专利名称：基于现场总线的电能质量优化装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电能优化系统。
背景技术：
电能是现代经济发展的基础和社会重要的制约因素，它关系到经济安全和国家安 全。当前电能大部分来源于不可再生燃料，基于该因素，电能还关系到节能、减排和环境保 护等问题。因此，改善电能质量，节约电能是目前社会重点关注的问题。随着电力电子装置日益广泛地应用，电网负载也日趋复杂。电网负载的非线性、冲 击性和不平衡的用电特性，使电网中的谐波污染日趋严重，同时，也给电网带来了额外的无 功负担，功率因数严重下降。从而，使用电设备及线路损耗增加，电压产生剧烈波动，供电质 量严重降低，谐波损耗还有可能影响设备正常工作，造成振动、热、噪声，自动装置误动作， 对通信系统产生干扰等。目前存在很多改善电能质量的方法，例如，固定电容器组、自动功率因数控制器 等，但这些方案对于固定的负荷补偿性能良好，但对于动态负荷补偿性能较差，但是其控制 器件如FC、APFC的响应速度较慢。为解决响应速度慢的问题，使用基于晶闸管的静态无功 补偿器。但是，TSC/TCR中的电容器和电抗器组的容量是预先设定的，可能产生无功补偿的 欠补偿或过补偿，谐波作用不是很好。另外，由于设备中的电容器组和开关设备经常通断， 补偿特性呈阶梯形，且在补偿过程中产生谐波，同时补偿特性与负载有关，还可能发生故障 及降低使用寿命。目前绝大多数用电设备没有无功补偿和谐波抑制装置，即使采用了简单的补偿和 抑制装置，效果也不理想。没有对用电设备的电量参数进行实时检测，没有及时评估电能状 态。因此，无法实时针对电网状态进行负荷分配、进行合理用电，无法及时对无功进行补偿 和谐波抑制。
实用新型内容本实用新型的目的是针对现有技术的缺陷，旨在提供一种基于现场总线的电能质 量优化装置，该装置可对用电网络的状态进行实时监测，达到合理用电的目的，并可对电网 的无功进行实时补偿，并可抑制谐波，达到对电网质量的优化作用。为实现上述目的，本实用新型通过以下技术方案实现一种基于现场总线的电能质量优化装置，包括电能质量优化控制器、电量检测装 置、用电控制器、无功谐波治理系统，电量检测装置与用电控制器分别与用电系统连接，电 量检测装置与用电控制器均具有Profibus-DP和Modbus现场总线功能，通过工业局域网与 电能质量优化控制器相通讯；电能质量优化控制器还通过工业局域网与无功谐波治理系统 相通讯。电能质量优化控制器还接有GPRS无线通讯系统，将电能质量优化控制器的信息以无线方式传送到远距离监控系统。电量检测装置包括控制单元、测量芯片、看门狗电路、时钟电路、测温元件、IXD屏， 控制单元分别与测量芯片、看门狗电路、时钟电路、测温元件、LCD屏相连接。控制单元还连 接有按键和蜂鸣器，按键具有输入功能；蜂鸣器具有报警功能。用电控制器包括微处理器CPU1、微处理器CPU2、复位电路、晶振电路、继电器、 SPC3芯片、电源模块，微处理器CPUl分别与复位电路、无触点继电器输出相连接，微处理器 CPUl还连接20MHz晶振电路；微处理器CPU2分别与20MHz晶振电路、SPC3芯片、高速光耦 相连接；微处理器CPUl与微处理器CPU2均连接有总线驱动模块。低压动态无功补偿及谐波抑制装置包括检测电路、控制电路、谐波抑制及无功补 偿电路，用于实时检测非线性负载产生的谐波电流和无功功率的检测电路接于电网，再依 次与控制电路、谐波抑制及无功补偿电路连接，谐波抑制及无功补偿电路的另一端与非线 性负载的输入端相连接。谐波抑制及无功补偿电路为全控型或半控型开关器件组成的变流器，为非四象限 两电平结构或四象限两电平结构结构。与现有技术相比，本实用新型的有益效果是该方法可对用电网络的状态进行实 时监测，达到合理用电的目的，并可对电网的无功进行实时补偿，并可抑制谐波，达到对电 网质量的优化作用。
图1是基于现场总线的电能质量优化装置的整体结构图；图2是电量检测装置的结构框图；图3是用电控制器的结构框图；图4是低压动态无功补偿及谐波抑制装置的结构框图；图5是变流器为非四象限两电平结构的电路图；图6是变流器为四象限两电平结构的电路图。
具体实施方式
见图1，一种基于现场总线的电能质量优化装置，通过电量检测装置对用电系统的 电量进行实时检测，通过工业局域网将电量参数传输到电能质量优化控制器，通过电能质 量优化控制器作出控制决策，再通过工业局域网实现电能质量优化控制器对用电控制器进 行控制，用电控制器对对应的用电系统进行用电优化控制。电量检测装置、电能质量优化控制器、用电控制器均具有Profibus-DP和Modbus 现场总线功能，通过工业局域网相互通讯。用电系统为若干个，可为用电设备，如电机、电炉、加热器；还可为用电机群、用电 车间；或一个用电部门、一个用电单位。电能质量优化控制器内设有DSP组成的硬件系统、电能质量优化软件和组态软 件，具有电能质量优化决策功能和驱动显示器功能，显示器显示状态画面、电能参数及事故
