專利名稱：帶有以電壓為判據(jù)的控制器、復合開關的支線電壓調(diào)節(jié)裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種支線電壓調(diào)節(jié)裝置，尤其涉及一種帶有以電壓為判據(jù)的控制器、 復合開關的支線電壓調(diào)節(jié)裝置。
背景技術：
對于電力企業(yè)，降損節(jié)能和提高電能質(zhì)量是一直追求的目標。農(nóng)村電網(wǎng)由于線路 長、線損大、負荷分布廣、分支線多，用電負荷隨晝夜、季節(jié)變化較大的特點，尤其是部分偏 遠地區(qū)，存在一定數(shù)量供電半徑超過國家規(guī)定的遠距離支線線路，末端電壓難以保證，功率 因數(shù)達不到要求，線損嚴重。隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，廣大農(nóng)村用戶對用電質(zhì)量要求越來 越高，提高電能質(zhì)量迫在眉睫。目前調(diào)整線路電壓的措施有調(diào)節(jié)勵磁電流以改變發(fā)電機端電壓、適當選擇變壓 器的變比、改變線路的參數(shù)、改變無功功率的分布等。調(diào)整同步電動機的勵磁電流。在銘牌規(guī)定值的范圍內(nèi)適當調(diào)整同步電動機的勵磁 電流，使其超前或滯后運行，就能產(chǎn)生超前或滯后的無功功率，從而達到改善網(wǎng)絡負荷的功 率因數(shù)和調(diào)整電壓偏差的目的。但在實際中若由發(fā)電機發(fā)出大量的無功電源，不但降低發(fā) 電機的效率，同時，發(fā)電機端的電壓也將抬高，而且也增加了大量的功率損耗。改變變壓器的變比，調(diào)整輸出電壓。由于調(diào)壓變壓器并不能改變無功需求平衡狀 態(tài)，如果無功功率缺額較大時，為保持電壓水平，有載調(diào)壓變壓器動作，電壓暫時上升，將無 功功率缺額全部轉嫁到主網(wǎng)，從而使主網(wǎng)電壓逐漸下降，嚴重時可能引發(fā)系統(tǒng)電壓崩潰。而 若是無載調(diào)壓變壓器，還需斷電操作，不便實際應用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，針對上述調(diào)整電壓方式的缺點，提供一種將以電壓為判據(jù)的 帶有以電壓為判據(jù)的核心控制器、復合開關的支線電壓調(diào)節(jié)裝置以及采用核心控制器以輸 入電壓為參考進行改善線路電壓的方法；可應用于電力降損節(jié)能和提高電能質(zhì)量的應用。 實現(xiàn)了自動跟蹤輸入電壓變化，從而控制無功功率的補償與有功功率的適當平衡以實現(xiàn)各 支線電壓的合理化調(diào)節(jié)。本發(fā)明的另一目的是將核心控制器、復合開關、電容器、斷路器、進線口、溫控器集 成在支線電壓調(diào)節(jié)裝置的殼體中實現(xiàn)無縫連接。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，所述的帶有以電壓為判據(jù)的控制器、復合開關的支 線電壓調(diào)節(jié)裝置，包括核心控制器和復合開關，其結構特點為所述核心控制器依據(jù)所采集 的三相交流電壓及參數(shù)進行分析計算，同時核心控制器根據(jù)分析計算結果對投切開關控制 模塊發(fā)出控制指令使相應復合開關動作調(diào)節(jié)相應的電容器投入，電容器包括星接電容器和 角接電容器；當無功電源輸出的無功功率大于無功負荷及網(wǎng)絡中損耗時，負荷側的電壓就 偏高，此時核心控制器控制減少電容器投入；當無功電源發(fā)出的無功功率小于無功負荷及網(wǎng)絡中的損耗時，負荷側的電壓就偏低，此時核心控制器控制增加電容器投入；當無功電源 發(fā)出的無功功率與無功負荷及網(wǎng)絡中的損耗平衡或基本平衡時，負荷側的電壓處于正常范 圍，此時核心控制器控制電容器維持當前狀態(tài)不變。本發(fā)明的目的還可以通過以下技術方案實現(xiàn)的，所述的帶有以電壓為判據(jù)的控制 器、復合開關的支線電壓調(diào)節(jié)裝置，其特點為核心控制器包括主控MCU、三相交流電壓參數(shù) 采集模塊和投切開關控制模塊，A相線、B相線、C相線、N零線與三相交流電壓參數(shù)采集模 塊連接，通過三相交流電壓參數(shù)采集模塊的信號處理電路調(diào)理后送入電能計量芯片；主控 MCU通過SPI通信總線控制電能計量芯片對該信號做精確模擬數(shù)字轉換及計算，以獲得A 相、B相、C相的三相電壓基本均衡或不均衡，以及各相電壓偏低或偏高等信息；再通過SPI 通信總線將A相、B相、C相的三相電壓基本均衡或不均衡，以及各相電壓偏低或偏高等結果 信息傳送給主控MCU ；主控MCU經(jīng)過均衡及補償調(diào)整計算，計算出相應個數(shù)的電容配置策略 形成相應的邏輯控制信號；主控MCU計算出的相應個數(shù)的電容配置策略由I/O 口發(fā)出邏輯 控制信號，經(jīng)由投切開關控制模塊轉換為具有驅(qū)動能力的復合開關控制信號，輸出復合開 關控制信號控制各復合開關，復合開關投切相應個數(shù)的星接電容器、角接電容器、控制無功 功率的補償與有功功率的平衡；使得原本負荷重、電壓偏低的相，負荷部分減輕電壓獲得提 高；亦使得原本負荷輕、電壓偏高的相，負荷部分增大，電壓偏高得到改善；線路上各相有 功負荷不平衡度得到改善，各相的電壓相應得到均衡化調(diào)節(jié)。