一种谐波抑制补偿系统的制作方法

本实用新型涉及一种谐波抑制补偿系统。

背景技术：

随着社会经济的发展，生产设备的自动化程度已急剧提升，电力产品越来越多，电力需求不断增加，尤其是低压配电电网系统，非线性负载特别是感性负载越来越多。低压电网中无功损耗急剧增加，电网供电能力大受影响，加大了配网的损耗，降低了配电侧电能质量。目前提倡节能减排的大环境下，加强和改善电网的无功补偿状态对于减少配网损耗，提高电能质量以满足客户需求具有非常积极的意义。

电力低压配网无功补偿市场用到的大多数无功补偿系统大都采用并联电容器补偿系统和电容器并联晶闸管补偿系统，前者的投切电路采用交流接触器，其触头使用寿命很有限，不适用频繁变化的负荷情况；后者采用的复合开关技术是将晶闸管与继电器接点并联使用，该技术相比前者可靠性有了一定的提高，但结构复杂，故障点增多。而且，整个补偿系统的设备器件之间一旦成型将无法在短期内完成扩充，没有预留扩展的可能，不能满足配电网系统的发展规划。

因此，目前的无功补偿系统都或多或少存在一定弊端，存在的弊端均包括无法实现灵活补偿，造成补偿可靠性较差，而且现有的无功补偿系统中的线路较多，连接关系比较复杂，造成连接线路比较混乱。而且，在补偿系统中一旦补偿容量设备数量等确定后短期内无法完成任意扩减，更别提实现高精度补偿；另外，当需要补偿的系统负荷经常出现不稳定且不平衡时，单纯的相同容量的共补型模块或分补型模块将无法满足因负荷不平衡所带来的补偿容量的变化。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种谐波抑制补偿系统，用以解决现有的无功补偿系统的连接线路比较混乱的问题。

为实现上述目的，本实用新型的方案包括：

一种谐波抑制补偿系统，包括N个谐波抑制补偿装置和N-1个接口模块，N≥2，所述接口模块包括第一接口单元和第二接口单元，所述第一接口单元中的各接口与所述第二接口单元中的对应接口通过内部连接线路相连接，任意两个相邻的谐波抑制补偿装置之间设置有一个接口模块，且其中一个谐波抑制补偿装置对应连接接口模块中的第一接口单元中的相应接口，另一个谐波抑制补偿装置对应连接接口模块中的第二接口单元中的相应接口。

任意两个相邻的谐波抑制补偿装置之间通过接口模块进行连接，由于通过接口模块内部的连接线路就能够实现对应接口的连通，那么，谐波抑制补偿装置只需与接口模块的相关接口进行连接即可。接口模块将谐波抑制补偿装置之间的所有连接线路整合在一起，构成一个独立的设备，无需通过很多离散的连接线路将相邻的谐波抑制补偿装置进行连接，也就避免了因使用离散的连接线路而造成系统连接线路比较混乱的问题。而且，系统包括多个谐波抑制补偿装置，能够根据补偿需要投入适当个数的谐波抑制补偿装置，提升了补偿灵活性、可靠性和精度。另外，系统还可以实现谐波抑制补偿装置的扩展需求。

进一步地，所述第一接口单元包括第一电气量传输接口和第一通信接口，所述第二接口单元包括第二电气量传输接口和第二通信接口，第一电气量传输接口和第二电气量传输接口与对应的谐波抑制补偿装置通过电气量传输线路对应连接，第一通信接口和第二通信接口与对应的谐波抑制补偿装置通过通信线路对应连接。

通过电气量传输接口以及电气量传输线路实现电气量的传输，通过通信接口以及通信线路实现相关通信，满足数据通信需求，提升数据通信的可靠性。

进一步地，所述接口模块还包括壳体，所述第一接口单元中的各接口与第二接口单元中的各接口设置在壳体的两个相对侧面上，接口模块的内部连接线路布设在壳体内。

将内部连接线路布设在壳体内，进一步提升线路的简洁度，提升接口模块的强度，增加接口模块的使用寿命，而且，第一接口单元中的各接口与第二接口单元中的各接口在壳体上相对设置，便于相邻两个谐波抑制补偿装置的连接。

