智能型低压无功功率自动补偿控制器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种智能型低压无功功率自动补偿控制器，其特征为以高速数字信号处理器为核心，利用数字信号处理器高速的运算能力实现电压、电流、功率、功率因素多参数综合控制，运用数字校准、数字滤波、程序逻辑判断实现简化外围硬件电路设计、降低成本的同时，提高控制器的精度、可靠性和抗干扰能力。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种智能型低压无功功率自动补偿控制装置，属 于低压电器制造

技术介绍
低压无功功率自动补偿控制器通过控制补偿电容来调节配电网 中无功电流，具有降低线路损耗、节约能源、稳定电网电压、增加变 压器容量等功效，被广泛应用于配电系统中。但现有的控制器基本都 采用单片机控制，由于其运算速度低，无法实现复杂控制算法，有些 只能应用外围硬件电路来实现，存在着电路结构复杂、精度差、成本 高、抗干扰能力差等缺点。例如，通常使用的相位判别法采用比较器 来识别电压和电流的过零点，来得到它们过零点之间的时间差(即相 位差)，从而可以计算出功率因数。然而这些硬件电路的存在不仅大 大提高了控制器的成本，而且很容易受谐波、零点漂移等因素的影响， 使得控制器的性能和可靠性大大降低。
技术实现思路
鉴于上述技术存在的问题，本技术目的是提供一种电路结构 简单、精度高、成本低、抗干扰能力好的智能型低压无功功率自动补 偿控制器。本技术所采取的技术方案是以低成本高速数字信号处理器为核心，简化外围硬件电路，采用 数字校准精度、数字滤波提高精度和抗干扰性，以高速采集和运算来 实现功率因数的计算，采用多参数综合控制等复杂控制算法，来设计 智能型低压无功功率自动补偿控制器。其具体结构以高速数字信号处理器为核心，包括有采样电路，频率跟踪电路、LCD/LED显示电路、补偿电容控制输出驱动电路、 EEPROM、键盘、数字校准开关、通讯接口电路、开关电源等部分。 采样电路将电网电压和电流转化为小信号并经抬高电平、低通滤波、 限幅后与数字信号处理器A/D 口相连，电压小信号经频率跟踪电路 与数字信号处理器高速捕获口相连，采样电路中的抬高电平由电阻 分压而成，抬高电平同时与数字信号处理器A/D 口相连；LCD/LED 显示电路、补偿电容控制输出驱动电路和键盘与数字信号处理器I/O 口相连；数字校准开关与数字信号处理器I/0端口相连，当闭合此 开关启动数字校准程序，将校准参数存于EEPROM; EEPROM与 数字信号处理器的fC 口相连；通讯接口电路与数字信号处理器的 UART口相连；开关电源为整个控制器提供电源。数字信号处理器处理速度达60MIPS，具有16路12位ADC、 32kB程序空间、12kBRAM空间、内部看门狗电路、内部基准电路、 内部定时器、高速捕获端口、 fCASPIUJART接口等。经过上述设计后的本技术技术，与现有技术相比，具有以 下优点1、利用数字信号处理器高速运算能力和逻辑判断能力，通过软 件来实现电流同相同名端的自动识别，省去硬件电路的相位判断、 节约成本、提高了可靠性。2、 利用数字信号处理器高速运算能力，通过数字滤波和数字校 准，采样电路仅需简单的低通滤波和限幅处理即可实现高精度，省 去硬件电路的调节和滤波，提高可靠性和抗干扰能力。3、 数字信号处理器根据频率跟踪器检测的频率进行32分频或 64分频后对A/D进行周波数据采集，能够自动跟踪电网频率变化， 可适用于50Hz或60Hz电网。4、 利用数字信号处理器高速运算能力，对电网电压、电流、功 率等参数进行真有效值计算，能综合电压、电流、功率、功率因素 等参数控制投切电路进行投切，避免单一参数控制存在的各种缺陷。附图说明附图1是本新型实用的电路示意框图。附图2本新型实用智能型低压无功功率自动补偿控制器一种实施例的电路原理框图。 射1…表示采样电路； 2…表示频率跟踪电路；3…表示数字信号处理器； 4…表示LCD/LED显示模块； 5…表示补偿电容控制输出驱动电路；6…表示EEPROM存储器；7…表示键盘输入模块 8…表示数字校准开关； 9…表示通讯接口电路10…表示开关电源模块。具体实施方式以下结合附图，对本技术的具体实施方案作进一步具体的 说明本技术所述的智能型低压无功功率自动补偿控制器，其组成 如图1所示，以高速数字信号处理器3为核心，包括有采样电路l、频率跟踪电路2、 LCD/LED显示电路4、补偿电容控制输出驱动电路 5、 EEPROM6、键盘7、数字校准开关8、通讯接口电路9、开关电 源IO等部分。