多回路混合补偿型智能组合式电力电容器的制作方法

本实用新型属于低压无功功率补偿技术领域，具体涉及一种多回路混合补偿型智能组合式电力电容器。

背景技术：

随着农村电网改造的不断深入，大量的JP柜(综合配电箱)被应用于农村电力线路及各配电台区中。JP柜是为适应农村低压配电装置标准化、小型化、户外式的要求而设计的，它集配电、计量、保护(过载、短路、漏电、防雪)、电容无功补偿于一体。由于居民用电存在三相负荷不平衡及高峰低估时段，就需要电容补偿需要采用三相及分相补偿相结合的混合补偿方式，根据负荷变换的实际无功需求进行自动投切电容。

较早的综合配电箱的无功功率补偿部分柜包括：塑壳断路器或刀熔开关、无功功率补偿控制器、电容器专用投切接触器或复合开关、低压自愈式电力电容器等。其存在如下缺点：投切涌流大，电容器专用投切接触器触点寿命短，接线繁杂，占用空间大，维护检修不方便，成本高，机械连接部件多，设备容易失效。复合开关方式投切虽然能降低投切涌流，但也存在接线复杂，智能化程度低，保护功能不完善等问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种结构设置合理、使用稳定性好且运行可靠的多回路混合补偿型智能组合式电力电容器。

实现本实用新型目的的技术方案是一种多回路混合补偿型智能组合式电力电容器，包括微控制器和与所述微控制器相连接的供电电源，还包括信号采集电路、信号处理电路、RJ45联级接口电路、RS485通信电路、电力电容电路和投切开关控制电路，所述信号采集电路通过信号处理电路与所述微控制器的信号输入端相连接，所述RJ45联级接口电路通过RS485通信电路与所述微控制器相连接实现与微控制器的级联，所述投切开关控制电路包括第一投切开关电路组、第二投切开关电路组和第三投切开关电路组，所述电力电容电路包括第一电容电路、第二电容电路和第三电容电路，所述第一电容电路通过第一投切开关电路组与微控制器相连接，所述第二电容电路通过第二投切开关电路组与微控制器相连接，所述第三电容电路通过第三投切开关电路组与所述微控制器相连接，所述第一投切开关电路组包括两个同步开关电路，所述第二投切开关电路组包括两个同步开关电路且所述第三投切开关电路组包括三个同步开关电路，所述同步开关电路包括继电器驱动器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、继电器、第一光耦合器、第二光耦合器、第十电阻、运算放大器、第十四电阻、第十三电阻、第十二电阻、第十五电阻，所述继电器驱动器的两个输入引脚分别通过第三电阻和第四电阻连接在微控制器上，所述继电器驱动器的输出端连接在继电器的继电线圈两端，所述继电器的开关一端通过第一电阻连接在第一光耦合器的发光正极、另一端通过第二电阻连接在第二光耦合器的发光正极，所述第一电容电路的一个顶点连接在继电器的开关与第一电阻的连接点上，相电连接在继电器的开关与第二电阻的连接点上，所述第一光耦合器的发光负极连接在第二电阻与第二光耦合器连接点上且第二光耦合器的发光负极连接在第一电阻与第一光耦合器的连接点上，所述第一光耦合器和第二发光耦合器的集电极通过第十电阻连接在运算放大器的 +引脚上，运算放大器的-引脚通过第十二电阻接地、通过第十三电阻接5V 电源，运算放大器的输出引脚通过第十五电阻连接在微控制器上，第十四电阻连接在运算放大器的输出引脚与-引脚之间。

第一电容电路和第二电容电路均为由三个电容器组成的三角形电容电路，所述第三电容电路为由三个电容器组成的Y形电容电路，三角形电容电路的一个顶点连接在B相导线上，另两个输出顶点连接在第一投切开关或第二投切开关的两个输入引脚上，Y形电容电路的公共顶点连接在N相导线上且三个输出点分别连接在第三投切开关的输入引脚上。

所述RJ45联级接口电路包括电容器级联端口和相电流信号采集端口，所述电容器级联端口与RS485通信电路相连接，所述相电流信号采集端口与信号处理电路相连接。

所述信号采集电路包括相电压信号采集电路和电容电流穿心互感器信号采集电路，所述相电压信号采集电路和电容电流穿心互感器信号采集电路均与信号处理电路相连接。

还包括与所述微控制器相连接的温度传感电路和控制面板，所述温度传感电路包括串联的负温度系数热敏电阻和电阻。

所述微控制器的主芯片型号为STM8S207RB。

本实用新型具有积极的效果：本实用新型的结构设置合理，采用组合式安装，可有效的降低物料及人工安装成本，其投切更为安全可靠，对电网冲击较小，一定程度上提高了使用寿命，可有效的保证电容器的运行安全可靠，适用性好，实用性强，而且采用RS485通信方式控制，最多可实现30只同类产品的组网，可不用另外配置无功补偿控制器便可实现无功补偿控控制，使用稳定性好，适用性强且实用性好。

