本發(fā)明涉及基于Modbus總線的無功功率自動補償器。

背景技術(shù)：

電網(wǎng)質(zhì)量時刻影響著經(jīng)濟的發(fā)展和居民的生活水平，而電網(wǎng)的無功狀態(tài)更是衡量電網(wǎng) 運行質(zhì)量的重要因素之一。在低壓配電系統(tǒng)中，多數(shù)電氣設(shè)備都是感性負載，它造成電流相位滯后于電壓相位，電力能源過度消耗在電網(wǎng)傳輸線上，使得電網(wǎng)供電質(zhì)量下降，而無功自動補償器就是用來減小感性負載帶來的影響并提高電網(wǎng)供電質(zhì)量的重要設(shè)備。

隨著社會的發(fā)展，技術(shù)的進步，人們對供電系統(tǒng)的自動化程度要求越來越高，具有網(wǎng)絡(luò)化通信功能，能與多種現(xiàn)場總線相連接的智能化、可通信和高性能的新一代無功補償器是今后的主要發(fā)展方向。目前國內(nèi)無功補償電器行業(yè)沒有統(tǒng)一的現(xiàn)場總線系統(tǒng)協(xié)議和規(guī)范，考慮到Modbus協(xié)議是目前國際智能化儀表普遍采用的主流通信協(xié)議之一，且應用起來較為可靠。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明設(shè)計了基于Modbus總線的無功功率自動補償器。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：整個無功自動補償控制器由復合開關(guān)模塊、補償模塊和通信接口模塊共三個模塊組成。

所述復合開關(guān)模塊，輸出控制采用能驅(qū)動大功率器件的達林頓管，并將智能低壓復合開關(guān)直接與達林頓管驅(qū)動相連接。智能復合開關(guān)采用單片機雙重控制晶閘管和繼電器。

所述補償模塊，無功補償采用共補和分補相結(jié)合的方式，補償電容采用三角形接法。

所述通信接口模塊，Modbus協(xié)議的物理層一般都采用RS485半雙工結(jié)構(gòu)作為通信接口標準。MC9S08DZ60有兩個串口，可分別通過RS485接口同控制器模塊和上位機相連。因斷路器應用于各種復雜的現(xiàn)場環(huán)境，采用了TI公司的SN65HVD22作為RS485收發(fā)器，它的共模電壓范圍為－20~25V，超過了TIA/EIA-485兩倍的要求，針對噪聲與失效情況提供了良好的保護功能。它的驅(qū)動能力強，能夠在500Kbit/s的速率下傳輸1200m的距離，滿足對斷路器進行遠程控制的長線纜應用。

本發(fā)明的有益效果是，基于Modbus總線的無功功率自動補償器不僅可以精確、靈活地實現(xiàn)電容器的投切，良好地達到無功功率自動補償?shù)淖饔茫⑶以诔霈F(xiàn)故障時能夠保護控制器和電容器本身不受損害。該系統(tǒng)成本低、易于實現(xiàn)，且模塊化的設(shè)計提高了實際應用中選擇的靈活性。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進一步說明。

圖1是系統(tǒng)框圖。

圖2是復合開關(guān)硬件原理結(jié)構(gòu)框圖。

圖3是星形接法連線圖。

圖4是三角形接法連線圖。

具體實施方式

在圖1中，控制器模塊的主控芯片選用的是Microchip公司的dsPIC30F5011，通信模塊的主控芯片選用的是飛思卡爾公司的MC9S08DZ60，實時時鐘模塊選用的是DALLAS公司的DS1302。補償器工作時，電網(wǎng)中的電流/電壓信號通過電流/電壓互感器轉(zhuǎn)換成電子線路可以處理的微小信號，經(jīng)整流、信號調(diào)理等電路后送入單片機A/D口進行同步采樣。為了提高采樣的準確性，保證及時跟蹤電網(wǎng)頻率，提高采樣的準確性，另外設(shè)計了采集A相電流作為過零檢測，通過內(nèi)部的計數(shù)器算出實時頻率，在下一個采樣周期調(diào)整采樣頻率。軟件計算出電網(wǎng)的無功功率之后，判斷其是容性無功功率還是感性無功功率，單片機輸出控制信號控制達林頓管的驅(qū)動，完成電容組的投切。通信模塊被做成獨立的板卡，由外部24V直流電源供電，可通過RS485總線驅(qū)動分別連接控制器模塊和上位機。

在圖2中，輸出控制采用能驅(qū)動大功率器件的達林頓管，并將智能低壓復合開關(guān)直接與達林頓管驅(qū)動相連接。智能復合開關(guān)采用單片機雙重控制晶閘管和繼電器。其工作過程如下所示。電容器投入：繼電器接通—延時—晶閘管接通—延時—繼電器斷開。電容器切除：繼電器接通—延時—晶閘管斷開—延時—繼電器斷開?？刂蒲b置的技術(shù)特點：零電壓導通、零電流切斷；投切電容過程無涌流沖擊，無操作過電壓，無電弧重燃整機使用壽命長；無功補償動態(tài)響應快，可頻繁投切，可分相補償；具有自動運行能力，運行中無壓降，不耗能，不產(chǎn)生諧波。既有晶閘管開關(guān)過零投切的優(yōu)點，又有繼電器開關(guān)功耗小的優(yōu)點。

在圖3中，無功補償采用共補和分補相結(jié)合的方式，分補電容器采用星形接法。

在圖4中，無功補償采用共補和分補相結(jié)合的方式，共補電容器采用三角形接法。星形接法和三角形接法可以相互轉(zhuǎn)化，且具有相同容量的電容器采用三角形接法的補償能力是采用星形接法的3倍，故在使用范圍和使用效率上，補償電容采用三角形接法。但是在解決三相不平衡負荷問題時，可根據(jù)實際情況進行最理想的電容器組配置。