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一种改进型低压智能电容器的三相共补投切装置的制作方法

作者:知乎  来源:www.summitthink.com  更新时间:2020-09-08 10:57:55  点击次数:

  本实用新型涉及电力系统的输配电技术领域,更具体地说,是涉及电能质量优化装置无功补偿控制系统的技术领域,特别涉及一种改进型低压智能电容器的三相共补投切装置。


  背景技术:


  近些年来随着大量感性、冲击性和非线性低压负载在电网中的广泛应用,低压配电网中产生大量的感性无功功率,造成电网线路的电压跌落和电能损耗急剧增加,严重影响电网的电能质量。为了降低线路中的无功损耗和提高电网的电能质量,理想的方法是就地进行容性无功补偿,通常做法是投切低压电容器进行容性无功补偿。


  目前,用于低压智能电容器投切开关的结构主要有两种,一种是交流接触器投切开关,另一种是晶闸管投切开关。交流接触器投切开关在低压电容器投入或切除时会产生很大的涌流和过压,会导致低压电容器和交流接触器使用寿命减少,甚至会损坏低压电容器和交流接触器。交流接触器投切低压电容器,其维护成本高,不适用于频繁操作。晶闸管投切开关实现低压电容器的过零投切,解决了低压电容器投切过程中的涌流和过电压,但晶闸管功耗大,散热难,需要添加辅组散热器,并且晶闸管投切开关在低压电容器运行时容易产生谐波。


  技术实现要素:


  本实用新型的目的是针对现有技术存在的缺点,提供一种改进型低压智能电容器的三相共补投切装置,该投切装置具有过零投切低压智能电容器的功能,并且投切装置运行功耗低,不会产生谐波污染。


  本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:


  一种改进型低压智能电容器的三相共补投切装置,包括有驱动模块1、i/o控制接口模块2、采样电路模块3、stm32主控制器模块4和显示模块5;其中,采样电路模块3单向电性连接于stm32主控制器模块4,stm32主控制器模块4单向电性连接于驱动模块1和i/o控制接口模块2;stm32主控制器模块4双向电性连接于显示模块5。


  本实用新型和现有技术相比,其优点在于:


  优点(1):改进型低压智能电容器的三相共补投切装置能实现高精度的信号采样,实现投切控制器根据采集到的数据进行分析处理,检测装置的状态,如有故障则进行保护控制,该控制系统的投切装置具有过零投切低压智能电容器的功能,并且投切装置运行功耗低,不会产生谐波污染。


  优点(2):改进型低压智能电容器的三相共补投切装置利用stm32芯片实现各种复杂的检测控制算法,迅速计算出谐波、无功、有功电流并将其进行计算转化为投切信号,再经过驱动模块完成系统控制;控制i/o口扩展以及逻辑信号处理,一方面提升了本实用新型的控制能力,另一方面提供逻辑译码信号协调控制系统中其他器件正常工作;控制系统采用rs485接口与工业组态屏通讯,复杂的显示工作有工业组态屏单独完成,极大减轻了stm32系统进行通讯时的cpu的负担。


  本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本实用新型的实践了解到。


  附图说明


  为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。


  图1是本实用新型的整体模块结构示意图;


  图2是本实用新型的驱动模块1结构示意图;


  图3是本实用新型的i/o控制接口模块2结构示意图;


  图4是本实用新型的采样电路模块3结构示意图;


  图5是本实用新型的采样电路模块3结构示意图;


  图6是本实用新型的采样电路模块3结构示意图;


  图7是本实用新型的采样电路模块3结构示意图;


  图8是本实用新型的stm32主控制器模块4结构示意图;


  图9是本实用新型的stm32主控制器模块4左半部分放大结构示意图;


  图10是本实用新型的stm32主控制器模块4右半部分放大结构示意图;


  图11是本实用新型的显示模块5结构示意图;


  附图标记说明:驱动模块1;i/o控制接口模块2;采样电路模块3;stm32主控制器模块4;显示模块5。


  具体实施方式


  下面将参照附图更详细地描述本实用新型公开的示例性实施例,这些实施例是为了能够更透彻地理解本实用新型,并且能够将本实用新型公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。虽然附图中显示了本实用新型公开的示例性实施例,然而应当理解,本实用新型而不应被这里阐述的实施例所限制。


  下面将参照附图更详细地描述本实用新型公开的示例性实施例,这些实施例是为了能够更透彻地理解本实用新型,并且能够将本实用新型公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。虽然附图中显示了本实用新型公开的示例性实施例,然而应当理解,本实用新型而不应被这里阐述的实施例所限制。


