专利名称：数字化无功补偿控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种数字化无功补偿控制器。主要用于0.2KV 0.4KV 配电系统的计算机远程无线控制、嵌入式系统、及工业自动化配电系统中 的各类动态无功功率补偿。属于节能、降耗，优化电网电能质量自动化控 制领域。
背景技术：
在工业、农业和生活用电负载中，很多是阻感负载如异步电动机、变 压器、荧光灯等。阻感负载工作时在电力线路中产生了无功功率。无功功率对公用电网产生如下影响1、 增加了设备容量。2、 增加了设备及线路损耗。3、 使变压器及线路的电压降增大，造成供电质量降低。 为了减小这样的损耗，需要对线路进行无功功率补偿。用无功补偿电容器是补偿无功功率最常用的方法。该方法是通过开关在线路上并连补偿 电容器。由于该方法具有结构简单、经济方便、补偿效果显著等优点。目 前在国内外得到了广泛应用。但该方法存在最大不足在于电容上的电压不 能突变，不能实现快速无功功率补偿。线路上有电压时，电容并接到线上瞬间将有一个较大的充电冲击电流。单纯使用机械触点式开关容易造成 机械触头的烧蚀、损坏。单纯采用电子元件作为开关，由于电路中的高电 压大电流。使电子器件容易损坏，并在切换时产生谐波。所以又把机械开 关和电子器件并联形成复合开关来进行补偿电容投切。但在交流电力线路 的接通和断开过程中，由于存在大电流和强电场仍然造成开关经常损坏。 实用新型内容本实用新型的目的在于克服上述不足，提供一种能实现无功功率快速 补偿的数字化无功补偿控制器。本实用新型的目的是这样实现的 一种数字化无功补偿控制器，主要 由直流稳压电路、电流动态检测采样电路、电压动态检测采样电路、主控 电路、驱动接口电路、共补驱动电路、分补驱动电路、投切监测电路、显 示接口电路、显示装置电路、功能指示薄膜键盘、接触器和可控硅组成的 闭环控制系统。所述电流动态检测采样电路、电压动态检测采样电路和投 切监测电路分别接入主控电路，所述主控电路分别与驱动接口电路、直流 稳压电路和显示接口电路相连，驱动接口电路分别与共补驱动电路和分补 驱动电路相连，所述直流稳压电路与显示接口电路相连，显示接口电路与 显示装置电路相连，显示装置电路与功能指示薄膜键盘相连。本实用新型提供了一种智能"数字化无功补偿控制器"，通过电流互感 器、电压互感器时时采集在线各量动态数据，采用瞬时积分比较法和优化 的傅立叶算法精确计算电网中各项参数，时时跟踪各项参数和无功功率变化，以三相无功功率和电压为依据，把上述各量进行变换后输入控制电路;控制电路根据设定的程序去控制可控硅模块+接触器去接入或者断开直流 电容，控制共补和分补电容器实现无功功率动态补偿。同时补偿电网谐波 电流和零序电流，还可以快速无级差地连续吞吐无功功率，动作时间为几 十毫秒，可三相同时就地补偿和单相就地补偿同时进行。补偿后的功率因数可达0.99以上。并能抑制电网电压突然跌落，实现三相不平衡调节。本实用新型的关键点在于控制电路原理、电路实现方式和采用瞬时积 分比较法和优化的傅立叶算法精确计算电网中各项参数的软件。本实用新型的创新点在于1、 通过时时在线检测电流和电压参数快速的实现可控硅和接触器投切。2、 软件采用瞬时积分比较法和优化的傅立叶算法，可以精确的快速计 算电网各项参数，达到快速准确的控制。3、 采用光电隔离和电源隔离技术实现弱电与强电完全隔离。4、 驱动电路加装灭弧电路，隔离强电对系统电路干扰。 本实用新型与同类产品相比具有如下优点1、 采用高速数字处理器DSP芯片，采集电压和电流参数地速度和过零投切的速度都比同类产品快。最快速度可达几十毫秒。2、 由于DSP高速数字处理器内部集成有A/D模/数转换电路，省去了外部电路A/D模数转换芯片，简化了电路，节约了生产和维护成本。3、 驱动电路输出端加装灭弧电路，增强了系统抗干扰能力。4、 优化的软件算法，提高了计算电网各参数的准确度和精度。为快速准确投切提供了可靠数据。5、系统采用拔插式结构方式，便于维护和调试。
