一种可自编程的智能集成无功模块及其自编程方法
【专利摘要】本发明公开了一种可自编程的智能集成无功模块及其自编程方法，包含复合开关K、塑壳断路器QF、电力电容器C、散热风扇F以及智能组件A，智能组件A包含智能集成无功模块主控芯片M1、电源模块、配电电压、取样单元、控制模块O1、保护模块O2、显示模块O3、USB模块T1、串口通信模块T2和外部存储模块T3，智能集成低压模块内部程序被划分为两段程序：第一段程序是引导程序，只实现对第二段程序的操作，占用空间小，模块出厂后无需任何更改；第二段程序是用户程序，现场只需更新用户程序实现不同的功能。这种方法无需任何额外的接线即可实现程序的升级更新，对于后期维护方便。
【专利说明】
-种可自编程的智能集成无功模块及其自编程方法
技术领域
[0001 ]本发明设及一种无功模块及其自编程方法，特别是一种可自编程的智能集成无功 模块及其自编程方法。
【背景技术】
[0002] 无功补偿，在电力供电系统中起提高电网的功率因数的作用，降低供电变压器及 输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境。所W无功功率补偿装置在电力供电系统中 处在一个不可缺少的非常重要的位置。现有低压无功模块，现场维护不方便，现场程序更新 步骤繁琐，需要通过程序烧写器才能完成程序升级。而程序烧写口一般均在无功模块壳体 内部，需要拆开模块外壳，连接烧写器的程序下载接口才能实现程序烧写。对于配电现场成 千上百台设备而言，运种升级方式极其不方便，费时费力，维护成本高。
【发明内容】
[0003] 本发明所要解决的技术问题是提供一种可自编程的智能集成无功模块及其自编 程方法，它安全可靠，结构简单，现场维护方便。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
[0005] -种可自编程的智能集成无功模块，其特征在于:包含复合开关K、塑壳断路器QF、 电力电容器C、散热风扇FW及智能组件A，智能组件A包含智能集成无功模块主控忍片Ml、电 源模块、配电电压、取样单元、控制模块01、保护模块02、显示模块03、USB模块T1、串口通信 模块T2和外部存储模块T3，塑壳断路器QF输入端与S相电源连接，塑壳断路器QF输出端与 复合开关K的一端连接，复合开关K的另一端与电力电容器C的一端连接，电力电容器C的另 一端与地线相连接，电源模块、配电电压、取样单元、控制模块01、保护模块02、显示模块03、 USB模块Tl、串口通信模块T2和外部存储模块T3分别与智能集成无功模块主控忍片Ml连接， 电源模块与S相四线电源相连，将220V交流电源转换成直流24V与3.3V电源分别与散热风 扇F与智能集成无功模块主控忍片Ml连接从而提供电源，控制模块Ol输入侧与主控忍片Ml 的IO 口连接，输出侧连接于复合开关K与散热风扇F，保护模块02输入侧与主控忍片Ml的IO 口连接，输出侧连接于塑壳断路器QF。
[0006] 进一步地，所述取样单元包含配电电压、电流取样单元S1、电容器电流取样单元S2 和电容器溫度传感器S3,配电电压、电流取样单元Sl分别采用电压、电流传感器将强电信号 转换成弱电电压信号，经过电压抬升转换成忍片取样范围内电压信号，直接接入智能集成 无功模块主控忍片Ml具有AD功能的IO口，电容器电流取样单元S2是电力电容器C与复合开 关K的输出端之间连接线穿过电流互感器，电流互感器的输出侧经过电压抬升转换成忍片 取样范围内电压信号连接于智能集成无功模块主控忍片Ml具有AD功能的IO口，电容器溫度 传感器S3探头放置于电力电容器C内部，信号输出端与智能集成无功模块主控忍片Ml的AD 功能的IO 口相连，用来实时监测电力电容器C的运行情况。
[0007] 进一步地，所述智能集成无功模块主控忍片Ml采用STM32F105VET6忍片，其具有高 精度AD采样功能，内嵌SPIW及USB硬件通信协议。
[0008] 进一步地，根据应用场合不同，智能集成无功模块分为单相、=相W及分相补偿， 单相只需1路复合开关K，=相需要2路复合开关K，而分相需要完全相同的3路复合开关K。
[0009] 进一步地，所述显示模块03包含液晶显示器W及电容状态指示灯。
