[發明專利]基于Modbus總線的無功功率自動補償器

在審

• 申請號: 201510914839.0
• 申請日: 2015-12-13
• 公開（公告）號: CN106877347A
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發明（設計）人: 李曉波
• 申請（專利權）人: 李曉波
• 主分類號: H02J3/18
• 分類號: H02J3/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及基于Modbus總線的無功功率自動補償器。

背景技術

電網質量時刻影響著經濟的發展和居民的生活水平，而電網的無功狀態更是衡量電網 運行質量的重要因素之一。在低壓配電系統中，多數電氣設備都是感性負載，它造成電流相位滯后于電壓相位，電力能源過度消耗在電網傳輸線上，使得電網供電質量下降，而無功自動補償器就是用來減小感性負載帶來的影響并提高電網供電質量的重要設備。

隨著社會的發展，技術的進步，人們對供電系統的自動化程度要求越來越高，具有網絡化通信功能，能與多種現場總線相連接的智能化、可通信和高性能的新一代無功補償器是今后的主要發展方向。目前國內無功補償電器行業沒有統一的現場總線系統協議和規范，考慮到Modbus協議是目前國際智能化儀表普遍采用的主流通信協議之一，且應用起來較為可靠。

發明內容

為解決上述問題，本發明設計了基于Modbus總線的無功功率自動補償器。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：整個無功自動補償控制器由復合開關模塊、補償模塊和通信接口模塊共三個模塊組成。

所述復合開關模塊，輸出控制采用能驅動大功率器件的達林頓管，并將智能低壓復合開關直接與達林頓管驅動相連接。智能復合開關采用單片機雙重控制晶閘管和繼電器。

所述補償模塊，無功補償采用共補和分補相結合的方式，補償電容采用三角形接法。

所述通信接口模塊，Modbus協議的物理層一般都采用RS485半雙工結構作為通信接口標準。MC9S08DZ60有兩個串口，可分別通過RS485接口同控制器模塊和上位機相連。因斷路器應用于各種復雜的現場環境，采用了TI公司的SN65HVD22作為RS485收發器，它的共模電壓范圍為－20~25V，超過了TIA/EIA-485兩倍的要求，針對噪聲與失效情況提供了良好的保護功能。它的驅動能力強，能夠在500Kbit/s的速率下傳輸1200m的距離，滿足對斷路器進行遠程控制的長線纜應用。

本發明的有益效果是，基于Modbus總線的無功功率自動補償器不僅可以精確、靈活地實現電容器的投切，良好地達到無功功率自動補償的作用，并且在出現故障時能夠保護控制器和電容器本身不受損害。該系統成本低、易于實現，且模塊化的設計提高了實際應用中選擇的靈活性。

附圖說明

下面結合附圖對本發明進一步說明。

圖1是系統框圖。

圖2是復合開關硬件原理結構框圖。

圖3是星形接法連線圖。

圖4是三角形接法連線圖。

具體實施方式

在圖1中，控制器模塊的主控芯片選用的是Microchip公司的dsPIC30F5011，通信模塊的主控芯片選用的是飛思卡爾公司的MC9S08DZ60，實時時鐘模塊選用的是DALLAS公司的DS1302。補償器工作時，電網中的電流/電壓信號通過電流/電壓互感器轉換成電子線路可以處理的微小信號，經整流、信號調理等電路后送入單片機A/D口進行同步采樣。為了提高采樣的準確性，保證及時跟蹤電網頻率，提高采樣的準確性，另外設計了采集A相電流作為過零檢測，通過內部的計數器算出實時頻率，在下一個采樣周期調整采樣頻率。軟件計算出電網的無功功率之后，判斷其是容性無功功率還是感性無功功率，單片機輸出控制信號控制達林頓管的驅動，完成電容組的投切。通信模塊被做成獨立的板卡，由外部24V直流電源供電，可通過RS485總線驅動分別連接控制器模塊和上位機。

在圖2中，輸出控制采用能驅動大功率器件的達林頓管，并將智能低壓復合開關直接與達林頓管驅動相連接。智能復合開關采用單片機雙重控制晶閘管和繼電器。其工作過程如下所示。電容器投入：繼電器接通—延時—晶閘管接通—延時—繼電器斷開。電容器切除：繼電器接通—延時—晶閘管斷開—延時—繼電器斷開。控制裝置的技術特點：零電壓導通、零電流切斷；投切電容過程無涌流沖擊，無操作過電壓，無電弧重燃整機使用壽命長；無功補償動態響應快，可頻繁投切，可分相補償；具有自動運行能力，運行中無壓降，不耗能，不產生諧波。既有晶閘管開關過零投切的優點，又有繼電器開關功耗小的優點。

在圖3中，無功補償采用共補和分補相結合的方式，分補電容器采用星形接法。

在圖4中，無功補償采用共補和分補相結合的方式，共補電容器采用三角形接法。星形接法和三角形接法可以相互轉化，且具有相同容量的電容器采用三角形接法的補償能力是采用星形接法的3倍，故在使用范圍和使用效率上，補償電容采用三角形接法。但是在解決三相不平衡負荷問題時，可根據實際情況進行最理想的電容器組配置。