低压无功混合补偿装置的制作方法

本实用新型涉及一种低压无功混合补偿装置，属于电气检测技术领域。

背景技术：

目前市场上，静止式动态无功补偿装置主要有晶闸管控制电抗器(TCR)、晶闸管投切电容器(TSC)、静止无功发生器(SVG)等，其中TCR具有损耗大、冷却要求高、设备造价运行维护费用高、占地面积大、产生谐波等缺点。其中TSC一个重要缺点是有级补偿，目前低压市场上大概一级50kvar，即补偿精度为50kvar，并且响应速度慢，严重制约了TSC的使用场合。其中SVG作为最新一代的无功补偿装置谐波含量少、动态响应好、可以无级补偿，但是当补偿容量较大时，目前市场上主要是单柜或者多柜级联，但无论是级联还是单柜成本都很高。

目前市场上，无功补偿控制器多采用FPGA+DSP、FPGA+ARM或者FPGA+DSP+ARM的结构，虽然功能强大，但是结构复杂、PCB制板成本高、软件也不易编写。

现在时物联网、大数据、智能的时代，传统的无功补偿装置就是一个独立的个体，当设备发生故障时，维修人员只有到了现场才能知道设备的运行情况和设备的故障点。制造商无法实时的观测卖出设备的运行情况。

技术实现要素：

本实用新型目的在于提供一种低压无功混合补偿装置，该装置既可以对电网实现无级补偿，又可以实现大容量的无功补偿。

为实现上述目的，本实用新型一种低压无功混合补偿装置，包括主电路模块、传感器模块、A/D转换模块、控制模块、显示模块、通信模块、存储模块，其中传感器模块检测主电路电压电流信号，并将其传递给A/D采样模块，将模拟量转换为数字量，并传递给控制模块，所述控制模块控制主电路中的IGBT和晶闸管的通断，同时将整个装置的运行状态通过显示模块显示、通过存储模块进行存储以及通过通信模块进行传输；

所述主电路模块包括SVG主电路和TSC主电路；所述SVG主电路采用三相桥式拓扑结构，包括直流侧电容器C1、IGBT开关管和电抗器组L1；所述TSC主电路包括电容器C2、电容器C3、电容器C4、反并联晶闸管TR和电抗器组L2；所述电容器C2、电容器C3和电容器C4首尾相连、呈三角形，其连接点分别通过电抗器L2和反并联晶闸管TR接入电网；SVG主电路与TSC主电路以并联的形式接入需补偿的电网。

所述传感器模块包括三相交流电压互感器TV、电流互感器TA1、电流互感器TA2、电流传感器LEM1、电流传感器LEM2和电压传感器LEMU1；所述三相交流电压互感器TV检测电网电压，接在电网上；所述电流互感器TA1和电流互感器TA2用于检测负载电流，接在负载的接入端；所述电流传感器LEM1和电流传感器LEM2用于检测SVG主电路输出电流，接在SVG主电路的接入端；所述电压传感器LEMU1用于检测SVG主电路中直流侧的电压，接在SVG主电路中电容C1的两端；所述三相交流电压互感器TV、电流互感器TA1、电流互感器TA2、电流传感器LEM1、电流传感器LEM2和电压传感器LEMU1的输出均接入A/D采样模块；

A/D转换模块包括调理电路和A/D采样芯片，所述调理电路将三相交流电压互感器TV、电流互感器TA1、电流互感器TA2、电流传感器LEM1、电流传感器LEM2和电压传感器LEMU1的输出的电信号调节成A/D采样芯片可以接受的电信号并对其进行硬件滤波，所述A/D采样芯片将调理电路输出的模拟电信号转换成数字量，并发送给控制模块；

所述控制模块为全可编程SoC器件。

综上所述，本实用新型具有以下有益效果：

1.本实用新型采用TSC+SVG混合补偿装置，克服了TSC有级补偿和SVG大容量成本昂贵等问题，并且可以根据负载具体需要补偿无功功率的大小，来增加TSC容量而SVG容量保持不变，所以需要补偿的容量越大，装置的性价比越高，同时相应速度并不比单独SVG补偿慢，只有当负载无功功率变化超过两倍的SVG容量时，才需要调节TSC的补偿容量，也只有此时相应速度会慢一些，并且由此可以看出，相比于单独的TSC，该装置中的TSC的晶闸管的通断的频率大大降低，这样可以减小由于通断对电容的冲击和延长晶闸管的寿命。

2.本实用新型采用集成软件可编程的ARM处理器和硬件可编程的FPGA全可编程SoC器件，在一块芯片上集成了ARM处理器和FPGA可编程逻辑单元，降低了PCB布板的复杂性，减轻了硬件工程师的负担，同时也降低了软件编程的复杂性，通常生产该芯片的公司都提供ARM和FPGA通信的IP核，不再需要像传统的方法一样不仅需要硬件布置总线通道，软件也需要编写通信协议，特别是若此处发生故障，很难去排查，而采用全可编程SoC器件则没用这样的问题，并且采用FPGA实现TSC和SVG的控制算法，可以将其做成一个IP核，当需要增加TSC的数量时，只需拖动IP核非常方便。

3.本实用新型采用SIM800C通信模块和SD卡存储模块，可以实现远程通信和装置运行状态的历史数据的存储，SIM800C通信模块克服了传统的当设备发生非严重性故障时，维修人员需亲临现场的缺点，技术人员可以通过远程了解发生了什么故障，判断是否需要去现场，SD卡存储模块克服了传统的当发生故障时，现场的维修人员只能通过经验一步步的排查的缺点，维修人员可通过SD卡存储模块，了解故障发生时设备的运行的数据，并据此判断故障点，缩短维修时间。

