系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种太阳能光伏发电站无功补偿系统，多个现场无功补偿单元通过通信单元与远程监控端连接；现场无功补偿单元包括电压互感器、电流互感器、滤波电路、信号调理电路、DSP控制器、无线通信模块、投切控制电路、TCR阀组、保护电路，电压互感器、电流互感器与滤波电路连接，滤波电路、信号调理电路、DSP控制器、投切控制电路、TCR阀组依次连接，DSP控制器与无线通信模块相连接，TCR阀组与保护电路相连接。本实用新型采用DSP控制器，运算速度高，无功功率补偿效果好，控制精度高。同时，采用BOD二极管保护晶闸管，系统可靠性高。采用分布式架构，通过远程监控终端实现对多个现场投切单元的全面有效监控。

Description

一种太阳能光伏发电站无功补偿系统

技术领域：

本实用新型涉及太阳能光伏技术领域，尤其涉及一种太阳能光伏发电站无功补偿系统。

背景技术：

电力系统无功功率的平衡是电能质量的重要保证，在电力系统0.4kV低压电网中，采用无功补偿的方法来提高功率因数，减少无功损耗，是改善供电质量、减少损耗、提高设备利用率的重要手段之一。目前低压无功补偿装置多采用MCU作为主处理器，通过A/D采样电网的电压、电流参数，实时计算电网的无功功率、无功电流或功率因数，根据相应的控制策略来控制电容器组的投切，实现对电网的无功补偿。

现有的无功补偿系统由于受运算速度和硬件资源的限制，造成无功功率补偿效果不好，精度不高。同时，用于投切控制的晶闸管缺少保护措施，造成系统可靠性较差，易出现晶闸管损坏导致投切控制失效的情形。再次，由于太阳能电网系统庞杂，现有技术缺少系统的管理，没有实现对现场投切的全面有效监控。

实用新型内容：

本实用新型的目的在于提供一种太阳能光伏发电站无功补偿系统，以解决现有技术的不足。

本实用新型由如下技术方案实施：一种太阳能光伏发电站无功补偿系统，包括多个现场无功补偿单元、通信单元和远程监控端，所述多个现场无功补偿单元通过通信单元与远程监控端连接；所述现场无功补偿单元包括电压互感器、电流互感器、滤波电路、信号调理电路、DSP控制器、无线通信模块、投切控制电路、TCR阀组、保护电路，所述电压互感器、电流互感器与滤波电路连接，所述滤波电路、信号调理电路、DSP控制器、投切控制电路、TCR阀组依次连接，所述DSP控制器与无线通信模块相连接，所述TCR阀组与保护电路相连接。

优选的，所述投切控制电路包括与TCR阀组连接的光电耦合器，所述光电耦合器与零电压检测器连接，所述零电压检测器和与门连接，所述与门和多谐振荡器连接，所述多谐振荡器与脉冲隔离放大电路连接，所述脉冲隔离放大电路与TCR阀组连接。

优选的，所述电压互感器、电流互感器型号分别为JSGW-0.5型和LM-0.5型。

优选的，所述通信单元和无线通信模块为GPRS模块、WIFI模块、Zigbee模块任意一种。

优选的，所述远程监控端为数据库服务器或者PC机。

优选的，所述DSP控制器采用TMS320LF2407A控制器。

本实用新型的优点：本实用新型的无功补偿系统采用DSP控制器TMS320LF2407A，运算速度高，无功功率补偿效果好，控制精度高。同时，采用BOD二极管保护用于投切控制的晶闸管，系统可靠性高。再次，采用分布式架构，通过远程监控终端实现对多个现场投切单元的全面有效监控。

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为本实用新型的整体结构框图。

图2为本实用新型的现场无功补偿单元结构框图。

图3为本实用新型的投切控制电路结构框图。

图4为本实用新型的滤波电路原理图。

图5为本实用新型的信号调理电路原理图。

图6为本实用新型的光电耦合器电路原理图。

图7为本实用新型的过零检测电路原理图。

图8为本实用新型的晶闸管触发电路原理图。

图9为本实用新型的晶闸管保护电路原理图。

附图标记中：

1、现场无功补偿单元；2、通信单元；3、远程监控端；11、电压互感器；12、电流互感器；13、滤波电路；14、信号调理电路；15、TCR阀组；16、无线通信模块；17、DSP控制器；18、投切控制电路；19、保护电路。

