专利名称：无功功率补偿控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电容控制的无功功率补偿技术领域，尤其涉及一种无功功率补偿控制装置。
背景技术：
在电网系统中有许多用电设备是根据电磁感应原理工作的，如配电变压器、电动机等，它们为建立交变磁场和感应磁通需要消耗一定的电功率，即无功功率(Reactive power) ο无功功率的单位为乏(var),其并不转化为机械能、热能等(或者说不直接做功)， 但又会占用电网容量，增大电网压降等；因此需要通过各种无功功率调节措施改善电网无功功率分布和电压水平，即进行无功功率补偿(Reactive power compensation) 无功功率补偿主要通过向用电设备并联一定的补偿电容实现。由于整个电网系统中用电设备的电压、电流等情况是随时变化的，故用电设备所需的补偿电容的量也是变化的，因此，为了达到最好的补偿效果，应根据用电设备的具体情况不断将不同的补偿电容投入电路中或从电路中切断(即对补偿电容进行投切)。补偿电容的投切主要通过无功功率补偿控制装置进行控制。现有的无功功率补偿控制装置结构如图I所示，包括依次连接的模拟量采集模块100、模拟信号逻辑变换模块 200、逻辑分析控制模块300、输出控制模块400 ;模拟量采集模块100用于采集设备的电流 和电压信号，模拟信号逻辑变换模块200用于将模拟量采集模块100采集的信号转换为可供逻辑分析的驱动信号，逻辑分析控制模块300用于对驱动信号进行逻辑分析判断，并把逻辑分析判断结果输出给输出控制模块400，输出控制模块400根据逻辑分析判断结果控制补偿电容进行投切；其中，模拟信号逻辑变换模块200、逻辑分析控制模块300、输出控制模块400主要均是由一系列不同类型的继电器组成的。发明人发现现有技术至少具有以下问题现有的无功功率补偿控制装置中的模拟信号逻辑变换模块、逻辑分析控制模块、输出控制模块均含有大量的继电器，因此造成装置的结构复杂、体积大、成本高、故障点多、可靠性低、使用寿命短、抗干扰能力差；同时其也无法进行数据记录，不利于故障事后分析，没有通讯功能，依赖人工巡检，实时性差，补偿方式单一。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题包括，针对现有技术中的无功功率补偿控制装置结构复杂、体积大、成本高、故障点多、可靠性低、使用寿命短的问题，提供一种结构简单、体积小、成本低、故障点少、安全性好、可靠性高、使用寿命长的无功功率补偿控制装置。解决本实用新型技术问题所采用的技术方案是一种无功功率补偿控制装置，其包括模拟量采集模块、微控制器、输出控制模块，其中，模拟量采集模块用以采集用电设备各相的电流、电压信号；微控制器的输入端与所述模拟量采集模块的输出端相连，用以根据模拟量采集模块所采集的信号向输出控制模块发出控制信号；输出控制模块的输入端与所述微控制器的输出端相连，其用以根据所述控制信号控制补偿电容进行投切。优选的是，还包括连接在所述微控制器的输出端与输出控制模块的输入端之间的光电隔离单元。优选的是，所述模拟量采集模块包括测量电压采集支路，所述测量电压采集支路包括用以将所采集的测量电压信号减小的电压互感器；连接在所述电压互感器的输出端和微控制器的输入端之间的第一低通滤波电路。优选的是，所述模拟量采集模块包括测量电流采集支路，所述测量电流采集支路包括用以将所采集的测量电流信号减小的测量电流互感器；与所述测量电流互感器的输出端相连的测量取样电阻；连接在所述测量取样电阻和微控制器的输入端之间的第二低通滤波电路。优选的是，所述模拟量采集模块包括保护电流采集支路，所述保护电流采集支路包括用以将所采集的保护电流信号减小的保护电流互感器；与所述保护电流互感器的输出端相连的保护取样电阻；连接在所述保护取样电阻和微控制器的输入端之间的第三低通滤波电路。优选的是，还包括至少一个能与所述微控制器进行远程通讯的通讯单元；其中，所述输出控制模块的输入端通过所述通讯单元与所述微控制器的输出端相连。进一步优选的是，所述输出控制模块包括与所述通讯单元相连的控制信号光电隔离单元；与所述控制信号光电隔离单元的输出端相连的、用以控制补偿电容进行投切的逻辑保护继电器。进一步优选的是，所述输出控制模块还包括用以保护所述控制信号光电隔离单元的保护单元。进一步优选的是，所述逻辑保护继电器为晶闸管。优选的是，还包括与所述微控制器相连的人机交互模块。其中，微控制器是指数字式的、具有数据处理能力的，可根据模拟量采集模块所采集的信号计算得出控制信号(即决定如何进行无功功率补偿的信号)并将控制信号发送给输出控制模块的单元，该微控制器可为处理器、控制器、单片机等多种形式。 