所述的帶有以電壓為判據(jù)的 控制器、復合開關的支線電壓調(diào)節(jié)裝置，其特點為A相線、B相線、C相線、N零線四根電線從 進線口拉進到核心控制器和斷路器，其中A相線、B相線、C相線、N零線四根導線到核心控制 器和斷路器是并聯(lián)連接；斷路器連接到復合開關，復合開關接到電容器，電容器包括星接電 容器和角接電容器，其中用于分相補償改善分相電壓值的星接電容器，其兩端分別接復合 開關對應相的出線、N線；用于相間平衡補償改善各相電壓均衡化狀況的角接電容器，其兩 端分別接復合開關相鄰相的進線、出線；同時核心控制器有復數(shù)個控制信號線分別連接到 相應的復合開關以便控制各相應的復合開關。所述的帶有以電壓為判據(jù)的控制器、復合開 關的支線電壓調(diào)節(jié)裝置，其特點為所述的主控MCU分別與三相交流電壓參數(shù)采集模塊、投 切開關控制模塊、數(shù)據(jù)查詢存儲模塊和人機界面以及無線通訊模塊連接；所述的三相交流 電壓參數(shù)采集模塊包括電能計量芯片和信號處理電路，通過信號處理電路將輸入的三相電 壓調(diào)理后送入電能計量芯片內(nèi)做精確模擬數(shù)字轉換及計算，再將結果定時傳送給主控MCU ； 所述的投切開關控制模塊包括光耦隔離電路、移位邏輯芯片和達林頓管驅(qū)動電路，投切開 關控制模塊能將主控MCU發(fā)出的邏輯控制信號轉換為具有驅(qū)動能力的復合開關控制信號， 以輸出控制信號控制各復合開關動作；所述數(shù)據(jù)查詢存儲模塊用于對各種實時與歷史運行 數(shù)據(jù)進行存儲；所述人機界面模塊是作為使用者進行設置參數(shù)、手動控制、及查詢的各種實 時與歷史運行數(shù)據(jù)的人機界面；所述的無線通訊模塊包含GPRS通訊和433無線通訊，通過 GPRS通訊和主站系統(tǒng)進行交互；通過433無線通訊和無線手持機對接交互。所述的帶有以 電壓為判據(jù)的控制器、復合開關的支線電壓調(diào)節(jié)裝置，其特點為所述的核心控制器、復合開 關、電容器、斷路器、進線口、溫控器集成在電壓調(diào)節(jié)裝置的殼體內(nèi)實現(xiàn)無縫連接。所述的帶 有以電壓為判據(jù)的控制器、復合開關的支線電壓調(diào)節(jié)裝置，其特點為采用無線手持機與與 電腦串口連接，將歷史數(shù)據(jù)上傳到主站系統(tǒng)里進行決策分析。本發(fā)明采用核心控制器以輸入電壓為參考進行改善線路電壓的方法，包括如下步驟1)核心控制器以輸入電壓為參考，結合線路歷史運行數(shù)據(jù)，根據(jù)無功功率平衡對電壓的 影響來控制電容器投切動作；2)當無功電源輸出的無功功率大于無功負荷及網(wǎng)絡中損耗 時，負荷側的電壓就偏高，此時控制減少電容器投入；3)當無功電源發(fā)出的無功功率小于 無功負荷及網(wǎng)絡中的損耗時，負荷側的電壓就偏低，此時控制增加電容器投入；4)當無功 電源發(fā)出的無功功率與無功負荷及網(wǎng)絡中的損耗基本平衡時，負荷側的電壓處于正常范 圍，此時控制電容器維持當前狀態(tài)不變。 所述的核心控制器根據(jù)對線路各相電壓進行采集分析，通過對跨接在相線間電容 作用的矢量分解，控制相線間電容器的合理配置投切，對各相有功負荷的不平衡進行合理 的調(diào)整；經(jīng)過調(diào)整后，使得原本負荷重電壓偏低的相，負荷部分減輕電壓獲得提高；亦使得 原本負荷輕電壓偏高的相，負荷部分增大，電壓偏高得到改善；線路上各相有功負荷不平衡 度得到改善，各相的電壓相應得到均衡化調(diào)節(jié)。