本實(shí)用新型涉及一種低壓無(wú)功混合補(bǔ)償裝置，屬于電氣檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前市場(chǎng)上，靜止式動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置主要有晶閘管控制電抗器(TCR)、晶閘管投切電容器(TSC)、靜止無(wú)功發(fā)生器(SVG)等，其中TCR具有損耗大、冷卻要求高、設(shè)備造價(jià)運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用高、占地面積大、產(chǎn)生諧波等缺點(diǎn)。其中TSC一個(gè)重要缺點(diǎn)是有級(jí)補(bǔ)償，目前低壓市場(chǎng)上大概一級(jí)50kvar，即補(bǔ)償精度為50kvar，并且響應(yīng)速度慢，嚴(yán)重制約了TSC的使用場(chǎng)合。其中SVG作為最新一代的無(wú)功補(bǔ)償裝置諧波含量少、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、可以無(wú)級(jí)補(bǔ)償，但是當(dāng)補(bǔ)償容量較大時(shí)，目前市場(chǎng)上主要是單柜或者多柜級(jí)聯(lián)，但無(wú)論是級(jí)聯(lián)還是單柜成本都很高。

目前市場(chǎng)上，無(wú)功補(bǔ)償控制器多采用FPGA+DSP、FPGA+ARM或者FPGA+DSP+ARM的結(jié)構(gòu)，雖然功能強(qiáng)大，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、PCB制板成本高、軟件也不易編寫。

現(xiàn)在時(shí)物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、智能的時(shí)代，傳統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償裝置就是一個(gè)獨(dú)立的個(gè)體，當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，維修人員只有到了現(xiàn)場(chǎng)才能知道設(shè)備的運(yùn)行情況和設(shè)備的故障點(diǎn)。制造商無(wú)法實(shí)時(shí)的觀測(cè)賣出設(shè)備的運(yùn)行情況。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型目的在于提供一種低壓無(wú)功混合補(bǔ)償裝置，該裝置既可以對(duì)電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)補(bǔ)償，又可以實(shí)現(xiàn)大容量的無(wú)功補(bǔ)償。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型一種低壓無(wú)功混合補(bǔ)償裝置，包括主電路模塊、傳感器模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、控制模塊、顯示模塊、通信模塊、存儲(chǔ)模塊，其中傳感器模塊檢測(cè)主電路電壓電流信號(hào)，并將其傳遞給A/D采樣模塊，將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，并傳遞給控制模塊，所述控制模塊控制主電路中的IGBT和晶閘管的通斷，同時(shí)將整個(gè)裝置的運(yùn)行狀態(tài)通過顯示模塊顯示、通過存儲(chǔ)模塊進(jìn)行存儲(chǔ)以及通過通信模塊進(jìn)行傳輸；

所述主電路模塊包括SVG主電路和TSC主電路；所述SVG主電路采用三相橋式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括直流側(cè)電容器C1、IGBT開關(guān)管和電抗器組L1；所述TSC主電路包括電容器C2、電容器C3、電容器C4、反并聯(lián)晶閘管TR和電抗器組L2；所述電容器C2、電容器C3和電容器C4首尾相連、呈三角形，其連接點(diǎn)分別通過電抗器L2和反并聯(lián)晶閘管TR接入電網(wǎng)；SVG主電路與TSC主電路以并聯(lián)的形式接入需補(bǔ)償?shù)碾娋W(wǎng)。

所述傳感器模塊包括三相交流電壓互感器TV、電流互感器TA1、電流互感器TA2、電流傳感器LEM1、電流傳感器LEM2和電壓傳感器LEMU1；所述三相交流電壓互感器TV檢測(cè)電網(wǎng)電壓，接在電網(wǎng)上；所述電流互感器TA1和電流互感器TA2用于檢測(cè)負(fù)載電流，接在負(fù)載的接入端；所述電流傳感器LEM1和電流傳感器LEM2用于檢測(cè)SVG主電路輸出電流，接在SVG主電路的接入端；所述電壓傳感器LEMU1用于檢測(cè)SVG主電路中直流側(cè)的電壓，接在SVG主電路中電容C1的兩端；所述三相交流電壓互感器TV、電流互感器TA1、電流互感器TA2、電流傳感器LEM1、電流傳感器LEM2和電壓傳感器LEMU1的輸出均接入A/D采樣模塊；