报警等信息。电量检测装置可实时检测用电系统的电量参数，为电能质量控制器提供依据；多个用电系统在电能质量控制器的控制下，进行合理用电。电能质量优化控制器还接有GPRS无线通讯系统，可将电能质量优化控制器的信 息以无线方式传送到远距离监控系统。见图1，电能质量优化控制器还通过工业局域网连接有无功和谐波治理系统，该系 统具有低压静止型动态无功补偿和低压谐波治理功能，通过低压动态无功补偿及谐波抑制 装置来实现。见图2，电量检测装置包括控制单元、测量芯片、看门狗电路、时钟电路、测温元件、 LCD屏，控制单元分别与测量芯片、看门狗电路、时钟电路、测温元件、LCD屏相连接。控制单 元还连接有按键和蜂鸣器，按键具有输入功能；蜂鸣器具有报警功能。见图3，用电控制器包括微处理器CPU 1、微处理器CPU2、复位电路、晶振电路、继电 器、SPC3芯片、电源模块，微处理器CPUl分别与复位电路、无触点继电器输出相连接，微处 理器CPUl还连接20MHz晶振电路；微处理器CPU2分别与20MHz晶振电路、SPC3芯片、高速 光耦相连接；微处理器CPUl与微处理器CPU2均连接有总线驱动模块。见图4，低压动态无功补偿及谐波抑制装置，包括检测电路、控制电路、谐波抑制及 无功补偿电路，通过检测电路实时检测非线性负载产生的谐波电流和无功功率，信号送入 控制电路进行处理，并以脉宽调制(PWM)形式向谐波抑制及无功补偿电路发出驱动信号， 驱动IGBT功率模块，产生与谐波电流大小相等、方向相反的补偿电流并注入电网系统，达 到抑制谐波，补偿无功功率的目的。谐波抑制及无功补偿电路为全控型或半控型开关器件组成的变流器，为非四象限 两电平结构或四象限两电平结构结构。见图5，变流器为非四象限两电平结构，整流侧为二极管Dl-1、D2-1、D3_l、D4_l、 D5-1、D6-1组成的非四象限结构，电容Cl-I组成直流滤波电路，逆变侧为全控型功率半导 体开关器件Vl-I、V2-1、V3-1、V4-1、V5-1、V6-1组成的两电平输出结构。见图6，变流器为四象限两电平结构，整流侧为全控型功率半导体开关器件V1-2、 V2-2、V3-2、V4-2、V5-2、V6-2组成的四象限结构，电容C1-2组成直流滤波电路、逆变侧为全 控型功率半导体开关器件￥7-2、￥8-2、￥9-2、￥10-2、￥11-2、￥12-2组成的两电平输出结构。
权利要求一种基于现场总线的电能质量优化装置，其特征在于，包括电能质量优化控制器、电量检测装置、用电控制器、无功谐波治理系统，电量检测装置与用电控制器分别与用电系统连接，电量检测装置与用电控制器均具有Profibus DP和Modbus现场总线功能，通过工业局域网与电能质量优化控制器相通讯；电能质量优化控制器还通过工业局域网与无功谐波治理系统相通讯。
2.根据权利要求1所述的基于现场总线的电能质量优化装置，其特征在于，电能质量 优化控制器还接有GPRS无线通讯系统，将电能质量优化控制器的信息以无线方式传送到 远距离监控系统。
3.根据权利要求1或2所述的基于现场总线的电能质量优化装置，其特征在于，电量检 测装置包括控制单元、测量芯片、看门狗电路、时钟电路、测温元件、LCD屏，控制单元分别与 测量芯片、看门狗电路、时钟电路、测温元件、IXD屏相连接，控制单元还连接有按键和蜂鸣 器，按键具有输入功能；蜂鸣器具有报警功能。
4.根据权利要求1或2所述的基于现场总线的电能质量优化装置，其特征在于，用电 控制器包括微处理器CPU1、微处理器CPU2、复位电路、晶振电路、继电器、SPC3芯片、电源模 块，微处理器CPUl分别与复位电路、无触点继电器输出相连接，微处理器CPUl还连接20MHz 晶振电路；微处理器CPU2分别与20MHz晶振电路、SPC3芯片、高速光耦相连接；微处理器 CPUl与微处理器CPU2均连接有总线驱动模块。
5.根据权利要求1所述的基于现场总线的电能质量优化装置，其特征在于，低压动态 无功补偿及谐波抑制装置包括检测电路、控制电路、谐波抑制及无功补偿电路，用于实时检 测非线性负载产生的谐波电流和无功功率的检测电路接于电网，再依次与控制电路、谐波 抑制及无功补偿电路连接，谐波抑制及无功补偿电路的另一端与非线性负载的输入端相连 接。
6.根据权利要求5所述的基于现场总线的电能质量优化装置，其特征在于，谐波抑制 及无功补偿电路为全控型或半控型开关器件组成的变流器，为非四象限两电平结构或四象 限两电平结构结构。
专利摘要本实用新型涉及一种基于现场总线的电能质量优化装置，包括电能质量优化控制器、电量检测装置、用电控制器、无功谐波治理系统，电量检测装置与用电控制器分别与用电系统连接，电量检测装置与用电控制器均具有Profibus-DP和Modbus现场总线功能，通过工业局域网与电能质量优化控制器相通讯；通过电量检测装置对用电系统的电量进行实时检测，将电量参数传输到电能质量优化控制器，对用电系统进行优化控制。与现有技术相比，本实用新型的有益效果是该方法可对用电网络的状态进行实时监测，达到合理用电的目的，并可对电网的无功进行实时补偿，并可抑制谐波，达到对电网质量的优化作用。
文档编号H02J3/18GK201656476SQ20102017351
公开日2010年11月24日 申请日期2010年4月29日 优先权日2010年4月29日
发明者何平, 庄小奕, 王忠良, 王春岩, 薛恩林, 雷雪 申请人:鞍山市宏源自动化工程有限公司