[0010] 进一步地，所述USB模块Tl直接连接于主控忍片Ml的USB_0TG功能IO口，用来读出 智能集成无功模块运行记录W及现场程序升级时程序读入，USB模块Tl中0TG_HS_VBUS0为 电源线，提供USB电源，0TG_HS_DM与0TG_HS_DP为数据线完成数据交互，0TG_HS_EN控制U2的 电源转换，〇TG_HS_ID为USB设备地址线，选择主从模式，智能集成无功模块主控忍片Ml采取 主机模式，只焊接R4，R3不用焊接或者使用智能集成无功模块主控忍片Ml 口线PB12拉低。U2 忍片为STMPS214STR是5V到VDD电压变换器，同时也起到限制电流的作用，VDD为2-3.6V电 源，典型值取3.3V，U3为PRTR5V0U2X忍片，是一种超低电容双rai 1-to-rai 1 ESD保护二极 管，用来保护双高速数据线路或高频信号线路避免受到ESD的损坏，Ul为标准USB接口，用来 连接U盘。
[0011] 进一步地，所述外部存储模块T3采用25P16连接与连接于主控忍片Ml的SPI功能IO 口，用来存储智能集成无功模块运行记录W及临时存储智能集成无功模块升级程序。
[0012] -种可编程的智能集成无功模块的自编程方法，其特征在于：
[0013] 智能集成无功模块主控忍片Ml内部程序被划分为两段程序:第一段程序是引导程 序，只实现对第二段程序的操作，占用空间小，模块出厂后无需任何更改;第二段程序是用 户程序，现场只需更新该用户程序实现程序功能的变更与升级；
[0014] 智能集成无功模块主控忍片Ml检测到USB模块Tl接入U盘并且U盘中包含程序升级 文件，读取U盘中文件写入外部存储模块T3中，读写完成后在主控忍片Ml的0X807F800处写 入程序更新标志，启动软复位；
[0015] 智能集成无功模块程序上电或软复位启动时检测0X807F800处是否需要更新程 序，需要更新读取指定的外部化ASH内容覆盖用户程序后，跳转到用户程序，不需要更新程 序直接跳转到用户程序。
[0016] 进一步地，所述智能集成无功模块主控忍片Ml内部程序的程序版本包含时间版 本、程序类型W及硬件版本=类识别码，只有程序类型W及硬件版本完全相同的智能集成 无功模块收到程序升级指令才会响应，通过检测系统中具有相同程序类型和硬件版本的所 有时间版本类型，如有不同的时间版本，主机获取到系统中最新的时间版本对应的模块，主 机请求最新的时间版本对应的模块通过网络口或RS485接线发出程序传输指令，对应相同 程序类型W及硬件版本的模块将所收到的程序写入外部存储模块T3中，传输完成后写入程 序更新标志，主机程序传输完成后下达程序复位指令，所有智能集成无功模块自动启动软 件复位指令，检测是否有程序更新，做出相应处理。
[0017] 进一步地，所述U盘读取的程序文件为加密文件，将智能集成无功模块编译器生成 的BIN或肥X文件，经过加密算法生成USB模块读取的特殊文件，特殊文件中包含文件解密钥 匙W及加密过的智能集成无功模块程序，智能集成无功模块读取文件时读取出文件解密钥 匙后用相同的加密算法将智能集成无功模块程序解密后存储到外部存储模块T3中。
[0018] 本发明与现有技术相比，具有W下优点和效果：安全可靠，后期无需任何接线，无 需专业人±现场处理即可完成程序升级更新，相比传统现场程序更新，更加节约人力成本， 节约时间，不影响现场正常运行工作，同时又保证了技术文件的保密性。
【附图说明】
[0019] 图1是本发明的一种可自编程的智能集成无功模块的示意图。
[0020] 图2是本发明的USB模块Tl的示意图。
[0021] 图3是本发明的外部存储模块T3的示意图。
[0022] 图4是本发明的智能集成无功模块主控忍片Ml内部程序的分配示意图。
[0023] 图5是本发明的自编程方法的流程图。
[0024] 图6是本发明的无功补偿系统的原理示意图。
【具体实施方式】
[0025] 下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，W下实施例是对本发 明的解释而本发明并不局限于W下实施例。
