CN211405491U - 一种智慧物联型无功补偿装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及电力技术领域，尤其涉及一种智慧物联型无功补偿装置，包括：智能无功补偿控制器以及与智能无功补偿控制器无线通讯连接的智能电容器组，所述智能无功补偿控制器包括：交流采样模块、控制模块以及第一无线通讯模块，所述智能电容器组包括连接在电网侧的双分补智能电容器、分补智能电容器以及共补智能电容器，所述双分补智能电容器、分补智能电容器以及共补智能电容器均包括：第二无线通讯模块、主控模块、投切开关以及电容器本体。本实用新型采用无线网络通讯，节省了人工接线成本和材料成本，降低了通讯线脱落、接触不良等故障；投切开关与电容器本体通过固定接线方式，可以自动化装配，提高了供应效率，且接线牢固。

Description

一种智慧物联型无功补偿装置
技术领域
本实用新型涉及电力技术领域，尤其涉及一种智慧物联型无功补偿装置。
背景技术
随着大数据、云计算、物联网、移动互联、人工智能等新型科学技术快速发展，电力网络正向泛在物联网领域演进，即电力泛在物联网。泛在电力物联网是传统工业技术与以物联网为代表的新一代信息通信技术深度融合而产生的一种新型电力网络运行形态。
无功补偿通过补偿电网中无功功率，提高功率因数，降低线损，提高供电效率，保障电网可靠运行的重要手段。随着科学技术的快速发展，智能电容器在电网中被广泛的应用。但是传统智能电容器还是通过RS485等有线网络进行组网通讯，同时主机需要实施监控从机设备状态，无法及时发现设备故障，从而容易造成用电事故。
无功补偿设备之间需要连接RS485等有线网络进行通讯，现场施工时需要连接大量的通讯线，浪费大量的人力、物力，而且随着使用时间的推移，还存在485线容易老化，脱漏等风险，造成设备无法正常使用。
投切开关通过软编线连接到电容器本体的接线端子容易脱离，造成用电事故等问题。
实用新型内容
为解决上述问题，本实用新型提出一种智慧物联型无功补偿装置。
一种智慧物联型无功补偿装置，包括：智能无功补偿控制器以及与智能无功补偿控制器无线通讯连接的智能电容器组，所述智能无功补偿控制器包括：交流采样模块、控制模块以及第一无线通讯模块，所述智能电容器组包括连接在电网侧的双分补智能电容器、分补智能电容器以及共补智能电容器，所述双分补智能电容器、分补智能电容器以及共补智能电容器均包括：第二无线通讯模块、主控模块、投切开关以及电容器本体；
所述交流采样模块用于周期性采集电网侧A、B、C三相的电压、电流数据；
所述控制模块连接交流采样模块，用于根据电网侧A、B、C三相的电压、电流数据进行无功欠补偿或无功过补偿的判断，并将根据判断结果生成的投切控制命令发送到第一无线通讯模块；
所述第一无线通讯模块连接控制模块，用于发送投切控制命令给智能电容器；
所述第二无线通讯模块无线通讯连接第一无线通讯模块，用于接收第一无线通讯模块发送的投切控制命令并发送到主控模块；
所述主控模块连接第二无线通讯模块，用于对电压、电流信号实现过零检测；
所述投切开关连接主控模块，并固定连接在电容器本体，用于根据投切控制命令，再结合对电压、电流信号过零检测，实现对电容器本体的投切。
优选的，所述智能无功补偿控制器还包括：
与控制模块连接的第一人机交互模块，用于无功补偿数据、智能电容器状态、采集周期的查询和设置。
优选的，所述智能无功补偿控制器还包括：
通过第一无线通讯模块与控制模块连接的云服务器，用于通过第一无线通讯模块与控制模块实现数据交互，并实现对数据的统计、分析、计算。
优选的，所述智能无功补偿控制器还包括：
与第一无线通讯模块连接的网关模块，用于组建无线网络，所述智能电容器通过无线网络检测到网关模块的对应网关局域网络，则主动发出登录注册命令，控制模块接收到登录注册命令后，发送确认应答命令，则完成智能电容器主动登录注册组网。
优选的，所述智能电容器还包括：与主控模块连接的掉电检测模块，用于当检测到掉电后，切除已经投入的电容器本体，并生成掉电事件主动上报给智能无功补偿控制器。