  如图1所示,改进型低压智能电容器的三相共补投切装置,是基于dsp和fpga构架电能质量优化装置的控制系统,包括有驱动模块1、i/o控制接口模块2、采样电路模块3、stm32主控制器模块4和显示模块5;其中,采样电路模块3单向电性连接于stm32主控制器模块4,stm32主控制器模块4单向电性连接于驱动模块1和i/o控制接口模块2;stm32主控制器模块4双向电性连接于显示模块5;其中,信号通过模拟采样电路模块3送入stm32主控制器模块4,经过stm32主控制器模块4计算后通过i/o控制接口模块2和驱动模块1来控制主电路中各个元件器的工作状态,采样电路模块3实现系统数据采集及软件保护,显示模块5实现实时参数显示。


  驱动模块1将由stm32主控制器模块4经过运算得到的投切信号经过驱动模块实现系统控制,并且由于本系统采用的投切开关为磁保持继电器,而磁保持继电器只是在动作时需要能量驱动,不动作时靠磁场保持其通、断状态,磁保持继电器的线包不需要电流,所以功耗非常低。


  i/o控制模块2主要用于输入、输出的开关量信号控制,对继电器和状态灯根据实时运行状态对其进行有效的控制。


  采样电路模块3分别对电网侧电压、电网电流、补偿电流通过相关运放电路再经限幅处理后送入stm32主控制器模块4的ad采样接口,通过采集电压电流判断过零,实现过零投切低压智能电容器的功能。系统中的保护对象包括电网电压的过压、欠压和系统电流的谐波状态,采用软件保护,通过数据采集实时计算得到。


  显示模块5为低压智能电容器提供友好的人机界面,使其调控能力更加灵活,显示模块5采用工业组态屏,stm32主控制器模块4通过rs485接口与工业组态屏进行通讯,控制其显示系统状态、实时波形以及频谱分析结果界面。


  驱动模块1的投切信号k9、投切信号k10、投切信号k11、投切信号k12由stm32主控制器模块4提供,经过驱动模块1的信号处理后驱动三相共补投切装置内的a相继电器和c相继电器;其中,驱动模块1包括有npn型三极管q13、npn型三极管q14、npn型三极管q15和npn型三极管q16。


  其中,npn型三极管q13的b极经由电阻r90连接于投切信号k10;npn型三极管q14的b极经由电阻r92连接于投切信号k9;npn型三极管q13的e极连接于npn型三极管q14的e极;npn型三极管q13的c极和npn型三极管q14的c极共同驱动三相共补投切装置内的a相继电器。


  npn型三极管q15的b极经由电阻r94连接于投切信号k12;npn型三极管q16的b极经由电阻r96连接于投切信号k11;npn型三极管q15的e极连接于npn型三极管q16的e极;npn型三极管q15的c极和npn型三极管q16的c极共同驱动三相共补投切装置内的c相继电器。


  i/o控制接口模块2中,stm32主控制器4控制信号pd8、控制信号pd9、控制信号pd10、控制信号pd11为i/o控制接口模块2的控制信号,经过i/o控制接口模块2的信号处理后,输出到输出端口out1、输出端口out2、输出端口out3、输出端口out4、输出端口out5、输出端口out6。


  其中,i/o控制接口模块2包括有74hc595位移缓存器、uln2004达林顿管驱动器、6个relay5hf46f继电器和输出接口j1;其中,74hc595位移缓存器的端口o1-端口o7分别连接于uln2004达林顿管驱动器的端口in7-端口in1;uln2004达林顿管驱动器的输出端口out1-输出端口out7经由relay5hf46f继电器连接于输出接口j1的端口1-端口10。


  采样电路模块3中,系统电压ua、系统电压ub、系统电压uc和系统电流ia、系统电流ib、系统电流ic经过采样电路模块3变换为电压小信号,电压小信号输入到stm32主控制器模块4中经计算得到相应的数据;其中,采样电路模块3包括有接口j2、系统电流处理器t5-系统电流处理器t7以及系统电压处理器。


  其中,系统电流处理器t5-系统电流处理器t7的输入端in1-in2分别连接于接口j2的端口1-端口6;系统电流处理器t5-系统电流处理器t7的输出端out分别连接于系统电流ia、系统电流ib和系统电流ic。


  系统电压ua、系统电压ub、系统电压uc分别经由系统电压处理器连接于ucbadc12的输入端。


  stm32主控制器模块4作为系统主控部分,经过采样电路模块3的信号采集,运算处理得到相应的电能参数、相应的驱动信号、i/o输出信号和显示信息,并将相应结果传送给相应的驱动模块1、i/o控制接口模块2或显示模块5;其中,tm32主控制器模块4包括有ic7-stm32f105vc型号的嵌入式微控制器,嵌入式微控制器的左上部连接于+3.3v电源、右上部连接于仿真器接口j9、右下部连接于+3.3v电源、下部连接于接口i8、左下部连接于+3.3v电源、左侧连接于8m晶振电路。


  显示模块5中,stm32主控制器4的显示信息经过显示模块5处理后呈现出需要显示的实时信息及相应参数;其中,显示模块5包括有tm1624驱动电路、发光二极管led4-led9和dpy7-seg发光数码管;其中,


  tm1624驱动电路的端口din、端口clk、端口stb分别经由电阻连接于pd12-pd14,tm1624驱动电路的端口seg1-端口seg8分别连接于dpy7-seg发光数码管;tm1624驱动电路的端口seg9-端口seg10分别经由发光二极管led4-led9连接于dpy7-seg发光数码管。


