CN2755840Y - 晶闸管投切电容无功补偿控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及是基于实时多任务操作系统的单片微机控制的晶闸管投切电容无功补偿控制器，它由面板、显示电路板、数据采集电路板、主电路板、外接线板安装于机箱体内构成，面板上装有电源指示灯、旋转开关、LCD显示屏、状态指示灯、键盘等，并通过不同的信号线与显示电路板连接；主电路板通过不同的信号线与显示电路板、数据采集电路板、外接线板等连接，外接线板装于后面板上，通过接线端子与现场信号连接；本实用新型结构简单、操作方便、具有多种运行方式选择，通用性强，无功电流检测速度快，补偿响应速度快，工作稳定可靠。

Description

晶闸管投切电容无功补偿控制器

技术领域

本实用新型涉及基于S-RTOS(专用实时多任务操作系统，即Special-RealTime Operation System)的晶闸管投切电容无功补偿控制器。

背景技术

单片微机控制晶闸管投切电容的无功控制器是根据实时检测负载基波无功电流大小来动态投切各电容器补偿支路，以实现对供电系统无功功率补偿，使用电系统的功率因数达到电网规定的要求。为了保证动态无功补偿的效果，要求无功电流的检测速度和电容器投切的响应速度要尽可能缩短，且补偿电容器投切精度高，以达到无功补偿的精度要求，减小网压波动。但是，目前国内生产的基于微处理器的无功补偿控制器，存在以下缺陷：1)无功电流检测和控制功能单一，不能满足多种不同供电接线方式的需要，因而通用性差；2)无功电流检测采用傅立叶算法和常规的瞬时无功功率理论算法，检测所需时间长；3)采用单一的无功功率大小确定补偿电容量的投切控制方法，没有实现无功优先或网压优先算法以满足不同现场的对无功功率补偿及网压波动的要求；4)采用传统顺序结构的软件设计方式来设计软件系统，软件的稳定性、可靠性难以保证，而软件响应的实时性也因此受到影响。此外软件的修改、维护和升级往往都比较困难，一些细小的修改，特别是牵涉到系统硬件资源的代码变更，都需要程序员对全部的硬件系统和软件流程进行统一的调度、资源配置和CPU的时间安排，更需要考虑各种中断程序的存在而导致程序调度的复杂过程的处理设计。这样，不但程序开发周期长，其性能难以得到保障，更难以进行产品的系列开发，以适应于不同使用场合的需求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于S-RTOS(专用实时多任务操作系统，即Special-Real Time Operation System)的晶闸管投切电容无功补偿控制器，克服和解决现有的基于单片机的无功控制器通用性差、检测时间慢、投切控制方式不灵活、程序设计结构稳定性差、修改维护不方便、升级困难等缺陷，在控制器的硬件设计和程序开发上，充分考虑本实用新型的无功控制器对各种供电系统接线方式的适应能力、无功电流的检测速度、无功补偿策略及其投切控制方法、程序设计结构等各综合因素，研制设计出一种基于自开发的S-RTOS的智能型的软件平台，较好地实现了软、硬件开发的分离。为增加本实用新型的控制功能和适应能力，设计出能满足各种不同的供电系统接线方式、各种不同的负载特性和应用场合的硬件系统及相应的功能软件模块。众多的功能模块及控制算法在S-RTOS智能软件平台的管理下，可以实时、稳定、可靠地工作，以确保无功控制器的强适应性能和快速响应性能，而且能克服基于顺序结构设计的软件系统和控制策略单一、产品稳定性、可靠性和实时性难以得到保障、软件设计修改、维护和升级困难等缺点，可以根据不同的使用场合需要增添或修改合适的控制策略模块，实现产品的快速开发和升级。