图1为本实用新型的电路组成方框图。 图2为本实用新型的主控电路图。 图3为本实用新型的驱动接口电路图。 图4为本实用新型的共补驱动电路图。 图5为本实用新型的分补驱动电路图。
具体实施方式
参见图l，本实用新型数字化无功补偿控制器，主要由直流稳压电路、 电流动态检测采样电路、电压动态检测采样电路、主控电路、驱动接口电 路、共补驱动电路、分补驱动电路、投切监测电路、显示接口电路、显示 装置电路、功能指示薄膜键盘、接触器和可控硅组成的闭环控制系统。所 述电流动态检测采样电路、电压动态检测采样电路和投切监测电路分别接 入主控电路，所述主控电路分别与驱动接口电路、直流稳压电路和显示接 口电路相连，驱动接口电路分别与共补驱动电路和分补驱动电路相连，所 述直流稳压电路与显示接口电路相连，显示接口电路与显示装置电路相连， 显示装置电路与功能指示薄膜键盘相连。参见图2， D5、 D6、 D7、 D8、 D9、 DIO、 JZ、 C201、 C202、 D202组 成主控制电路，其中D5为Intel公司生产的16位单片机；JZ、 C201、 C202 时钟电路，为D5提供正常工作用的时钟源；D6、 D9为A0 A15的地址锁存器；D8为控制软件存储；D9为数据软件缓存器；D7为可编程逻辑器 件，用于产生系统所需控制逻辑信号；D3防止程序死循环电路；D12通讯 电路。参见图3， D14、 D15、 D16、 D17、 D18、 D19、 D20、 D21组成驱动 接口电路，其中D14、 D15为可编程接口电路；D16-D21驱动电路。参见图4，共补驱动电路HV1、 HV2、 HV3、 Rl-R24、 C1-C12组成光 电隔离电路；VT1-VT12、 R25-R48、 VD1-VD12、 KM1-KM12组成强电控 制电路；R50-R61、C13-C24组成灭弧电路。控制信号STOCAPO-STOCAPll。参见图5，分补驱动电路HV1、 HV2、 HV3、 Rl-R24、 C1-C12组成光 电隔离电路；VT1-VT12、 R25-R48、 VD1-VD12、 KM1-KM12组成强电控 制电路；R50-R61、 C13-C24组成灭弧电路。控制信号 SA—CAP0~SA—CAP3 、 SB—CAP0~SB—CAP3 、 SC—CAPO—SC—CAP3 c直流稳压电路采用开关稳压电源电路。输出三路直流稳压电源供系统 使用。XS1插座1脚、2脚为+5V;XSl插座7脚、8脚为+12V; XS1插座5 脚、6脚为-12V。控制器由Dl、 D2、 D3、 D4、 D5、 D6、 D7、 D8、 D9、 DIO、 BT501 组成主控制回路，采用DSPIC33F; 80C196KB16; 16位数字处理器作为控 制器核心。Dll、 D12、 D13和工业无线DTU模块组成有线和无线通讯回 路。D14、 D15、 D16、 D17、 D18、 D19、 D20、 D21组成驱动接口电路和 显示接口电路。电压动态检测采样电路、电流动态检测采样电路、投切监测电路由Nl、 N2、 N3、 ZD1、 TVA、 TVB、 TVC、 TAA、 TAB、 TAC、 XS1、 XS2组成。显示装置电路由Dl完成数码显示和键盘输入数据处理功能。D2、 D3、 D9、 DIO、 WD1、 R34-R35组成数码显示驱动电路。D5、 D6、 D7、 D8、 Dll、 D12组成面板功能指示电路。功能指示薄膜键盘可完成投限、切限、过压、欠压、CT变比和投切延 时的参数设置，能够实现手动/自动转换和各种功能状态指示。控制器按功能分为电源电路板(编号QFCI-K-PW-Vl.O)、控制电路 板(编号QFCI-K-KZ-Vl.O)、采样电路板(编号QFCI-K-CY-Vl.O)、显 示电路板(编号QFCI-K-XS-V1.0)、共补电路板(编号QFCI-K-GB-Vl.O)、 分补电路板(编号:QFCI-K-FB-Vl.O)、基板(编号:QFCI-K-JB-Vl.O)、 各电路板之间通过基板采用CY4-2.54类插座联结。