本发明涉及电力设备技术领域，尤其涉及一种通讯式智能无功补偿综合治理装置。
背景技术：
我国现有的无功功率补偿装置一般以纯电容补偿形式，以三相共补的补偿方式，以机械式的接触器为投切开关为主的设备，而无功补偿控制器也一般为功能简单的普通型控制器。在采用三相共补补偿方式时不能有效地实施三相分别补偿，其补偿效果不理想，还有可能会加剧系统的不平衡现象。在采用接触器作为投切电容器的开关时，接触器响应速度较慢，影响补偿效果，不适合负载无功变化较快且频繁的投切。同时电容器投入时，会产生很大的涌流，电容器切除时，会产生较高的过电压，使触点拉弧。采用普通型控制器时，采样技术简、控制物理量单一，会出现频繁投切或“振荡投切”的现象；抗干扰能力差，经常出现误动作或死机现象。现有的无功功率补偿装置的控制功能简单，不能满足智能补偿系统多种保护功能的控制要求。此外，现有的无功功率补偿装置不具备通讯及远程监控功能。
大多数无功补偿装置单台柜体的装机容量较小(≤300kvar)，较大容量的装置，一般采用主、辅柜体的结构同步工作或是多台单柜体并联独立工作的运行模式，在成套装置的设计、生产制造过程中，般采用传统技术及分离元、器件，基本上没有采取应有的保护措施或技术手段比较简单，不能全面执行相关的标准，标准中规定应有的保护功能，尤其是补偿支路的过载：过流、过压及主要元器件的过温度保护功能，基本上没有设置。
因此，在现代工业化进程的飞速发展的背景下，电网结构发生了巨大的变化，众多非线性负载的广泛应用，使得电网中有大量的谐波存在，谐波对电能质量的影响也越来越严重。在互联网时代，智能电网的构建及快速发展，迫切地需要一种，既能够满足其功能需求，又能适应其高度智能化的、安全可靠的“电能质量”改善、提升系统。
技术实现要素：
本申请实施例通过提供一种通讯式智能无功补偿综合治理装置，解决了现有技术中无功补偿装置功能单一、可靠性较差的问题。
本申请实施例提供一种通讯式智能无功补偿综合治理装置，包括：无线通讯式智能无功补偿控制器、智能投切开关电力电容器组、云端服务器；
所述无线通讯式智能无功补偿控制器、所述智能投切开关电力电容器组均包括无线通讯串口，所述无线通信串口为wifi或gprs接口；
所述无线通讯式智能无功补偿控制器接入三相电网，所述无线通讯式智能无功补偿控制器与所述智能投切开关电力电容器组进行双向无线通信，所述无线通讯式智能无功补偿控制器定时向所述云端服务器无线传输数据。
优选的，所述无线通讯式智能无功补偿控制器还包括：中央处理器、电压采集模块、电流采集模块、显示装置、报警输出模块；
所述电压采集模块、所述电流采集模块的输入端分别与三相电网连接，所述电压采集模块、所述电流采集模块的输出端分别与所述中央处理器连接；所述显示装置分别与所述中央处理器、所述报警输出模块连接；所述中央处理器通过所述无线通讯串口与所述智能投切开关电力电容器组进行双向数据通信；
所述电压采集模块、所述电流采集模块用于对投入三相电网的所述智能投切开关电力电容器组的电压信息、电流信息进行采集，并将采集信息传递至所述中央处理器；所述显示装置用于显示所述采集信息、预设信息、所述智能投切开关电力电容器组的工作状态信息；所述报警输出模块用于发出超限或故障警示；所述中央处理器用于根据所述采集信息、存储在所述中央处理器中的所述预设信息、所述智能投切开关电力电容器组传递来的工作状态信息得到投切控制信息；所述无线通讯串口用于将所述中央处理器的所述投切控制信息输出至所述智能投切开关电力电容器组，并将所述智能投切开关电力电容器组的所述工作状态信息输入至所述中央处理器。
优选的，所述智能投切开关电力电容器组包括总刀闸开关、电流互感器、避雷器、智能投切开关电力电容器单元；母线依次经过所述总刀闸开关、所述电流互感器后连接至所述智能投切开关电力电容器单元；所述避雷器连接在所述电流互感器和所述智能投切开关电力电容器单元之间；