具体实施方式：

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1、2所示，一种太阳能光伏发电站无功补偿系统，包括多个现场无功补偿单元1、通信单元2和远程监控端3，所述多个现场无功补偿单元1通过通信单元2与远程监控端3连接；所述现场无功补偿单元1包括电压互感器11、电流互感器12、滤波电路13、信号调理电路14、DSP控制器17、无线通信模块16、投切控制电路18、TCR阀组15、保护电路19，所述电压互感器11、电流互感器12与滤波电路13连接，所述滤波电路13、信号调理电路14、DSP控制器17、投切控制电路18、TCR阀组15依次连接，所述DSP控制器17与无线通信模块16相连接，所述TCR阀组15与保护电路19相连接。

如图3所示，所述投切控制电路18包括与TCR阀组15连接的光电耦合器，所述光电耦合器与零电压检测器连接，所述零电压检测器和与门连接，所述与门和多谐振荡器连接，所述多谐振荡器与脉冲隔离放大电路连接，所述脉冲隔离放大电路与TCR阀组15连接。

所述电压互感器11、电流互感器12型号分别为JSGW-0.5型和LM-0.5型。电压互感器及电流互感器的作用是将电网系统中的一次侧电压、电流信号实时的进行采集，并将采集数据传送到信号处理环节进行处理、计算，最终得到实时的无功数据。系统的额定电压为380V，信号采集电路能够处理的电压范围是-5V-5V。根据要求的条件选择的电压互感器及电流互感器型号分别为JSGW-0.5型和LM-0.5型。

所述通信单元2和无线通信模块16为GPRS模块、WIFI模块、Zigbee模块任意一种。通过上述任一一种方式实现远程监控端对现场无功补偿单元的无线监控。

所述远程监控端3为数据库服务器或者PC机。

所述DSP控制器17采用TMS320LF2407A控制器。TMS320LF2407A是TI公司推出的一款定点DSP控制器，它采用了高性能静态CMOS技术，使得供电电压降为3.3V，减小了控制器的功耗；40MIPS的执行速度使得指令周期缩短到25ns(40MHz)，从而提高了控制器的实时控制能力；集成了32K字的闪存(可加密)、2.5K的RAM、500ns转换时间的A/D转换器，片上事件管理器提供了可以满足各种电机的PWM接口和I/O功能，此外还提供了适用于工业控制领域的一些特殊功能，如看门狗电路、SPI、SCI和CAN控制器等，从而使它可广泛应用于工业控制领域。

如图3所示，投切控制电路其基本的工作原理是，先将晶闸管无触点开关两端的电压通过电阻的降压作用出送给光电耦合器，如果此时刻系统电压的值刚好与电容器的残压相等，相当于晶闸管两端的没有压差，光电耦合器就会选择在此时刻发出一个负脉冲。若此时DSP控制器也发出了电容器投切的指令，则负脉冲反相后与投切命令经过一个与门触发电路，发出触发晶闸管导通的脉冲。此脉冲会经过脉冲放大等环节的处理后产生连续的脉冲，晶闸管会由脉冲触发并保持平稳的导通状态。而晶闸管的断开是在电流过零时，控制电路的投入指令收回时发生的，直到收到再次有投入指令一直保持关断状态。

如图4所示，为滤波电路原理图。电网中存在非整次谐波和分次谐波，为了保证采样控制的准确性，增加低通滤波环节，在滤除高频信号的同时，还起到放大基频信号的作用。为了获得理想补偿效果，使用二阶低通滤波器。

如图5所示，为信号调理电路，把交流信号抬升，由于TMS320LF2407A供电电压降为3.3V，而信号输入部分的电压有正有负，所以要把电压抬升，将电压提升1.5V。