所述的核心控制器包括主控MCU、三相交流電壓參數(shù)采集模塊和投切開關控制模 塊，A相線、B相線、C相線、N零線與三相交流電壓參數(shù)采集模塊連接，通過三相交流電壓參 數(shù)采集模塊的信號處理電路調(diào)理后送入電能計量芯片；主控MCU通過SPI通信總線控制電 能計量芯片對該信號做精確模擬數(shù)字轉換及計算，以獲得A相、B相、C相的三相電壓基本均 衡或不均衡，以及各相電壓偏低或偏高等信息；再通過SPI通信總線將A相、B相、C相的三 相電壓基本均衡或不均衡，以及各相電壓偏低或偏高等結果信息傳送給主控MCU ；主控MCU 經(jīng)過均衡及補償調(diào)整計算，計算出相應個數(shù)的電容配置策略形成相應的邏輯控制信號；主 控MCU計算出的相應個數(shù)的電容配置策略由I/O 口發(fā)出邏輯控制信號，經(jīng)由投切開關控制 模塊轉換為具有驅(qū)動能力的復合開關控制信號，輸出復合開關控制信號控制各復合開關， 復合開關投切相應個數(shù)的星接電容器、角接電容器、控制無功功率的補償與有功功率的平 衡；使得原本負荷重、電壓偏低的相，負荷部分減輕電壓獲得提高；亦使得原本負荷輕、電 壓偏高的相，負荷部分增大，電壓偏高得到改善；線路上各相有功負荷不平衡度得到改善， 各相的電壓相應得到均衡化調(diào)節(jié)。所述的將核心控制器、復合開關、電容器、斷路器、進線口、溫控器集成在電壓調(diào)節(jié) 裝置的殼體內(nèi)實現(xiàn)無縫連接；采用無線手持機與電壓調(diào)節(jié)裝置無線連接構成一體化系統(tǒng)， 方便使用者進行設置參數(shù)、手動控制及獲取電壓調(diào)節(jié)裝置的各種實時與歷史運行數(shù)據(jù)、現(xiàn) 場抄讀觀察各實時數(shù)據(jù)，也可以很方便地通過無線手持機現(xiàn)場設置參數(shù)或通過無線手持機 控制電壓調(diào)節(jié)裝置運行狀態(tài)；通過無線手持機與電腦串口連接，將歷史數(shù)據(jù)上傳到主站系 統(tǒng)里進行決策分析。本發(fā)明的優(yōu)點本發(fā)明以電壓為判據(jù)，自動跟蹤輸入電壓變化，實現(xiàn)了就地進行無功功率補償，能 及時調(diào)整補償量。無功負荷的變化在電網(wǎng)各級系統(tǒng)中均產(chǎn)生電壓偏差，它是產(chǎn)生電壓偏差 的源，因此，就地進行無功功率補償，及時調(diào)整補償量，從源上解決問題，是改善電壓的最有 效的措施。傳統(tǒng)的無功補償電壓調(diào)節(jié)需要在各相上安裝電流CT，通過采集各相電流量或無功 功率、功率因素等來作為無功調(diào)整動作的依據(jù)，這樣既增加了電流CT的成本投資，同時不 管是停電安裝或者是選用開口 CT，CT的現(xiàn)場安裝都是極其不方便。本發(fā)明由于把以電壓為 判據(jù)的控制器、復合開關、電容器、斷路器、進線口、溫控器集成在支線電壓調(diào)節(jié)裝置的殼體中實現(xiàn)無縫連接。這樣既實現(xiàn)了無功補償功能，并且區(qū)別于傳統(tǒng)的以功率因素或無功功率 作為投切判據(jù)的控制方式，而是以電壓為參考，控制電容器的投切補償動作，從而控制無功 功率的消長流動，達到改善線路電壓的目的。因而克服了傳統(tǒng)無功補償需要加裝電流CT的 不便及成本缺點，具有更好的使用價值。本發(fā)明還具有一定的有功負荷調(diào)整能力，能改善各相有功負荷不平衡度，使各相 電壓相應得到均衡化調(diào)節(jié)。本發(fā)明還集成采用無線手持機與調(diào)節(jié)箱構成一體化系統(tǒng)，方便使用者進行設置參 數(shù)、手動控制、及獲取調(diào)節(jié)箱的各種實時與歷史運行數(shù)據(jù)。本發(fā)明在功能及操作性能上做出了創(chuàng)新，以電壓為參考控制無功調(diào)整來改善電壓 質(zhì)量，減少CT成本及安裝不便；增加了線路各相電壓均衡化調(diào)節(jié)功能；采用無線手持機人 機接口，極大方便系統(tǒng)的操作維護。整個系統(tǒng)結構新穎合理，性能可靠，解決了支線電壓調(diào) 節(jié)的難題。


圖1是本發(fā)明實施例的核心控制器接線示意圖。圖2是本發(fā)明實施例的總體示意圖。圖3為本發(fā)明的原理框圖。圖4為本發(fā)明與外部的主站系統(tǒng)連接的原理框圖；圖5為本發(fā)明實施例的流程圖。圖6為本發(fā)明實施例的核心控制器內(nèi)部結構原理圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發(fā)明的核心控制器接線示意圖和工作原理及工作過 程進行詳細說明如圖1所示，本發(fā)明所述的核心控制器接線示意圖，本發(fā)明創(chuàng)造依據(jù)的原理是其 核心控制器1采集的是A、B、C三相交流電壓及參數(shù)，采集的數(shù)據(jù)經(jīng)核心控制器分析計算，同 時核心控制器根據(jù)分析計算結果對投切開關控制模塊發(fā)出控制指令使相應復合開關動作 調(diào)節(jié)相應的星接電容器和角接電容器。其中星接電容器根據(jù)電力系統(tǒng)中無功功率平衡對電 壓的影響原理來控制電容器投切動作，改善線路電壓。