附图说明

为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中：

图1为本实用新型的结构框图；

图2为本实用新型的同步开关电路的具体电路图；

图3为本实用新型的电力电容电路和投切开关控制电路的连接电路图。

具体实施方式

(实施例1)

图1至图3显示了本实用新型的一种具体实施方式，其中图1为本实用新型的结构框图；图2为本实用新型的同步开关电路的具体电路图；图3 为本实用新型的电力电容电路和投切开关控制电路的连接电路图。

见图1至图3，一种多回路混合补偿型智能组合式电力电容器，包括微控制器1和与所述微控制器1相连接的供电电源2，还包括信号采集电路3、信号处理电路4、RJ45联级接口电路5、RS485通信电路6、电力电容电路 7和投切开关控制电路8，所述信号采集电路3通过信号处理电路4与所述微控制器1的信号输入端相连接，所述RJ45联级接口电路5通过RS485通信电路6与所述微控制器1相连接实现与微控制器的级联，所述投切开关控制电路8包括结构相同的第一投切开关电路组81、第二投切开关电路组 82和第三投切开关电路组83，所述电力电容电路7包括第一电容电路71、第二电容电路72和第三电容电路73，所述第一电容电路71通过第一投切开关电路81与微控制器1相连接，所述第二电容电路72通过第二投切开关电路82与微控制器1相连接，所述第三电容电路73通过第三投切开关电路83与所述微控制器1相连接，所述第一投切开关电路组81组包括两个同步开关电路，所述第二投切开关电路组包括两个同步开关电路且所述第三投切开关电路组包括三个同步开关电路，所述同步开关电路包括继电器驱动器U1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、继电器K1、第一光耦合器U2、第二光耦合器U3、第十电阻R10、运算放大器 U4、第十四电阻R14、第十三电阻R13、第十二电阻R12、第十五电阻R15，所述继电器驱动器U1的两个输入引脚分别通过第三电阻R3和第四电阻R4 连接在微控制器1上，所述继电器驱动器U1的输出端连接在继电器K1的继电线圈两端，所述继电器的开关一端通过第一电阻R1连接在第一光耦合器U2的发光正极、另一端通过第二电阻R2连接在第二光耦合器U3的发光正极，所述第一电容电路71的一个顶点连接在继电器K1的开关与第一电阻R1的连接点上，相电连接在继电器K1的开关与第二电阻R2的连接点上，所述第一光耦合器U2的发光负极连接在第二电阻与第二光耦合器U3连接点上且第二光耦合器的发光负极连接在第一电阻与第一光耦合器的连接点上，所述第一光耦合器和第二发光耦合器的集电极通过第十电阻R10连接在运算放大器U4的+引脚上，运算放大器的-引脚通过第十二电阻R12接地、通过第十三电阻R13接5V电源，运算放大器U4的输出引脚通过第十五电阻R15连接在微控制器1上，第十四电阻R14连接在运算放大器U4的输出引脚与-引脚之间。

第一电容电路71和第二电容电路72均为由三个电容器C组成的三角形电容电路，所述第三电容电路73为由三个电容器C组成的Y形电容电路，三角形电容电路的一个顶点连接在B相导线上，另两个输出顶点连接在第一投切开关或第二投切开关的两个输入引脚上，Y形电容电路的公共顶点连接在N相导线上且三个输出点分别连接在第三投切开关的输入引脚上。根据三相无功补偿需求，需要三相补偿时投入运行“Δ”型连接的电力电容器，需要单相补偿时可单独投入A相、B相或C相电容器，实现合理优化补偿。

所述RJ45联级接口电路5包括电容器级联端口51和相电流信号采集端口52，所述电容器级联端口与RS485通信电路相连接，所述相电流信号采集端口与信号处理电路相连接。

所述信号采集电路3包括相电压信号采集电路31和电容电流穿心互感器信号采集电路32，所述相电压信号采集电路和电容电流穿心互感器信号采集电路均与信号处理电路相连接。采用电容电流穿心互感器信号采集电路可精确实现投入电容电流的测量，并判断电容是否过流欠流，判断有无容量衰减和损坏。