本实用新型是通过软件(S-RTOS和控制策略)和硬件两方面的技术方案来实现的：在软件方面，通过设计专用的S-RTOS，来实现软、硬件系统设计分离，产品设计的保密性好等目的。此外，由于采用了S-RTOS，程序员的软件设计只需针对产品的功能需求来设计各任务代码，而无需对硬件系统、任务调度、各任务的时序配合等问题进行设计，这些工作可由S-RTOS来统一调度处理。在任务实时性方面，程序员只需给各任务分配不同的优先级，S-RTOS可自行根据任务优先级和CPU资源来调度各任务，优先级最高的任务可确保最先实现，优先级最低的任务最后实现。从功能需求角度来分析，本控制装置的软件模块可划分为AD采样任务、开关量检测任务、数值计算任务、无功控制任务、电力参数计算任务、通信任务、系统自检任务等常规任务。此外还存在各种中断、异常处理(如无功检测、过电流检测)等特殊任务。在进行本控制装置的软件设计时，需要在某一个时间间隔(程序执行周期)内执行完各种常规任务；此外，中断等特殊任务则是需要实时处理：常规任务必须等待特殊任务完成后才能予以执行，而当特殊任务发生时，常规任务正在执行当中的话，软件系统必须把正在执行的常规任务暂时挂起，并立刻处理特殊任务，待特殊任务完成后才接着处理被挂起的常规任务。如果采用传统顺序结构的软件设计方法，由于单片微型计算机的程序一般与硬件资源(包括单片微型计算机35中的各种存储器、I/O端口、内部寄存器和存储空间等)结合比较紧密，则软件的稳定性、安全性和移植性都受到很大限制，其中比较突出的问题是各个任务之间的时序配合和对硬件资源的独占和释放控制。传统顺序结构的程序流程模式是：程序从一个主函数开始，经过对硬件进行各种初始化后，进入一个死循环。在这个死循环中，必须对上述各个常规任务的执行顺序、执行时间和对硬件资源的占有、释放进行严格的安排，任何时序配合失误或硬件资源分配失误都会导致系统的崩溃。即便实现了较好的时序配合和硬件资源分配，由于无可避免存在各种中断和异常处理问题，预先设计好的程序流程必然被打乱，此时整个软件的时序配合和硬件资源分配就很有可能失控，从而导致系统的崩溃。此外，任何新的任务(新功能需求)的加入，都会对原因程序流程和中断处理的时序配合和资源分配造成很大的影响，甚至导致系统的不稳定。现有的采用单片微型计算机的无功补偿装置都采用了类似于顺序结构的设计思路。实时多任务操作系统(S-RTOS)是指能满足实时控制系统的实时性要求，有效管理系统任务及资源的操作系统。将自开发的S-RTOS引入到本控制装置中，可有效避免传统顺序结构的各种缺陷。S-RTOS类似于PC机上的WINDOWS操作系统，能有效地对上述的各种常规任务和特殊任务进行有效管理：S-RTOS能根据各常规任务的优先级别安排运行时间，避免了死循环的程序结构；而当有中断等特殊任务需要立刻处理时，S-RTOS能暂时挂起常规任务，及时地处理需要实时解决的各种特殊任务，然后接着执行被挂起的常规任务。此外，S-RTOS很好地将各种硬件资源有效管理起来，并分配给各个任务使用，解决了硬件资源的独占和释放问题。采用S-RTOS作为本控制装置的设计平台后，能十分有效地提高了本控制装置的稳定性和运行效率。

本实用新型硬件部分则是通过下述技术方案来实现的：本实用新型的晶闸管投切电容无功补偿控制器由显示面板、显示电路板、主电路板、数据采集电路板和外接线板共同连接构成。显示电路板装于面板上，面板装于无功控制器的机箱体外，数据采集电路板和主电路板固定安装于机箱体内的机架上；外接线板装在机箱体背部，并外露以便于接线。

如图1所示，面板上部装有+24V电源指示灯1、-24V电源指示灯2、+5V通信电源指示灯3、旋转开关4、手动指示灯7、自动指示灯11、前补指示灯8、后补指示灯12、欠补偿指示灯9、过补偿指示灯13、投入指示灯10、故障指示灯14，各状态指示灯7～14分别与图3所示的显示电路板上的数码管指示灯25相应点连接；面板右上部有RS232通信端口15和RS485的通信端口16，分别与图3所示的显示电路板的RS232通信口21和RS485通信口24相连；面板中部的LCD液晶屏5和图3所示的显示电路板上的LCD接口18相连；面板下部的键盘阵列6和图3所示的显示电路板上的键盘接口17相连。