所述智能投切开关电力电容器单元包括若干组共补智能投切开关电力电容器单元、若干组分补智能投切开关电力电容器单元；
每个所述共补智能投切开关电力电容器单元包括三条共补智能投切开关电力电容器单相电路，每个所述共补智能投切开关电力电容器单相电路包括依次电连接的断路器、电抗器、智能投切开关电力电容器，三条所述共补智能投切开关电力电容器单相电路采用三角形接法接入三相电网；
每个所述分补智能投切开关电力电容器单元包括三条分补智能投切开关电力电容器单相电路，每个所述分补智能投切开关电力电容器单相电路包括依次电连接的断路器、电抗器、智能投切开关电力电容器，三条所述分补智能投切开关电力电容器单相电路采用星形接法连入三相电网，且中性点接地；
每个所述智能投切开关电力电容器中的智能投切开关与电力电容器串联连接，所述智能投切开关包括并联连接的第一开关电路和第二开关电路，所述第一开关电路包括串联连接的二极管和辅助继电器，所述第二开关电路包括接触器。
优选的，所述预设信息包括：谐波电压阈值、谐波电流阈值、系统电压阈值区间、负载小电流阈值、功率因数阈值；
当智能投切开关电力电容器单元的电压信息高于所述谐波电压阈值，或者当智能投切开关电力电容器单元的电流信息高于所述谐波电流阈值，或者当智能投切开关电力电容器单元的运行电压在所述系统电压阈值区间外时，则所述中央处理器下传切断信息至智能投切开关电力电容器单元的智能投切开关；
当智能投切开关电力电容器单元的电流信息小于所述负载小电流阈值，则所述中央处理器不再下传所述投切控制信息至智能投切开关电力电容器单元的智能投切开关；
当智能投切开关电力电容器单元的功率因数低于所述功率因数阈值时，则所述中央处理器下传切断信息至智能投切开关电力电容器单元的智能投切开关。
优选的，所述预设信息还包括：延时阈值、工作时长阈值；
当切断的智能投切开关电力电容器单元等待所述延时阈值后，所述中央处理器下传投入信息至智能投切开关电力电容器单元的智能投切开关，控制所述智能投切开关电力电容器单元再次投入三相电网；
所述中央处理器自动读取和记录每个智能投切开关电力电容器单元的工作时长、历史工作状态，当智能投切开关电力电容器单元的工作时长超过所述工作时长阈值，则所述中央处理器下传切断信息至智能投切开关电力电容器单元的智能投切开关，所述中央处理器参考每个智能投切开关电力电容器单元的历史工作状态，下传投入信息至另一个相同容量的智能投切开关电力电容器单元。
优选的，所述电抗器为低压滤波电抗器。
优选的，所述智能投切开关电力电容器内设置有基于nb-iot的芯片通讯模块，所述芯片通讯模块用于定位智能投切开关电容器。
优选的，所述智能投切开关电力电容器为一体式智能投切开关电力电容器。
优选的，所述一体式智能投切开关电力电容器的壳体的内部设置有电力电容，所述电力电容的顶端连接有投切开关线路板，所述投切开关线路板上连接有投切开关、短路保护装置、过流保护装置、过压保护装置。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
在本申请实施例中，无线通讯式智能无功补偿控制器接入三相电网，无线通讯式智能无功补偿控制器与智能投切开关电力电容器组进行双向无线通信，无线通讯式无功补偿控制器通过wifi或gprs定时向云端服务器传输数据，通过在智能投切开关电力电容器内设置定位芯片，利用物联网技术实时定位监测智能投切开关电力电容器的工作状况，从而使得故障异常时检修人员能够对故障原因以及故障发生点进行快速定位，提高检修效率。本发明提供的通讯式智能无功补偿综合治理装置将共补和分补智能投切开关电力电容器单元进行组合式补偿，能够有效解决三相不平衡冲击负荷补偿的难题。