电源稳压电路板共有6路输出，XS1插座1、 2脚输出+5V供主控电路 板、采样电路板、显示电路板工作；XS1插座3、 4为GND地；XS1插座 5、 6脚输出+12V， XS1插座9、 10脚输出-12V供采样工作；XS1插座13、 14脚输出12V， XS1插座15、 16脚为GND2地供分补板、共补板工作； XS1插座17、 18脚输出+5V2供主控板工作；XS1插座19、 20脚输出+9V 供驱动工作。采样电路板主要由Nl、 N2、 N3、 ZD1、 TVA、 TVB、 TVC、 TAA、 TAB、 TAC、 XS1、 XS2、组成。完成在线时时采集各量动态数据，通过接 口将采集到的时时数据输入到控制板电路板A/D转换接口输入端。基板由XS1、 XS2、 XS3、 XS4、 XS5、 XS6、 XS7、 Cl-C7组成系统 信号连接基座，采用拔插式结构。 电路工作过程A相电流、B相电流、C相电流经过电流动态检测采样电路，采集到 的在线电流信号和A相电压、B相电压、C相电压经过电压动态检测采样 电路，采集到的在线电压信号，输送到图2的D5控制器芯片A/D模数转 换输入端，控制器D5将输入的电压、电流模拟信号，通过A/D模数转换 成数字信号，再通过D6-D12固化的控制软件，采用瞬时积分比较法和优 化的傅立叶算法精确计算，得到电网中电压、电流、功率因数、有功功率、 无功功率和3次谐波、5次谐波、7次谐波、9次谐波、11次谐波等各项时 时在线有效数据。D5控制器再将从功能指示薄膜键盘输入Q,投限、Q2切 限、Ui过压、U2欠压、Na級数、Ny级数、Ca級容、Cy级容、K变比、T 延时等设置参数，和釆集到时时在线数据进行参照处理后，通过图3的 D14-D21把需要投切的24条可控制硅指令和24条接触器控制指令发出到 共补驱动电路和分补驱动电路。图4，共补驱动电路在接到12条共补可控硅T0CAP0-T0CAP11驱动 指令和12条共补ST0CAP0-ST0CAP11接触器指令后，12条共补可控硅 T0CAP0-T0CAP11驱动指令通过共补驱动电路板上的XS3插座，分别输出 到12路可控硅触发板进行过零投切控制。12路接触器控制指令通过共补电路板的XS1输入，分别输入到每路驱 动电路输入端，接触器STOCAPO第1路驱动指令经R1、 R2、 Cl将输入驱动信号处理再通过HV1光电隔离，产生第1路STOCAPO G驱动控制信号， 输入到R25、 R26控制VT1导通和断开，KM1继电器通过VT1通断实现 强弱电隔离转换，推动接触器进行电容补偿，实现无功功率补偿。接触器驱动指令ST1CAP1-ST1CAP3驱动控制信号分别输入到R3、 R4、 C3; R5、 R6、 C4; R7、 R8、 C4;产生ST0CAP1 G-ST0CAP3 G驱动 控制信号控制VT1、 VT2、 VT3导通和断开，KM2、 KM3、 KM4继电器通 过VT2、 VT3、 VT4通断实现强弱电隔离转换，推动接触器进行相应的电 容补偿。接触器驱动指令ST1CAP4 -ST1CAP7驱动控制信号分别输入到R9、 詣、C5; Rll、 R12、 C6; R13、 R14、 C6; R15、 R16、 C8;产生ST0CAP4 G-ST0CAP7 G驱动控制信号控制VT5、 VT6、 VT7、 VT8导通和断开，KM5、 KM6、 KM7、 KM8继电器通过VT5、 VT6、 VT7、 VT8通断实现强弱电隔 离转换，推动接触器进行相应的电容补偿。接触器驱动指令ST1CAP8 -ST1CAP11驱动控制信号分别输入到R17、 R18、 C9; R19、 R20、 Cl(h R21、 R22、 Cll; R23、 R24、 C12;产生ST0CAP5 G-ST0CAP11 G驱动控制信号控制VT9、 VTIO、 VTll、 VT12导通和断开， KM9、 KMIO、 KMll、 KM12继电器通过VT9、 VTIO、 VTll、 VT12通断 实现强弱电隔离转换，推动接触器进行相应的电容补偿。