《无功补偿控制器.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《无功补偿控制器.pdf（7页完整版）》请在专利查询网上搜索。
1、(10)申请公布号 CN 102148505 A (43)申请公布日 2011.08.10 CN 102148505 A *CN102148505A* (21)申请号 201110103641.6 (22)申请日 2011.04.25 H02J 3/18(2006.01) H02H 7/00(2006.01) G01R 31/00(2006.01) (71)申请人 北京都市鼎点科技有限公司 地址 100070 北京市丰台区科兴路 7 号 510 室 （园区） (72)发明人 万剑伟 左文仓 温要冲 李鹏飞 (74)专利代理机构 山西太原科卫专利事务所 14100 代理人 戎文华 (54) 发明。
2、名称 无功补偿控制器 (57) 摘要 一种无功补偿控制器是微处理器电路包括处 理器， 与处理连接或者集成的 A/D 电路和采样保 持电路 ； 交流信号采样电路包括与 A/D 连接的交 流电压采样电路、 交流电流取样电路和信号调理 电路 ； 温度采样电路包括与 A/D 连接的温度模拟 量取样电路和信号调理电路 ； 开关信号采样电路 包括与处理器相连的光耦隔离和过流保护电路 ； 通讯接口包括与处理器 Uart 连接的通讯电路 ； 交 流采样电路连接电网电压、 电流和电容器组回路 电流进行采样 ； 本发明通过高强度的隔离， 将强 电控制、 弱电控制、 运行监测和故障保护集于一 体， 增加了在线监控电。
3、容器回路的运行状态及回 路故障， 及时隔离故障回路并报警， 保证了设备正 常稳定的运行。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页 CN 102148507 A1/1 页 2 1. 一种无功补偿控制器， 包括微处理器电路， 交流信号采样电路， 温度采样电路， 开关 信号采样电路， 补偿电容控制输出驱动电路， 电源电路， 数据存储电路和通讯接口电路 ； 其 特征在于 ： 所述微处理器电路包括处理器， 与处理器连接或者集成的 A/D 电路和采样保持电路 ； 所述交流信号采样电路包括与 A/D 连接的交流电压。
4、取样电路、 交流电流取样电路和信 号调理电路 ； 所述温度采样电路包括与 A/D 连接的温度模拟量取样电路和信号调理电路 ； 所述开关信号采样电路包括与处理器相连的光耦隔离和过流保护电路 ； 所述通讯接口电路包括与处理器 Uart 连接的通讯电路 ； 所述的交流采样电路连接电网电压、 电流和电容器组回路电流进行采样。 2. 如权利要求 1 所述的无功补偿控制器， 其特征在于开关信号采样电路包含并不限于 电容器组回路开关控制信号、 状态信号、 电容器过压信号和故障信号采样。 权 利 要 求 书 CN 102148505 A CN 102148507 A1/4 页 3 无功补偿控制器 技术领域 0。
5、001 本发明涉及一种无功补偿控制器， 特别涉及一种煤矿井下变电站或配电所使用隔 爆型动态无功功率补偿装置的综合控制器。 背景技术 0002 无功功率补偿装置是一种能够稳定电网电压， 改善电网供电质量和变压器利用 率， 节约电能， 提高用电可靠度的装置。 0003 煤矿井下使用的无功补偿装置除了需要正常的无功功率补偿功能外， 还需要装置 本身有足够的可靠性， 并且能够监控装置主要部件运行状态， 自动故障诊断和处理， 并对电 网的异常做出适当的反应， 避免装置带故障运行， 出现造成事故的可能。 也需要分析监控补 偿装置的运行效能。 0004 现有的无功补偿控制器只能根据电网的无功功率或者功率因数。
6、， 通过相同容量的 电容器组的循环投切的逐步逼近负荷的无功需量以提高功率因数。 当电容器组投切回路故 障或者电容器故障时控制器无法判断， 影响投切效果或者导致故障进一步扩大。投切选择 没有考虑各个电容器组使用频次和使用时间， 容易对同一组电容器多次进行投切动作， 或 者长时间运行某一组电容器组， 导致该电容器组故障增加， 使用寿命减少。 控制器没有对未 对补偿装置的运行部件运行状态监控， 装置运行异常， 控制器无法判断， 装置在异常条件或 者带故障运行导致故障进一步扩大。 0005 现有公开 ( 公告 ) 号为 CN1845415 的一种 “动态电容补偿控制器及其投切方式” 发明专利， 它包括。
