本发明涉及电容投切装置及投切方法，具体涉及电力系统无功补偿智能型电容器投切复合开关及投切控制方法。
背景技术：
无功补偿是一种降低供电变压器及输送线路的损耗、提高供电效率、改善供电环境的技术，在电力供电系统中起提高电网的功率因数的作用。基于电容器组无功功率补偿装置在电力供电系统中处在一个不可缺少的非常重要的位置。延时投切的静态补偿方式是电容器常见的投切方式，可以防止过于频繁的动作使电容器造成损坏，更重要的是防备电容不停的投切导致供电系统振荡。而相应的控制电容器投切的器件主要包括交流接触器、晶闸管、复合开关与同步开关。
电容器投切复合开关有共补和分补开关两种，共补开关用于投切三相电容，采用△接法；分补开关用于投切单相电容，采用y形接法。复合开关选用晶闸管开关和磁保持开关联运行，其在接通和断开的瞬间具有可控硅过零投切的特点，而在正常接通期间又具有磁保持开关零功耗的特点。复合开关具有无冲击、低功耗、高寿命等优点，可替代接触器或晶闸开关，广泛用于低压无功补偿领域。传统的复合投切开关由硬接线的方式实现控制器到复合开关的监控，共补与分补的方式是通过拨键开关进行选择的，具有操作复杂、使用不方便、通用性差等缺点，无法适应现代信息技术发展需求。
技术实现要素：
针对传统复合投切开关存在的问题，本发明以微处理器为核心，提供一种智能型电容投切复合开关及投切控制方法，实现对三个独立复合开关的状态监测与故障诊断、投切控制，并实现对电压的过零检测、就地人机交互以及与控制器无线通信功能。
本发明涉及的智能型电容投切复合开关，由智能复合开关控制板和复合开关构成，所述智能复合开关控制板包括微控制单元、分别与微控制单元连接的就地人机交互单元、电压过零检测单元、状态监测及故障诊断单元、投切控制单元和通信单元，复合开关与投切控制单元连接；单组复合开关由双向晶闸管ssr和交流接触器常开触点km并联构成，接触器线圈km通断由交流接触器控制电路控制，由晶闸管实现电压过零投入与电流过零切除，由交流接触器常开触点来通过连续电流，这样就避免了晶闸管的导通损耗问题，也避免了电容器投入时的涌流。
进一步优选，所述微控制单元包括中央处理器、与中央处理器连接的jatg接口和存储器，所述中央处理器通过数据线、通信线、交互接口及控制线分别与外界联系；就地人机交互单元包括手动投切开关与组态触摸屏，电压过零监测单元包括电压电流互感器及ad模数转换器，状态监测及故障诊断单元包括电能质量监测芯片与故障状态指示灯，投切控制单元包括隔离器及整体投切控制端子和分相投切控制端子，复合开关与整体投切控制端子和分相投切控制端子连接，通信单元包括wifi通信模块、rs232通信模块、zigbee通信模块及以太网通信模块；所述数据线与电压电流互感器、电能质量监测芯片、jatg接口及存储器连接，分别实现电压电流信号的实时监测、电能质量信息监测、程序调试与数据存储功能；所述通信线与wifi通信模块、rs232通信模块、zigbee通信模块及以太网通信模块连接，实现多种通信模式的有线/无线远程控制功能；交互接口与手动投切开关、组态触摸屏、故障状态指示灯连接，分别实现就地手动控制、触摸屏人机交互、故障状态指示灯控制，通过触摸屏观测与显示补偿的包括无功量、电网电压、电流、频率的电能质量参数；所述控制线与隔离器连接，实现三个独立复合开关的控制，并实现信号的隔离。
进一步优选，智能型电容投切复合开关的入口分别接火线l1、l2、l3与零线n，智能型电容投切复合开关的出口连接整体投切电容器或者分相投切电容器；当采用整体投切电容器组进行无功补偿，接线时仅采用出口端子a、b、c，当采用分相投切电容器组进行无功补偿，接线时采用端子a、b、c、n。