當無功電源輸出的無功功率大于無 功負荷及網(wǎng)絡中損耗時，負荷側的電壓就偏高，此時控制減少電容器投入；當無功電源發(fā)出 的無功功率小于無功負荷及網(wǎng)絡中的損耗時，負荷側的電壓就偏低，此時控制增加電容器 投入；當無功電源發(fā)出的無功功率與無功負荷及網(wǎng)絡中的損耗基本平衡時，負荷側的電壓 處于正常范圍，此時控制電容器(電容器包括星接電容器9和角接電容器10)維持當前狀 態(tài)不變。角接電容是對線路各相電壓進行采集分析，通過對跨接在相線間電容作用的矢量 分解，控制相線間電容器(電容器包括星接電容器和角接電容器)的合理配置投切，對各相 有功負荷的不平衡進行合理的調(diào)整。經(jīng)過調(diào)整后，使得原本負荷重電壓偏低的相，負荷部分 減輕電壓獲得提高；亦使得原本負荷輕電壓偏高的相，負荷部分增大，電壓偏高得到改善。 從而，線路上各相有功負荷不平衡度得到改善，各相的電壓相應得到均衡化調(diào)節(jié)。如圖2所示，本發(fā)明所述實施例的總體示意圖。主要組成有電壓調(diào)節(jié)裝置的殼體、核心控制器1，復合開關2，電容器3 (電容器3包括星接電容器9和角接電容器10)，斷路器 4，進線口 5，溫控器6，排氣扇7，無線手持機8。其中核心控制器1包括主控MCU、三相交流電壓參數(shù)采集模塊和投切開關控制模 塊，核心控制器1是以電壓為判斷依據(jù)，同時核心控制器1還可以發(fā)送控制指令對復合開關 2進行投切控制。當復合開關2投切時使電容器3作用、即可以改善線路電壓質(zhì)量并對各相 電壓均衡化調(diào)節(jié)，其中星接電容器改善線路電壓質(zhì)量、角接電容對各相電壓均衡化調(diào)節(jié)作 用。其中斷路器4為空開保護作用，當電流超出安全值會引起自動斷開保護。其中進線口 5為外接電源線，溫控器6為溫度控制模塊，當溫度控制模塊偵測到溫度超過設定值時驅(qū)動 排氣扇7工作，排氣扇7在箱子通風口處起到降溫作用。無線手持機8方便使用者進行設 置參數(shù)、手動控制、及獲取調(diào)節(jié)箱的各種實時與歷史運行數(shù)據(jù)。這樣，解決了使用者不易直 接靠近箱體操作的不便，同時提高了現(xiàn)場操作人員的安全因素。操作人員通過手持機，在箱 體50米附近范圍內(nèi)，可以現(xiàn)場抄讀觀察各實時數(shù)據(jù)，也可以很方便的現(xiàn)場設置參數(shù)或控制 調(diào)節(jié)器運行狀態(tài)。結合圖1、圖2所示的結構，本發(fā)明實施例的總體示意圖是這樣連接的進線口 5 拉進A、B、C、N四根電線到核心控制器1和斷路器4，其中A、B、C、N四根導線到核心控制器 1和斷路器4是并聯(lián)連接。斷路器4連接到復合開關2，復合開關2接到電容器3，作為電 氣的主路。電容器3包括星接電容器和角接電容器，其中星接電容器用于分相補償改善分 相電壓值，其兩端分別接復合開關對應相的出線、N線；角接電容用于相間平衡補償改善各 相電壓均衡化狀況，其兩端分別接復合開關相鄰相的進線、出線。同時核心控制器1有若干 控制信號線分別連接到各復合開關以便控制各開關。另外，核心控制器1接出一條電壓為 12V的導線到溫控器6和排氣扇7為其供電。如圖3所示，本發(fā)明的原理框圖。具體各部件模塊及功能如下1)主控MCU 采用現(xiàn)有市售產(chǎn)品，完成傳輸與控制、對采集的三相交流電壓參數(shù)進 行分析與計算，對復合開關投切控制發(fā)出指令操作，這些指令操作程序為一般技術人員能 實現(xiàn)的。2)三相交流電壓參數(shù)采集模塊它包括電能計量芯片和信號處理電路，電能計量 芯片作為電壓計量使用，信號處理電路的作用是將輸入的A、B、C三相電壓調(diào)理成當輸入 到電能計量芯片內(nèi)能做精確模擬數(shù)字轉換及計算的信號，此部分采用了專業(yè)的電能計量芯 片，通過信號處理電路將輸入的三相電壓調(diào)理后送入電能計量芯片內(nèi)做精確模擬數(shù)字轉換 及計算，再將結果定時傳送給主控MCU。3)投切開關控制模塊此模塊由光耦隔離電路、移位邏輯芯片、達林頓管驅(qū)動電 路等部分構成，將主控MCU發(fā)出的邏輯控制信號轉換為具有驅(qū)動能力的復合開關控制信 號，以便輸出控制信號控制各復合開關。所述的光耦隔離電路、移位邏輯芯片、達林頓管驅(qū) 動電路為一般技術人員能實現(xiàn)的技術。4)數(shù)據(jù)查詢存儲此模塊對各種實時與歷史運行數(shù)據(jù)進行存儲及查詢，可以采用 各類存儲介質(zhì)。5)人機界面此模塊是使用者進行設置參數(shù)、手動控制、及查詢調(diào)節(jié)箱的各種實 時與歷史運行數(shù)據(jù)，可以采用觸摸屏。6)無線通訊模塊此模塊包含GPRS通訊和433無線通訊。通過GPRS通訊和主站進行交互。通過433無線通訊和無線手持機對接交互。從而實現(xiàn)遠程或本地遙控、遙調(diào)、遙 測等功能。