进一步地，所述谐波抑制补偿系统还包括用于采集三相网侧电流信息的三相网侧电流互感器，所述三相网侧电流互感器的信号输出端输出连接第一个谐波抑制补偿装置，第一个谐波抑制补偿装置能够将三相网侧电流互感器采集到的三相网侧电流信息输出至对应的电气量传输线路上以使其他各谐波抑制补偿装置通过对应的电气量传输线路进行三相网侧电流信息的接收。

整个谐波抑制补偿系统只需设置一个三相网侧电流互感器就可实现将三相网侧电流信息传输给所有的谐波抑制补偿装置，降低了电流互感器的设置个数，节省了投入成本，而且，谐波抑制补偿装置的个数越多，投入成本节省的程度越高。

进一步地，谐波抑制补偿装置包括主控模块、投切驱动模块、网侧电压检测模块和电容器模块，所述主控模块包括电流信息传输端口和通信端口，所述电流信息传输端口连接对应的电气量传输线路，所述通信端口连接对应的通信线路，所述主控模块采样连接所述网侧电压检测模块，所述主控模块控制连接所述投切驱动模块，所述投切驱动模块连接所述电容器模块，用于投切所述电容器模块中对应的电容器。

主控模块通过电流信息传输端口和通信端口接收相应的信号，并根据电流信息和电压信息确定电容器模块中电容器的投入个数，然后控制投切驱动模块动作，将对应的电容器投入，实现补偿。

进一步地，谐波抑制补偿装置还包括显示模块，所述主控模块与所述显示模块相连接。显示模块用于将相关数据信息进行实时显示。

进一步地，谐波抑制补偿装置还包括用于检测电网电压电流过零点的过零检测模块，所述主控模块采样连接所述过零检测模块。通过过零检测模块检测电网电压电流的过零点，实现电压电流过零点的监控。

进一步地，谐波抑制补偿装置还包括用于检测电容器模块中对应电容器电流的电容器电流检测模块，所述主控模块采样连接所述电容器电流检测模块。通过电容器电流检测模块检测电容器模块中对应电容器的电流，实现电容器电流的监控。

进一步地，所述电容器模块由分补模块和共补模块构成。根据实际需要投入分补模块和/或共补模块，提升补偿灵活性。

进一步地，所述显示模块包括显示屏、按键和拨码开关。显示屏用于数据显示，按键和拨码开关用于输入相关的控制指令和数据。

附图说明

图1是本实用新型提供的谐波抑制补偿系统的结构示意图；

图2是接口模块引脚示意图；

图3是主控模块的部分连接电路示意图；

图4是组网功能实现的四个阶段的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细的说明。

本实施例提供一种谐波抑制补偿系统，包括N个谐波抑制补偿装置和N-1个接口模块，N≥2。本实施例中，谐波抑制补偿装置以CPH智能型谐波抑制补偿装置为例。任意两个相邻的谐波抑制补偿装置之间设置有一个接口模块，通过接口模块实现相邻谐波抑制补偿装置的连接，如图1所示。因为两个相邻的谐波抑制补偿装置之间设置有一个接口模块，那么，一般情况下，谐波抑制补偿装置的个数要比接口模块的个数少一个。而谐波抑制补偿装置和接口模块的具体布设个数需根据实际补偿需求进行确定，本实施例中，N的最大值为32。因此，该谐波抑制补偿系统为一个主要由多个谐波抑制补偿装置组成的组网系统。另外，该谐波抑制补偿系统还可接入后台系统进行监测管理。

接口模块包括第一接口单元和第二接口单元，第一接口单元中的各接口与第二接口单元中的对应接口通过内部连接线路相连接。对于该接口模块所连接的两个谐波抑制补偿装置来说，其中一个谐波抑制补偿装置对应连接接口模块中的第一接口单元中的相应接口，另一个谐波抑制补偿装置对应连接接口模块中的第二接口单元中的相应接口，再加上接口模块的内部连接线路，实现这两个相邻的谐波抑制补偿装置的连接。而其他相邻的谐波抑制补偿装置与上述连接方式相同。

作为一个具体实施方式，接口模块中的接口涉及两个方面，一个是用于电气量传输，另一个用于其他的数据通信（比如RS485通信），那么，第一接口单元包括第一电气量传输接口和第一通信接口，第二接口单元包括第二电气量传输接口和第二通信接口。在接口模块中，第一电气量传输接口和第二电气量传输接口通过内部连接线路连接，第一通信接口和第二通信接口通过内部连接线路连接。而第一电气量传输接口与其中一个谐波抑制补偿装置通过电气量传输线路对应连接，第一通信接口与该谐波抑制补偿装置通过通信线路对应连接；第二电气量传输接口与另一个谐波抑制补偿装置通过电气量传输线路对应连接，第二通信接口与该谐波抑制补偿装置通过通信线路对应连接。