A/D轉(zhuǎn)換模塊包括調(diào)理電路和A/D采樣芯片，所述調(diào)理電路將三相交流電壓互感器TV、電流互感器TA1、電流互感器TA2、電流傳感器LEM1、電流傳感器LEM2和電壓傳感器LEMU1的輸出的電信號(hào)調(diào)節(jié)成A/D采樣芯片可以接受的電信號(hào)并對(duì)其進(jìn)行硬件濾波，所述A/D采樣芯片將調(diào)理電路輸出的模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，并發(fā)送給控制模塊；

所述控制模塊為全可編程SoC器件。

綜上所述，本實(shí)用新型具有以下有益效果：

1.本實(shí)用新型采用TSC+SVG混合補(bǔ)償裝置，克服了TSC有級(jí)補(bǔ)償和SVG大容量成本昂貴等問題，并且可以根據(jù)負(fù)載具體需要補(bǔ)償無(wú)功功率的大小，來(lái)增加TSC容量而SVG容量保持不變，所以需要補(bǔ)償?shù)娜萘吭酱?，裝置的性價(jià)比越高，同時(shí)相應(yīng)速度并不比單獨(dú)SVG補(bǔ)償慢，只有當(dāng)負(fù)載無(wú)功功率變化超過兩倍的SVG容量時(shí)，才需要調(diào)節(jié)TSC的補(bǔ)償容量，也只有此時(shí)相應(yīng)速度會(huì)慢一些，并且由此可以看出，相比于單獨(dú)的TSC，該裝置中的TSC的晶閘管的通斷的頻率大大降低，這樣可以減小由于通斷對(duì)電容的沖擊和延長(zhǎng)晶閘管的壽命。

2.本實(shí)用新型采用集成軟件可編程的ARM處理器和硬件可編程的FPGA全可編程SoC器件，在一塊芯片上集成了ARM處理器和FPGA可編程邏輯單元，降低了PCB布板的復(fù)雜性，減輕了硬件工程師的負(fù)擔(dān)，同時(shí)也降低了軟件編程的復(fù)雜性，通常生產(chǎn)該芯片的公司都提供ARM和FPGA通信的IP核，不再需要像傳統(tǒng)的方法一樣不僅需要硬件布置總線通道，軟件也需要編寫通信協(xié)議，特別是若此處發(fā)生故障，很難去排查，而采用全可編程SoC器件則沒用這樣的問題，并且采用FPGA實(shí)現(xiàn)TSC和SVG的控制算法，可以將其做成一個(gè)IP核，當(dāng)需要增加TSC的數(shù)量時(shí)，只需拖動(dòng)IP核非常方便。

3.本實(shí)用新型采用SIM800C通信模塊和SD卡存儲(chǔ)模塊，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信和裝置運(yùn)行狀態(tài)的歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，SIM800C通信模塊克服了傳統(tǒng)的當(dāng)設(shè)備發(fā)生非嚴(yán)重性故障時(shí)，維修人員需親臨現(xiàn)場(chǎng)的缺點(diǎn)，技術(shù)人員可以通過遠(yuǎn)程了解發(fā)生了什么故障，判斷是否需要去現(xiàn)場(chǎng)，SD卡存儲(chǔ)模塊克服了傳統(tǒng)的當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)的維修人員只能通過經(jīng)驗(yàn)一步步的排查的缺點(diǎn)，維修人員可通過SD卡存儲(chǔ)模塊，了解故障發(fā)生時(shí)設(shè)備的運(yùn)行的數(shù)據(jù)，并據(jù)此判斷故障點(diǎn)，縮短維修時(shí)間。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)主電路模塊、傳感器模塊結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實(shí)用新型控制模塊、存儲(chǔ)模塊、顯示模塊、A/D采樣模塊示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。