本实用新型的无功功率补偿控制装置中，使用数字式的微控制器替代了由大量继电器组成的模拟信号逻辑变换模块和逻辑分析控制模块，从而可简化装置结构，缩小装置体积，降低成本；且微控制器本身的故障点少，运行稳定，使用寿命长，故还可提高装置的可靠性、安全性和使用寿命。同时，通过增加光电隔离单元，可提高装置的抗干扰能力；通过增加人机交互模块，可改善装置的易操作性，方便用户进行数据查询、数据记录、参数设置、故障分析等；通过增加通信模块，可实现远程控制和实时控制，使装置可用于不易人工值守的电网设备中，且能提高装置的可扩展性和可继承性，使其便于集成在自动化系统中。[0032]本实用新型的无功功率补偿控制装置可用于在电网系统中进行无功功率补偿。
图I为现有的无功功率补偿控制装置的结构示意框图；图2为本实用新型的实施例2的无功功率补偿控制装置的结构示意框图；图3为本实用新型的实施例无功功率补偿控制装置的模拟量采集模块的一种电路结构不意图；图4为本实用新型的实施例3的无功功率补偿控制装置的结构示意框图；图5为本实用新型的实施例3的无功功率补偿控制装置的输出控制模块的一种电路结构不意图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步详 细描述。实施例I :本实施例提供一种无功功率补偿控制装置，包括模拟量采集模块、微控制器、输出控制模块；其中，模拟量采集模块用以采集用电设备各相的电流、电压信号；微控制器的输入端与模拟量采集模块的输出端相连，用以根据模拟量采集模块所采集的信号向输出控制模块发出控制信号；输出控制模块的输入端与微控制器的输出端相连，其用以根据控制信号控制补偿电容进行投切。本实施例的无功功率补偿控制装置中，使用数字式的微控制器替代了由大量继电器组成的模拟信号逻辑变换模块和逻辑分析控制模块，从而可简化装置结构，缩小装置体积，降低成本；且微控制器本身的故障点少，运行稳定，使用寿命长，故还可提高装置的可靠性、安全性和使用寿命。实施例2 如图2所示，本实施例提供一种无功功率补偿控制装置，其包括模拟量采集模块 100、微控制器900、输出控制模块400 ；优选还可包括光电隔离单元500、人机交互模块700。 下面对无功功率补偿控制装置的各部分分别进行说明。(一 )模拟量米集模块100模拟量采集模块100用以采集用电设备各相的电流、电压信号，以供微控制器900 进行分析。优选的，如图3所示(本图以采集A相信号为例)，模拟量采集模块100包括测量电压采集支路、测量电压采集支路、测量电流采集支路。测量电压采集支路包括用以将所采集的测量电压信号Ua减小(即变为小电压信号)的电压互感器TV1，以及连接在电压互感器TVl输出端和微控制器900输入端之间的第一低通滤波电路，该第一低通滤波电路可由电阻Rl I和电容Cl I组成，其可输入微控制器 900的通道ANO中。[0051]测量电流采集支路包括用以将所采集的测量电流信号Ia减小的测量电流互感器TAl ;与测量电流互感器TAl的输出端相连的测量取样电阻R13，该测量取样电阻R13用于将减小后的测量电流信号Ia转变为电压信号；连接在测量取样电阻R13和微控制器900 输入端之间的第二低通滤波电路，该第二低通滤波电路可由电阻R12和电容C12组成，其可输入到微控制器900的通道ANl中。保护电流采集支路包括用以将所采集的保护电流信号Iab减小的保护电流互感器TAbl ;与保护电流互感器TAbl的输出端相连的保护取样电阻R15，该保护取样电阻R15 用于将减小后的保护电流信号Iab转变为电压信号；连接在保护取样电阻R15和微控制器 900输入端之间的第二低通滤波电路，该第二低通滤波电路可由电阻R14和电容C13组成， 其可输入到微控制器900的通道AN2中。其中，采集测量电压信号Ua、测量电流信号la、保护电流信号Iab的电路的结构和工作方式是已知的，故在此不再详细描述。具体的，电阻Rll、R12、R14可为8kQ的电阻，电阻R13、R15可 为10 Ω的电阻， 电容C11、C12、C13可为IOnF的电容，电压互感器TVl可为淄博元星电子有限公司生产的 TV31型，测量电流互感器TAl可为淄博元星电子有限公司生产的TA21CM型，保护电流互感器TAbl可为淄博元星电子有限公司生产的ΤΑ23Α型。显然，图3所示的测量模拟量采集电路100以及上述的各元器件的具体参数、型号等都只是示例性的，它们均可被其它已知的具有等同功能的电路结构或元器件替代。