如图3所示，显示电路板由键盘接口17、LCD液晶屏接口18、连接主电路板的通信接口19、单片微型计算机20、RS232通信口21、时钟22、显示驱动23、RS485通信口24和数码管指示灯25组成。其相互连接关系为：键盘接口17通过键盘信号线与单片微型计算机20相连，LCD液晶屏接口18通过LCD信号线与单片微型计算机20，连接主电路板的通信接口19通过通信线与单片微型计算机20相连，时钟22通过数据线与单片微型计算机20相连，RS232通信口21和RS485通信口24分别通过串口信号线与单片微型计算机20相连，显示驱动23通过驱动信号线与单片微型计算机20，数码管指示灯25则通过驱动线与显示驱动23相连。

如图2所示，外接线板提供各外接线端子1～36，分别为：电源端子1～3，负载电流端子4～9，电网电压端子10～15，补偿电流端子17～18，8个补偿支路投切通道端子19～27，8个补偿支路状态读入通道端子28～36。

如图4所示，主电路板由连接显示电路板的通信接口26、双端口RAM27、RAM存储器28、JTAG接口29、连接数据采集电路板的通信接口30、滤波和限幅电路31、A/D转换器32、多路端口输入驱动电路33、多路端口输出驱动电路34、单片微型计算机35和开关量检测电路36等组成。其相互连接关系为：连接显示电路板的通信接口26通过通信信号线与双端口RAM27相连，双端口RAM27则通过地址和数据信号线与单片微型计算机35相连；连接数据采集电路板的通信接口30通过模拟信号线与滤波和限幅电路31相连，滤波和限幅电路31通过数据采集信号线与A/D转换器32相连，A/D转换器32最后与单片微型计算机35相连；RAM存储器28通过地址和数据信号线与单片微型计算机35相连；多路端口输入驱动电路33、多路端口输出驱动电路34和开关量检测电路36分别通过各自的端口线与单片微型计算机35相连，JTAG接口29通过串口线与单片微型计算机35相连。

如图5所示，数据采集电路板由电流传感器37、电流模拟放大、调理电路38、电压传感器39、电压模拟放大、调理电路40、连接主电路板的通信接口41、同步检测电路42、电网平均电压检测电路43和补偿电流检测电路44组成。其相互连接关系为：电流传感器37通过模拟线与电流模拟放大、调理电路38相连，电流模拟放大、调理电路38通过电流信号线与连接主电路板的通信接口41相连；电压传感器39通过模拟线与电压模拟放大、调理电路40相连，电压模拟放大、调理电路40通过电压信号线与连接主电路板的通信接口41相连；同步检测电路42通过中断信号线与连接主电路板的通信接口41相连；电网平均电压检测电路43通过数据线与连接主电路板的通信接口41相连；补偿电流检测电路44通过数据线与连接主电路板的通信接口41相连。

图3、4、5所示的三个电路板之间的相互连接关系为：显示电路板通过连接主电路板的通信接口19与主电路板上连接显示电路板的通信接口26相连，而数据采集电路板通过连接主电路板的通信接口41与主电路板上连接显示电路板的通信接口30相连。

本控制装置采用S-RTOS作为软件设计和运行平台，大大改变了传统的基于顺序结构的编程方式，编程方式也更灵活。而基于S-RTOS，软件设计不需要考虑任务资源占用、释放、任务时长计算和时序配合、中断程序处理等问题，这些问题统一由S-RTOS来处理。主电路板的主程序流程框图如图9所示。各具体任务包括：AD采样任务，开关量检测任务，无功控制相关的数值计算任务，保护/控制任务、预警任务，与显示电路板的通信任务(显示任务)，其它数据及统计型参数计算任务，定值输入通信任务(显示电路板的键盘任务)等，各任务优先级别根据给出顺序由高到低。上电开机后，程序在屏蔽中断的情况下进行必要的S-RTOS系统初始化，然后根据任务优先级进行调度初始化，各种初始化完成后恢复中断，主程序进入一个空循环(SJMP$)，此时所有的中断程序和任务统一由S-RTOS来调度处理，如图9所示，按以下顺序来执行：AD采样任务最优先被调用，通过数据采集电路板的电流传感器37、电流模拟放大、调理电路38、电压传感器39和电压模拟放大、调理电路40完成信号的初步处理，然后通过连接主电路板的通信接口41和连接数据采集电路板的通信接口30将信号送到滤波和限幅电路31处理，处理结果即送入A/D转换器32转化为数字结果，并送入单片微型计算机35，由此完成原始数据的采集；开关量检测任务随即得到执行，通过多路端口输入驱动电路33和开关量检测电路36采集各种输入量；此后无功控制相关的数值计算任务随即在单片微型计算机35中执行，由计算结果可决定是否通知S-RTOS内核执行保护/控制任务或预警任务；如果S-RTOS调度执行保护/控制任务，该任务根据策略设定情况进行无功补偿、谐波抑制等策略决定，各种驱动信号可通过多路端口输出驱动电路34输出，具体外接线路可根据实际情况连接；预警任务的执行与此类似；此外，这两个任务还根据故障、预警等情况决定是否通知S-RTOS调度执行与显示电路板的通信任务(显示任务)，该任务通过连接显示电路板的通信接口26和连接主电路板的通信接口19通知显示电路板的单片微型计算机20，进而通过显示驱动23来决定数码管指示灯25的具体驱动情况，而面板上的指示灯7～14也相应地亮灭；也同时通过LCD液晶屏接口18驱动面板上的LCD液晶屏5显示更详细、具体的结果；其它数据及统计型参数计算任务接着得到执行，计算诸如电流、电压有效值、频率、功率等各种参数，此任务也会根据实现约定的周期通知S-RTOS是否执行显示任务，如有，则通知并传送数据到显示电路板进行显示。该电路板中主要的中断有AD采样中断、通信中断等，中断任务的代码都很短，不进行大量的寄存器入栈、出栈操作，只是告知S-RTOS何种中断发生，以及相应中断任务号码，中断任务立即结束，具体的任务调度和执行还是由S-RTOS执行。