7、中央处理器和输出控制电路， 其中， 输出控制电路包括继电器输出控制电 路， 其特征在于 ： 所述的继电器输出控制电路还包括无触点器件控制电路 ； 输出控制电路 包括由若干个无触点器件构成的优先投切组输出控制电路和若干个继电器构成基础投切 组输出控制电路。 所述的输出控制电路受中央处理器控制， 控制各补偿电容投切的投切， 直 到配电网络的无功功率或功率因数进入设定值范围内为止。能有效实现快速补偿， 又有效 地降低整个装置的成本， 使动态无功补偿装置大量推广使用成为可行。适用于低压电网电 容补偿装置。但未能够设置过电流、 过电压、 运行状态以及故障检测控制功能。 0006 现有公开(公告)号为CN。
8、101510692的一种 “ 无功功率补偿控制器和投切电容的 方法” 的发明专利， 该控制器包括 ： 检测记录模块、 确定模块、 统计存储模块以及投切模块。 本发明使用简单、 可靠性高， 提高了投切电容时的响应速度。 但未能够设置过电流、 过电压、 运行状态以及故障检测控制功能。 发明内容 0007 本发明提供一种用于煤矿井下 660V 和 1140V 电压等级的无功补偿控制器， 实现 煤矿井下变电站或配电所使用隔爆动态无功功率补偿的综合控制， 进一步解决无功补偿控 制器的过电流、 过电压、 运行状态以及故障检测控制的问题。 0008 本发明的目的是这样实现的 ： 一种无功补偿控制器， 包括微。
9、处理器电路， 交流信号 说 明 书 CN 102148505 A CN 102148507 A2/4 页 4 采样电路， 温度采样电路， 开关信号采样电路， 补偿电容控制输出驱动电路， 电源电路， 数据 存储电路和通讯接口电路 ； 其中 ： 所述的处理器电路包括处理器， 与处理器连接的或者集成的 A/D 电路和采样保持电 路 ； 所述的交流信号采样电路包括与 A/D 连接的交流电压取样， 交流电流取样信号和信号 调理电路 ； 所述的温度采样信号包括与 A/D 连接的温度模拟量取样和信号调理电路 ； 所述的开关信号采样电路包括与处理相连的光耦隔离和过流保护电路 ； 所述通讯接口包括与处理器 Ua。
10、rt 连接的通讯电路 ； 所述的交流采样电路连接电网电压、 电流和电容器组回路电流进行采样 ； 所述的开关信号采样电路包含并不限于电容器组回路开光控制信号、 状态信号、 电容 器过压信号和故障信号采样。 0009 本发明所述的一种矿用无功补偿控制器， 与现有技术相比， 所具有的优点与积极 效果在于通过高强度的隔离， 将强电控制和弱电控制， 运行监测， 故障保护集中在小型化的 控制器中， 方便了工厂复杂电力控制安装及使用 ； 通过微处理器及其信号电路， 增加对电容 电容器组运行次数和用行时间优化电容器投入切除策略， 从而提高电容器使用寿命， 减少 电容器的故障率 ； 增加对监控运行部件的运行参数。
11、， 自动进行故障诊断， 在第一时间内进行 故障隔离， 最大限度提高装置的容错性和装置的使用安全性 ； 增加在线监控电容器及其回 路的运行状态， 在线诊断电容器及其回路的故障， 及时隔离故障回路并且报警 ； 增加接收运 行设备的状态信号和故障信号， 根据设定逻辑进行故障判断， 动作和报警 ； 增加接收运行设 备的温度信号， 根据设备类型进行故障判断， 动作和报警 ； 增加在线分析无功功率补偿装置 的节能效能功能。 附图说明 0010 图 1 是本发明的原理框图。 0011 图 2 是本发明电流采样原理图。 具体实施方式 0012 为了使本领域的技术人员能够实施本发明的技术方案， 下面结合附图对本。
12、发明的 具体实施方式作出进一步的详细描述。 0013 本发明提供了一种无功补偿控制器， 如图 1 所示， 包括 ： 微处理器电路 6， 其以微处理器为核心， 用于控制 A/D 采样， 开关信号采样， 开关控制 信号输出和计算电网参数， 计算无功需量， 执行电容器组投切策略， 进行故障诊断和故障处 理， 分析设备运行效能。 0014 通过交流电压电流取样电路1对电网的电压、 电流进行采样和A/D转换， 测得电网 电压和电流值， 计算出功率因数、 有功功率和无功功率， 然后根据需要补偿的无功功率， 每 组电容器容量， 每组电容器的动作频次， 每组电容器运行时间的反特性进行判断、 决策， 输 出开关。