进一步优选，所述ad模数转换器集成在中央处理器中。
智能型电容投切复合开关的投切方法如下：
1、智能型电容投切复合开关接受手动投切开关投入指令和通信单元的远程投入指令；
1.1微控制单元首先通过通信单元判断是否有远程投入指令，如果是，则进入由电压互感器检测电网电压环节；如果否，则通过就地人机交互单元判断是否有手动投入指令，如果是，则进入检测电网电压环节；如果否，则返回远程投入指令的判断；
1.2进入电网电压检测环节后，判断电网电压是否过零，如果是，则进入晶闸管触发导通环节；如果否，返回电网电压检测环节；
1.3进入晶闸管触发导通环节后，延时20-50ms，进入判断晶闸管是否导通环节；通过状态检测单元的电流互感器及电能质量监测芯片判断晶闸管是否导通，如果是，则进入接触器控制线圈通电环节；如果否，则进入晶闸管断路故障报警与显示环节，然后结束运行；
1.4进入接触器控制线圈通电环节后，延时1-2s，晶闸管触发关断，进入接触器常开触点是否闭合环节；
1.5判断接触器常开触点是否闭合，如果是，则结束运行；如果否，则接触器控制线圈断电，接触器吸不上故障报警与指示，然后结束运行。
2、智能型复合开关接受手动投切开关切出指令和通信单元的远程切出指令；
2.1首先通过通信单元判断是否有远程切出指令，如果是，则进入晶闸管触发导通环节；如果否，则通过就地人机交互单元判断是否有手动切出指令，如果是，则进行晶闸管触发导通环节；如果否，则返回远程投切指令的判断；
2.2进入晶闸管触发导通环节后，延时20-50ms，接触器线圈断电，延时1-2s，晶闸管触发关断，晶闸管电流过零切除，然后进入接触器常开触点是否断开判断环节；
2.3通过状态检测单元的电流互感器及电能质量监测芯片判断接触器常开触点是否断开，如果是，则结束运行；如果否，则接触器衔铁不释放故障报警与指示，再结束运行。
进一步优选，所述手动投切开关投入指令优先。
与传统的电容器投切开关比较，具有如下的有益效果：
该系统具有以太网通信、rs232通信、wifi通信以及zigbee通信功能，可以满足各种用户需求，方便与其它智能终端通信。摒弃了以往的无功补偿控制与投切开关之间的硬接线方式，给系统安装与维护带来极大方便。
该系统即实现就地手动投切控制，也可以接受由无功补偿控制发送的远程控制指令。手动投切控制方便用户在现场调试，远程投切控制实现了无功补偿的自动控制功能。
该系统集成了状态监测与故障诊断功能。状态检测功能可以实时观测与显示补偿的无功量、电网电压、电流、频率等电能质量参数。在系统投入与切出指令时，系统增加了接触器吸不上、接触器衔铁不释放、晶闸管断路等故障诊断功能，有效地保证了系统安全可靠地运行。
附图说明
图1是本发明的整体功能框图；
图2是智能复合开关控制板电路原理框图；
图3是智能型复合投切开关系统的示意图；
图4是整体投切电容器组/分相投切电容器组接线原理图；
图5是单组复合开关原理图；
图6是复合开关投入控制流程图；
图7是复合开关切出控制流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做详细地阐述，具体实施例并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
本发明以微处理器为核心，实现对三个独立复合开关的状态监测、故障诊断与投切控制，并实现对电压的过零检测、就地人机交互以及与控制器无线通信功能。整体功能框图如图1所示，智能型电容投切复合开关由智能复合开关控制板和复合开关构成。所述智能复合开关控制板包括微控制单元，分别与微控制单元连接的就地人机交互单元、电压过零检测单元、状态监测及故障诊断单元、投切控制单元和通信单元，与投切控制单元连接的复合开关。
