低壓無功混合補償裝置的制作方法

本實用新型涉及一種低壓無功混合補償裝置，屬于電氣檢測技術領域。

背景技術：

目前市場上，靜止式動態無功補償裝置主要有晶閘管控制電抗器(TCR)、晶閘管投切電容器(TSC)、靜止無功發生器(SVG)等，其中TCR具有損耗大、冷卻要求高、設備造價運行維護費用高、占地面積大、產生諧波等缺點。其中TSC一個重要缺點是有級補償，目前低壓市場上大概一級50kvar，即補償精度為50kvar，并且響應速度慢，嚴重制約了TSC的使用場合。其中SVG作為最新一代的無功補償裝置諧波含量少、動態響應好、可以無級補償，但是當補償容量較大時，目前市場上主要是單柜或者多柜級聯，但無論是級聯還是單柜成本都很高。

目前市場上，無功補償控制器多采用FPGA+DSP、FPGA+ARM或者FPGA+DSP+ARM的結構，雖然功能強大，但是結構復雜、PCB制板成本高、軟件也不易編寫。

現在時物聯網、大數據、智能的時代，傳統的無功補償裝置就是一個獨立的個體，當設備發生故障時，維修人員只有到了現場才能知道設備的運行情況和設備的故障點。制造商無法實時的觀測賣出設備的運行情況。

技術實現要素：

本實用新型目的在于提供一種低壓無功混合補償裝置，該裝置既可以對電網實現無級補償，又可以實現大容量的無功補償。

為實現上述目的，本實用新型一種低壓無功混合補償裝置，包括主電路模塊、傳感器模塊、A/D轉換模塊、控制模塊、顯示模塊、通信模塊、存儲模塊，其中傳感器模塊檢測主電路電壓電流信號，并將其傳遞給A/D采樣模塊，將模擬量轉換為數字量，并傳遞給控制模塊，所述控制模塊控制主電路中的IGBT和晶閘管的通斷，同時將整個裝置的運行狀態通過顯示模塊顯示、通過存儲模塊進行存儲以及通過通信模塊進行傳輸；

所述主電路模塊包括SVG主電路和TSC主電路；所述SVG主電路采用三相橋式拓撲結構，包括直流側電容器C1、IGBT開關管和電抗器組L1；所述TSC主電路包括電容器C2、電容器C3、電容器C4、反并聯晶閘管TR和電抗器組L2；所述電容器C2、電容器C3和電容器C4首尾相連、呈三角形，其連接點分別通過電抗器L2和反并聯晶閘管TR接入電網；SVG主電路與TSC主電路以并聯的形式接入需補償的電網。

所述傳感器模塊包括三相交流電壓互感器TV、電流互感器TA1、電流互感器TA2、電流傳感器LEM1、電流傳感器LEM2和電壓傳感器LEMU1；所述三相交流電壓互感器TV檢測電網電壓，接在電網上；所述電流互感器TA1和電流互感器TA2用于檢測負載電流，接在負載的接入端；所述電流傳感器LEM1和電流傳感器LEM2用于檢測SVG主電路輸出電流，接在SVG主電路的接入端；所述電壓傳感器LEMU1用于檢測SVG主電路中直流側的電壓，接在SVG主電路中電容C1的兩端；所述三相交流電壓互感器TV、電流互感器TA1、電流互感器TA2、電流傳感器LEM1、電流傳感器LEM2和電壓傳感器LEMU1的輸出均接入A/D采樣模塊；

A/D轉換模塊包括調理電路和A/D采樣芯片，所述調理電路將三相交流電壓互感器TV、電流互感器TA1、電流互感器TA2、電流傳感器LEM1、電流傳感器LEM2和電壓傳感器LEMU1的輸出的電信號調節成A/D采樣芯片可以接受的電信號并對其進行硬件濾波，所述A/D采樣芯片將調理電路輸出的模擬電信號轉換成數字量，并發送給控制模塊；

