晶闸管投切电容无功补偿控制器制造技术

本实用新型专利技术涉及是基于实时多任务操作系统的单片微机控制的晶闸管投切电容无功补偿控制器，它由面板、显示电路板、数据采集电路板、主电路板、外接线板安装于机箱体内构成，面板上装有电源指示灯、旋转开关、ＬＣＤ显示屏、状态指示灯、键盘等，并通过不同的信号线与显示电路板连接；主电路板通过不同的信号线与显示电路板、数据采集电路板、外接线板等连接，外接线板装于后面板上，通过接线端子与现场信号连接；本实用新型专利技术结构简单、操作方便、具有多种运行方式选择，通用性强，无功电流检测速度快，补偿响应速度快，工作稳定可靠。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及基于S-RTOS(专用实时多任务操作系统，即Special-RealTime Operation System)的晶闸管投切电容无功补偿控制器。
技术介绍
单片微机控制晶闸管投切电容的无功控制器是根据实时检测负载基波无功电流大小来动态投切各电容器补偿支路，以实现对供电系统无功功率补偿，使用电系统的功率因数达到电网规定的要求。为了保证动态无功补偿的效果，要求无功电流的检测速度和电容器投切的响应速度要尽可能缩短，且补偿电容器投切精度高，以达到无功补偿的精度要求，减小网压波动。但是，目前国内生产的基于微处理器的无功补偿控制器，存在以下缺陷1)无功电流检测和控制功能单一，不能满足多种不同供电接线方式的需要，因而通用性差；2)无功电流检测采用傅立叶算法和常规的瞬时无功功率理论算法，检测所需时间长；3)采用单一的无功功率大小确定补偿电容量的投切控制方法，没有实现无功优先或网压优先算法以满足不同现场的对无功功率补偿及网压波动的要求；4)采用传统顺序结构的软件设计方式来设计软件系统，软件的稳定性、可靠性难以保证，而软件响应的实时性也因此受到影响。此外软件的修改、维护和升级往往都比较困难，一些细小的修改，特别是牵涉到系统硬件资源的代码变更，都需要程序员对全部的硬件系统和软件流程进行统一的调度、资源配置和CPU的时间安排，更需要考虑各种中断程序的存在而导致程序调度的复杂过程的处理设计。这样，不但程序开发周期长，其性能难以得到保障，更难以进行产品的系列开发，以适应于不同使用场合的需求。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种基于S-RTOS(专用实时多任务操作系统，即Special-Real Time Operation System)的晶闸管投切电容无功补偿控制器，克服和解决现有的基于单片机的无功控制器通用性差、检测时间慢、投切控制方式不灵活、程序设计结构稳定性差、修改维护不方便、升级困难等缺陷，在控制器的硬件设计和程序开发上，充分考虑本技术的无功控制器对各种供电系统接线方式的适应能力、无功电流的检测速度、无功补偿策略及其投切控制方法、程序设计结构等各综合因素，研制设计出一种基于自开发的S-RTOS的智能型的软件平台，较好地实现了软、硬件开发的分离。为增加本技术的控制功能和适应能力，设计出能满足各种不同的供电系统接线方式、各种不同的负载特性和应用场合的硬件系统及相应的功能软件模块。众多的功能模块及控制算法在S-RTOS智能软件平台的管理下，可以实时、稳定、可靠地工作，以确保无功控制器的强适应性能和快速响应性能，而且能克服基于顺序结构设计的软件系统和控制策略单一、产品稳定性、可靠性和实时性难以得到保障、软件设计修改、维护和升级困难等缺点，可以根据不同的使用场合需要增添或修改合适的控制策略模块，实现产品的快速开发和升级。本技术是通过软件(S-RTOS和控制策略)和硬件两方面的技术方案来实现的在软件方面，通过设计专用的S-RTOS，来实现软、硬件系统设计分离，产品设计的保密性好等目的。此外，由于采用了S-RTOS，程序员的软件设计只需针对产品的功能需求来设计各任务代码，而无需对硬件系统、任务调度、各任务的时序配合等问题进行设计，这些工作可由S-RTOS来统一调度处理。在任务实时性方面，程序员只需给各任务分配不同的优先级，S-RTOS可自行根据任务优先级和CPU资源来调度各任务，优先级最高的任务可确保最先实现，优先级最低的任务最后实现。从功能需求角度来分析，本控制装置的软件模块可划分为AD采样任务、开关量检测任务、数值计算任务、无功控制任务、电力参数计算任务、通信任务、系统自检任务等常规任务。此外还存在各种中断、异常处理(如无功检测、过电流检测)等特殊任务。在进行本控制装置的软件设计时，需要在某一个时间间隔(程序执行周期)内执行完各种常规任务；此外，中断等特殊任务则是需要实时处理常规任务必须等待特殊任务完成后才能予以执行，而当特殊任务发生时，常规任务正在执行当中的话，软件系统必须把正在执行的常规任务暂时挂起，并立刻处理特殊任务，待特殊任务完成后才接着处理被挂起的常规任务。如果采用传统顺序结构的软件设计方法，由于单片微型计算机的程序一般与硬件资源(包括单片微型计算机35中的各种存储器、I/O端口、内部寄存器和存储空间等)结合比较紧密，则软件的稳定性、安全性和移植性都受到很大限制，其中比较突出的问题是各个任务之间的时序配合和对硬件资源的独占和释放控制。