显示电路板的程序方框图如图10所示。该程序由于比较简单，且不牵涉信号采样和保护输出等实时任务，采用顺序结构的方式设计。上电开机后，程序进入一个循环主程序，依次检测查询LCD是否更新显示，数码管是否更新显示，键盘输入检查，是否需要通知主电路板等各任务。此外，在中断程序里要完成通信任务，与主电路板的通信，主电路板的下行通信等各个任务。

本控制装置的基本电路包括显示电路板、主电路板和数据采集电路板，各自的基本电路原理图分别如图6、7、8所示。在图8所示的数据采集电路板中，电流传感器37的信号通过SJ1接口输入，电压传感器39的信号通过SJ2接口输入，补偿电流通过SJ3输入；电流传感器37包括SU1、SU2、SU11；电压传感器39包括SU8～SU10；电流模拟放大、调理电路38由运算放大器件SU3～SU5，电阻SR1～SR18，电容SC1～SC6，稳压管WY1～WY3共同电气连接构成；电压模拟放大、调理电路40由运算放大器件SU6～SU7，电阻SR31～SR36、SR40～SR45，电容SC11～SC13，稳压管WY4～WY6共同电气连接构成；同步检测电路42由比较器集成件SU13、运算放大集成件SU12、电阻SR25～SR30、电容SC8、二极管SD8～SD9共同电气连接构成；电网平均电压检测电路43由二极管SD1～SD7、电阻SR19～SR24、运算放大集成件SU12、电容SC7、稳压管WY7共同电气连接构成。补偿电流检测电路由电流传感器SU15、运算放大集成件SU14、电阻SR46～SR51、电容SC9～SC10、稳压管WY9共同电气连接构成；图8所示的数据采集电路板中连接主电路板的通信接口41通过SJ4与主电路板进行信号交换。图7所示的主电路板的连接数据采集电路板的通信接口30通过J1与数据采集电路板的SJ4(连接主电路板的通信接口41)进行电气连接；双端口RAM指集成芯片U4；RAM存储器28指集成芯片U2；JTAG接口29由端子J2、电阻R18～19共同电气连接构成；滤波和限幅电路31由电容R1～R8、电容C1～C8、二极管D1～D16和D34共同电气连接构成；A/D转换器32集成在芯片U1中；多路端口输入驱动电路33由电阻R11～R17、二极管D19～20、D25～D29、光耦集成件OP1～OP2、OP7～OP11、排阻RP2、RP4共同电气连接构成；多路端口输入驱动电路34由集成件U7、J4、排阻RP3、RP5～RP6、发光二极管L1～L8、光耦集成件OP3～OP6、OP12～OP15、二极管D21～D24、D30～D33、三极管T1～T8共同电气连接构成；单片微型计算机35由CPU集成件U1、晶振CRY1、晶振电容C20～C21、电阻R20、电容C17～19共同电气连接构成；状态开关量检测电路36由拨码盘SW1～SW2、排阻RP1、总线驱动集成件U9共同电气连接构成。图6所示的显示电路板中连接主电路板的通信接口19通过端子XJ2与主电路板的J1进行电气连接；键盘接口17由集成件XU7、排阻XJ6、键盘XK1～XK8、电容XC8～XC15共同电气连接构成；LCD液晶屏接口18由端子XJ3、电阻XP1、XR2、电容XC2、键盘XRS2共同电气连接构成；单片微型计算机20由CPU集成件XU3、晶振XCY1、晶振电容XC16～XC17、电阻XR1、电容XC1、键盘XRS1、逻辑译码集成件XU1共同电气连接构成；时钟22指集成件XU4；显示驱动23由集成件XU8、排阻XRP1共同电气连接构成；数码指示灯25由发光二极管DIO1～DIO8共同电气连接构成；RS232通信接口21由集成件XU6、电容XC3～XC7、电阻XR3～XR6、光耦集成件XOP1～XOP2、接口件XJ4共同电气连接构成；RS485通信接口24由电阻XR11～XR14、光耦集成件XOP3～XOP4、集成件XU9、接口件XJ9共同电气连接构成。