  改进型低压智能电容器的三相共补投切装置的使用具体流程是:系统上电启动后,待检测的模拟信号经过采用电路模块3转换得到小信号输入到stm32主控制器模块4,stm32主控制器模块4经过内部软件算法计算得到相应的谐波、无功、有功电流,相应数据发送给显示模块5,显示屏模块5有相关人员进行操作控制,待运行命令及相关参数确定后,stm32主控制器模块4根据装置相关参数,软件计算控制得到相关的信号控制i/0控制接口模块2的输出信号以及驱动模块1的投切驱动信号,i/o控制接口模块2以及驱动模块1接收到控制信息后,做出相应动作。


  尽管已经对上述各实施例进行了描述,但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念,则可对这些实施例做出另外的变更和修改,所以以上仅为本实用新型的实施例,并非因此限制本实用新型的专利保护范围,凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理包括在本实用新型的专利保护范围之内。


  技术特征:


  1.一种改进型低压智能电容器的三相共补投切装置,其特征在于,包括有驱动模块(1)、i/o控制接口模块(2)、采样电路模块(3)、stm32主控制器模块(4)和显示模块(5);其中,采样电路模块(3)单向电性连接于stm32主控制器模块(4),stm32主控制器模块(4)单向电性连接于驱动模块(1)和i/o控制接口模块(2);stm32主控制器模块(4)双向电性连接于显示模块(5)。


  2.根据权利要求1所述的改进型低压智能电容器的三相共补投切装置,其特征在于:信号通过模拟采样电路模块(3)送入stm32主控制器模块(4),经过stm32主控制器模块(4)计算后通过i/o控制接口模块(2)和驱动模块(1)来控制主电路中各个元件器的工作状态,采样电路模块(3)实现系统数据采集及软件保护,显示模块(5)实现实时参数显示。


  3.根据权利要求2所述的改进型低压智能电容器的三相共补投切装置,其特征在于:驱动模块(1)的投切信号k9、投切信号k10、投切信号k11、投切信号k12由stm32主控制器模块(4)提供,经过驱动模块(1)的信号处理后驱动三相共补投切装置内的a相继电器和c相继电器;其中,驱动模块(1)包括有npn型三极管q13、npn型三极管q14、npn型三极管q15和npn型三极管q16;


  i/o控制接口模块(2)中,stm32主控制器模块(4)控制信号pd8、控制信号pd9、控制信号pd10、控制信号pd11为i/o控制接口模块(2)的控制信号,经过i/o控制接口模块(2)的信号处理后,输出到输出端口out1、输出端口out2、输出端口out3、输出端口out4、输出端口out5、输出端口out6;其中,i/o控制接口模块(2)包括有74hc595位移缓存器、uln2004达林顿管驱动器、6个relay5hf46f继电器和输出接口j1;


  采样电路模块(3)中,系统电压ua、系统电压ub、系统电压uc和系统电流ia、系统电流ib、系统电流ic经过采样电路模块(3)变换为电压小信号,电压小信号输入到stm32主控制器模块(4)中经计算得到相应的数据;其中,采样电路模块(3)包括有接口j2、系统电流处理器t5-系统电流处理器t7以及系统电压处理器;


  stm32主控制器模块(4)作为系统主控部分,经过采样电路模块(3)的信号采集,运算处理得到相应的电能参数、相应的驱动信号、i/o输出信号和显示信息,并将相应结果传送给相应的驱动模块(1)、i/o控制接口模块(2)或显示模块(5);其中,stm32主控制器模块(4)包括有ic7-stm32f105vc型号的嵌入式微控制器,嵌入式微控制器的左上部连接于+3.3v电源、右上部连接于仿真器接口j9、右下部连接于+3.3v电源、下部连接于接口i8、左下部连接于+3.3v电源、左侧连接于8m晶振电路;


  显示模块(5)中,stm32主控制器模块(4)的显示信息经过显示模块(5)处理后呈现出需要显示的实时信息及相应参数;其中,显示模块(5)包括有tm1624驱动电路、发光二极管led4-led9和dpy7-seg发光数码管。


  技术总结


  一种改进型低压智能电容器的三相共补投切装置,采样电路模块(3)单向电性连接于STM32主控制器模块(4),STM32主控制器模块(4)单向电性连接于驱动模块(1)和I/O控制接口模块(2);STM32主控制器模块(4)双向电性连接于显示模块(5)。改进型低压智能电容器的三相共补投切装置能实现高精度的信号采样,实现投切控制器根据采集到的数据进行分析处理,检测装置的状态,如有故障则进行保护控制,该控制系统的投切装置具有过零投切低压智能电容器的功能,并且投切装置运行功耗低,不会产生谐波污染。


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