本发明提供的通讯式智能无功补偿综合治理装置具有欠压、过压保护，谐波电压、电流超限保护，热保护功能，具有自我故障诊断及超限报警警示功能，当运行出现异常时能够实现自我保护，能够有效降低因故障处理不及时引起的经济损失，提高供电可靠性。本发明提供的通讯式智能无功补偿综合治理装置还具有强制控制支路电容器循环投切和再次投入延时保护功能，延长了补偿设备的寿命。无线通讯式无功补偿控制器和智能投切开关电力电容器组均通过内置的wifi或gprs通讯接口实现双向数据通信功能，去除了电容器与电容器、电容器与控制器之间的电连接，使二次线连线节点变少，避免了因接线接触不良、电线老化引起的故障问题，提高了无功补偿装置的供电可靠性，节省了空间。智能投切开关电力电容器将智能投切开关和电力电容器做成一体，能够有效减少使补偿柜内的产品元件数量，使得柜内安装更方便、快捷；补偿柜柜体更小，节省造价。
附图说明
为了更清楚地说明本实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一个实施例，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为本发明实施例提供的一种通讯式智能无功补偿综合治理装置的电路原理图；
图2为本发明实施例提供的一种通讯式智能无功补偿综合治理装置的补偿柜的部件分布图；
图3为本发明实施例提供的一种通讯式智能无功补偿综合治理装置的补偿柜的前视图；
图4为本发明实施例提供的一种通讯式智能无功补偿综合治理装置中无线通讯式无功补偿控制器的结构原理图。
其中，1-总刀闸开关、2-电流互感器、3-避雷器、4-断路器、5-电抗器、6-智能投切开关电力电容器、7-无线通讯式无功补偿控制器、8-电流表、9-电压表、10-柜体。
具体实施方式
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
本发明提供的一种通讯式智能无功补偿综合治理装置包括三大组成部分：无线通讯式智能无功补偿控制器、智能投切开关电力电容器组、云端服务器。其中，所述无线通讯式智能无功补偿控制器、所述智能投切开关电力电容器组均包括无线通讯串口，所述无线通信串口为wifi或gprs接口。所述无线通讯式智能无功补偿控制器接入三相电网，所述无线通讯式智能无功补偿控制器与所述智能投切开关电力电容器组进行双向无线通信，所述无线通讯式智能无功补偿控制器定时向所述云端服务器无线传输数据。
下面对智能投切开关电力电容器组进行详细说明。
如图1所示，智能投切开关电力电容器组包括总刀闸开关1、电流互感器2、避雷器3、智能投切开关电力电容器单元；母线依次经过所述总刀闸开关1、所述电流互感器2后连接至所述智能投切开关电力电容器单元。所述避雷器3连接在所述电流互感器和所述智能投切开关电力电容器单元之间，做接地保护。
所述智能投切开关电力电容器单元包括若干组共补智能投切开关电力电容器单元、若干组分补智能投切开关电力电容器单元。具体补偿组数可以依据实际所需投切的电容大小做相应修改，解决三相不平衡冲击负荷补偿的难题。
每个所述共补智能投切开关电力电容器单元包括三条共补智能投切开关电力电容器单相电路，每个所述共补智能投切开关电力电容器单相电路包括依次电连接的断路器4、电抗器5、智能投切开关电力电容器6，三条所述共补智能投切开关电力电容器单相电路采用三角形接法接入三相电网。
每个所述分补智能投切开关电力电容器单元包括三条分补智能投切开关电力电容器单相电路，每个所述分补智能投切开关电力电容器单相电路包括依次电连接的断路器4、电抗器5、智能投切开关电力电容器6，三条所述分补智能投切开关电力电容器单相电路采用星形接法连入三相电网，且中性点接地。
优选的，所述电抗器5为低压滤波电抗器。