7)工作電源交流220V作為電源輸入，經(jīng)過電源模塊轉換成多路直流電壓供各電 路模塊使用。其中主控MCU、數(shù)據(jù)存儲器、無線通訊模塊、人機界面工作電壓3. 3V，三相交 流電壓參數(shù)采集模塊工作電壓5V，投切開關控制模塊工作電壓12V。如圖6所示，核心控制器1包括主控MCU、三相交流電壓參數(shù)采集模塊和投切開關 控制模塊，A相線、B相線、C相線、N零線接入三相交流電壓參數(shù)采集模塊后，通過其信號處 理電路調(diào)理后送入電能計量芯片。主控MCU通過SPI通信總線控制電能計量芯片(三相交 流電壓參數(shù)采集芯片)對該信號做精確模擬數(shù)字轉換及計算，精確模擬數(shù)字轉換及計算為 一般技術人員能實現(xiàn)的，以便獲得A、B、C三相電壓基本均衡或不均衡，以及各相電壓偏低 或偏高等信息。再通過SPI通信總線將A、B、C三相電壓基本均衡或不均衡，以及各相電壓 偏低或偏高等結果信息定時傳送給主控MCU。主控MCU再經(jīng)過均衡及補償調(diào)整算法，均衡 及補償調(diào)整算法為一般技術人員能實現(xiàn)的技術，計算出合適的電容配置策略形成相應的邏 輯控制信號，具體控制情況詳見下段的具體應用敘述(如圖5所示，在實際線路中……)；主 控MCU計算出的合適的電容配置策略由I/O 口發(fā)出邏輯控制信號，經(jīng)由投切開關控制模塊 轉換為具有驅(qū)動能力的復合開關控制信號，以便輸出控制各復合開關，如復合開關ΚΙ、K4、 K7等或更多星接、角接電容的復合開關通斷，以投切合適的星接、角接電容器個數(shù)。從而控 制無功功率的補償與有功功率的適當平衡以實現(xiàn)各相線電壓的合理化調(diào)節(jié)，達到改善線路 電壓質(zhì)量的目的。數(shù)據(jù)存儲器用來存儲各種實時、歷史運行數(shù)據(jù)，以便供外界(如主站、手 持機)或主控MCU查詢使用數(shù)據(jù)。人機界面模塊包括顯示、按鍵等功能，通過I/O控制線連 接到主控MCU，實現(xiàn)響應用戶各種設置、控制、查詢按鍵功能，及通過顯示界面顯示操作結果 或各類信息。主控MCU通過GPRS通訊和主站進行交互，或通過433無線通訊和無線手持機 對接交互，從而提供了無線遠程設置、控制、查詢等功能。其中電源對各個模塊進行不間斷 的供電。如圖5所示，在實際線路中當A、B、C三相電壓基本均衡，但都偏低時，即當三相交 流電壓參數(shù)采集模塊采集輸入的A、B、C三相電壓后，發(fā)現(xiàn)三相電壓基本均衡但電壓偏低， 并把此結果信息定時傳送給主控MCU。主控MCU再經(jīng)過均衡及補償調(diào)整算法，計算出合適的 電容配置策略形成相應的邏輯控制信號，即分析計算各電壓偏低程度得出各相需要投入的 具體電容量，經(jīng)由投切開關控制模塊轉換為具有驅(qū)動能力的復合開關控制信號，然后通過 輸出接口發(fā)出邏輯控制信號KSi等，邏輯控制信號KSi等觸使復合開關K1、K2、K3或更多星 接電容器的復合開關閉合，以投入合適的星接電容器9個數(shù)，通過適合個數(shù)的星接電容器 達到實現(xiàn)無功需量補償，使各相電壓獲得提升，圖中C1、C2、C3為電容。這樣就實現(xiàn)分相補 償改善分相電壓值，達到改善線路電壓質(zhì)量。(這是本發(fā)明的星接電容器的工作實現(xiàn)例子)在實際線路中，當三相交流電壓參數(shù)采集模塊采集A、B、C三相電壓不均衡明顯， 如A相相對偏高、B相相對中等、C相相對偏低。此結果信息定時傳送給主控MCU，主控MCU根 據(jù)采集輸入的A相、B相、C相的三相電壓后，分析了該不均衡狀況，根據(jù)均衡及補償調(diào)整算 法，計算出合適的電容配置策略形成相應的邏輯控制信號，即計算得出角接電容器9和星 接電容器10的配置對策，由投切開關控制模塊轉換為具有驅(qū)動能力的復合開關控制信號， 然后通過輸出接口發(fā)出邏輯控制信號ΚΧη、ΚΥη、Κ&ι等，使得復合開關K6、K9或更多相應的角接電容復合開關閉合，以投入合適的相應角接電容器個數(shù)，從而實現(xiàn)將C相有功負荷部 分相對轉移至A相，使得C相相對減輕有功負荷，電壓獲得一定提升改善；A相相對增加有 功負荷，電壓偏高程度得到減小。同時，對于C相或B相等，若電壓仍偏低，主控MCU會根據(jù) 電壓狀況，繼續(xù)計算后輸出控制合適個數(shù)的星接電容器投入的信號，發(fā)出指令控制開關K2、 K3或更多合適個數(shù)的星接電容的復合開關閉合，以投入合適的星接電容器個數(shù)，實現(xiàn)無功 需量補償，使C相或B相電壓得到繼續(xù)升高改善。同理，若A相電壓仍偏高，主控MCU經(jīng)過 計算后會發(fā)出該路星接電容器切出的控制信號，控制開關Kl或更多相應該路的復合開關 斷開，以切出該路星接電容器，減少該路投入的無功量，達到減小該路電壓的目的。