共补无功补偿装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种共补无功补偿装置，其包括MCU以及与MCU连接的计量芯片、485通讯组网模块、输入输出模块、零点检测模块、电源模块、掉电检测模块、开关状态检测模块和预充电投切模块，计量芯片、零点检测模块、掉电检测模块、开关状态检测模块和预充电投切模块还连接到三相电路。本方案采用计量芯片采集三相电路中的电压和电流，并计算出电信号参数。MCU根据电信号参数以及零点检测模块检测到的数值，在电压波峰点控制预充电投切模块投入开关，可以有效延长开关的使用寿命。通过485通讯组网模块，可以将多个共补无功补偿装置组成一个网络，实现群控功能和分级投切。本方案适用于三相电路。
【专利说明】
共补无功补偿装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及电力输电系统领域，尤其是涉及一种可以零点投切的共补无功补
【背景技术】
[0002]近年来，随着我国电力行业的不断发展，大范围的高压输电网络逐步形成，同时对电网无功功率的要求也日益严格，无功补偿是保证电力系统电能质量、降低电网损耗以及保证其安全运行所不可缺少的部分。电网无功功率不平衡将导致系统电压的巨大波动，严重时会导致用电设备的损坏，出现系统电压崩溃和稳定破坏事故。因此无功功率对电力系统是十分重要的，研究无功功率具有重要的现实意义。
[0003]现有的无功补偿方案存在以下缺点:
[0004]1.投切开关不能做到真正零点投切，开关使用寿命短；
[0005]2.没有按无功量需求的投切机制，易造成投切震荡，影响电容器和用电设备的安全；
[0006]3.无法组网运行，分级投切。
[0007]中华人民共和国国家知识产权局于2015年02月25日公开了名称为《一种无功补偿装置》的专利文献(公开号:CN104377704A)，包括控制器、可控电抗器和电容器，所述控制器与电容器形成电路连接，所述的无功补偿装置还包括第一断路器、第二断路器和第三断路器，所述的第一断路器与电容器形成电路连接，所述的第一断路器与第二断路器和第三断路器形成电路连接。此方案仍然不能做到在零点投切，会影响投切开关的使用寿命。
【发明内容】
[0008]本实用新型主要是解决现有技术所存在的无法做到零点投切、不能组网运行等的技术问题，提供一种可以做到组网投切、有效延长开关使用寿命、可以组网运行分级投切的共补无功补偿装置。
[0009]本实用新型针对上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的:一种共补无功补偿装置，包括MCU、计量芯片、485通讯组网模块、输入输出模块、零点检测模块、电源模块、掉电检测模块、开关状态检测模块和预充电投切模块，所述计量芯片、485通讯组网模块、输入输出模块、零点检测模块、掉电检测模块、开关状态检测模块和预充电投切模块都与MCU连接，所述电源模块为其余各模块供电，计量芯片、零点检测模块、掉电检测模块、开关状态检测模块和预充电投切模块还连接到三相电路。
[0010]本方案采用计量芯片采集三相电路中的电压和电流，并计算出电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、无功量的电信号参数。MCU根据电信号参数以及零点检测模块检测到的数值，在电压波峰点控制预充电投切模块投入开关，可以有效延长开关的使用寿命。通过485通讯组网模块，可以将多个共补无功补偿装置组成一个网络，实现群控功能和分级投切，减小投切震荡和对用电负载的冲击。输入输出模块包括按键、显示屏等，实现人机交互。掉电检测模块用于检测电路是否掉电。开关状态检测模块用于检测投切开关的当前状态。
[0011]作为优选，所述预充电投切模块包括二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、热敏电阻PTCl、热敏电阻PTC2、磁保持继电器Kl、电阻R9、电阻Rl 1、继电器驱动芯片、电容C2、电容C3和电容C4，电容C2为补偿电容，所述二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、热敏电阻PTCl和热敏电阻PTC2依次串联之后跨接在电路A相和补偿电容的充电端之间或跨接在电路C相和补偿电容的充电端之间，补偿电容的另一端连接电路B相;磁保持继电器KI的被控端跨接在电路A相和补偿电容的充电端之间或跨接在电路C相和补偿电容的充电端之间，线圈端分别连接继电器驱动芯片的I脚和5脚;继电器驱动芯片的3脚通过电阻Rll连接MCU，7脚通过电阻R9连接M⑶，8脚连接电源15V，4脚接地；电容C3—端连接继电器驱动芯片的3脚，另一端接地;电容C4一端连接继电器驱动芯片的7脚，另一端接地。
[0012]上电后，电压经过整流后对补偿电容进行直流充电，补偿电容充电充满后电压稳定在交流电电压的波峰处，然后在通过零点检测模块采集电压波峰，在电压波峰处投入开关，做到零压差投入，这样相比电压零点处投入开关的方法容错率更大，因为交流电波形的波峰处斜率大大低于零点处，这样就大大提高了开关的使用寿命。
[0013]本无功补偿装置采用磁保持继电器作为投切开关，磁保持继电器相比晶闸管更节能，更高效。