附图说明

图1为本实用新型系统总体结构示意图；

图2为本实用新型结构主电路模块、传感器模块结构示意图；

图3为本实用新型控制模块、存储模块、显示模块、A/D采样模块示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，一种低压无功混合补偿装置，包括主电路模块、传感器模块、A/D转换模块、控制模块、显示模块、通信模块、存储模块，其中传感器模块检测主电路电压电流信号，并将其传递给A/D采样模块，将模拟量转换为数字量，并传递给控制模块，所述控制模块控制主电路中的IGBT和晶闸管的通断，同时将整个装置的运行状态通过显示模块显示、通过存储模块进行存储以及通过通信模块进行传输；

如图2所示，所述主电路模块包括SVG主电路和TSC主电路；所述SVG主电路采用三相桥式拓扑结构，包括直流侧电容器C1、IGBT开关管和电抗器组L1；所述TSC主电路包括电容器C2、电容器C3、电容器C4、反并联晶闸管TR和电抗器组L2；所述电容器C2、电容器C3和电容器C4首尾相连、呈三角形，其连接点分别通过电抗器L2和反并联晶闸管TR接入电网；SVG主电路与TSC主电路以并联的形式接入需补偿的电网。

如图2所示，所述传感器模块包括三相交流电压互感器TV、电流互感器TA1、电流互感器TA2、电流传感器LEM1、电流传感器LEM2和电压传感器LEMU1；所述三相交流电压互感器TV检测电网电压，接在电网上；所述电流互感器TA1和电流互感器TA2用于检测负载电流，接在负载的接入端；所述电流传感器LEM1和电流传感器LEM2用于检测SVG主电路输出电流，接在SVG主电路的接入端；所述电压传感器LEMU1用于检测SVG主电路中直流侧的电压，接在SVG主电路中电容C1的两端；所述三相交流电压互感器TV、电流互感器TA1、电流互感器TA2、电流传感器LEM1、电流传感器LEM2和电压传感器LEMU1的输出均接入A/D采样模块；

A/D转换模块包括调理电路和A/D采样芯片，所述调理电路将三相交流电压互感器TV、电流互感器TA1、电流互感器TA2、电流传感器LEM1、电流传感器LEM2和电压传感器LEMU1的输出的电信号调节成A/D采样芯片可以接受的电信号并对其进行硬件滤波，所述A/D采样芯片将调理电路输出的模拟电信号转换成数字量，并发送给控制模块；

如图3所示，由于需要采集的信号比较多，所以采用两块ADS7864芯片，一共具有12个模拟采样通道，所述控制模块为全可编程SoC器件。全可编程SoC采样器件选则XILINX公司的ZYNQ7010芯片，该芯片具有双核Cortex-A9处理器和上万门的可编程逻辑单元，并具有如图所示的I/O外设，通信模块采用芯讯通公司的SIM800C模块，是一款四频GSM/GPRS模块，具有数据传输和短信功能，并且具有串行接口，显示模块中驱动芯片采用SSD1963芯片，该芯片支持864*480*24位图形内容，触摸信号A/D采样芯片采用XPT204，该芯片具有触摸压力测量的功能，用于检测触摸信号，W25Q16是一块2M字节的Flash存储芯片，用于储存字模数据，具有SPI串口，SD卡槽采用MiniSD卡。

控制模块对需要补偿的无功功率的大小进行计算、分配，计算方法与现有技术中TSC、SVG补偿算法相同，包括傅里叶变换、无功功率计算、功率分配、锁相环、坐标变换、双闭环控制、脉宽调制等。分配原则以TSC补偿为主，SVG补偿为辅，SVG补偿由于TSC补偿的有级性而无法补偿的部分，FPGA同时完成TSC和SVG控制算法的计算以及产生控制信号的功能。同时，产生TSC晶闸管通断信号和PWM脉冲信号，驱动主电路中的开关进行动作，与此同时将无功信息、电压信息、电流信息、TSC的补偿信息、SVG的补偿信息、故障信息等传输给ARM处理器，ARM处理器将其放在显示屏上进行显示、放在存储模块进行存储、当需要时通过通信模块进行通信。

如图3所示，所述显示模块包括液晶显示屏、触摸信号A/D转换芯片、液晶显示屏驱动芯片和Flash存储芯片，其中触摸信号A/D转换芯片和Flash存储芯片分别通过SPI口与全可编程SoC芯片相连，液晶显示屏与其驱动芯片相连，液晶显示屏驱动芯片则通过并口与全可编程SoC芯片相连，触摸信号A/D转换芯片用于接收触摸信号，Flash存储芯片用于储存字模数据。

如图3所示，所述通信模块包括SIM800C模块，通过串口与全可编程SoC芯片的UART口相连，具有短信功能，可通过短信将信息传输给公司，同时公司也可以通过短信对此设备进行操作。

如图3所示，所述存储模块包括SD卡槽,通过SDIO口与全可编程SoC芯片相连，用于存储整个装置的运行状态。

如图3所示，图2中所有的检测信号都接到了调理电路上，这些信号都通过调理电路调节成ADS7864可以接受的信号，同时SVG中的IGBT的硬件保护信号ST1、ST2、ST3也反馈到控制器当中，当发生过流或者过压时，控制器可以迅速得到信息控制所有的IGBT关断，控制器计算得到SVG的PWM脉冲信号和TSC开关信号后将其传输给驱动电路，驱动电路驱动着相应的硬件进行动作。