每个所述智能投切开关电力电容器6中的智能投切开关与电力电容器串联连接，所述智能投切开关包括并联连接的第一开关电路和第二开关电路，所述第一开关电路包括串联连接的二极管和辅助继电器，所述第二开关电路包括接触器。
优选的，所述电力电容器为滤波电容器。
在本实施例中，上述采用的所述智能投切开关电力电容器6中的所述智能投切开关和所述电力电容器优选为一体结构。即所述智能投切开关电力电容器6均为一体式智能投切开关电力电容器，所述智能投切开关和所述电力电容器做成一体，可以实现开关的快速投切，同时可以起到节能的效果。
一体式智能投切开关电力电容器的具体结构可以但不限于为下述结构。一体式智能投切开关电力电容器包括圆柱型铝壳体，所述圆柱型铝壳体的内部设有电力电容，所述电力电容的顶端连接有投切开关线路板，所述投切开关线路板上连接有投切开关、短路保护装置、过流保护装置和过压保护装置，所述投切开关与电力电容采用内三角焊接连接，所述圆柱型铝壳体的顶端中部设有用于连接三相电源线的引出端子，所述圆柱型铝壳体顶端左端带有用于控制开关的插接端子，所述插接端子的底部与投切开关线路板连接。
如图2所示，通讯式智能无功补偿综合治理装置的补偿柜的内部产品元件数量减少，可靠性更高；安装时只要将所有的产品(即智能投切开关电力电容器组内的各组成部分)并联接在电源母线上，柜内安装更方便、快捷；单台柜体装机容量最大化；相同容量的补偿柜柜体更小，节省造价。上述补偿柜尤其适合在户外柱上补偿装置(jp柜)中应用；就地补偿装置中使用；现有补偿装置的改造升级。
如图3所示，通讯式智能无功补偿综合治理装置的补偿柜还配置了无线通讯式无功补偿控制器7、电流表8、电压表9，所述无线通讯式无功补偿控制器7、所述电流表8、所述电压表9均安装在柜体10上，通过所述无线通讯式无功补偿控制器7可以检测到电流、电压的变化。
下面对无线通讯式无功补偿控制器进行详细说明。
所述无线通讯式智能无功补偿控制器如图4所示，除了无线通讯串口，还包括：中央处理器、电压采集模块、电流采集模块、显示装置、报警输出模块。
所述电压采集模块、所述电流采集模块的输入端分别与三相电网连接，所述电压采集模块、所述电流采集模块的输出端分别与所述中央处理器连接；所述显示装置分别与所述中央处理器、所述报警输出模块连接；所述中央处理器通过所述无线通讯串口与所述智能投切开关电力电容器组进行双向数据通信。
所述电压采集模块、所述电流采集模块用于对投入三相电网的所述智能投切开关电力电容器组的电压信息、电流信息进行采集，并将采集信息传递至所述中央处理器；所述显示装置用于显示所述采集信息、预设信息、所述智能投切开关电力电容器组的工作状态信息；所述报警输出模块用于发出超限或故障警示；所述中央处理器用于根据所述采集信息、存储在所述中央处理器中的所述预设信息、所述智能投切开关电力电容器组传递来的工作状态信息得到投切控制信息；所述无线通讯串口用于将所述中央处理器的所述投切控制信息输出至所述智能投切开关电力电容器组，并将所述智能投切开关电力电容器组的所述工作状态信息输入至所述中央处理器。
其中，所述中央处理器内置有参数预设模块、数据存储器、数据检测模块。所述参数预设模块用于输入所述预设信息；所述数据存储器用于存储所述预设信息；所述数据检测模块用于接收所述采集信息、所述智能投切开关电力电容器的工作状态信息，并根据所述采集信息、所述预设信息、所述工作状态信息利用智能编码和模糊投切的控制策略得到所述投切控制信息。
其中，智能编码包括：各支路按一定的编码规则设置补偿容量；根据无功功率的需求变化，按最大值优先的原则投入电容器；根据无功功率的需求变化，按最小值优先的原则切除电容器；单组容量较大时，可采取阶梯式投入方式。其中，模糊投切包括：各支路任意设置补偿容量；按无功功率变化的实际需求投切电容器。