如圖1所示，一種低壓無(wú)功混合補(bǔ)償裝置，包括主電路模塊、傳感器模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、控制模塊、顯示模塊、通信模塊、存儲(chǔ)模塊，其中傳感器模塊檢測(cè)主電路電壓電流信號(hào)，并將其傳遞給A/D采樣模塊，將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，并傳遞給控制模塊，所述控制模塊控制主電路中的IGBT和晶閘管的通斷，同時(shí)將整個(gè)裝置的運(yùn)行狀態(tài)通過顯示模塊顯示、通過存儲(chǔ)模塊進(jìn)行存儲(chǔ)以及通過通信模塊進(jìn)行傳輸；

如圖2所示，所述主電路模塊包括SVG主電路和TSC主電路；所述SVG主電路采用三相橋式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括直流側(cè)電容器C1、IGBT開關(guān)管和電抗器組L1；所述TSC主電路包括電容器C2、電容器C3、電容器C4、反并聯(lián)晶閘管TR和電抗器組L2；所述電容器C2、電容器C3和電容器C4首尾相連、呈三角形，其連接點(diǎn)分別通過電抗器L2和反并聯(lián)晶閘管TR接入電網(wǎng)；SVG主電路與TSC主電路以并聯(lián)的形式接入需補(bǔ)償?shù)碾娋W(wǎng)。

如圖2所示，所述傳感器模塊包括三相交流電壓互感器TV、電流互感器TA1、電流互感器TA2、電流傳感器LEM1、電流傳感器LEM2和電壓傳感器LEMU1；所述三相交流電壓互感器TV檢測(cè)電網(wǎng)電壓，接在電網(wǎng)上；所述電流互感器TA1和電流互感器TA2用于檢測(cè)負(fù)載電流，接在負(fù)載的接入端；所述電流傳感器LEM1和電流傳感器LEM2用于檢測(cè)SVG主電路輸出電流，接在SVG主電路的接入端；所述電壓傳感器LEMU1用于檢測(cè)SVG主電路中直流側(cè)的電壓，接在SVG主電路中電容C1的兩端；所述三相交流電壓互感器TV、電流互感器TA1、電流互感器TA2、電流傳感器LEM1、電流傳感器LEM2和電壓傳感器LEMU1的輸出均接入A/D采樣模塊；

A/D轉(zhuǎn)換模塊包括調(diào)理電路和A/D采樣芯片，所述調(diào)理電路將三相交流電壓互感器TV、電流互感器TA1、電流互感器TA2、電流傳感器LEM1、電流傳感器LEM2和電壓傳感器LEMU1的輸出的電信號(hào)調(diào)節(jié)成A/D采樣芯片可以接受的電信號(hào)并對(duì)其進(jìn)行硬件濾波，所述A/D采樣芯片將調(diào)理電路輸出的模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，并發(fā)送給控制模塊；

如圖3所示，由于需要采集的信號(hào)比較多，所以采用兩塊ADS7864芯片，一共具有12個(gè)模擬采樣通道，所述控制模塊為全可編程SoC器件。全可編程SoC采樣器件選則XILINX公司的ZYNQ7010芯片，該芯片具有雙核Cortex-A9處理器和上萬(wàn)門的可編程邏輯單元，并具有如圖所示的I/O外設(shè)，通信模塊采用芯訊通公司的SIM800C模塊，是一款四頻GSM/GPRS模塊，具有數(shù)據(jù)傳輸和短信功能，并且具有串行接口，顯示模塊中驅(qū)動(dòng)芯片采用SSD1963芯片，該芯片支持864*480*24位圖形內(nèi)容，觸摸信號(hào)A/D采樣芯片采用XPT204，該芯片具有觸摸壓力測(cè)量的功能，用于檢測(cè)觸摸信號(hào)，W25Q16是一塊2M字節(jié)的Flash存儲(chǔ)芯片，用于儲(chǔ)存字模數(shù)據(jù)，具有SPI串口，SD卡槽采用MiniSD卡。