[0026] 如图所示，本发明的可自编程的智能集成无功模块，包含复合开关K、塑壳断路器 QF、电力电容器C、散热风扇FW及智能组件A，智能组件A包含智能集成无功模块主控忍片 Ml、电源模块、配电电压、取样单元、控制模块01、保护模块02、显示模块03、USB模块T1、串口 通信模块T2和外部存储模块T3,塑壳断路器QF输入端与S相电源连接，塑壳断路器QF输出 端与复合开关K的一端连接，复合开关K的另一端与电力电容器C的一端连接，电力电容器C 的另一端与地线相连接，电源模块、配电电压、取样单元、控制模块01、保护模块02、显示模 块03、USB模块T1、串口通信模块T2和外部存储模块T3分别与智能集成无功模块主控忍片Ml 连接，电源模块与S相四线电源相连，将220V交流电源转换成直流24V与3.3V电源分别与散 热风扇F与智能集成无功模块主控忍片Ml连接从而提供电源，UA、UB、UC任意一相有电智能 集成无功模块可正常工作，控制模块Ol输入侧与主控忍片Ml的IO口连接，输出侧连接于复 合开关K与散热风扇F，控制模块Ol可W根据主控忍片Ml的指令吸合或关断复合开关K，启动 或停止散热风扇F。保护模块02输入侧与主控忍片Ml的IO 口连接，输出侧连接于塑壳断路器 QF。当发生不可恢复的故障时，智能集成无功模块主控忍片Ml发出指令切除塑壳断路器QF， 将故障隔离，W防引起二次故障。若发生可恢复故障时智能集成无功模块主控忍片Ml只关 断复合开关K，退运电力电容器C，当故障恢复后，继续根据负荷情况工作。
[0027] 所述取样单元包含配电电压、电流取样单元S1、电容器电流取样单元S2和电容器 溫度传感器S3,配电电压、电流取样单元Sl分别采用电压、电流传感器将强电信号转换成弱 电电压信号，经过电压抬升转换成忍片取样范围内电压信号，直接接入智能集成无功模块 主控忍片Ml具有AD功能的IO口，配电数据采用交流采样技术，W每一周期内取128点数据为 例。
[002引 [0029]
[0030] 有功功率
[0031] 无功功率 ]果 n+l = 128 时 n+l=0)
[0032] 功率因数
[0033] 电容器电流取样单元S2是电力电容器C与复合开关K的输出端之间连接线穿过电 流互感器，电流互感器的输出侧经过电压抬升转换成忍片取样范围内电压信号连接于智能 集成无功模块主控忍片Ml具有AD功能的IO 口。
[0034] 电容器溫度传感器S3探头放置于电力电容器C内部，信号输出端与智能集成无功 模块主控忍片Ml的AD功能的IO 口相连，用来实时监测电力电容器C的运行情况。
[0035] 智能集成无功模块主控忍片Ml采用STM32F105VET6忍片，其具有高精度AD采样功 能，内嵌SPIW及USB硬件通信协议。同时该忍片内FLASH存储器具有电可擦除的特点，在程 序运行过程中可W对FLA甜存储器的数据或程序进行更新。智能集成无功模块主控忍片Ml 根据现场无功负荷、电压大小W及功率因数的变化情况，吸合或关断复合开关K，从而投运 或退运电力电容器C，保证功率因数处于合格范围内。
[0036] 根据应用场合不同，智能集成无功模块分为单相、=相W及分相补偿，单相只需1 路复合开关K，=相需要2路复合开关K，而分相需要完全相同的3路复合开关K。
[0037] 显示模块03包含液晶显示器W及电容状态指示灯。散热风扇巧良据主控忍片Ml采 集电容器内部溫度传感器的溫度启动或停止，保证电力电容器C工作于良好的环境中，延长 整机使用寿命。
[003引USB模块Tl直接连接于主控忍片Ml的USB_0TG功能IO口，用来读出智能集成无功模 块运行记录W及现场程序升级时程序读入，USB模块Tl中0TG_HS_VBUS0为电源线，提供USB 电源，0TG_HS_DM与0TG_HS_DP为数据线完成数据交互，0TG_HS_EN控制U2的电源转换，0TG_ 服_10为USB设备地址线，选择主从模式，智能集成无功模块主控忍片Ml采取主机模式，只焊 接R4，R3不用焊接或者使用智能集成无功模块主控忍片Ml 口线PB12拉低。U2忍片为 STMPS214STR是5V到VDD电压变换器，同时也起到限制电流的作用，VDD为2-3.6V电源，典型 值取3.3V，U3为PRTR5V0U2X忍片，是一种超低电容双rail-to-rail ESD保护二极管，用来保 护双高速数据线路或高频信号线路避免受到ESD的损坏，Ul为标准USB接口，用来连接U盘。
[0039] 外部存储模块T3采用25P16连接与连接于主控忍片Ml的SPI功能IO口，用来存储智 能集成无功模块运行记录W及临时存储智能集成无功模块升级程序。
[0040] -种可编程的智能集成无功模块的自编程方法，智能集成无功模块主控忍片Ml内 部程序被划分为两段程序:第一段程序是引导程序，只实现对第二段程序的操作，占用空间 小，模块出厂后无需任何更改;第二段程序是用户程序，现场只需更新该用户程序实现程序 功能的变更与升级;在现场无需变更任何接线，只需通过原有的接线即可将程序写入智能 集成无功模块。