所述预设信息包括：谐波电压阈值、谐波电流阈值、系统电压阈值区间、负载小电流阈值、功率因数阈值、延时阈值、工作时长阈值。
所述无线通讯式智能无功补偿控制器的对智能投切开关电力电容器组的投切控制如下：
步骤一、通过电压采集模块、电流采集模块对投入三相电网的智能投切开关电力电容器组的电压信息、电流信息进行采集，并将采集信息传递至所述中央处理器；
步骤二、所述中央处理器根据所述采集信息、存储在所述中央处理器中的预设信息、智能投切开关电力电容器组传递来的工作状态信息，利用智能编码和模糊投切的控制策略得到投切控制信息；
步骤三、所述中央处理器通过通讯串口将所述投切控制信息输出至所述智能投切开关电力电容器组，控制所述智能投切开关电力电容器组中若干组共补电容器单元、分补电容器单元的智能投切开关的投切状态；
步骤四、通过显示装置对所述采集信息、所述预设信息、所述智能投切开关电力电容器组的工作状态信息进行显示；
步骤五、当所述采集信息超过所述预设信息时，通过报警输出模块发出超限警示。
具体的，当智能投切开关电力电容器单元的电压信息高于所述谐波电压阈值，或者当智能投切开关电力电容器单元的电流信息高于所述谐波电流阈值，或者当智能投切开关电力电容器单元的运行电压在所述系统电压阈值区间外时，则所述中央处理器下传切断信息至智能投切开关电力电容器单元的智能投切开关。例如：系统电压阈值区间为系统额定电压±15％，如果低于-15％则认定为欠压；如果高压+15％，则认定为过压。因此，本发明具有过压、欠压保护和谐波电压/电流超限保护，当智能投切开关电力电容器投入使用时，智能投切开关电力电容器补偿过多或者补偿过少时，所述无线通讯式智能无功补偿控制器都会进行控制。
当智能投切开关电力电容器单元的电流信息小于所述负载小电流阈值，则所述中央处理器不再下传所述投切控制信息。即当检测到负载系统中的实际电流小于所述负载小电流阈值时，例如国标限值为150ma，本发明中可设置为50ma，高于国标3倍，进入小电流保护阶段，控制器就会默认为检测不准确，这时负载系统也是不需要无功补偿的，为了避免出现控制误动作，控制器就不再发出投入指令了，但是，此时若有在运行的电容器支路，将会自动顺序退出。也可以说，当用电系统中没有负载或较轻负载时，控制器是不工作的。因此，本发明具有小电流闭锁功能。
当切断的智能投切开关电力电容器单元等待所述延时阈值后，所述中央处理器下传投入信息至智能投切开关电力电容器单元的智能投切开关，控制所述智能投切开关电力电容器单元再次投入三相电网。因此，本发明能够有效避免电容器切断后立即再次投入使用时的残留电压对用电设备的影响。
所述中央处理器自动读取和记录每个智能投切开关电力电容器单元的工作时长、历史工作状态，当智能投切开关电力电容器单元的工作时长超过所述工作时长阈值，则所述中央处理器下传切断信息至智能投切开关电力电容器单元的智能投切开关，所述中央处理器参考每个智能投切开关电力电容器单元的历史工作状态，下传投入信息至另一个相同容量的智能投切开关电力电容器单元。国标中有规定电容器总投切次数的寿命，而普通的控制器存在每次都优先让前几组电容器反复投入工作，而之后其余的电容器组总是处于未投入或很少使用的问题。设置所述工作时长阈值的目的是当一组电容器工作到一定时长时，强制切断并控制另一组电容器投入使用，因此，本发明能够保证每台电容器轮流、均衡工作，延长补偿设备的最长使用寿命。
当智能投切开关电力电容器单元的功率因数低于所述功率因数阈值时，则所述中央处理器下传切断信息至智能投切开关电力电容器单元的智能投切开关。设置所述功率因数阈值是因为负载系统平均功率因数偏低，意味着电容器单元这个补偿装置并没有起到应有的作用(比如电容器损坏、不能正常工作)，功率因素偏低会使三相电网电能损耗加大，给国家及企业造成了很大的浪费。