13、控制信号 3， 控制电容器组的投运或者退运。 0015 通过电流取样电路 2 和 A/D 转换测得电容器组的运行电流， 计算出每组电容器组 说 明 书 CN 102148505 A CN 102148507 A3/4 页 5 运行的无功容量和有功损耗以及三相不平衡度， 进行故障诊断和故障隔离。 0016 通过开关信号采样电路 3 对电容器组的控制开关的控制信号和状态信号进行采 样， 然后根据控制器的指令、 控制开关的信号和电容器组的电流判定对电容器组回路的故 障诊断和故障隔离。 0017 通过温度采样电路 7 采样运行部件的温度信号， 对运行部件的运行温度进行监 控， 并进行故障诊断和故障隔离。
14、。 0018 采样电路采集电容器组回路电流。 根据测得电网电压使用傅里叶变换或者快 速傅里叶变换检测出电容器的无功功率和介电损耗 （有功功率） 并且计算电容器组电流的 不平衡度， 通过跟踪每路的电容器组的输出无功功率， 介电损耗的变化和电容器组电流的 不平衡度和电容器回路电流是否超过门限， 来判断电容器是否故障， 进行报警或者退出运 行。 0019 如 上 所 述 的 一 组 在 线 的 电 容 器 组 运 行 检 测 的 特 征 在 于 使 用 傅 里 叶 变 换 或 者 快 速 傅 里 叶 变 换 计 算 出 电 压 电 流 的 相 位 角 使 用 公 式 计算出电容器组的无功功率输出和有。
15、功功率损耗。 0020 电流不平度根据公式 其中 进行计算。 0021 开关信号采样电路 3 采集电容投切开关的控制信号状态， 电容投切开关的状态信 号， 采样电路采集电容器组回路电流， 电容投切开关的状态信号和电容器电流的状态进行 故障检测。 检测处理器单元未发出投切指令和发出投切指令两种情况下的开关控制信号状 态， 电容投切开关的状态和电容器电流的状态进行判断电容器的投切开关和电容器回路运 行故障， 进行报警或者退出运行。 0022 在正常情况下， 处理器未发出投切指令时， 电容器投切开关的控制信号和电容器 投切开关状态信号处于断开状态， 电容器电流为 0。处理器发出投切指令时， 电容器投。
16、切开 关的控制信号和电容器投切开关状态信号处于闭合状态， 电容器回路有电流， 无断相。 0023 采样电路采集电网的电压和电流信号， 使用傅里叶或者快速傅里叶变换计算出电 网的电压、 电流、 有功功率、 无功功率和谐波等参数。并且计算距离目标功率因数的无功功 率差值， 选择最优的各个电容器组投切状态， 并且依次按照如下条件优化 ： a、 电容器状态变化最少优先 ； b、 电容器组运行时间短优先运行 ； c、 电容器组投入切除动作次数少的回路优先切换。 0024 使用所述投切策略， 可以保证对电网的快速补偿， 减少电容切换对电网的冲击同 说 明 书 CN 102148505 A CN 10214。
17、8507 A4/4 页 6 时还可以充分利用所有电容器组， 延长电容器组和开关的寿命， 减少设备故障率。 0025 保存电容器投入前电压， 电流， 和电容器投入后电压， 电流 计算出电压电流的变化量 . 计算出线路阻性阻抗 ， 这个值需要取一段时间的平均值进行估算。 0026 得到阻性负载后根据功率公式可以确定线路的损耗功率。 进行可以估算出电容器 投入前和投入线路损耗功率， 进行累积就可以累积出节能效能。 0027 本控制器使用简单， 具有较强的在线监控和报警保护功能， 可以在线分析统计出 无功功率补偿装置的节能效能 ； 可以使矿用无功功率补偿装置提高补偿效率， 且运行更加 可靠安全。 0028 基于本发明上述具体实施方式， 本领域的技术人员在结合现有技术的基础上， 采 用常规手段能够实施本发明所述的技术方案， 并将实施本发明所述的无功补偿控制器用于 煤矿井下 660V 和 1140V 电压等级的无功补偿控系统， 能够实现煤矿井下变电站或配电所 使用隔爆动态无功功率补偿的综合控制， 并取得了显著效果。 说 明 书 CN 102148505 A CN 102148507 A1/1 页 7 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 102148505 A 。