本实用新型与现有技术相比有如下优点和有益效果：

1)控制策略丰富，充分考虑各种现场情况，并相应地设定了合适的策略，能满足多种不同供电接线方式的需要，通用性强；

2)计算方法快速、有效，远小于常规采用傅立叶算法和常规的瞬时无功功率理论算法所需的时间，在5ms内即可完成无功电流有效值的检测；

3)补偿方式多，可实现无功优先或网压优先等多种算法，以满足不同现场对无功功率补偿及网压波动的要求，改进了其它产品只采用单一的无功功率大小确定补偿电容量的投切控制方法的缺陷；

4)主要软件系统基于S-RTOS来设计，突破了采用传统顺序结构的软件设计方式来设计软件系统的缺陷，有效地避免了误动、软件崩溃等情况的出现，提高了系统的稳定性、可靠性；

5)由于采用S-RTOS来设计，保护、控制动作确保为次最优任务级别(仅低于数据采集任务)，系统的实时性得到保证，不会出现拒动、误动的情况；

6)考虑了无功功率补偿和谐波等扰动问题相互之间的联系和影响，避免了电容投切过程中产生的过电压、过电流情况的出现，既有效确保无功补偿的效果，又保障了无功补偿设备自身的可靠性；

7)本控制装置自动检测控制程度高，操作方便，能实现无人值守的无功补偿设备运行。

附图说明

图1是本实用新型的显示面板结构示意图；

图2是本实用新型的外接线板示意图；

图3是本实用新型的显示电路板的电路方框图；

图4是本实用新型的主电路板的电路方框图；

图5是本实用新型的数据采集电路板的电路方框图；

图6是图3的电路原理图；

图7是图4的电路原理图；

图8是图5的电路原理图；

图9是本实用新型的主电路板的软件程序流程方框图；

图10是本实用新型的显示面板的软件程序流程方框图。

具体实施方式

如图1所示，1为+24V电源指示灯，2为-24V电源指示灯，3为+5V通信电源指示灯，4为旋转开关，5为显示各运行参数的LCD液晶屏，6为键盘阵列，7为手动指示灯，8为前补指示灯，9为欠补偿指示灯，10为投入指示灯，11为自动指示灯，12为后补指示灯，13为过补偿指示灯，14为故障指示灯，15为RS232通信端口，16为RS485的通信端口。键盘阵列6包括参数键、状态键、F1键、F2键、增加键、减小键、确认键和退出键8个键盘。

如图2所示，外接线板提供各外接线端子B1～B36。其中端子B1～B3分别通过+24V、电源地、-24V等端子连接电源；端子B4～B9分别通过IA+、IA-、IB+、IB-、IC+、IC-等连接A相、B相、C相负载电流；端子B10～B15分别通过A、A-、B、B-、C、C-等连接ABC三相电网电压；端子B17～B18分别通过I+、I-等端子连接补偿电流；端子B27～B19分别通过CC1、CC2、CC3、CC4、CC5、CC6、CC7、CC8和CCOM等端子连接8个补偿支路投切通道；端子B36～B28分别通过S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8和SCOM等连接8个补偿支路状态读入通道。