综上，所述智能投切开关电力电容器和所述无线通讯式无功补偿控制器均设有相应的保护功能。通讯式智能无功补偿综合治理装置具有欠压、过压保护，谐波电压、电流超限保护，热保护等功能，具有自我故障诊断及保护功能，当运行过程中出现上述异常时，即实现自我保护，降低了因故障处理不及时引起的经济损失，提高了供电可靠性。
所述通讯式智能无功补偿综合治理装置设有报警输出模块。当三相电网发生故障时，报警指示灯被点亮并闪烁，报警蜂鸣器发出报警信号。
此外，本发明提供的通讯式智能无功补偿综合治理装置设有云端服务器。所述无线通讯式无功补偿控制器通过wifi或gprs定时向云端服务器传输数据，数据可长期有效保存。所述云端服务器用于现场运维人员通过手机或pc端等电子设备实时查看并记录供电系统补偿系统的电量数据、功率因数状态、谐波电压电流数据及投切状态和次数的工作情况，有效的解决了现场因人工值守所带来的各种隐患，提高了工作效率并降低了企业运维成本。
即所述无线通讯式无功补偿控制器和所述智能投切开关电力电容器组均通过内置wifi或gprs通讯接口实现双向数据通信功能。所述无线通讯式无功补偿控制器将投切指令下传到所述智能投切开关电力电容器组，同时所述智能投切开关电力电容器组也将相关数据通过所述无线通讯式无功补偿控制器实时上传至所述云端服务器的管理后台。通过所述云端服务器的管理后台的各项数据可对故障原因进行判断。例如通过上传过来的数据中，了解到电容器工作故障的原因是由于电压过高还是温度过高或者功率因素过低等。
优选的情况，本发明在每一个智能投切开关电容器中的智能开关板上都嵌入了基于nb-iot技术的芯片通讯模块即定位芯片，每一个定位芯片都有自己的一串编码号，相当于每一台电容器都有一个自己的“名字”，无线通讯式智能无功补偿控制器开机时会自动录入所连接的每台智能投切开关电容器的编码号，当运行时，所述无线通讯式智能无功补偿控制器将每台智能投切开关电容器的电流、电压等一系列的数据一一对应的存在数据存储器中，同时通过无线通讯串口wifi传送给所述云端服务器的管理后台，这样在所述云端服务的器管理后台可以看到每台智能投切开关电容器的编码号以及其对应的各项数据信息，起到定位作用。定位还包括每台智能投切开关电容器安装的地点和编码号，公司在给各个客户安装时都会做好记录，这样可以通过编码号去寻找到具体的电容器地点，实现对故障发生点的定位。
综上，与现有的技术相比，本发明具有以下优点：
1.本发明采用的通讯式智能无功补偿综合治理装置具有欠压、过压保护，谐波电压、电流超限保护，热保护以及超限报警警示功能，降低了因故障处理不及时引起的经济损失。
2.所述无线通讯式无功补偿控制器和所述智能投切开关电力电容器组均通过内置wifi或gprs通讯接口实现双向数据通信功能。去除了电容器与电容器、电容器与控制器之间的电连接，使二次线连线节点变少，避免了因接线接触不良、电线老化引起的故障问题，提高了无功补偿装置的供电可靠性，节省了空间。
3.本发明采用的通讯式智能无功补偿综合治理装置设有云端服务器，便于工作人员实时查看并记录供电系统补偿系统的相关数据、投切状态等工作情况。
4.智能投切开关电力电容器内设定位芯片，利用物联网技术实时定位监测补偿设备的工作状况，提高了故障异常时检修人员对故障发生点的快速定位和判断，提高了检修效率。
5.本发明采用的智能投切开关电力电容器将智能投切开关和电力电容器做成一体，使柜内产品元件数量减少，柜内安装更方便、快捷；补偿柜柜体更小，节省造价。
6.本发明将共补和分补智能投切开关电力电容器单元进行组合式补偿，解决三相不平衡冲击负荷补偿的难题。
7.本发明采用的无线通讯式无功补偿控制器具有强制控制支路电容器循环投切和再次投入延时保护功能，延长了补偿设备的寿命。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。