优选的，所述掉电检测模块包括：电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、比较器U1以及电容C1，所述电阻R1的一端连接电网侧输出端，另一端连接电阻R2的一端以及二极管D4、D5、D6、D7组成的桥式整流电路，所述电阻R2的另一端连接公共地，桥式整流电路的一输出端连接电阻R3的一端以及二极管D1的正极，所述电阻R3的另一端连接比较器U1的正相输入端，二极管D1的负极连接二极管D2的负极，所述二极管D2的正极连接公共地，桥式整流电路的另一输出端连接电阻R4的一端、电阻R5的一端以及比较器U1的反相输入端，所述电阻R4的另一端连接公共地，电阻R5的另一端连接电源端，所述电阻R6的一端连接比较器U1的正相输入端，另一端连接公共地，比较器U1的输出端连电阻接R8的一端、电容C1的一端、电阻R7的一端以及二极管D3的负极，所述电阻R8的另一端连接输出端，电容C1的另一端、电阻R7的另一端以及二极管D3的正极均连接公共地。
通过使用本实用新型，可以实现以下效果：
1.采用无线网络通讯，无需连接通信RS485线，节省了人工接线成本和材料成本，降低了通讯线脱落、接触不良等故障；
2.投切开关与电容器本体通过固定接线方式，接线牢固，不易脱离；
3.当检测到掉电后，切除已经投入的电容器本体，并生成掉电事件主动上报给智能无功补偿控制器，实现掉电检测及报警；
4.智能电容器组包括连接在电网侧的双分补智能电容器、分补智能电容器以及共补智能电容器，以实现对电网侧不同的补偿。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
图1是本实用新型一实施例一种智慧物联型无功补偿装置的示意性框图；
图2是本实用新型一实施例一种智慧物联型无功补偿装置中智能无功补偿控制器的示意性框图；
图3是本实用新型一实施例一种智慧物联型无功补偿装置中智能电容器的示意性框图；
图4是本实用新型一实施例一种智慧物联型无功补偿装置中投切开关和电容器本体的结构图；
图5是本实用新型一实施例一种智慧物联型无功补偿装置中掉电检测模块的电路原理图。
其中，1智能无功补偿控制器、11交流采样模块、12控制模块、13第一无线通讯模块、14第一人机交互模块、15云服务器、16网关模块、2智能电容器组、21双分补智能电容器、22分补智能电容器、23共补智能电容器、211第二无线通讯模块、212主控模块、213投切开关、214电容器本体、215掉电检测模块、216螺钉。
具体实施方式
以下结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。
本实用新型提出了一种智慧物联型无功补偿装置，如图1～3所示，智能无功补偿控制器1以及与智能无功补偿控制器1无线通讯连接的智能电容器组2。智能无功补偿控制器1包括：交流采样模块11、控制模块12、第一无线通讯模块13、第一人机交互模块14、云服务器15以及网关模块16。智能电容器组2包括连接在电网侧的双分补智能电容器21、分补智能电容器22以及共补智能电容器23，所述双分补智能电容器21、分补智能电容器22以及共补智能电容器23均包括：第二无线通讯模块211、主控模块212、投切开关213、电容器本体214以及掉电检测模块215。
交流采样模块11用于周期性采集电网侧A、B、C三相的电压、电流数据、以及电压电流信号夹角等信号处理和采样，上述模拟量数据经过ADC模数转换成数据信号。在本实施例中，交流采样模块采用TI公司的ADS8688芯片，基于16位逐次逼近(SAR)模数转换器(ADC)的八路数据采集系统，工作在500kPs的吞吐量，双极工作电源±10.24V，±5.12V和±2.56V，单极工作电源0V到10.24V和0V到5.12V，输出保护电压高达成±20V，低功耗65mW，具有极好的性能：SNR：92dB；THD:-102dB，主要用于工业控制PLC和数据采集系统。
控制模块12连接交流采样模块11，采用Cortex-M3内核ARM处理器作为核心部件，负责采集和计算电网测三相电压、电流、功率因数、有功功率、无功功率等数据，以无功功率作为控制物理量，功率因数作为判断条件，进行无功调度、投切控制以及控制装置、数据等统计和计算，并形成各种曲线数据，并根据电网侧无功功率、功率因数进行无功欠补偿或无功过补偿的判断，并将根据判断结果生成的投切控制命令发送到第一无线通讯模块。
