专利名称：一种can总线电压无功智能补偿装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种配电领域中的基于CAN(Controller Area Network)现场总 线的电压无功智能补偿装置。
背景技术：
随着我国国民经济的发展，电能的生产以及输送与人们的生产愈发密切相关。在 正常情况下，用电设备不但要从电源取得有功功率，同时还需要从电源取得无功功率。无功 功率降低输变电设备的供电能力、造成线路电压损失增大和电能损耗的增加、造成低功率 因数运行和电压下降，使电气设备容量得不到充分发挥。在配电系统中，大部分用电设备的 自然功率因数在0. 7左右，即配电系统中的网损有50%由无功引起的，如果使配电系统的 无功得到补偿，则配电系统的网损可降低50%，整个电网损耗可降低35%，具有较大的节 能效益。为了降损节能，提高电网功率因数，保证电压稳定，电力部门大力推广就地无功补 偿装置，特别是在低压380V进行无功补偿正成为近年来研究的热点。传统的无功补偿装置是通过控制交流接触器或空气开关实现电容器组的投切，这 种装置的致命弱点是机械触头动作速度与工频电压和电流的变化速度不匹配，在投切过程 中由于电容器极性的存在必然产生涌流，这种涌流冲击严重时产生电弧重燃而造成过电压 或过电流而击穿电热器。后来普遍采用的晶闸管投切触发电路投切电容器，实现对电网的 无功补偿，在一定程度上可以缓解了这一矛盾，但是在投切电容的时候，由于没有要考虑到 三相电过零点的问题，如果不是在过零点的时刻投切电容，由于电容放电时间和残压问 题，实际工程中会烧毁电容。后来人们将晶闸管与常规接触器开关相结合而组成的复合开 关，解决了投切电容器时的涌流冲击，在一定程度上保护了电容器，但这一技术也有其局限 性，单节点补偿导致数据不能共享和集中控制，特别是在用电设备分散，需要多个无功节点 进行补偿时，这一矛盾更加突出，同时也需要对传统无功复合开关补偿技术进行改进，使之 更加安全、提高可靠性。
发明内容针对传统电磁开关和电力电子开关投切电容器在无功补偿装置应用中存在的问 题，本实用新型提供了一种CAN总线电压无功智能补偿装置。本实用新型的技术方案一种CAN总线电压无功智能补偿装置，其特征在于包括对整个系统进行监视管 理的上位计算机，所述上位计算机通过其内部的CAN接口适配卡与CAN总线相连，所述CAN 总线上连接有多个CAN网络节点，所述CAN网络节点包括微控制器，所述微控制器配有CAN 控制器、CAN收发器，所述微控制器连接有用于电网参数采集的电量传感器、投切电容器。进一步，所述CAN控制器与CAN收发器之间设有光电隔离器。进一步，所述CAN网络节点是以分布式结构连接在CAN总线上。进一步，所述投切电容器是复合开关投切电容器。
3[0010]进一步，所述微控制器还外接有用于参数设置和调用的按键、用于参数显示的LCD 显示屏、看门狗及报警装置。进一步，所述上位计算机配备有打印机。本实用新型的CAN网络节点数量可根据电网中的规模增减，采用CAN总线作为通 信网络将各节点连接成一个分布式智能控制系统。网络拓扑结构采用总线式结构，采用无 源抽头连接，系统可靠性高。选用CAN总线连接各个网络节点形成多主机控制器局域网络。 信息的传输采用CAN通信协议，传输介质采用双绞线。为进一步提高系统的抗干扰能力，在 控制器和传输介质之间加有光电隔离。在智能节点中，为了实现复合开关的导通与关断控 制，提高其抗干扰的能力，并能与多种不同的交流接触器或大功率继电器配合使用，本装置 提出了一种以89C52单片机作为核心的总线型智能型复合开关，将现场通讯技术与复合开 关技术融为一体。工作原理上位计算机通过CAN接口适配卡与CAN总线相连，进行信息交换，并配 备打印机负责对整个系统进行监视管理。CAN网络节点微控制器通过CAN总线接收上位计 算机的各种操作控制命令和设定参数，通过电量传感器实时采集电网中电压、电流、无功， 有功、电容器投切等信号。