控制模塊對(duì)需要補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功功率的大小進(jìn)行計(jì)算、分配，計(jì)算方法與現(xiàn)有技術(shù)中TSC、SVG補(bǔ)償算法相同，包括傅里葉變換、無(wú)功功率計(jì)算、功率分配、鎖相環(huán)、坐標(biāo)變換、雙閉環(huán)控制、脈寬調(diào)制等。分配原則以TSC補(bǔ)償為主，SVG補(bǔ)償為輔，SVG補(bǔ)償由于TSC補(bǔ)償?shù)挠屑?jí)性而無(wú)法補(bǔ)償?shù)牟糠郑現(xiàn)PGA同時(shí)完成TSC和SVG控制算法的計(jì)算以及產(chǎn)生控制信號(hào)的功能。同時(shí)，產(chǎn)生TSC晶閘管通斷信號(hào)和PWM脈沖信號(hào)，驅(qū)動(dòng)主電路中的開關(guān)進(jìn)行動(dòng)作，與此同時(shí)將無(wú)功信息、電壓信息、電流信息、TSC的補(bǔ)償信息、SVG的補(bǔ)償信息、故障信息等傳輸給ARM處理器，ARM處理器將其放在顯示屏上進(jìn)行顯示、放在存儲(chǔ)模塊進(jìn)行存儲(chǔ)、當(dāng)需要時(shí)通過通信模塊進(jìn)行通信。

如圖3所示，所述顯示模塊包括液晶顯示屏、觸摸信號(hào)A/D轉(zhuǎn)換芯片、液晶顯示屏驅(qū)動(dòng)芯片和Flash存儲(chǔ)芯片，其中觸摸信號(hào)A/D轉(zhuǎn)換芯片和Flash存儲(chǔ)芯片分別通過SPI口與全可編程SoC芯片相連，液晶顯示屏與其驅(qū)動(dòng)芯片相連，液晶顯示屏驅(qū)動(dòng)芯片則通過并口與全可編程SoC芯片相連，觸摸信號(hào)A/D轉(zhuǎn)換芯片用于接收觸摸信號(hào)，F(xiàn)lash存儲(chǔ)芯片用于儲(chǔ)存字模數(shù)據(jù)。

如圖3所示，所述通信模塊包括SIM800C模塊，通過串口與全可編程SoC芯片的UART口相連，具有短信功能，可通過短信將信息傳輸給公司，同時(shí)公司也可以通過短信對(duì)此設(shè)備進(jìn)行操作。

如圖3所示，所述存儲(chǔ)模塊包括SD卡槽,通過SDIO口與全可編程SoC芯片相連，用于存儲(chǔ)整個(gè)裝置的運(yùn)行狀態(tài)。

如圖3所示，圖2中所有的檢測(cè)信號(hào)都接到了調(diào)理電路上，這些信號(hào)都通過調(diào)理電路調(diào)節(jié)成ADS7864可以接受的信號(hào)，同時(shí)SVG中的IGBT的硬件保護(hù)信號(hào)ST1、ST2、ST3也反饋到控制器當(dāng)中，當(dāng)發(fā)生過流或者過壓時(shí)，控制器可以迅速得到信息控制所有的IGBT關(guān)斷，控制器計(jì)算得到SVG的PWM脈沖信號(hào)和TSC開關(guān)信號(hào)后將其傳輸給驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)著相應(yīng)的硬件進(jìn)行動(dòng)作。