[发明专利]基于Modbus总线的无功功率自动补偿器

说明书

技术领域

本发明涉及基于Modbus总线的无功功率自动补偿器。

背景技术

电网质量时刻影响着经济的发展和居民的生活水平，而电网的无功状态更是衡量电网 运行质量的重要因素之一。在低压配电系统中，多数电气设备都是感性负载，它造成电流相位滞后于电压相位，电力能源过度消耗在电网传输线上，使得电网供电质量下降，而无功自动补偿器就是用来减小感性负载带来的影响并提高电网供电质量的重要设备。

随着社会的发展，技术的进步，人们对供电系统的自动化程度要求越来越高，具有网络化通信功能，能与多种现场总线相连接的智能化、可通信和高性能的新一代无功补偿器是今后的主要发展方向。目前国内无功补偿电器行业没有统一的现场总线系统协议和规范，考虑到Modbus协议是目前国际智能化仪表普遍采用的主流通信协议之一，且应用起来较为可靠。

发明内容

为解决上述问题，本发明设计了基于Modbus总线的无功功率自动补偿器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：整个无功自动补偿控制器由复合开关模块、补偿模块和通信接口模块共三个模块组成。

所述复合开关模块，输出控制采用能驱动大功率器件的达林顿管，并将智能低压复合开关直接与达林顿管驱动相连接。智能复合开关采用单片机双重控制晶闸管和继电器。

所述补偿模块，无功补偿采用共补和分补相结合的方式，补偿电容采用三角形接法。

所述通信接口模块，Modbus协议的物理层一般都采用RS485半双工结构作为通信接口标准。MC9S08DZ60有两个串口，可分别通过RS485接口同控制器模块和上位机相连。因断路器应用于各种复杂的现场环境，采用了TI公司的SN65HVD22作为RS485收发器，它的共模电压范围为－20~25V，超过了TIA/EIA-485两倍的要求，针对噪声与失效情况提供了良好的保护功能。它的驱动能力强，能够在500Kbit/s的速率下传输1200m的距离，满足对断路器进行远程控制的长线缆应用。

本发明的有益效果是，基于Modbus总线的无功功率自动补偿器不仅可以精确、灵活地实现电容器的投切，良好地达到无功功率自动补偿的作用，并且在出现故障时能够保护控制器和电容器本身不受损害。该系统成本低、易于实现，且模块化的设计提高了实际应用中选择的灵活性。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是系统框图。

图2是复合开关硬件原理结构框图。

图3是星形接法连线图。

图4是三角形接法连线图。

具体实施方式

在图1中，控制器模块的主控芯片选用的是Microchip公司的dsPIC30F5011，通信模块的主控芯片选用的是飞思卡尔公司的MC9S08DZ60，实时时钟模块选用的是DALLAS公司的DS1302。补偿器工作时，电网中的电流/电压信号通过电流/电压互感器转换成电子线路可以处理的微小信号，经整流、信号调理等电路后送入单片机A/D口进行同步采样。为了提高采样的准确性，保证及时跟踪电网频率，提高采样的准确性，另外设计了采集A相电流作为过零检测，通过内部的计数器算出实时频率，在下一个采样周期调整采样频率。软件计算出电网的无功功率之后，判断其是容性无功功率还是感性无功功率，单片机输出控制信号控制达林顿管的驱动，完成电容组的投切。通信模块被做成独立的板卡，由外部24V直流电源供电，可通过RS485总线驱动分别连接控制器模块和上位机。

在图2中，输出控制采用能驱动大功率器件的达林顿管，并将智能低压复合开关直接与达林顿管驱动相连接。智能复合开关采用单片机双重控制晶闸管和继电器。其工作过程如下所示。电容器投入：继电器接通—延时—晶闸管接通—延时—继电器断开。电容器切除：继电器接通—延时—晶闸管断开—延时—继电器断开。控制装置的技术特点：零电压导通、零电流切断；投切电容过程无涌流冲击，无操作过电压，无电弧重燃整机使用寿命长；无功补偿动态响应快，可频繁投切，可分相补偿；具有自动运行能力，运行中无压降，不耗能，不产生谐波。既有晶闸管开关过零投切的优点，又有继电器开关功耗小的优点。

在图3中，无功补偿采用共补和分补相结合的方式，分补电容器采用星形接法。

在图4中，无功补偿采用共补和分补相结合的方式，共补电容器采用三角形接法。星形接法和三角形接法可以相互转化，且具有相同容量的电容器采用三角形接法的补偿能力是采用星形接法的3倍，故在使用范围和使用效率上，补偿电容采用三角形接法。但是在解决三相不平衡负荷问题时，可根据实际情况进行最理想的电容器组配置。