[0041] 智能集成无功模块主控忍片Ml检测到USB模块Tl接入U盘并且U盘中包含程序升级 文件，读取U盘中文件写入外部存储模块T3中，读写完成后在主控忍片Ml的0X807F800处写 入程序更新标志，启动软复位；
[0042] 智能集成无功模块程序上电或软复位启动时检测0X807F800处是否需要更新程 序，需要更新读取指定的外部化ASH内容覆盖用户程序后，跳转到用户程序，不需要更新程 序直接跳转到用户程序。
[0043] 无功补偿系统一般由控制器与智能集成无功模块通过网络口或RS485通信接线相 互串联构成，如图6所示。最简单的无功补偿系统也可W直接由智能集成无功模块通过网络 口或RS485通信接线相互串联构成。
[0044] 智能集成无功模块主控忍片Ml内部程序的程序版本包含时间版本、程序类型W及 硬件版本=类识别码，只有程序类型W及硬件版本完全相同的智能集成无功模块收到程序 升级指令才会响应，通过检测系统中具有相同程序类型和硬件版本的所有时间版本类型， 如有不同的时间版本，主机获取到系统中最新的时间版本对应的模块，主机请求最新的时 间版本对应的模块通过网络口或RS485接线发出程序传输指令，对应相同程序类型W及硬 件版本的模块将所收到的程序写入外部存储模块T3中，传输完成后写入程序更新标志，主 机程序传输完成后下达程序复位指令，所有智能集成无功模块自动启动软件复位指令，检 测是否有程序更新，做出相应处理。
[0045] 传统的智能集成无功模块升级需要断电拆除升级必然会影响现场的无功补偿，本 方案无需断电，程序升级时智能集成无功模块正常运行工作，对现场无功补偿几乎无任何 影响。
[0046] U盘读取的程序文件具有技术保密性，需要做特殊处理。U盘读取的程序文件为加 密文件，将智能集成无功模块编译器生成的BIN或肥X文件，经过加密算法生成USB模块读取 的特殊文件，特殊文件中包含文件解密钥匙W及加密过的智能集成无功模块程序，智能集 成无功模块读取文件时读取出文件解密钥匙后用相同的加密算法将智能集成无功模块程 序解密后存储到外部存储模块T3中。如此解决了技术文件的保密性，可W直接将加密后的 特殊文件发给用户直接升级处理。
[0047] 本说明书中所描述的W上内容仅仅是对本发明所作的举例说明。本发明所属技术 领域的技术人员可W对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，只 要不偏离本发明说明书的内容或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保 护范围。
【主权项】
1. 一种可自编程的智能集成无功模块，其特征在于:包含复合开关κ、塑壳断路器QF、电 力电容器C、散热风扇F以及智能组件A，智能组件A包含智能集成无功模块主控芯片M1、电源 模块、配电电压、取样单元、控制模块01、保护模块02、显示模块03、USB模块T1、串口通信模 块T2和外部存储模块T3，塑壳断路器QF输入端与三相电源连接，塑壳断路器QF输出端与复 合开关K的一端连接，复合开关K的另一端与电力电容器C的一端连接，电力电容器C的另一 端与地线相连接，电源模块、配电电压、取样单元、控制模块01、保护模块02、显示模块03、 USB模块T1、串口通信模块T2和外部存储模块T3分别与智能集成无功模块主控芯片Ml连接， 电源模块与三相四线电源相连，将220V交流电源转换成直流24V与3.3V电源分别与散热风 扇F与智能集成无功模块主控芯片Ml连接从而提供电源，控制模块01输入侧与主控芯片Ml 的10 口连接，输出侧连接于复合开关K与散热风扇F，保护模块02输入侧与主控芯片Ml的10 口连接，输出侧连接于塑壳断路器QF。2. 按照权利要求1所述的一种可自编程的智能集成无功模块，其特征在于:所述取样单 元包含配电电压、电流取样单元S1、电容器电流取样单元S2和电容器温度传感器S3，配电电 压、电流取样单元S1分别采用电压、电流传感器将强电信号转换成弱电电压信号，经过电压 抬升转换成芯片取样范围内电压信号，直接接入智能集成无功模块主控芯片Ml具有AD功能 的10口，电容器电流取样单元S2是电力电容器C与复合开关K的输出端之间连接线穿过电流 互感器，电流互感器的输出侧经过电压抬升转换成芯片取样范围内电压信号连接于智能集 成无功模块主控芯片Ml具有AD功能的10口，电容器温度传感器S3探头放置于电力电容器C 内部，信号输出端与智能集成无功模块主控芯片Ml的AD功能的10 口相连，用来实时监测电 力电容器C的运行情况。