为了提升接口模块的强度以及提升线路的简洁度，接口模块还包括一个壳体，第一接口单元中的各接口与第二接口单元中的各接口设置在壳体的两个相对侧面上，比如左侧面和右侧面，能够便于相邻两个谐波抑制补偿装置的对应连接，减小线路的使用长度，而接口模块的内部连接线路布设在壳体内。

本实施例中，接口模块上的第一电气量传输接口和第二电气量传输接口传输的电气量信息为三相网侧电流信息，那么，如图1所示，谐波抑制补偿系统还包括一个三相网侧电流互感器，三相网侧电流互感器的信号输出端输出连接第一个谐波抑制补偿装置，三相网侧电流互感器将采集到的三相网侧电流信息输出给第一个谐波抑制补偿装置，第一个谐波抑制补偿装置能够将三相网侧电流互感器采集到的三相网侧电流信息输出至对应的电气量传输线路上以使其他各谐波抑制补偿装置通过对应的电气量传输线路进行三相网侧电流信息的接收。那么，三相网侧电流只需要经过一个三相网侧电流互感器采集之后，系统中所有谐波抑制补偿装置都将得到该电流信号，系统只需一个三相网侧电流互感器即可，无需设置多个三相网侧电流互感器，对整个系统来说，能够节省很多三相网侧电流互感器，以32个谐波抑制补偿装置来说，能够节约31个三相网侧电流互感器，即节约31×3=93个单相电流互感器。

图2给出了接口模块的一种具体的引脚布置方式，包含IC、IB、IA三相电流接口以及两路RS485通讯接口。

以下对谐波抑制补偿装置的组成进行具体说明，当然，谐波抑制补偿装置的结构属于现有技术，本申请并不局限于下述具体结构。

谐波抑制补偿装置包括主控模块、显示模块、投切驱动模块、网侧电压检测模块、电容器模块、过零检测模块和电容器电流检测模块。

主控模块的中央处理单元的型号为STM32F103VCT6，通过程序实现控制。主控模块上设置有电流信息传输端口和通信端口。对于非两端的谐波抑制补偿装置，即除了第1个和第N个谐波抑制补偿装置之外的其他各谐波抑制补偿装置，主控模块上设置有两个电流信息传输端口和两个通信端口，这两个电流信息传输端口通过对应的电气量传输线路能够分别与两侧相邻的谐波抑制补偿装置进行连接，这两个通信端口通过对应的通信线路能够分别与两侧相邻的谐波抑制补偿装置进行连接，也就是说，电流信息传输端口与对应的接口模块上的电气量传输接口相连接，用于接收IC、IB、IA三相电流，通信端口用于与接口模块上的通信接口相连接，以实现RS485通信。而第一个谐波抑制补偿装置的主控模块上设置有两个电流信息传输端口，这两个电流信息传输端口中的其中一个电流信息传输端口与三相网侧电流互感器的信号输出端连接，另一个能够与相邻的谐波抑制补偿装置（即第二个谐波抑制补偿装置）进行连接，而该主控模块最少只需设置一个通信端口即可，能够与相邻的谐波抑制补偿装置（即第二个谐波抑制补偿装置）进行连接。最后一个谐波抑制补偿装置，即第N个谐波抑制补偿装置的主控模块最少只需设置一个电流信息传输端口和一个通信端口即可，电流信息传输端口能够与前一个相邻的谐波抑制补偿装置进行连接，通信端口能够与前一个相邻的谐波抑制补偿装置进行连接，另外，当第N个谐波抑制补偿装置后面还可以扩展谐波抑制补偿装置时，那么，第N个谐波抑制补偿装置的主控模块上就需要设置两个电流信息传输端口和两个通信端口。因此，通过各主控模块上的电流信息传输端口和通信端口与对应的接口模块进行连接，构成图1所示的系统结构。