CAN网络节点可以与监控站及其他CAN网络节点传送各种参数， 并接收来自监控站的命令和数据，用来调整和改变控制状态。通过微控制器的计算，当检测 到的功率因数偏离正常值时，通过复合开关投切电容器，保证电容在电压过零点的时候投， 在电流过零点的时候切，实现一种自适应晶闸管触发投切，又可提高电容器投切时的动态 响应速度。同时将数据上传到上位计算机，由上位计算机进行集中数据处理和管理。本实用新型的有益效果1、利用智能节点单元反馈给微机实时数据，及时了解各端点无功补偿信息，并可 通过查看历史数据，实现无功补偿智能化管理。2、该装置与传统接触器、晶闸管投切电容器(TSC)系统相比，其主要在于它既有 晶闸管过零投切电容器时电网浪涌电流小的优点，又有接触器闭合时晶闸管无功耗节能的 优点，同时还可对多个无功补偿节点进行集中管理，实现数据共享。
图1是本实用新型的总体结构示意图。图2是本实用新型的CAN网络节点的原理结构图。图3是本实用新型复合开关原理接线图。
具体实施方式
参照图1-3，一种CAN总线电压无功智能补偿装置，包括对整个系统进行监视管理 的上位计算机1，所述上位计算机1通过其内部的CAN接口适配卡3与CAN总线4相连，所 述CAN总线4上连接有多个CAN网络节点5，所述CAN网络节点5包括微控制器15，所述微 控制器15配有CAN控制器9、CAN收发器11，所述微控制器15连接有用于电网参数采集的 电量传感器6、投切电容器7。所述CAN控制器9与CAN收发器11之间设有光电隔离器10。所述CAN网络节点5是以分布式结构连接在CAN总线4上。[0023]所述投切电容器7是复合开关投切电容器。所述微控制器15还外接有用于参数设置和调用的按键8、用于参数显示的IXD显 示屏12、看门狗14及报警装置13。所述上位计算机1配备有打印机2。本实施例的传输介质采用双绞线，通信速率设为200Kb/S时，CAN总线4任意两节 点之间的距离可以达到3. 3km，完全可以满足用电局域网的补偿控制要求。上位计算机通过 CAN接口适配卡3与CAN总线相连，进行信息交换，并配备打印机2负责对整个系统进行监 视管理。CAN智网络节点微控制器15通过CAN总线接收上位机的各种操作控制命令和设 定参数，通过电量传感器6实时采集电网中电压、电流、无功，有功、电容器投切等信号。CAN 网络节点5可以与监控站及其他CAN网络节点5传送各种参数，并接收来自监控站的命令 和数据，用来调整和改变控制状态。通过微控制器15的计算，当检测到的功率因数偏离正 常值时，通过复合开关投切电容器7，保证电容在电压过零点的时候投，在电流过零点的时 候切，实现一种自适应晶闸管触发投切，又可提高电容器投切时的动态响应速度。同时将数 据上传到上位计算机，由上位计算机进行集中数据处理和管理。本实施例中CAN网络节点5主要由CAN通信控制器SJA1000、光电隔离器6N137、 CAN总线收发器82C250、单片机系统、电量传感器等组成，主控器为AT89C52单片机系统15， 外接用于参数的设置和调用的按键8，用于参数显示的LCD显示屏12，用于电网参数的采集 的传感器6，用于复合开关投切电容器7的执行结构，用于单片机系统可能因受到外界干扰 而出现程序“跑飞”或死机的安全保护的看门狗X5045，用于系统异常情况预警的报警装置 13。工作原理是从控制现场传感器CT、PT送来的电流、电压信号经过处理，使输入的电压、 电流信号满足数据采集测量芯片SA9904B的输入要求。SA9904B把测得的三相电力参数相 关值如电压、有功能量、无功能量、频率等存在其内部暂存器里。单片机，通过SPI接口访问 SA9904B内部的24位暂存器，把暂存器的数据根据相应的公式计算就可以得到各相有功功 率和无功功率，根据预设的控制策略就可以控制复合开关投切电容器，同时把相关数据以 帧的形式送到CAN总线上，也可以接收上位机发出的相关命令。复合开关原理接线如图3，主控制器单片机根据无功补偿控制策略发出投切信号 16，当有投切信号16时，光耦M0C3081进行检测判断，控制晶闸管18触发电路。