這樣先 實現(xiàn)平衡補償改善各相電壓均衡化狀況，然后再根據(jù)實際情況確定是否繼續(xù)分相補償改善 分相電壓值，最終達到改善線路電壓質(zhì)量。圖中C3、C4、C5、C7、C8、C9為電容；K4、K5、K6、 Κ7、Κ8、Κ9為復合開關。(這是本發(fā)明的星接電容器和角接電容器同時使用的工作實現(xiàn)例 子)本發(fā)明的工作原理具體應用情況本發(fā)明的帶有以電壓為判據(jù)的控制器、復合開關的支線電壓調(diào)節(jié) 裝置通過對進線口進來的三相交流電的采集在數(shù)據(jù)查詢存儲器中存儲后，核心控制器以電 壓為判斷依據(jù)進行分析及計算，再發(fā)出指令控制復合開關對電容器進行投切動作，從而改 善線路電壓質(zhì)量并對各相電壓均衡化調(diào)節(jié)。把現(xiàn)場設置的參數(shù)、控制調(diào)節(jié)器運行狀態(tài)、各類 歷史數(shù)據(jù)，通過433無線通訊與無線手持機對接交互，或者通過GPRS無線通訊與主站進行 交互。這樣方便管理。如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6所示，本發(fā)明采用核心控制器以輸入電壓為參考 進行改善線路電壓的方法，包括如下步驟1)核心控制器以輸入電壓為參考，結合線路歷史 運行數(shù)據(jù)，根據(jù)無功功率平衡對電壓的影響來控制電容器投切動作；2)當無功電源輸出的 無功功率大于無功負荷及網(wǎng)絡中損耗時，負荷側的電壓就偏高，此時控制減少電容器投入； 3)當無功電源發(fā)出的無功功率小于無功負荷及網(wǎng)絡中的損耗時，負荷側的電壓就偏低，此 時控制增加電容器投入；4)當無功電源發(fā)出的無功功率與無功負荷及網(wǎng)絡中的損耗基本 平衡時，負荷側的電壓處于正常范圍，此時控制電容器維持當前狀態(tài)不變。所述核心控制器根據(jù)對線路各相電壓進行采集分析，通過對跨接在相線間電容作 用的矢量分解，控制相線間電容器的合理配置投切，對各相有功負荷的不平衡進行合理的 調(diào)整；經(jīng)過調(diào)整后，使得原本負荷重電壓偏低的相，負荷部分減輕電壓獲得提高；亦使得原 本負荷輕電壓偏高的相，負荷部分增大，電壓偏高得到改善；線路上各相有功負荷不平衡度 得到改善，各相的電壓相應得到均衡化調(diào)節(jié)。所述的核心控制器1包括主控MCU、三相交流電壓參數(shù)采集模塊和投切開關控制 模塊，A相線、B相線、C相線、N零線與三相交流電壓參數(shù)采集模塊連接，通過三相交流電 壓參數(shù)采集模塊的信號處理電路調(diào)理后送入電能計量芯片；主控MCU通過SPI通信總線控 制電能計量芯片對該信號做精確模擬數(shù)字轉換及計算，以獲得A相、B相、C相的三相電壓 基本均衡或不均衡，以及各相電壓偏低或偏高等信息；再通過SPI通信總線將A相、B相、 C相的三相電壓基本均衡或不均衡，以及各相電壓偏低或偏高等結果信息傳送給主控MCU ； 主控MCU經(jīng)過均衡及補償調(diào)整計算，計算出相應個數(shù)的電容配置策略形成相應的邏輯控制 信號；主控MCU計算出的相應個數(shù)的電容配置策略由I/O 口發(fā)出邏輯控制信號，經(jīng)由投切開關控制模塊轉換為具有驅(qū)動能力的復合開關控制信號，輸出復合開關控制信號控制各復 合開關，復合開關投切相應個數(shù)的星接電容器、角接電容器、控制無功功率的補償與有功功 率的平衡；使得原本負荷重、電壓偏低的相，負荷部分減輕電壓獲得提高；亦使得原本負荷 輕、電壓偏高的相，負荷部分增大，電壓偏高得到改善；線路上各相有功負荷不平衡度得到 改善，各相的電壓相應得到均衡化調(diào)節(jié)。 本發(fā)明將核心控制器、復合開關、電容器、斷路器、進線口、溫控器集成在本發(fā)明的 電壓調(diào)節(jié)裝置的殼體內(nèi)實現(xiàn)無縫連接；采用無線手持機8與本發(fā)明的電壓調(diào)節(jié)裝置無線連 接構成一體化系統(tǒng)，方便使用者進行設置參數(shù)、手動控制及獲取本發(fā)明的電壓調(diào)節(jié)裝置的 各種實時與歷史運行數(shù)據(jù)、現(xiàn)場抄讀觀察各實時數(shù)據(jù)，也可以很方便地通過無線手持機現(xiàn) 場設置參數(shù)或通過無線手持機控制本發(fā)明的電壓調(diào)節(jié)裝置運行狀態(tài)；通過無線手持機與電 腦串口連接，將歷史數(shù)據(jù)上傳到主站系統(tǒng)里進行決策分析。
權利要求