光电耦合器内部电路和基本接线图如图6所示，其良好的性能，缩短了开关时间、减小了对开关的损耗，同时对提高了装置的可靠性及安全性。驱动电路的基本工作任务是按照被控制目标的要求，将电子电路传入的信号转换为控制其开通和断开的信号，同时还起到将控制电路与主电路进行电气隔离的作用。

TSC投入电容器组时，要求电源电压与电容器残压的幅值与相角相等，避免出现涌流，冲击晶闸管，导致其损耗。然而实际操作中电容器的残压时很难测量的，所以需要采用过零检测电路解决电容器残压不易测量的问题，如图7所示。过零检测电路通过对两侧电压的检测比较，能够保证晶闸管开通前其两端的电压没有差值，从而可以在很大程度上避免或者减少了开关开通时可能产生的噪声和出现的损耗。

如图8所示，脉冲隔离放大环节即晶闸管触发电路，其作用是根据接收的到信号发出连续的脉冲，在有投切命令的时刻，确保晶闸管能够准确开通。常见的晶闸管触发电路有脉冲放大环节、脉冲变压器以及由附属电路构成的脉冲输出环节构成。其工作原理是：当其收到导通的信号，将通过脉冲变压器将信号转换为符合需要的连续脉冲，再将该脉冲输出到晶闸管的门极和阴极之间，触发晶闸管开通。

图9为采用BOD的晶闸管过电压保护电路。BOD通过串联一个限流电阻R2及防止BOD承受反向过电压的二极管D2连接于被保护晶闸管阳极与阴极之间。低通滤波支路R1、C1阻止由于正向dv/dtBOD产生的偏移电流，防止寄生触发，在BOD击穿时，起到延缓晶闸管门极电流作用时间，减少晶闸管开通损耗。稳压管D4防止低电压干扰信号使晶闸管误触发。D3所在支路为晶闸管正常工作时的触发电路。与缓冲电路的时间常数RsCs相比，如果电压上升速率dv/dt低，电容Cs上已充电至击穿电压Ubo，这是击穿导通电流峰值:

Itm＝Ubo/(Rs+R2)

如果dv/dt高，则晶闸管的结电容充至Ubo，此时Itm＝Ubo/R2。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种太阳能光伏发电站无功补偿系统，其特征在于，包括多个现场无功补偿单元(1)、通信单元(2)和远程监控端(3)，所述多个现场无功补偿单元(1)通过通信单元(2)与远程监控端(3)连接；所述现场无功补偿单元(1)包括电压互感器(11)、电流互感器(12)、滤波电路(13)、信号调理电路(14)、DSP控制器(17)、无线通信模块(16)、投切控制电路(18)、TCR阀组(15)、保护电路(19)，所述电压互感器(11)、电流互感器(12)与滤波电路(13)连接，所述滤波电路(13)、信号调理电路(14)、DSP控制器(17)、投切控制电路(18)、TCR阀组(15)依次连接，所述DSP控制器(17)与无线通信模块(16)相连接，所述TCR阀组(15)与保护电路(19)相连接。

2.根据权利要求1所述的一种太阳能光伏发电站无功补偿系统，其特征在于，所述投切控制电路(18)包括与TCR阀组(15)连接的光电耦合器，所述光电耦合器与零电压检测器连接，所述零电压检测器和与门连接，所述与门和多谐振荡器连接，所述多谐振荡器与脉冲隔离放大电路连接，所述脉冲隔离放大电路与TCR阀组(15)连接。

3.根据权利要求1所述的一种太阳能光伏发电站无功补偿系统，其特征在于，所述电压互感器(11)、电流互感器(12)型号分别为JSGW-0.5型和LM-0.5型。

4.根据权利要求1所述的一种太阳能光伏发电站无功补偿系统，其特征在于，所述通信单元(2)和无线通信模块(16)为GPRS模块、WIFI模块、Zigbee模块任意一种。

5.根据权利要求1所述的一种太阳能光伏发电站无功补偿系统，其特征在于，所述远程监控端(3)为数据库服务器或者PC机。

6.根据权利要求1所述的一种太阳能光伏发电站无功补偿系统，其特征在于，所述DSP控制器(17)采用TMS320LF2407A控制器。