本实用新型的实施方式可为如下：

1)用一般的机加工方法加工面板、外接线板和绘制显示电路板、数据采集电路板、主电路板。发明人按图1、2所示设计、并采用塑料彩色丝印加工出本装置的面板和外接线板，面板尺寸为135×135mm。然后再按图1所示，设计排列、加工、安装+24V电源指示灯1、-24V电源指示灯2、+5V通信电源指示灯3、旋转开关4、手动指示灯7、自动指示灯11、前补指示灯8、后补指示灯12、欠补偿指示灯9、过补偿指示灯13、投入指示灯10、故障指示灯14、RS232通信端口15和RS485的通信端口16等；

2)按图2用接插件排列并安装好接线端子；

3)按图6所示绘制印刷显示电路板，并筛选电器元件，其中集成件XU1选用GAL16V8、XU2可选用74HC573、XU3可选用MCS-51单片机、XU4可选用时间芯片DS12887、XU6可选用通信芯片MAX232、XU9可选用通信芯片MAX485、XU7可选用74LS244、OP1～OP4可选用光耦集成件TLP521；

4)按图7所示绘制印刷主电路板，并筛选电器元件，其中集成件U1可选用TMS320F2407单片微机，U2可选用CYC1021集成存储芯片，U4可选用CY7C135双口RAM存储芯片，U5可选用集成芯片QS32245；

5)按图8所示绘制印刷数据采集电路板，并筛选电器元件，其中集成件SU1、SU2、SU11和SU15可选用电流传感器SCT264，集成件SU8～SU10可选用电压传感器SVT264，集成件SU3～SU7、SU12、SU14可选用集成运算放大器LF353，集成件SU13可选用集成比较器LM339；

6)按图2～5所示，分别安装好显示面板、显示电路板、主电路板、数据采集电路板和外接线板并经固定后，按上面说明书所述的连接关系进行电气连接，再将SJ1～SJ4接口和外接线板端子B1～B36与输入、输出信号线进行电气连接，然后，通过加电和简单的调试，便能较好地实施本实用新型。发明人按照上述的实施方法制作的样机可在0～50℃的环境温度下工作，将此样机应用于补偿直流传动系统的动态无功补偿装置控制中，装置运行稳定可靠，无功投切控制无振荡，无过补发生，经过补偿后的供电系统的平均功率因素达到0.95以上，且电网电压平稳。

实施使用本控制装置时，应预先把输入、输出信号与本控制装置的SJ1～SJ4和外接线板的端子B1～B36对应进行电气连接，在本控制装置设定状态中，通过键盘阵列的操作及参数LCD液晶屏的显示，把控制策略选择、电气量设定值等输入到单片微机。

其工作步骤为：(1)开启电源，电源指示灯1～3会显示本控制装置的电源情况，同时本控制装置自动根据默认或已设定的控制策略自动测量线路无功功率、谐波、电流和电压参数等值，并对无功功率进行重点监测，当前补指示灯8亮时，表示无功补偿检测点插入在负载的网侧，此时的无功检测程序将执行前补计算模块，实现无功电流的检测计算；当后补指示灯12亮时，表示无功补偿检测点插入在负载末端，即远离网侧，此时的无功检测程序将执行后补计算模块对无功电流进行检测计算；当欠补偿指示灯9亮时，表示无功补偿装置补偿负载的感性无功后，还剩余有少许感性无功存在，供电系统的总功率因素仍然呈感性；当过补偿指示灯13亮时，表示无功补偿装置的容性无功补偿量已经超过了负载的感性容量，补偿后的供电系统总功率因素呈容性；当投入指示灯10亮时，表示无功补偿装置至少有1个补偿支路投入运行；当故障指示灯14亮时，表明控制系统或无功补偿支路有报警故障存在，为了实现容错运行，本实用新型将根据报警故障的性质，确定补偿装置是继续工作还是停止工作；(2)按键盘阵列上的参数键时，LCD液晶屏会出现参数设置菜单，可根据菜单内容设定具体的控制器参数，利用确定键可使所选择的参数有效，利用退出键可逐步返回菜单选项；状态键、功能键F1和F2的使用与此类似。而增加键和减小键可分别逐步增大或减小所选参数，以满足使用要求；(3)通过状态开关量电路36，单片微机可读入相关的状态参数；(4)通过扳动旋转开关4，可设定为手动或自动方式，此时手动指示灯7或自动指示灯11会相应地亮灭，指示控制装置的动作方式；(5)通过同步检测电路的同步信号来进行无功功率的监测，当从J1口监测的数据发生变化并超过预定值时，单片微机根据所选定的控制策略，自动选择无功优先或网压优先算法，经计算后通过控制输出端口实现补偿电容的投切，从而进行无功功率补偿。