[0014]作为优选，开关状态检测模块包括电阻Rl、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电容C6、二极管Dl和光耦01，所述电阻Rl的第一端连接补偿电容的充电端，第二端通过依次串联的电阻R2、电阻R3和电阻R4连接光耦OI的I脚;二极管DI的正极连接光耦01的2脚，负极连接光耦01的I脚;光耦01的2脚还连接电路B相；电容C6与二极管DI并联;光耦OI的4脚连接电源15V，3脚连接电阻R5的第一端，电阻R5的第二端通过电阻R6接地，电阻R5的第二端还连接MCU ο
[0015]开关状态检测电路通过判断电容正向的电压波形，开关未投入时为直流高电平；开关投入时为一个正弦波;充电电路故障时为低电平，这个电路巧妙的利用了电容充电电路处的波形来判断开关的状态，大大提高了效率。
[0016]作为优选，零点检测模块包括A相检测单元和C相检测单元，A相检测单元包括电阻1?33、电阻1?30、电阻1?8、电阻1?43、电阻1?7、电阻1?39、二极管013、二极管212和光耦02，所述二极管D13的正极通过依次串联的电阻R43、电阻R38、电阻R30和电阻R33连接电路A相，二极管D13的负极连接光耦02的I脚，光耦02的2脚连接电路B相；二极管Z12的正极连接光耦02的2脚，负极连接光耦02的I脚;光耦02的3脚连接电阻R39的第一端，4脚连接电源VCC;电阻R39的第二端通过电阻R7接地，电阻R39的第二端还连接MCU; C相检测单元结构与A相检测单元相同。
[0017]零点检测模块用于检测电压波峰。
[0018]本实用新型带来的有益效果是，采用电容预充电方式，零压差投入，零电流切除，大大提高开关的使用寿命;本方案采用模块化设计，体积小，可靠性高，具有过压，过流，过温，电容器容量衰减等保护功能，更安全;本方案还具有组网功能，多台电容器可组成一个网络，实现群控功能，实现分级投切。
【附图说明】
[0019]图1是本实用新型的一种电路框图；
[0020]图2是本实用新型的一种M⑶电路图；
[0021 ]图3是本实用新型的一种预充电投切模块电路图；
[0022]图4是本实用新型的一种开关状态检测模块电路图；
[0023]图5是本实用新型的一种零点检测模块电路图；
[0024]图中:1、M⑶，2、计量芯片，3、485通讯组网模块，4、输入输出模块，5、零点检测模块，6、电源模块，7、掉电检测模块，8、开关状态检测模块，9、预充电投切模块。
【具体实施方式】
[0025]下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。
[0026]实施例:本实施例的一种共补无功补偿装置，如图1所示，包括MCUl、计量芯片2、485通讯组网模块3、输入输出模块4、零点检测模块5、电源模块6、掉电检测模块7、开关状态检测模块8和预充电投切模块9，所述计量芯片、485通讯组网模块、输入输出模块、零点检测模块、掉电检测模块、开关状态检测模块和预充电投切模块都与MCU连接，所述电源模块为其余各模块供电，计量芯片、零点检测模块、掉电检测模块、开关状态检测模块和预充电投切模块还连接到三相电路。
[0027]本方案采用计量芯片采集三相电路中的电压和电流，并计算出电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、无功量的电信号参数。MCU根据电信号参数以及零点检测模块检测到的数值，在电压波峰点控制预充电投切模块投入开关，可以有效延长开关的使用寿命。通过485通讯组网模块，可以将多个共补无功补偿装置组成一个网络，实现群控功能和分级投切，减小投切震荡和对用电负载的冲击。输入输出模块包括按键、显示屏等，实现人机交互。掉电检测模块用于检测电路是否掉电。开关状态检测模块用于检测投切开关的当前状态。
[0028]图2为本实施例的MCU电路图。
[0029]如图3所示，所述预充电投切模块包括二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、热敏电阻PTC1、热敏电阻PTC2、磁保持继电器K1、电阻R9、电阻R11、继电器驱动芯片、电容C2、电容C3和电容C4，电容C2为补偿电容，所述二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、热敏电阻PTCl和热敏电阻PTC2依次串联之后跨接在电路A相和补偿电容的充电端之间或跨接在电路C相和补偿电容的充电端之间，补偿电容的另一端连接电路B相;磁保持继电器Kl的被控端跨接在电路A相和补偿电容的充电端之间或跨接在电路C相和补偿电容的充电端之间，线圈端分别连接继电器驱动芯片的I脚和5脚;继电器驱动芯片的3脚通过电阻Rll连接M⑶，7脚通过电阻R9连接M⑶，8脚连接电源15V，4脚接地；电容C3—端连接继电器驱动芯片的3脚，另一端接地;电容C4一端连接继电器驱动芯片的7脚，另一端接地。
[0030]上电后，电压经过整流后对补偿电容进行直流充电，补偿电容充电充满后电压稳定在交流电电压的波峰处，然后在通过零点检测模块采集电压波峰，在电压波峰处投入开关，做到零压差投入，这样相比电压零点处投入开关的方法容错率更大，因为交流电波形的波峰处斜率大大低于零点处，这样就大大提高了开关的使用寿命。
[0031]本无功补偿装置采用磁保持继电器作为投切开关，磁保持继电器相比晶闸管更节能，更高效。