主控模块采样连接网侧电压检测模块，控制连接投切驱动模块，投切驱动模块连接电容器模块，网侧电压检测模块用于采集电网侧的线电压，主控模块对接收到的三相电流以及电压信息进行处理分析，得到补偿量，然后根据补偿量向投切驱动模块输出控制指令，投切驱动模块具体为投切继电器驱动电路，根据控制指令控制投切继电器的闭合和断开，即投入或者切除电容器模块中对应的电容器，实现补偿。为了提高补偿灵活性，电容器模块由Y型连接的分补模块和△型连接的共补模块构成。

而且，显示模块用于实时显示采集到的各项参数，主控模块与该显示模块相连接，进一步地，显示模块包括显示屏、按键、拨码开关以及LED灯、网络接口电路等。那么，除了上述通过各主控模块上的电流信息传输端口和通信端口与对应的接口模块进行连接以构成谐波抑制补偿系统之外，还可以有以下连接方式：接口模块中的第一接口单元连接其中一个谐波抑制补偿装置中主控模块与显示模块的连接电路，第二接口单元连接另一个谐波抑制补偿装置中主控模块与显示模块的连接电路。

过零检测模块用于检测电网电压电流的过零点，主控模块采样连接过零检测模块，实现电压电流过零点的监控。电容器电流检测模块用于检测电容器模块中对应电容器的电流（ICA、ICB、ICC），主控模块采样连接电容器电流检测模块，实现电容器电流的监控。另外，谐波抑制补偿装置还包括用于检测相关器件温度的温度检测模块，比如检测电容器模块的温度，主控模块采样连接该温度检测模块。

为了保证谐波抑制补偿装置的正常运行，谐波抑制补偿装置内设置有开关电源单元，主要为整个谐波抑制补偿装置提供电源保障。

图3所示为主控模块的相关连接电路示意图，如图3所示，不仅包括有两路RS485通讯，还有显示屏控制信号、四路LED信号显示灯、三路按键和三相网侧电流采样通路等。而且，谐波抑制补偿装置中的各个组成部分，比如开关电源单元、网侧电压检测模块等集中在一整块电路板上。如图3所示，该电路中的三相电流需接入。

因RS485是主从控制方式，即系统中只有一台谐波抑制补偿装置是主机，其余谐波抑制补偿装置全是从机并受主机所控。另外，作为一个具体的实施方式，单个谐波抑制补偿装置校准通讯时，波特率为9600bps；谐波抑制补偿装置之间的组网联机通讯时，波特率为38400bps。

作为一个具体实施方式，如图4所示，系统的软件部分实现四个阶段，包括有竞争主机、内部地址编码、周期访问查询、对从机进行控制（即循环投切控制）。

谐波抑制补偿装置包含有两个地址，一个地址是装置的固定地址，该地址是出厂前已经设定好的，另一个地址是主机赋予的编码地址。

竞争主机阶段是当上电时，所有谐波抑制补偿装置都是处于接收状态，通过竞争机制程序进行处理后，主机产生，主机优先选择分补模块进行补偿。竞争主机是按照物理地址的大小来实现主机的角逐，当主机竞争出来后，其余谐波抑制补偿装置都为从机，由主机向从机发送编码数据帧，实现装置的重新编址，各从机接收来自主机的编码信息，且从机回复查询应答。每个装置中的显示屏上将显示所有装置数量和该装置在系统中的序号。

周期访问查询是每间隔一个固定时间对整个系统进行查询，即网络稳定后主机会按照固定的时间间隔定期访问从机，若系统中谐波抑制补偿装置的数量等状态没变化，从机回复查询应答，若出现有装置添加或减少，该装置为主机时则返回竞争主机步骤；若该装置为从机时，主机按照编码步骤对其编码，从机需要回复应答信息，比如从机回复给主机必要的参数以及信息等，若3次没回复，从机将被系统舍弃。

循环投切是网络运行时，主机处理来自电网侧的电压电流信息得到当前系统的功率因数和无功功率，根据目标功率因数和无功功率缺额，判断系统中的哪个装置能满足系统目前的投入要求，由主机发送投切命令到该从机进行无功补偿，若仍不满足要求则继续判断系统其余装置是否满足补偿投切条件，总之一切的控制信号都是主机发出的。

以上给出了具体的实施方式，但本实用新型不局限于所描述的实施方式。本实用新型的基本思路在于上述谐波抑制补偿系统的硬件结构，并不局限于具体的控制方式。在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本实用新型的保护范围内。