1.一種帶有以電壓為判據(jù)的控制器、復合開關的支線電壓調(diào)節(jié)裝置，包括核心控制器 和復合開關，其特征在于所述核心控制器依據(jù)所采集的三相交流電壓及參數(shù)進行分析計 算，同時核心控制器根據(jù)分析計算結果對投切開關控制模塊發(fā)出控制指令使相應復合開關 動作調(diào)節(jié)相應的電容器投入，電容器包括星接電容器和角接電容器；當無功電源輸出的無 功功率大于無功負荷及網(wǎng)絡中損耗時，負荷側的電壓就偏高，此時核心控制器控制減少電 容器投入；當無功電源發(fā)出的無功功率小于無功負荷及網(wǎng)絡中的損耗時，負荷側的電壓就 偏低，此時核心控制器控制增加電容器投入；當無功電源發(fā)出的無功功率與無功負荷及網(wǎng) 絡中的損耗平衡或基本平衡時，負荷側的電壓處于正常范圍，此時核心控制器控制電容器 維持當前狀態(tài)不變。
2.根據(jù)權利要求1所述的帶有以電壓為判據(jù)的控制器、復合開關的支線電壓調(diào)節(jié)裝 置，其特征在于核心控制器(1)包括主控MCU、三相交流電壓參數(shù)采集模塊和投切開關控 制模塊，A相線、B相線、C相線、N零線與三相交流電壓參數(shù)采集模塊連接，通過三相交流電 壓參數(shù)采集模塊的信號處理電路調(diào)理后送入電能計量芯片；主控MCU通過SPI通信總線控 制電能計量芯片對該信號做精確模擬數(shù)字轉換及計算，以獲得A相、B相、C相的三相電壓 基本均衡或不均衡，以及各相電壓偏低或偏高等信息；再通過SPI通信總線將A相、B相、 C相的三相電壓基本均衡或不均衡，以及各相電壓偏低或偏高等結果信息傳送給主控MCU ； 主控MCU經(jīng)過均衡及補償調(diào)整計算，計算出相應個數(shù)的電容配置策略形成相應的邏輯控制 信號；主控MCU計算出的相應個數(shù)的電容配置策略由I/O 口發(fā)出邏輯控制信號，經(jīng)由投切 開關控制模塊轉換為具有驅(qū)動能力的復合開關控制信號，輸出復合開關控制信號控制各復 合開關，復合開關投切相應個數(shù)的星接電容器、角接電容器、控制無功功率的補償與有功功 率的平衡；使得原本負荷重、電壓偏低的相，負荷部分減輕電壓獲得提高；亦使得原本負荷 輕、電壓偏高的相，負荷部分增大，電壓偏高得到改善；線路上各相有功負荷不平衡度得到 改善，各相的電壓相應得到均衡化調(diào)節(jié)。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的帶有以電壓為判據(jù)的控制器、復合開關的支線電壓調(diào)節(jié) 裝置，其特征在于A相線、B相線、C相線、N零線四根電線從進線口(5)拉進到核心控制器 (1)和斷路器G)，其中A相線、B相線、C相線、N零線四根導線到核心控制器和斷路器(4) 是并聯(lián)連接；斷路器⑷連接到復合開關O)，復合開關⑵接到電容器(3)，電容器(3)包 括星接電容器和角接電容器，其中用于分相補償改善分相電壓值的星接電容器，其兩端分 別接復合開關對應相的出線、N零線；用于相間平衡補償改善各相電壓均衡化狀況的角接 電容器，其兩端分別接復合開關相鄰相的進線、出線；同時核心控制器(1)有復數(shù)個控制信 號線分別連接到相應的復合開關以便控制各相應的復合開關。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的帶有以電壓為判據(jù)的控制器、復合開關的支線電壓調(diào) 節(jié)裝置，其特征在于所述的主控MCU分別與三相交流電壓參數(shù)采集模塊、投切開關控制模 塊、數(shù)據(jù)查詢存儲模塊和人機界面以及無線通訊模塊連接；所述的三相交流電壓參數(shù)采集 模塊包括電能計量芯片和信號處理電路，通過信號處理電路將輸入的三相電壓調(diào)理后送入 電能計量芯片內(nèi)做精確模擬數(shù)字轉換及計算，再將結果定時傳送給主控MCU ；所述的投切 開關控制模塊包括光耦隔離電路、移位邏輯芯片和達林頓管驅(qū)動電路，投切開關控制模塊 能將主控MCU發(fā)出的邏輯控制信號轉換為具有驅(qū)動能力的復合開關控制信號，以輸出控制 信號控制各復合開關動作；所述數(shù)據(jù)查詢存儲模塊用于對各種實時與歷史運行數(shù)據(jù)進行存儲；所述人機界面模塊是作為使用者進行設置參數(shù)、手動控制、及查詢的各種實時與歷史運 行數(shù)據(jù)的人機界面；所述的無線通訊模塊包含GPRS通訊和433無線通訊，通過GPRS通訊和 主站系統(tǒng)進行交互；通過433無線通訊和無線手持機對接交互。
5.根據(jù)權利要求3所述的帶有以電壓為判據(jù)的控制器、復合開關的支線電壓調(diào)節(jié)裝 置，其特征在于所述的核心控制器、復合開關、電容器、斷路器、進線口、溫控器集成在電壓 調(diào)節(jié)裝置的殼體內(nèi)實現(xiàn)無縫連接。
6.根據(jù)權利要求4所述的帶有以電壓為判據(jù)的控制器、復合開關的支線電壓調(diào)節(jié)裝 置，其特征在于采用無線手持機與與電腦串口連接，將歷史數(shù)據(jù)上傳到主站系統(tǒng)里進行決 策分析。