Claims (4)

1、一种晶闸管投切电容无功补偿控制器，其特征在于主要由面板、显示电路板、数据采集电路板、主电路板、外接线板构成；

面板上部装有+24V电源指示灯(1)、-24V电源指示灯(2)、+5V通信电源指示灯(3)、旋转开关(4)、手动指示灯(7)、自动指示灯(11)、前补指示灯(8)、后补指示灯(12)、欠补偿指示灯(9)、过补偿指示灯(13)、投入指示灯(10)、故障指示灯(14)，各状态指示灯(7)～(14)分别与显示电路板上的数码管指示灯(25)相应点连接；面板上还有RS232通信端口(15)和RS485的通信端口(16)，分别与显示电路板的RS232通信口(21)和RS485通信口(24)相连；面板中部的LCD液晶显示屏(5)和显示电路板上的LCD接口(18)相连；面板下部的键盘阵列(6)和显示电路板上的键盘接口(17)相连；

显示电路板主要由键盘接口(17)、LCD液晶屏接口(18)、连接主电路板的通信接口(19)、单片微型计算机(20)、RS232通信口(21)、时钟(22)、显示驱动(23)、RS485通信口(24)和数码管指示灯(25)构成，其相互连接关系为：键盘接口(17)通过键盘信号线与单片微型计算机(20)相连，LCD液晶屏接口(18)通过LCD信号线与单片微型计算机(20)，连接主电路板的通信接口(19)通过通信线与单片微型计算机(20)相连，时钟(22)通过数据线与单片微型计算机(20)相连，RS232通信口(21)和RS485通信口(24)分别通过串口信号线与单片微型计算机(20)相连，显示驱动(23)通过驱动信号线与单片微型计算机(20)，数码管指示灯(25)则通过驱动线与显示驱动(23)相连；

外接线板上的各外接线端子B1～B36，分别为：电源端子B1～B3，负载电流端子B4～B9，电网电压端子B10～B15，补偿电流端子B17～B18，8个补偿支路投切通道端子B19～B27和8个补偿支路状态读入通道端子B28～B36；

主电路板主要由连接显示电路板的通信接口(26)、双端口RAM(27)、RAM存储器(28)、JTAG接口(29)、连接数据采集电路板的通信接口(30)、滤波和限幅电路(31)、A/D转换器(32)、多路端口输入驱动电路(33)、多路端口输出驱动电路(34)、单片微型计算机(35)和开关量检测电路(36)构成；其连接关系为：连接显示电路板的通信接口(26)通过通信信号线与双端口RAM(27)相连，双端口RAM(27)则通过地址和数据信号线与单片微型计算机(35)相连；连接数据采集电路板的通信接口(30)通过模拟信号线与滤波和限幅电路(31)相连，滤波和限幅电路(31)通过数据采集信号线与A/D转换器(32)相连，A/D转换器(32)最后与单片微型计算机(35)相连；RAM存储器(28)通过地址和数据信号线与单片微型计算机(35)相连；多路端口输入驱动电路(33)、多路端口输出驱动电路(34)和开关量检测电路(36)分别通过各自的端口线与单片微型计算机(35)相连；

数据采集电路板主要由电流传感器(37)、电流模拟放大、调理电路(38)、电压传感器(39)、电压模拟放大、调理电路(40)、连接主电路板的通信接口(41)、同步检测电路(42)和电网平均电压检测电路(43)构成，其相互连接关系为：电流传感器(37)通过模拟线与电流模拟放大、调理电路(38)相连，电流模拟放大、调理电路(38)通过电流信号线与连接主电路板的通信接口(41)相连；电压传感器(39)通过模拟线与电压模拟放大、调理电路(40)相连，电压模拟放大、调理电路(40)通过电压信号线与连接主电路板的通信接口(41)相连；同步检测电路(42)通过中断信号线与连接主电路板的通信接口(41)相连；电网平均电压检测电路(43)通过数据线与连接主电路板的通信接口(41)相连；补偿电流检测电路(44)通过数据线与连接主电路板的通信接口(41)相连；