采样电路1将电网电压电流转化为小信号并经抬高电 平、低通滤波、限幅后与数字信号处理器3的A/D端口相连，同时 与频率跟踪电路2相连，频率跟踪电路2与数字信号处理器3捕捉口 相连；LCD/LED显示电路(4)、补偿电容控制输出驱动电路(5)和键盘 (7)与数字信号处理器3的I/O 口相连；EEPROM6与数字信号处理器 3的I2C 口相连；开关电源10为整个控制器提供电源。其中数字信号 处理器3的存贮器内存贮着数字滤波、数字校准、控制算法等工作程 序。如图2所示本实施例的智能型低压无功功率自动补偿控制器核 心采用TI公司最新推出低成本高性能数字信号处理器(DSP) TMS320F28015，它具有100个引脚，带有16路12位A/D端口 (AN0 AN7， BN0 BN7)，两路高速捕获端口 (ECAP1、 ECAP2)， I2C接口 SDA和SCL，通讯接口 SCIRXDA和SCIRXDA， 34个通用 I/O接口(GPIO00-GPI034，包含显示I/O接口和输出驱动I/O接口)。采样电路(l)由电压信号转换电路、电流信号转换电路和抬高电 平电路组成，抬高电平电路由电阻R5和R6分压电源电压VCC而成， 抬高电平同时与数字信号处理器3的A/D端口相连；其电压值接近 数字信号处理器3内部参考电压的1/2，电容C3进行简易滤波后与数 字信号处理器3的A/D 口 AN7、电压信号转换电路、电流信号转换 电路、频率跟踪电路相连，由于电压和电流信号是双极性的，在硬件上通过抬高满量程的一半来把它们转换成单极性的来满足数字信号处理器3的A/D 口电气特性(其具体作用在算法中描述)。电压信号转 换电路将高压经电阻RO、互感器PT1、电阻R1和抬高电平电路转换 成数字信号处理器(3)A/D 口能够承受的低电压信号，经电阻R2和电 容Cl低通滤波，并由二极管Dl和D2限幅后与数字信号处理器3 的A/D口AN0相连。电流信号转换电路将大电流经互感器CT1、电 阻R3和抬高电平电路转换成数字信号处理器3的A/D 口能够承受的 低电压信号，经电阻R4和电容C2低通滤波，并由二极管D3和D4 限幅后与数字信号处理器3的A/D 口 BNO相连。本例中电压电流信 号转换电路仅例其中的A相，其他两相方式相同。频率跟踪电路2由电阻R7、 R8、电容C4、 C5和集成电路 IC1(LM239)组成，交流电压信号经频率跟踪电路转换成方波信号后 输入数字信号处理器3的高速捕获口 ，数字信号处理器3根据捕获的 方波信号计算出电网电压电流的频率和周期，对其进行64分频后用 于A/D转换启动间隔时间，从而达到自动跟踪电网频率变化，可适 用于50Hz或60Hz电网。数字校准开关8的电阻R9和跳线开关Kl组成，数字校准开关8 并与数字信号处理器3的通用I/O 口 GPIO30相连，当跳线开关打开 时，数字信号处理器3按正常控制程序运行，当跳线开关闭合时，数 字信号处理器3启动嵌入的数字校准程序，显示校准菜单，此时给控 制器输入标准信号，通过按键选择校准参数(如电压、电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种智能型低压无功功率自动补偿控制器，其特征是该智能型低压无功功率自动补偿控制器以高速数字信号处理器（３）为核心，包括有采样电路（１）、频率跟踪电路（２）、ＬＣＤ／ＬＥＤ显示电路（４）、补偿电容控制输出驱动电路（５）、ＥＥＰＲＯＭ（６）、键盘输入（７）、数字校准开关（８）、通讯接口电路（９）、开关电源（１０），采样电路（１）将电网电压和电流转化为小信号并经抬高电平、低通滤波、限幅后与数字信号处理器（３）的Ａ／Ｄ端口相连，同时与频率跟踪电路（２）相连，频率跟踪电路（２）与数字信号处理器（３）的捕捉口相连；ＬＣＤ／ＬＥＤ显示电路（４）、补偿电容控制输出驱动电路（５）和键盘（７）与数字信号处理器（３）的Ｉ／Ｏ口相连，ＥＥＰＲＯＭ（６）与数字信号处理器（３）的Ｉ↑［２］Ｃ口相连，开关电源（１０）为整个控制器提供电源。

【技术特征摘要】
1、一种智能型低压无功功率自动补偿控制器，其特征是该智能型低压无功功率自动补偿控制器以高速数字信号处理器(3)为核心，包括有采样电路(1)、频率跟踪电路(2)、LCD/LED显示电路(4)、补偿电容控制输出驱动电路(5)、EEPROM(6)、键盘输入(7)、数字校准开关(8)、通讯接口电路(9)、开关电源(10)，采样电路(1)将电网电压和电流转化为小信号并经抬高电平、低通滤波、限幅后与数字信号处理器(3)的A/D端口相连，同时与频率跟踪电路(2)相连，频率跟踪电路(2)与数字信号处理器(3)的捕捉口相连；LCD/LED显示电路(4)、...

【专利技术属性】
技术研发人员：李月军，白建社，周育国，王青青，柒敏敏，孙桂平，
申请(专利权)人：杭州之江开关股份有限公司，
类型：实用新型
国别省市：86[中国|杭州]