3. 按照权利要求1所述的一种可自编程的智能集成无功模块，其特征在于:所述智能集 成无功模块主控芯片Ml采用STM32F105VET6芯片，其具有高精度AD采样功能，内嵌SPI以及 USB硬件通信协议。4. 按照权利要求1所述的一种可自编程的智能集成无功模块，其特征在于:根据应用场 合不同，智能集成无功模块分为单相、三相以及分相补偿，单相只需1路复合开关K，三相需 要2路复合开关K，而分相需要完全相同的3路复合开关K。5. 按照权利要求1所述的一种可自编程的智能集成无功模块，其特征在于:所述显示模 块03包含液晶显示器以及电容状态指示灯。6. 按照权利要求1所述的一种可自编程的智能集成无功模块，其特征在于:所述USB模 块T1直接连接于主控芯片Ml的USB_0TG功能10口，用来读出智能集成无功模块运行记录以 及现场程序升级时程序读入，USB模块T1中0TG_HS_VBUS0为电源线，提供USB电源，0TG_HS_ DM与0TG_HS_DP为数据线完成数据交互，0TG_HS_EN控制U2的电源转换，0TG_HS_ID为USB设 备地址线，选择主从模式，智能集成无功模块主控芯片Ml采取主机模式，只焊接R4，R3不用 焊接或者使用智能集成无功模块主控芯片Ml 口线TO12拉低。U2芯片为STMPS214STR是5V到 VDD电压变换器，同时也起到限制电流的作用，VDD为2-3.6V电源，典型值取3.3V，U3为 PRTR5V0U2X芯片，是一种超低电容双rail-to-rail ESD保护二极管，用来保护双高速数据 线路或高频信号线路避免受到ESD的损坏，U1为标准USB接口，用来连接U盘。7. 按照权利要求1所述的一种可自编程的智能集成无功模块，其特征在于:所述外部存 储模块T3采用25P16连接与连接于主控芯片Ml的SPI功能10口，用来存储智能集成无功模块 运行记录以及临时存储智能集成无功模块升级程序。8. -种可编程的智能集成无功模块的自编程方法，其特征在于： 智能集成无功模块主控芯片Ml内部程序被划分为两段程序:第一段程序是引导程序， 只实现对第二段程序的操作，占用空间小，模块出厂后无需任何更改;第二段程序是用户程 序，现场只需更新该用户程序实现程序功能的变更与升级； 智能集成无功模块主控芯片Ml检测到USB模块T1接入U盘并且U盘中包含程序升级文 件，读取U盘中文件写入外部存储模块T3中，读写完成后在主控芯片Ml的0x807F800处写入 程序更新标志，启动软复位； 智能集成无功模块程序上电或软复位启动时检测0x807F800处是否需要更新程序，需 要更新读取指定的外部FLASH内容覆盖用户程序后，跳转到用户程序，不需要更新程序直接 跳转到用户程序。9. 按照权利要求8所述的自编程方法，其特征在于:所述智能集成无功模块主控芯片Ml 内部程序的程序版本包含时间版本、程序类型以及硬件版本三类识别码，只有程序类型以 及硬件版本完全相同的智能集成无功模块收到程序升级指令才会响应，通过检测系统中具 有相同程序类型和硬件版本的所有时间版本类型，如有不同的时间版本，主机获取到系统 中最新的时间版本对应的模块，主机请求最新的时间版本对应的模块通过网络口或RS485 接线发出程序传输指令，对应相同程序类型以及硬件版本的模块将所收到的程序写入外部 存储模块T3中，传输完成后写入程序更新标志，主机程序传输完成后下达程序复位指令，所 有智能集成无功模块自动启动软件复位指令，检测是否有程序更新，做出相应处理。10. 按照权利要求8所述的自编程方法，其特征在于:所述U盘读取的程序文件为加密文 件，将智能集成无功模块编译器生成的BIN或HEX文件，经过加密算法生成USB模块读取的特 殊文件，特殊文件中包含文件解密钥匙以及加密过的智能集成无功模块程序，智能集成无 功模块读取文件时读取出文件解密钥匙后用相同的加密算法将智能集成无功模块程序解 密后存储到外部存储模块T3中。
【文档编号】G06F9/445GK105846452SQ201610403392
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年6月8日
【发明人】夏文, 王宗臣, 王新明, 杨建 , 钱培泉, 冯国伟, 王春生, 夏武
【申请人】江苏现代电力科技股份有限公司