上述三个电路板的相互连接关系为：显示电路板通过连接主电路板的通信接口(19)与主电路板上连接显示电路板的通信接口(26)相连，而数据采集电路板通过连接主电路板的通信接口(41)与主电路板上连接显示电路板的通信接口(30)相连。

2、根据权利要求1所述的晶闸管投切电容无功补偿控制器，其特征在于所述的数据采集电路板的电流传感器(37)与SJ1接口连接，电压传感器(39)与SJ2接口连接，补偿电流检测电路与SJ3连接；电流传感器(37)包括SU1、SU2、SU11；电压传感器(39)包括SU8～SU10；电流模拟放大、调理电路(38)由运算放大器件SU3～SU5，电阻SR1～SR18，电容SC1～SC6，稳压管WY1～WY3共同电气连接构成；电压模拟放大、调理电路(40)由运算放大器件SU6～SU7，电阻SR31～SR36、SR40～SR45，电容SC11～SC13，稳压管WY4～WY6共同电气连接构成；同步检测电路(42)由比较器集成件SU13、运算放大集成件SU12、电阻SR20～SR30、电容SC8、二极管SD8～SD9共同电气连接构成；电网平均电压检测电路(43)由二极管SD1～SD7、电阻SR19～SR20、SR52～SR58、运算放大集成件SU12、电容SC7、稳压管WY7共同电气连接构成；补偿电流检测电路由电流传感器SU15、运算放大集成件SU14、电阻SR46～SR51、电容SC9～SC10、稳压管WY9共同电气连接构成；连接主电路板的通信接口(41)与SJ4连接。

3、根据权利要求1或2所述的晶闸管投切电容无功补偿控制器，其特征在于主电路板的连接数据采集电路板的通信接口(30)通过J1与数据采集电路板的SJ4电气连接；双端口RAM指集成芯片U4；RAM存储器(28)指集成芯片U2；JTAG接口(29)由端子J2、电阻R18～19共同电气连接构成；滤波和限幅电路(31)由电容R1～R8、电容C1～C8、二极管D1～D16和D34共同电气连接构成；A/D转换器(32)集成在芯片U1中；多路端口输入驱动电路(33)由电阻R11～R17、二极管D19～20、D25～D29、光耦集成件OP1～OP2、OP7～OP11、排阻RP2、RP4共同电气连接构成；多路端口输入驱动电路(34)由集成件U7、J4、排阻RP3、RP5～RP6、发光二极管L1～L8、光耦集成件OP3～OP6、OP12～OP15、二极管D21～D24、D30～D33、三极管T1～T8共同电气连接构成；单片微型计算机(35)由CPU集成件U1、晶振CRY1、晶振电容C20～C21、电阻R20、电容C17～19共同电气连接构成；状态开关量检测电路(36)由拨码盘SW1～SW2、排阻RP1、总线驱动集成件U9共同电气连接构成。

4、根据权利要求1或2所述的晶闸管投切电容无功补偿控制器，其特征在于显示电路板中连接主电路板的通信接口(19)通过端子XJ2与主电路板的J1电气连接；键盘接口(17)由集成件XU7、排阻XJ6、键盘XK1～XK8、电容XC8～XC15共同电气连接构成；LCD液晶屏接口(18)由端子XJ3、电阻XP1、XR2、电容XC2、键盘XRS2共同电气连接构成；单片微型计算机(20)由CPU集成件XU3、晶振XCY1、晶振电容XC16～XC17、电阻XR1、电容XC1、键盘XRS1、逻辑译码集成件XU1共同电气连接构成；时钟(22)指集成件XU4；显示驱动(23)由集成件XU8、排阻XRP1共同电气连接构成；数码指示灯(25)由发光二极管DIO1～DIO8共同电气连接构成；RS232通信接口(21)由集成件XU6、电容XC3～XC7、电阻XR3～XR6、光耦集成件XOP1～XOP2、接口件XJ4共同电气连接构成；RS485通信接口(24)由电阻XR11～XR14、光耦集成件XOP3～XOP4、集成件XU9、接口件XJ9共同电气连接构成。

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