所述控制模塊為全可編程SoC器件。

綜上所述，本實用新型具有以下有益效果：

1.本實用新型采用TSC+SVG混合補償裝置，克服了TSC有級補償和SVG大容量成本昂貴等問題，并且可以根據負載具體需要補償無功功率的大小，來增加TSC容量而SVG容量保持不變，所以需要補償的容量越大，裝置的性價比越高，同時相應速度并不比單獨SVG補償慢，只有當負載無功功率變化超過兩倍的SVG容量時，才需要調節TSC的補償容量，也只有此時相應速度會慢一些，并且由此可以看出，相比于單獨的TSC，該裝置中的TSC的晶閘管的通斷的頻率大大降低，這樣可以減小由于通斷對電容的沖擊和延長晶閘管的壽命。

2.本實用新型采用集成軟件可編程的ARM處理器和硬件可編程的FPGA全可編程SoC器件，在一塊芯片上集成了ARM處理器和FPGA可編程邏輯單元，降低了PCB布板的復雜性，減輕了硬件工程師的負擔，同時也降低了軟件編程的復雜性，通常生產該芯片的公司都提供ARM和FPGA通信的IP核，不再需要像傳統的方法一樣不僅需要硬件布置總線通道，軟件也需要編寫通信協議，特別是若此處發生故障，很難去排查，而采用全可編程SoC器件則沒用這樣的問題，并且采用FPGA實現TSC和SVG的控制算法，可以將其做成一個IP核，當需要增加TSC的數量時，只需拖動IP核非常方便。

3.本實用新型采用SIM800C通信模塊和SD卡存儲模塊，可以實現遠程通信和裝置運行狀態的歷史數據的存儲，SIM800C通信模塊克服了傳統的當設備發生非嚴重性故障時，維修人員需親臨現場的缺點，技術人員可以通過遠程了解發生了什么故障，判斷是否需要去現場，SD卡存儲模塊克服了傳統的當發生故障時，現場的維修人員只能通過經驗一步步的排查的缺點，維修人員可通過SD卡存儲模塊，了解故障發生時設備的運行的數據，并據此判斷故障點，縮短維修時間。

附圖說明

圖1為本實用新型系統總體結構示意圖；

圖2為本實用新型結構主電路模塊、傳感器模塊結構示意圖；

圖3為本實用新型控制模塊、存儲模塊、顯示模塊、A/D采樣模塊示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型作進一步說明。

如圖1所示，一種低壓無功混合補償裝置，包括主電路模塊、傳感器模塊、A/D轉換模塊、控制模塊、顯示模塊、通信模塊、存儲模塊，其中傳感器模塊檢測主電路電壓電流信號，并將其傳遞給A/D采樣模塊，將模擬量轉換為數字量，并傳遞給控制模塊，所述控制模塊控制主電路中的IGBT和晶閘管的通斷，同時將整個裝置的運行狀態通過顯示模塊顯示、通過存儲模塊進行存儲以及通過通信模塊進行傳輸；

如圖2所示，所述主電路模塊包括SVG主電路和TSC主電路；所述SVG主電路采用三相橋式拓撲結構，包括直流側電容器C1、IGBT開關管和電抗器組L1；所述TSC主電路包括電容器C2、電容器C3、電容器C4、反并聯晶閘管TR和電抗器組L2；所述電容器C2、電容器C3和電容器C4首尾相連、呈三角形，其連接點分別通過電抗器L2和反并聯晶閘管TR接入電網；SVG主電路與TSC主電路以并聯的形式接入需補償的電網。

如圖2所示，所述傳感器模塊包括三相交流電壓互感器TV、電流互感器TA1、電流互感器TA2、電流傳感器LEM1、電流傳感器LEM2和電壓傳感器LEMU1；所述三相交流電壓互感器TV檢測電網電壓，接在電網上；所述電流互感器TA1和電流互感器TA2用于檢測負載電流，接在負載的接入端；所述電流傳感器LEM1和電流傳感器LEM2用于檢測SVG主電路輸出電流，接在SVG主電路的接入端；所述電壓傳感器LEMU1用于檢測SVG主電路中直流側的電壓，接在SVG主電路中電容C1的兩端；所述三相交流電壓互感器TV、電流互感器TA1、電流互感器TA2、電流傳感器LEM1、電流傳感器LEM2和電壓傳感器LEMU1的輸出均接入A/D采樣模塊；