( 二)微控制器900微控制器900的输入端与模拟量采集模块100的输出端相连，其用以根据模拟量采集模块100所采集的信号向输出控制模块400发出控制信号。也就是说，微控制器900 可将上述的测量电压信号Ua、测量电流信号la、保护电流信号Iab等经过AD转换变成数字信号，并结合预设的保护整定参数、现有补偿状况(即现在有哪些补偿电容接在电路中)等进行逻辑分析判断，得到应该如何操作补偿电容(即得到逻辑分析判断结果)，并将逻辑分析判断结果(如以低压小电流信号的形式)经光电隔离单元500发送给输出控制模块400， 通过输出控制模块400控制补偿电容进行投切。其中，保护整定参数可包括单体电容容量、 功率因数下限、功率因数上限、自动/手动切换值等。具体的，该微控制器900可为美国微芯公司的PIC18F4520型微控制器，该微控制器是采用10位A/D和纳瓦技术的44引脚增强型闪存单片机，工作频率达到40MHz，集成了硬件乘法器处理功能。显然，上述微控制器900的具体类型只是示例性的，其也可被其它已知的能够进行模数转换并具有足够分析处理能力的处理器、控制器、单片机等替代。(三)光电隔离单元500(可选)光电隔离单元500连接在微控制器900的输出端与输出控制模块400的输入端之间。光电隔离单元500可保证信号隔离，避免输出控制模块400收到外界噪声的干扰，同时其还可对微控制器900输出的控制信号进行放大和整形，保证控制信号的准确性、可靠性、 稳定性，提高装置的抗干扰能力。具体的，该光电隔离单元500可为美国安捷伦公司的6N135型。显然，以上所举的光电隔离单元500的具体类型只是示例性的，其也可被其它已知的具有光电隔离功能及信号放大/整形功能的元器件替代。(四)输出控制模块400输出控制模块400的输入端与微控制器900的输出端相连,其用以根据微控制器 900发出的控制信号(即上述小电流低压信号)控制补偿电容进行投切。也就是说，输出控制模块400可根据控制信号控制逻辑保护继电器的开闭，从而对用电设备、电网中的补偿电容进行投切，使它们接入电路或从电路中断开，从而实时调整无功功率补偿情况。例如，当采集到的无功功率过高、功率因数降低到设定的下限值以下时，可投入一组补偿电容来补偿用户设备的无功需求，若功率因数仍未达到下限值以上，则继续投入补偿电容，直到满足要求时停止；当功率因数过高而超过上限值时，则切断已经投的补偿电容直到将功率因数控制在上限值以下为止。在投切的过程中，原则可为“先进先出，循环投切”，尽量使补偿电容保持在均衡的工作状态中。输出控制模块400可采用已知的结构，故在此不再对其进行详细描述。(五)人机交互模块700(可选) 人机交互模块700与微控制器900相连、其用以向用户提供人机交互界面。具体的，人机交互模块700可包括输出单元(如LED显示器、扬声器等)和输入单元(如键盘、鼠标、按钮等)，用户可通过人机交互模块700获取无功功率补偿控制装置的相关信息，并对其进行控制操作。因此，通过设置人机交互模块700，可改善装置的易操作性，方便用户进行数据查询、数据记录、参数设置、故障分析等。实施例3 如图4所示，本实施例提供一种无功功率补偿控制装置，其与实施例2的无功功率补偿控制装置具有类似的结构，区别在于本无功功率补偿控制装置还包括至少一个能与微控制器900进行远程通讯的通讯单元800，且输出控制模块400的输入端通过通讯单元800 与微控制器900的输出端相连(当然，其间还可经过光电隔离单元500，但图中未示出)。具体的，通讯模块800可包括工业以太网接口和RS485接口，工业以太网接口遵循 TCP/IP网络协议，适用于远距离复杂网络的通讯，而RS485接口可采用美国Intersil公司的ISL485芯片，其使用Modbus通讯协议，适用于近距离串行接口的组网通讯。其中，每个相连的通讯单元800和微控制器900可称为一个“分机”，而模拟量采集模块100和微控制器900可称为“主机”，即一个“主机”可控制多个“分机”。也就是说，可通过具有网络通讯、无线通讯等远程通讯功能的通讯单元800将微控制器900与输出控制模块400相连，从而可对多个用电设备同时进行无功功率补偿，并可进行遥控、遥测、遥信、 遥调等(即可实现远程控制)，以提高控制的实时性，使得不宜人工值守的电网单元的控制工作更加方便安全，且可提高装置的可扩展性和可继承性，使装置便于集成在自动化控制系统中。优选的，如图5所示，此时的输出控制模块400包括与通讯单元800相连的控制信号光电隔离单元U7 ；与控制信号光电隔离单元U7的输出端相连的、用以控制补偿电容进行投切的逻辑保护继电器。