还包括与所述微控制器1相连接的温度传感电路9和控制面板10，所述温度传感电路包括串联的负温度系数热敏电阻和电阻。温度传感放大器单元包括两路负温度系数热敏电阻RT，分别对应两组电容器温度，热敏电阻RT与电阻R串联分压后输出到微控制器。

所述微控制器的主芯片型号为STM8S207RB。

同步开关电路中继电器驱动器的主芯片型号为RY8023，U1输入控制端 INA、INB分别通过电阻R3，R4与电力电容器相连接，接收微控制器发出空电平信号，U1输出端OUTA、OUTB与磁保持继电器K1的线圈的第3、4引脚相连，输出信号驱动磁保持继电器闭合或断开。磁保持继电器的动触点1 与静触点2分别通过功率电阻R1，R2与光耦U2、U3的首尾相连的第1、2 引脚连接，光耦U2、U3的第3引脚相连并接地，光耦U2、U3的第4引脚相连通过电阻R10与运放U4的第5脚相连，经运放处理由U4的第7脚输出信号通过电阻R15连接到微控制器，微控制器通过检测该信号变化分析计算出磁保持触点两端的电压过零时刻及磁保持继电器闭合时的动作时间。在上述技术方案的基础上，8芯网线与RJ45联级接口模块实现级联，共享485通信线和电流信号线，拔插接线方便。

信号处理电路可以对电压电流信号处理采用加法电路，并进行全波形信号采样，计算相电压值，并可通过傅里叶变换计算谐波，根据计算值和设置值比较进行过压、欠压及谐波保护。

ID的随机生成并进行自动组网，混补型优先为主机原则，主机故障自动退出，从机地址最小的自动成主机，从机故障，不影响网络通信，地址重复自动纠错，实现网络控制；也可以人工干预设置地址，按照设置的地址运行；其中地址为0的是主机，地址为其他的是从机。

操作面板单元下部设有菜单键、向上键、向下键，中部设有一个128*64 点阵液晶显示屏，显示内容丰富，直观明了，按键可以进行参数设置，手动投切，模拟投切，参数校准等功能。

其工作原理如下：

通过电流互感器，电压互感器把强电信号转变为成比例的弱电信号；转换后的电压信号送入信号处理电路，把模拟信号过零点转换为等周期相同过零时刻的脉冲信号到微控制器，微控制器计算两个信号的时间，转换为相位差，继而计算得到功率因数；比例衰减的电压电流信号全波形采样，并计算出电压电流的有效值，乘以比例系数得到当前的电压和电流；全波形采样点经过傅氏变换求出电压电流的谐波值；然后计算出无功功率，及报警状态，以判断是否投入或切除补偿电容。

投切开关采用过零投切技术，根据采集触点两端电压过零检测信号和磁保持继电器闭合执行动作时间，计算出补偿时间，通过驱动电路，驱动磁保持继电器，实现过零投入，避免对电网的大电流冲击，延长投切开关的触点寿命；同时测量此次磁保持继电器闭合动作时间存储，以便下次投切自适应调节。

在单元检测单元检测到功率因数低于设定的值并且无功功率超过该组电容容量值的时候经过延时，以投入A相电容为例，先检测连接A相电容的磁保持继电器触点间电压过零点，检测到电压零点后，延时一定时间(延时时间为半周波时间与磁保持继电器的闭合动作时间的差值)，延时时间到，给继电器驱动信号，到继电器闭合时，恰好是下一个触点间电压过零时刻，这样确保电容器在电压过零时投入，实现对电网无冲击电流接入电力电容器，切除电容时，先检测A电流过零点，检测到电流零点后，延时一定时间(延时时间为半周波时间与磁保持继电器的断开动作时间的差值)，延时时间到，给磁保持继电器驱动信号，到磁保持继电器执行时，恰好是电流过零时刻，这样确保电容器在电流过零时切除，避免拉弧现象。其他相连接的投切开关原理相同，处理方法也相同。本实用新型的结构设置合理，采用组合式安装，可有效的降低物料及人工安装成本，其投切更为安全可靠，对电网冲击较小，一定程度上提高了使用寿命，可有效的保证电容器的运行安全可靠，适用性好，实用性强，而且采用RS485通信方式控制，最多可实现30只同类产品的组网，可不用另外配置无功补偿控制器便可实现无功补偿控控制，使用稳定性好，适用性强且实用性好。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本实用新型的实质精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍属于本实用新型的保护范围。