[0032 ] 如图4所示，开关状态检测模块包括电阻Rl、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电容C6、二极管Dl和光耦01，所述电阻Rl的第一端连接补偿电容的充电端，第二端通过依次串联的电阻R2、电阻R3和电阻R4连接光耦OI的I脚;二极管DI的正极连接光耦01的2脚，负极连接光耦01的I脚;光耦01的2脚还连接电路B相；电容C6与二极管DI并联;光耦OI的4脚连接电源15V，3脚连接电阻R5的第一端，电阻R5的第二端通过电阻R6接地，电阻R5的第二端还连接MCU ο
[0033]开关状态检测电路通过判断电容正向的电压波形，开关未投入时为直流高电平；开关投入时为一个正弦波;充电电路故障时为低电平，这个电路巧妙的利用了电容充电电路处的波形来判断开关的状态，大大提高了效率。
[0034]如图5所示，零点检测模块包括A相检测单元和C相检测单元，A相检测单元包括电阻R33、电阻R30、电阻R38、电阻R43、电阻R7、电阻R39、二极管D13、二极管Z12和光耦02，所述二极管Dl 3的正极通过依次串联的电阻R43、电阻R38、电阻R30和电阻R33连接电路A相，二极管D13的负极连接光耦02的I脚，光耦02的2脚连接电路B相;二极管Zl 2的正极连接光耦02的2脚，负极连接光耦02的I脚;光耦02的3脚连接电阻R39的第一端，4脚连接电源VCC ；电阻R39的第二端通过电阻R7接地，电阻R39的第二端还连接MCU; C相检测单元结构与A相检测单元相同。
[0035]零点检测模块用于检测电压波峰。
[0036]本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明创造精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的原理或者超越所附权利要求书所定义的范围。
[0037]尽管本文较多地使用了MCU、零点检测、预充电投切等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质;把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明创造精神相违背的。
【主权项】
1.一种共补无功补偿装置，其特征在于，包括M⑶、计量芯片、485通讯组网模块、输入输出模块、零点检测模块、电源模块、掉电检测模块、开关状态检测模块和预充电投切模块，所述计量芯片、485通讯组网模块、输入输出模块、零点检测模块、掉电检测模块、开关状态检测模块和预充电投切模块都与MCU连接，所述电源模块为其余各模块供电，计量芯片、零点检测模块、掉电检测模块、开关状态检测模块和预充电投切模块还连接到三相电路。2.根据权利要求1所述的共补无功补偿装置，其特征在于，所述预充电投切模块包括二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、热敏电阻PTCl、热敏电阻PTC2、磁保持继电器Kl、电阻R9、电阻R11、继电器驱动芯片、电容C2、电容C3和电容C4，电容C2为补偿电容，所述二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、热敏电阻PTCl和热敏电阻PTC2依次串联之后跨接在电路A相和补偿电容的充电端之间或跨接在电路C相和补偿电容的充电端之间，补偿电容的另一端连接电路B相;磁保持继电器Kl的被控端跨接在电路A相和补偿电容的充电端之间或电路C相和补偿电容的充电端之间，线圈端分别连接继电器驱动芯片的I脚和5脚;继电器驱动芯片的3脚通过电阻RlI连接M⑶，7脚通过电阻R9连接M⑶，8脚连接电源15V，4脚接地；电容C3—端连接继电器驱动芯片的3脚，另一端接地；电容C4一端连接继电器驱动芯片的7脚，另一端接地。3.根据权利要求1或2所述的共补无功补偿装置，其特征在于，开关状态检测模块包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电容C6、二极管Dl和光耦01，所述电阻Rl的第一端连接补偿电容的充电端，第二端通过依次串联的电阻R2、电阻R3和电阻R4连接光耦01的I脚;二极管Dl的正极连接光耦01的2脚，负极连接光耦01的I脚;光耦01的2脚还连接电路B相；电容C6与二极管Dl并联;光耦01的4脚连接电源15V，3脚连接电阻R5的第一端，电阻R5的第二端通过电阻R6接地，电阻R5的第二端还连接MCU。4.根据权利要求3所述的共补无功补偿装置，其特征在于，零点检测模块包括A相检测单元和C相检测单元，A相检测单元包括电阻R33、电阻R30、电阻R38、电阻R43、电阻R7、电阻R39、二极管D13、二极管Z12和光耦02，所述二极管D13的正极通过依次串联的电阻R43、电阻R38、电阻R30和电阻R33连接电路A相，二极管D13的负极连接光耦02的I脚，光耦02的2脚连接电路B相；二极管Z12的正极连接光耦02的2脚，负极连接光耦02的I脚;光耦02的3脚连接电阻R39的第一端，4脚连接电源VCC;电阻R39的第二端通过电阻R7接地，电阻R39的第二端还连接MCU;C相检测单元结构与A相检测单元相同。
【文档编号】H02J3/18GK205646832SQ201620416244
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月10日
【发明人】金韬, 吴孝兵, 赵国栋
【申请人】杭州休普电子技术有限公司