因为本实施例中的输出控制模块400是通过通讯模块800与微控制器900相连的，其输入信号经过通讯模块800后稳定性较差，因此其输出控制模块400中可包括控制信号光电隔离单元U7，用以对经过通讯模块800的控制信号进行放大、整形等，保证实际起到控制作用的信号稳定、可靠。更优选的，输出控制模块400还包括用以保护控制信号光电隔离单元的保护单元；该包括单元可包括限流电阻R71、R72等元器件，由于这类保护电路有多种已知的具体结构，故在此就不再对其 进行详细描述。 优选的，上述逻辑保护继电器为晶闸管G71。也就是说，可通过晶闸管G71控制补偿电容的投切(其中节点FLl为晶闸管G71的输出节点)。显然，图5所示的输出控制模块400只是示例性的，其可被其它已知的具有等同功能的电路或元器件替代。显然，上述各实施例的无功功率补偿控制装置还可进行许多公知的变化，例如，其中可增加用于测量现有的补偿状况的模块；再如，各电路中可增加用于限流、滤波等的电阻、电容等公知器件，或者可采用具有相同功能但结构不同的电路。可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种无功功率补偿控制装置，其特征在于，包括模拟量采集模块、微控制器、输出控制模块；其中，模拟量采集模块用以采集用电设备各相的电流、电压信号；微控制器的输入端与所述模拟量采集模块的输出端相连，用以根据模拟量采集模块所采集的信号向输出控制模块发出控制信号；输出控制模块的输入端与所述微控制器的输出端相连，其用以根据所述控制信号控制补偿电容进行投切。
2.根据权利要求I所述的无功功率补偿控制装置，其特征在于，还包括连接在所述微控制器的输出端与输出控制模块的输入端之间的光电隔离单元。
3.根据权利要求I所述的无功功率补偿控制装置，其特征在于，所述模拟量采集模块包括测量电压采集支路，所述测量电压采集支路包括用以将所采集的测量电压信号减小的电压互感器； 连接在所述电压互感器的输出端和微控制器的输入端之间的第一低通滤波电路。
4.根据权利要求I所述的无功功率补偿控制装置，其特征在于，所述模拟量采集模块包括测量电流采集支路，所述测量电流采集支路包括用以将所采集的测量电流信号减小的测量电流互感器；与所述测量电流互感器的输出端相连的测量取样电阻；连接在所述测量取样电阻和微控制器的输入端之间的第二低通滤波电路。
5.根据权利要求I所述的无功功率补偿控制装置，其特征在于，所述模拟量采集模块包括保护电流采集支路，所述保护电流采集支路包括用以将所采集的保护电流信号减小的保护电流互感器；与所述保护电流互感器的输出端相连的保护取样电阻；连接在所述保护取样电阻和微控制器的输入端之间的第三低通滤波电路。
6.根据权利要求I至5中任意一项所述的无功功率补偿控制装置，其特征在于，还包括至少一个能与所述微控制器进行远程通讯的通讯单元；且所述输出控制模块的输入端通过所述通讯单元与所述微控制器的输出端相连。
7.根据权利要求6所述的无功功率补偿控制装置，其特征在于，所述输出控制模块包括与所述通讯单元相连的控制信号光电隔离单元；与所述控制信号光电隔离单元的输出端相连的、用以控制补偿电容进行投切的逻辑保护继电器。
8.根据权利要求7所述的无功功率补偿控制装置，其特征在于，所述输出控制模块还包括用以保护所述控制信号光电隔离单元的保护单元。
9.根据权利要求7所述的无功功率补偿控制装置，其特征在于，所述逻辑保护继电器为晶闸管。
10.根据权利要求I至5中任意一项所述的无功功率补偿控制装置，其特征在于，还包 括与所述微控制器相 连的人机交互模块。
专利摘要本实用新型提供一种无功功率补偿控制装置，属于电容控制的无功功率补偿技术领域，其可解决现有的无功功率补偿控制装置结构复杂、体积大、成本高、故障点多、可靠性低、使用寿命短的问题。本实用新型的无功功率补偿控制装置包括模拟量采集模块、微控制器、输出控制模块，其中，模拟量采集模块用以采集用电设备各相的电流、电压信号；微控制器的输入端与所述模拟量采集模块的输出端相连，用以根据模拟量采集模块所采集的信号向输出控制模块发出控制信号；输出控制模块的输入端与所述微控制器的输出端相连，用以根据所述控制信号控制补偿电容进行投切。本实用新型可用于在电网系统中进行无功功率补偿。
文档编号H02J3/18GK202474864SQ2011205438
公开日2012年10月3日 申请日期2011年12月21日 优先权日2011年12月21日
发明者何绪文, 宋建慧, 曾瑞, 贺爱存, 靳梦龙, 马威 申请人:新疆特变电工自控设备有限公司