光耦17芯 片设计了一种先进的电压过零触发电路，用电压过零型光耦双向晶间管取代由分立元件组 成的功放电路及脉冲变压器等驱动环节，简化了触发控制电路的结构。该电路优点还在于 它电路简单易于实现，并且能实现很精确的捕捉到A相第一次过零点的时刻，以后就可以 判断出每次A相过零点的时刻，发出一系列的控制命令。复合开关的基本工作原理是将晶闸管开关18与接触器22并接，实现电压过零导 通和电流过零切断，使复合开关在接通和断开的瞬间具有晶闸管开关过零投切的优点，而 在正常接通期间又具有接触器开关无功耗的优点。其实现方法是投入时是在电压过零瞬 间晶闸管先过零触发，稳定后再将接触器吸合导通；而切出时是先将接触器断开，晶闸管延 时过零断开，从而实现电流过零切除。由于晶闸管仅在接通和断开的瞬间工作，而主要的闭 合时间是接触器工作，因而复合开关就具有了晶闸管和接触器两者的优点，同时又回避了 两者的缺点。在单相复合开关中，当要把A相电容器21投入时，各开关的操作顺序为首先合上开关K2，当A相电压过零时，合上晶闸管；第二步，合上开关Kl ；第三步，当A相电流过零时， 断开晶闸管；最后断开开关K2。这样电容器C就投入工作了，当再需要投另一组电容时，也 按相同的顺序操作。当要把电容器C切除时，开关的顺序基本同上，只是将第二步合开关Kl 改为断开开关Kl即可。这样电容器C就从系统中切除，其他要切除的电容器也按此操作步 骤进行。三相复合开关的控制过程与单相复合开关类似，不再详述。 本说明书实施例所述的内容仅仅是对实用新型构思的实现形式的列举，本实用 新型的保护范围的不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本实用新型的保护范围 也及于本领域技术人员根据本实用新型构思所能够想到的等同技术手段。
权利要求一种CAN总线电压无功智能补偿装置，其特征在于包括对整个系统进行监视管理的上位计算机，所述上位计算机通过其内部的CAN接口适配卡与CAN总线相连，所述CAN总线上连接有多个CAN网络节点，所述CAN网络节点包括微控制器，所述微控制器配有CAN控制器、CAN收发器，所述微控制器连接有用于电网参数采集的电量传感器、投切电容器。
2.根据权利要求1所述的一种CAN总线电压无功智能补偿装置，其特征在于所述CAN 控制器与CAN收发器之间设有光电隔离器。
3.根据权利要求1或2所述的一种CAN总线电压无功智能补偿装置，其特征在于所 述CAN网络节点是以分布式结构连接在CAN总线上。
4.根据权利要求3所述的一种CAN总线电压无功智能补偿装置，其特征在于所述投 切电容器是复合开关投切电容器。
5.根据权利要求4所述的一种CAN总线电压无功智能补偿装置，其特征在于所述微 控制器还外接有用于参数设置和调用的按键、用于参数显示的IXD显示屏、看门狗及报警直ο
6.根据权利要求5所述的一种CAN总线电压无功智能补偿装置，其特征在于所述上 位计算机配备有打印机。
专利摘要一种CAN总线电压无功智能补偿装置，包括对整个系统进行监视管理的上位计算机，所述上位计算机通过其内部的CAN接口适配卡与CAN总线相连，所述CAN总线上连接有多个CAN网络节点，所述CAN网络节点包括微控制器，所述微控制器配有CAN控制器、CAN收发器，所述微控制器连接有用于电网参数采集的电量传感器、投切电容器。本实用新型的有益效果利用智能节点单元反馈给微机实时数据，及时了解各端点无功补偿信息，并可通过查看历史数据，实现无功补偿智能化管理；该装置主要在于它既有晶闸管过零投切电容器时电网浪涌电流小的优点，又有接触器闭合时晶闸管无功耗节能的优点，同时还可对多个无功补偿节点进行集中管理，实现数据共享。
文档编号H02J13/00GK201742094SQ20102014109
公开日2011年2月9日 申请日期2010年3月25日 优先权日2010年3月25日
发明者朱金芳, 祝良荣, 谢水英, 陈怀忠, 韩承江 申请人:浙江工业职业技术学院