所述智能复合开关控制板，如图2所示，微控制单元由采用dspf28335的中央处理器、jatg接口及存储器构成,通过数据线、通信线、交互接口及控制线与外界联系。就地人机交互单元包括手动投切开关与组态触摸屏，电压过零监测单元包括电压电流互感器及ad模数转换器，本实施例中ad模数转换器集成在中央处理器中，状态监测单元及故障诊断单元包括电能质量监测芯片(采用att7022芯片)与故障状态指示灯，投切控制单元包括隔离器及整体投切控制端子和分相投切控制端子，复合开关与整体投切控制端子和分相投切控制端子连接，通信单元包括wifi通信模块、rs232通信模块、zigbee通信模块及以太网通信模块。数据线与电压电流传感器、电能质量芯片、jatg接口及存储器连接，分别实现电压电流信号的实时监测、电能质量信息监测、程序调试与数据存储功能。通信线与wifi通信模块、rs232通信模块、zigbee通信模块及以太网通信模块连接，实现多种通信模式的有线/无线远程控制功能。交互接口与手动投切开关、组态触摸屏、故障状态指示灯连接，分别实现就地手动控制、触摸屏人机交互、故障状态指示灯控制。控制线与隔离器连接，实现三个独立复合开关的控制，并实现信号的隔离。
如图3所示，智能型电容投切复合开关的入口分别接l1、l2、l3火线与n零线，出口连接整体投切电容器或者分相投切电容器。如图4所示，如果采用整体投切电容器组进行无功补偿，接线时仅采用出口a、b、c端子，如果采用分相投切电容器组进行无功补偿，接线时采用a、b、c、n端子。
单组的复合开关如图5所示，单组的复合开关由双向晶闸管ssr和交流接触器常开触点km并联构成，接触器线圈km通电或断电由交流接触器控制电路控制，由晶闸管实现电压过零投入与电流过零切除，由交流接触器常开触点km来通过连续电流，这样就避免了晶闸管ssr的导通损耗问题，也避免了电容器投入时的涌流。
投切方法如下：
1、如图6所示，智能型电容投切复合开关投入过程：
1.1微控制单元首先通过通信单元判断是否有远程投入指令，如果是，则进入由电压传感器检测电网电压环节；如果否，则通过就地人机交互单元判断是否有手动投入指令，如果是，则进入检测电网电压环节；如果否，则返回远程投入指令的判断；
1.2进入电网电压检测环节后，判断电网电压是否过零，如果是，则进入晶闸管触发导通环节；如果否，返回电网电压检测环节；
1.3进入晶闸管触发导通环节后，延时40ms，进入判断晶闸管是否导通环节。通过状态检测单元的电流互感器及电能质量监测芯片判断晶闸管是否导通，如果是，则进入接触器控制线圈通电环节；如果否，则进入晶闸管断路故障报警与显示环节，然后结束运行；
1.4进入接触器控制线圈通电环节后，延时2s，晶闸管触发关断，进入接触器常开触点是否闭合环节；
1.5判断接触器常开触点是否闭合，如果是，则结束运行；如果否，则接触器控制线圈断电，接触器吸不上故障报警与指示，然后结束运行。
2、如图7所示，智能型电容投切复合开关切出过程：
2.1首先通过通信单元判断是否有远程切出指令，如果是，则进入晶闸管触发导通环节；如果否，则通过就地人机交互单元判断是否有手动切出指令，如果是，则进行晶闸管触发导通环节；如果否，则返回远程投切指令的判断；
2.2进入晶闸管触发导通环节后，延时40ms，接触器线圈断电，延时1s，晶闸管触发关断，晶闸管电流过零切除，然后进入接触器常开触点是否断开判断环节；
2.3通过状态检测单元的电流互感器及电能质量监测芯片判断接触器常开触点是否断开，如果是，则结束运行；如果否，则接触器衔铁不释放故障报警与指示，再结束运行。