7.一種采用核心控制器以輸入電壓為參考進行改善線路電壓的方法，包括如下步驟 1)核心控制器以輸入電壓為參考，結合線路歷史運行數(shù)據(jù)，根據(jù)無功功率平衡對電壓的影 響來控制電容器投切動作；2)當無功電源輸出的無功功率大于無功負荷及網(wǎng)絡中損耗時， 負荷側的電壓就偏高，此時控制減少電容器投入；3)當無功電源發(fā)出的無功功率小于無功 負荷及網(wǎng)絡中的損耗時，負荷側的電壓就偏低，此時控制增加電容器投入；4)當無功電源 發(fā)出的無功功率與無功負荷及網(wǎng)絡中的損耗基本平衡時，負荷側的電壓處于正常范圍，此 時控制電容器維持當前狀態(tài)不變。
8.根據(jù)權利要求7所述的采用核心控制器以輸入電壓為參考進行改善線路電壓的方 法，其特征在于核心控制器根據(jù)對線路各相電壓進行采集分析，通過對跨接在相線間電容 作用的矢量分解，控制相線間電容器的合理配置投切，對各相有功負荷的不平衡進行合理 的調(diào)整；經(jīng)過調(diào)整后，使得原本負荷重電壓偏低的相，負荷部分減輕電壓獲得提高；亦使得 原本負荷輕電壓偏高的相，負荷部分增大，電壓偏高得到改善；線路上各相有功負荷不平衡 度得到改善，各相的電壓相應得到均衡化調(diào)節(jié)。
9.根據(jù)權利要求7或8所述的采用核心控制器以輸入電壓為參考進行改善線路電壓的 方法，其特征在于所述的核心控制器(1)包括主控MCU、三相交流電壓參數(shù)采集模塊和投 切開關控制模塊，A相線、B相線、C相線、N零線與三相交流電壓參數(shù)采集模塊連接，通過三 相交流電壓參數(shù)采集模塊的信號處理電路調(diào)理后送入電能計量芯片；主控MCU通過SPI通 信總線控制電能計量芯片對該信號做精確模擬數(shù)字轉換及計算，以獲得A相、B相、C相的三 相電壓基本均衡或不均衡，以及各相電壓偏低或偏高等信息；再通過SPI通信總線將A相、 B相、C相的三相電壓基本均衡或不均衡，以及各相電壓偏低或偏高等結果信息傳送給主控 MCU;主控MCU經(jīng)過均衡及補償調(diào)整計算，計算出相應個數(shù)的電容配置策略形成相應的邏輯 控制信號；主控MCU計算出的相應個數(shù)的電容配置策略由I/O 口發(fā)出邏輯控制信號，經(jīng)由投 切開關控制模塊轉換為具有驅(qū)動能力的復合開關控制信號，輸出復合開關控制信號控制各 復合開關，復合開關投切相應個數(shù)的星接電容器、角接電容器、控制無功功率的補償與有功 功率的平衡；使得原本負荷重、電壓偏低的相，負荷部分減輕電壓獲得提高；亦使得原本負 荷輕、電壓偏高的相，負荷部分增大，電壓偏高得到改善；線路上各相有功負荷不平衡度得 到改善，各相的電壓相應得到均衡化調(diào)節(jié)。
10.根據(jù)權利要求7或8所述的采用核心控制器以輸入電壓為參考進行改善線路電壓 的方法，其特征在于將核心控制器、復合開關、電容器、斷路器、進線口、溫控器集成在電壓 調(diào)節(jié)裝置的殼體內(nèi)實現(xiàn)無縫連接；采用無線手持機與電壓調(diào)節(jié)裝置無線連接構成一體化系統(tǒng)，方便使用者進行設置參數(shù)、手動控制及獲取電壓調(diào)節(jié)裝置的各種實時與歷史運行數(shù)據(jù)、 現(xiàn)場抄讀觀察各實時數(shù)據(jù)，也可以很方便地通過無線手持機現(xiàn)場設置參數(shù)或通過無線手持 機控制電壓調(diào)節(jié)裝置運行狀態(tài)；通過無線手持機與電腦串口連接，將歷史數(shù)據(jù)上傳到主站 系統(tǒng)里進行決策分析。
全文摘要
本發(fā)明公開一種帶有以電壓為判據(jù)的控制器、復合開關的支線電壓調(diào)節(jié)裝置，包括核心控制器和復合開關，其特點為所述核心控制器依據(jù)所采集的三相交流電壓及參數(shù)進行分析計算，同時核心控制器根據(jù)分析計算結果對投切開關控制模塊發(fā)出控制指令使相應復合開關動作調(diào)節(jié)相應的電容器投入；當無功電源輸出的無功功率大于無功負荷及網(wǎng)絡中損耗時，此時核心控制器控制減少電容器投入；當無功電源發(fā)出的無功功率小于無功負荷及網(wǎng)絡中的損耗時，此時核心控制器控制增加電容器投入；當無功電源發(fā)出的無功功率與無功負荷及網(wǎng)絡中的損耗平衡或基本平衡時，此時核心控制器控制電容器維持當前狀態(tài)不變。實現(xiàn)了自動跟蹤輸入電壓變化，實現(xiàn)各支線電壓的合理化調(diào)節(jié)。
文檔編號H02J13/00GK102142686SQ201110023220
公開日2011年8月3日 申請日期2011年1月21日 優(yōu)先權日2011年1月21日
發(fā)明者余輝生, 傅謙, 易智勇 申請人:福建陽谷智能技術有限公司