A/D轉換模塊包括調理電路和A/D采樣芯片，所述調理電路將三相交流電壓互感器TV、電流互感器TA1、電流互感器TA2、電流傳感器LEM1、電流傳感器LEM2和電壓傳感器LEMU1的輸出的電信號調節成A/D采樣芯片可以接受的電信號并對其進行硬件濾波，所述A/D采樣芯片將調理電路輸出的模擬電信號轉換成數字量，并發送給控制模塊；

如圖3所示，由于需要采集的信號比較多，所以采用兩塊ADS7864芯片，一共具有12個模擬采樣通道，所述控制模塊為全可編程SoC器件。全可編程SoC采樣器件選則XILINX公司的ZYNQ7010芯片，該芯片具有雙核Cortex-A9處理器和上萬門的可編程邏輯單元，并具有如圖所示的I/O外設，通信模塊采用芯訊通公司的SIM800C模塊，是一款四頻GSM/GPRS模塊，具有數據傳輸和短信功能，并且具有串行接口，顯示模塊中驅動芯片采用SSD1963芯片，該芯片支持864*480*24位圖形內容，觸摸信號A/D采樣芯片采用XPT204，該芯片具有觸摸壓力測量的功能，用于檢測觸摸信號，W25Q16是一塊2M字節的Flash存儲芯片，用于儲存字模數據，具有SPI串口，SD卡槽采用MiniSD卡。

控制模塊對需要補償的無功功率的大小進行計算、分配，計算方法與現有技術中TSC、SVG補償算法相同，包括傅里葉變換、無功功率計算、功率分配、鎖相環、坐標變換、雙閉環控制、脈寬調制等。分配原則以TSC補償為主，SVG補償為輔，SVG補償由于TSC補償的有級性而無法補償的部分，FPGA同時完成TSC和SVG控制算法的計算以及產生控制信號的功能。同時，產生TSC晶閘管通斷信號和PWM脈沖信號，驅動主電路中的開關進行動作，與此同時將無功信息、電壓信息、電流信息、TSC的補償信息、SVG的補償信息、故障信息等傳輸給ARM處理器，ARM處理器將其放在顯示屏上進行顯示、放在存儲模塊進行存儲、當需要時通過通信模塊進行通信。

如圖3所示，所述顯示模塊包括液晶顯示屏、觸摸信號A/D轉換芯片、液晶顯示屏驅動芯片和Flash存儲芯片，其中觸摸信號A/D轉換芯片和Flash存儲芯片分別通過SPI口與全可編程SoC芯片相連，液晶顯示屏與其驅動芯片相連，液晶顯示屏驅動芯片則通過并口與全可編程SoC芯片相連，觸摸信號A/D轉換芯片用于接收觸摸信號，Flash存儲芯片用于儲存字模數據。

如圖3所示，所述通信模塊包括SIM800C模塊，通過串口與全可編程SoC芯片的UART口相連，具有短信功能，可通過短信將信息傳輸給公司，同時公司也可以通過短信對此設備進行操作。

如圖3所示，所述存儲模塊包括SD卡槽,通過SDIO口與全可編程SoC芯片相連，用于存儲整個裝置的運行狀態。

如圖3所示，圖2中所有的檢測信號都接到了調理電路上，這些信號都通過調理電路調節成ADS7864可以接受的信號，同時SVG中的IGBT的硬件保護信號ST1、ST2、ST3也反饋到控制器當中，當發生過流或者過壓時，控制器可以迅速得到信息控制所有的IGBT關斷，控制器計算得到SVG的PWM脈沖信號和TSC開關信號后將其傳輸給驅動電路，驅動電路驅動著相應的硬件進行動作。