第一无线通讯模块13连接控制模块12，用于发送投切控制命令给智能电容器。在本实施例中，第一无线通讯模块采用WIFI通讯模块，但是在实际应用中，第一无线通讯模块还可以采用4G通讯模块、5G通讯模块、蓝牙通讯模块等无线通讯模块。
第一人机交互模块14与控制模块12连接，主要通过LCD点阵液晶，按键等进行无功补偿数据、控制状态、参数等信息查询和设置，实现人机交互功能。
云服务器15用于通过第一无线通讯模块13与控制模块实现数据交互，并实现对数据的统计、分析、计算以及数据曲线绘制等。
网关模块16与第一无线通讯模块13连接，用于组建无线网络，一种智慧物联型无功补偿装置上电启动后，智能无功补偿控制器开启网关模块，时刻向云服务器传送采样数据并接收数据分析结果，同时等待接收智能电容器主动注册登录命令。智能电容器通过无线网络检测到对应网关局域网络，则主动发出从机登录命令，智能无功补偿控制器接收到登录注册命令后，发送确认应答命令，则完成从机主动登录注册组网。
在本实施例中，智能电容器组2包括：双分补智能电容器21、分补智能电容器22以及共补智能电容器23，以实现对电网侧不同的补偿。其中，分补智能电容器22是对单相做补偿，利用投切开关，就可以对A、B、C相各自独立地工作。双分补智能电容器21则是相当于两个分补智能电容器的结合。共补智能电容器23是对三相电路同时做补偿，三相同时一起工作，同时吸合，同时断开。
第二无线通讯模块211无线通讯连接第一无线通讯模块13，用于接收第一无线通讯模块13发送的投切控制命令并发送到主控模块212。在本实施例中，第二无线通讯模块采211用WIFI通讯模块，但是在实际应用中，第二无线通讯模块211还可以采用4G通讯模块、5G通讯模块、蓝牙通讯模块等无线通讯模块。
主控模块212连接第二无线通讯模块211，用于对电压、电流信号实现过零检测。在本实施例中，采用GS1102用于过零检测电路的芯片，通过检测输入端电压，当输入端电压小于阈值时，驱动光耦芯片，得到电力线过零检测信号，当输入端电压大于阈值时，输出端呈现高阻态。芯片自身具有极低的功耗，静态工作电流小于10uA，从而可将电能大部分用于驱动光耦，获得较宽的过零检测脉冲，使系统更容易检测。芯片输入采用施密特触发器，输入低电压VIL最低0.6V，输入高电压VIH最高2.5V，具有较高的检测精度，内部的迟滞处理也使芯片可以更容易将电力线上的毛刺滤除，有效防止电力线上噪声导致的错误过零检测信号。芯片内部集成了芯片和光耦供电所需电源的整流二极管，输入端集成稳压二极管。只需外接一个电容即可由输入端为过零检测电路进行供电，整体解决方案所需外围器件较少。主控模块还用于在投切开关投切完成后，通过检测电流、电压过零信号判断投切开关投切控制是否执行，从而判断投切开关是否故障。
投切开关213连接主控模块212，并固定连接在电容器本体214，用于根据投切控制命令，再结合对电压、电流信号过零检测，实现对电容器本体124的投切，在电容器本体214投切完成后从而实现无功补偿。如图4所示，投切开关213通过螺钉216与电容器本体214固定连接，接线牢固且不易脱离。
掉电检测模块215用于当检测到掉电后，切除已经投入的电容器本体，并生成掉电事件主动上报给智能无功补偿控制器。在本实施例中，如图5所示，掉电检测模块包括：电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、比较器U1以及电容C1。电阻R1的一端连接电网侧输出端，另一端连接电阻R2的一端以及二极管D4、D5、D6、D7组成的桥式整流电路，电阻R2的另一端连接公共地，桥式整流电路的一输出端连接电阻R3的一端以及二极管D1的正极，电阻R3的另一端连接比较器U1的正相输入端，二极管D1的负极连接二极管D2的负极，二极管D2的正极连接公共地，桥式整流电路的另一输出端连接电阻R4的一端、电阻R5的一端以及比较器U1的反相输入端，所述电阻R4的另一端连接公共地，电阻R5的另一端连接电源端，所述电阻R6的一端连接比较器U1的正相输入端，另一端连接公共地，比较器U1的输出端连电阻接R8的一端、电容C1的一端、电阻R7的一端以及二极管D3的负极，所述电阻R8的另一端连接输出端，电容C1的另一端、电阻R7的另一端以及二极管D3的正极均连接公共地。其中，采集的电流信号经过电阻R1限流以及桥式整流电路之后连接比较器U1的正相输入端，电源输出经过电阻R5、R4的分压连接比较器U1的反相输入端，两者进行比较的输出电流经过电阻R7、R8以及电容C1的滤波之后输出，根据输出信号即可对掉电进行检测。