图5，分补驱动电路在接到12条分补可控硅T0CAP0-T0CAP11驱动 指令和 12 分补 SA—CAPO-SA—CAP3 、 SA—CAP4-SA—CAP7 、 SA—CAP8-SA—CAP11接触器指令后，12条分补可控硅T0CAP0-T0CAP11驱动指令通过分补驱动电路板上的XS3插座，分别输出到12路可控硅触 发板进行过零投切控制。12路接触器控制指令通过分补电路板的XS1输入，分别输入到每路驱 动电路输入端，接触器SA—CAPO第1路驱动指令经Rl、 R2、 Cl将输入 驱动信号处理再通过HV1光电隔离，产生第1路SA一CAPO G驱动控制信 号，输入到R25、 R26控制VT1导通和断开，KM1继电器通过VT1通断 实现强弱电隔离转换，推动接触器进行分相电容补偿，实现分相无功功率 补偿。接触器驱动指令SA—CAP1-SA一CAP3驱动控制信号分别输入到R3、 R4、 C3; R5、 R6、 C4; R7、 R8、 C4;产生ST0CAP1 G-ST0CAP3 G驱动 控制信号控制VT1、 VT2、 VT3导通和断开，KM2、 KM3、 KM4继电器通 过VT2、 VT3、 VT4通断实现强弱电隔离转换，推动接触器进行相应的各 相电容补偿。接触器驱动指令SA—CAP4-SA—CAP7驱动控制信号分别输入到R9、 RIO、 C5; Rll、 R12、 C6; R13、 R14、 C6; R15、 R16、 C8;产生SA一CAP4 G-SA一CAP7 G驱动控制信号控制VT5、VT6、VT7、VT8导通和断开，KM5、 KM6、 KM7、 KM8继电器通过VT5、 VT6、 VT7、 VT8通断实现强弱电隔 离转换，推动接触器进行相应的各相电容补偿。接触器驱动指令SA—CAP8-SA—CAP11驱动控制信号分别输入到R17、 R18、C9; R19、R20、C10; R21、R22、C11; R23、 R24、 C12;产生SA_CAP8 G-SA_CAP11 G驱动控制信号控制VT9、 VT10、 VTll、 VT12导通和断开，KM9、 KMIO、 KMll、 KM12继电器通过VT9、 VTIO、 VTll、 VT12通断 实现强弱电隔离转换，推动接触器进行相应的电容补偿。
R49-R60、 C13-C24组成共补电路板和分补电路板灭弧电路。 本实用新型主要控制芯片D5己经由原80C196KB16更换成 DSPIC33F。
权利要求1、一种数字化无功补偿控制器，其特征在于所述控制器主要是由直流稳压电路、电流动态检测采样电路、电压动态检测采样电路、主控电路、驱动接口电路、共补驱动电路、分补驱动电路、投切监测电路、显示接口电路、显示装置电路、功能指示薄膜键盘、接触器和可控硅组成的闭环控制系统，所述电流动态检测采样电路、电压动态检测采样电路和投切监测电路分别接入主控电路，所述主控电路分别与驱动接口电路、直流稳压电路和显示接口电路相连，驱动接口电路分别与共补驱动电路和分补驱动电路相连，所述直流稳压电路与显示接口电路相连，显示接口电路与显示装置电路相连，显示装置电路与功能指示薄膜键盘相连。
专利摘要本实用新型涉及一种数字化无功补偿控制器，主要是由直流稳压电路、电流动态检测采样电路、电压动态检测采样电路、主控电路、驱动接口电路、共补驱动电路、分补驱动电路、投切监测电路、显示接口电路、显示装置电路、功能指示薄膜键盘、接触器和可控硅组成的闭环控制系统，所述电流动态检测采样电路、电压动态检测采样电路和投切监测电路分别接入主控电路，所述主控电路分别与驱动接口电路、直流稳压电路和显示接口电路相连，驱动接口电路分别与共补驱动电路和分补驱动电路相连，所述直流稳压电路与显示接口电路相连，显示接口电路与显示装置电路相连，显示装置电路与功能指示薄膜键盘相连。本实用新型能实现无功功率动态补偿。
文档编号H02J3/18GK201174594SQ20082003307
公开日2008年12月31日 申请日期2008年3月20日 优先权日2008年3月20日
发明者张建兴, 范满红 申请人:江苏方程电力科技有限公司