本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (6)

1.一种智慧物联型无功补偿装置，其特征在于，包括：智能无功补偿控制器以及与智能无功补偿控制器无线通讯连接的智能电容器组，所述智能无功补偿控制器包括：交流采样模块、控制模块以及第一无线通讯模块，所述智能电容器组包括连接在电网侧的双分补智能电容器、分补智能电容器以及共补智能电容器，所述双分补智能电容器、分补智能电容器以及共补智能电容器均包括：第二无线通讯模块、主控模块、投切开关以及电容器本体；
所述交流采样模块用于周期性采集电网侧A、B、C三相的电压、电流数据；
所述控制模块连接交流采样模块，用于根据电网侧A、B、C三相的电压、电流数据进行无功欠补偿或无功过补偿的判断，并将根据判断结果生成的投切控制命令发送到第一无线通讯模块；
所述第一无线通讯模块连接控制模块，用于发送投切控制命令给智能电容器；
所述第二无线通讯模块无线通讯连接第一无线通讯模块，用于接收第一无线通讯模块发送的投切控制命令并发送到主控模块；
所述主控模块连接第二无线通讯模块，用于对电压、电流信号实现过零检测；
所述投切开关连接主控模块，并固定连接在电容器本体，用于根据投切控制命令，再结合对电压、电流信号过零检测，实现对电容器本体的投切。
2.根据权利要求1所述的一种智慧物联型无功补偿装置，其特征在于，所述智能无功补偿控制器还包括：
与控制模块连接的第一人机交互模块，用于无功补偿数据、智能电容器状态、采集周期的查询和设置。
3.根据权利要求1所述的一种智慧物联型无功补偿装置，其特征在于，所述智能无功补偿控制器还包括：
通过第一无线通讯模块与控制模块连接的云服务器，用于通过第一无线通讯模块与控制模块实现数据交互，并实现对数据的统计、分析、计算。
4.根据权利要求1所述的一种智慧物联型无功补偿装置，其特征在于，所述智能无功补偿控制器还包括：
与第一无线通讯模块连接的网关模块，用于组建无线网络，所述智能电容器通过无线网络检测到网关模块的对应网关局域网络，则主动发出登录注册命令，控制模块接收到登录注册命令后，发送确认应答命令，则完成智能电容器主动登录注册组网。
5.根据权利要求1所述的一种智慧物联型无功补偿装置，其特征在于，所述智能电容器还包括：与主控模块连接的掉电检测模块，用于当检测到掉电后，切除已经投入的电容器本体，并生成掉电事件主动上报给智能无功补偿控制器。
6.根据权利要求5所述的一种智慧物联型无功补偿装置，其特征在于，所述掉电检测模块包括：电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、比较器U1以及电容C1，所述电阻R1的一端连接电网侧输出端，另一端连接电阻R2的一端以及二极管D4、D5、D6、D7组成的桥式整流电路，所述电阻R2的另一端连接公共地，桥式整流电路的一输出端连接电阻R3的一端以及二极管D1的正极，所述电阻R3的另一端连接比较器U1的正相输入端，二极管D1的负极连接二极管D2的负极，所述二极管D2的正极连接公共地，桥式整流电路的另一输出端连接电阻R4的一端、电阻R5的一端以及比较器U1的反相输入端，所述电阻R4的另一端连接公共地，电阻R5的另一端连接电源端，所述电阻R6的一端连接比较器U1的正相输入端，另一端连接公共地，比较器U1的输出端连电阻接R8的一端、电容C1的一端、电阻R7的一端以及二极管D3的负极，所述电阻R8的另一端连接输出端，电容C1的另一端、电阻R7的另一端以及二极管D3的正极均连接公共地。
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