传统顺序结构的程序流程模式是程序从一个主函数开始，经过对硬件进行各种初始化后，进入一个死循环。在这个死循环中，必须对上述各个常规任务的执行顺序、执行时间和对硬件资源的占有、释放进行严格的安排，任何时序配合失误或硬件资源分配失误都会导致系统的崩溃。即便实现了较好的时序配合和硬件资源分配，由于无可避免存在各种中断和异常处理问题，预先设计好的程序流程必然被打乱，此时整个软件的时序配合和硬件资源分配就很有可能失控，从而导致系统的崩溃。此外，任何新的任务(新功能需求)的加入，都会对原因程序流程和中断处理的时序配合和资源分配造成很大的影响，甚至导致系统的不稳定。现有的采用单片微型计算机的无功补偿装置都采用了类似于顺序结构的设计思路。实时多任务操作系统(S-RTOS)是指能满足实时控制系统的实时性要求，有效管理系统任务及资源的操作系统。将自开发的S-RTOS引入到本控制装置中，可有效避免传统顺序结构的各种缺陷。S-RTOS类似于PC机上的WINDOWS操作系统，能有效地对上述的各种常规任务和特殊任务进行有效管理S-RTOS能根据各常规任务的优先级别安排运行时间，避免了死循环的程序结构；而当有中断等特殊任务需要立刻处理时，S-RTOS能暂时挂起常规任务，及时地处理需要实时解决的各种特殊任务，然后接着执行被挂起的常规任务。此外，S-RTOS很好地将各种硬件资源有效管理起来，并分配给各个任务使用，解决了硬件资源的独占和释放问题。采用S-RTOS作为本控制装置的设计平台后，能十分有效地提高了本控制装置的稳定性和运行效率。本技术硬件部分则是通过下述技术方案来实现的本技术的晶闸管投切电容无功补偿控制器由显示面板、显示电路板、主电路板、数据采集电路板和外接线板共同连接构成。显示电路板装于面板上，面板装于无功控制器的机箱体外，数据采集电路板和主电路板固定安装于机箱体内的机架上；外接线板装在机箱体背部，并外露以便于接线。如图1所示，面板上部装有+24V电源指示灯1、-24V电源指示灯2、+5V通信电源指示灯3、旋转开关4、手动指示灯7、自动指示灯11、前补指示灯8、后补指示灯12、欠补偿指示灯9、过补偿指示灯13、投入指示灯10、故障指示灯14，各状态指示灯7～14分别与图3所示的显示电路板上的数码管指示灯25相应点连接；面板右上部有RS232通信端口15和RS485的通信端口16，分别与图3所示的显示电路板的RS232通信口21和RS485通信口24相连；面板中部的LCD液晶屏5和图3所示的显示电路板上的LCD接口18相连；面板下部的键盘阵列6和图3所示的显示电路板上的键盘接口17相连。如图3所示，显示电路板由键盘接口17、LCD液晶屏接口18、连接主电路板的通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种晶闸管投切电容无功补偿控制器，其特征在于主要由面板、显示电路板、数据采集电路板、主电路板、外接线板构成；面板上部装有＋２４Ｖ电源指示灯（１）、－２４Ｖ电源指示灯（２）、＋５Ｖ通信电源指示灯（３）、旋转开关（４）、手动指示灯（７） 、自动指示灯（１１）、前补指示灯（８）、后补指示灯（１２）、欠补偿指示灯（９）、过补偿指示灯（１３）、投入指示灯（１０）、故障指示灯（１４），各状态指示灯（７）～（１４）分别与显示电路板上的数码管指示灯（２５）相应点连接；面板上还有ＲＳ２３２通信端口（１５）和ＲＳ４８５的通信端口（１６），分别与显示电路板的ＲＳ２３２通信口（２１）和ＲＳ４８５通信口（２４）相连；面板中部的ＬＣＤ液晶显示屏（５）和显示电路板上的ＬＣＤ接口（１８）相连；面板下部的键盘阵列（６）和显示电路板上的键盘接口（１７）相连；显示电路板主要由键盘接口（１７）、ＬＣＤ液晶屏接口（１８）、连接主电路板的通信接口（１９）、单片微型计算机（２０）、ＲＳ２３２通信口（２１）、时钟（２２）、显示驱动（２３）、ＲＳ４８５通信口（２４）和数码管指示灯（ ２５）构成，其相互连接关系为：键盘接口（１７）通过键盘信号线与单片微型计算机（２０）相连，ＬＣＤ液晶屏接口（１８）通过ＬＣＤ信号线与单片微型计算机（２０），连接主电路板的通信接口（１９）通过通信线与单片微型计算机（２０）相连，时钟（２２）通过数据线与单片微型计算机（２０）相连，ＲＳ２３２通信口（２１）和ＲＳ４８５通信口（２４）分别通过串口信号线与单片微型计算机（２０）相连，显示驱动（２３）通过驱动信号线与单片微型计算机（２０），数码管指示灯（２５）则通过驱动线与显示驱动（２３）相连；外接线板上的各外接线端子Ｂ１～Ｂ３６，分别为：电源端子Ｂ１～Ｂ３，负载电流端子Ｂ４～Ｂ９，电网电压端子Ｂ１０～Ｂ１５，补偿电流端子Ｂ１７～Ｂ１８，８个补偿支路投切通道端子Ｂ１９～Ｂ２７和８个补偿支路状态读入通道端子Ｂ２８～Ｂ ３６；主电路板主要由连接显示电路板的通信接口（２６）、双端口ＲＡＭ（２７）、ＲＡＭ存储器（２８）、ＪＴＡＧ接口（２９）、连接数据采集电路板的通信接口（３０）、滤波和限幅电路（３１）、Ａ／Ｄ转换器（３２）、多路端口输入驱动电路（３３） 、多路端口输出驱动电路（３４）、单片微型计算机（３５）和开关量检测电路（３６）构成；其连接关系为：连接显示电路板的通信接口（２...

【技术特征摘要】
1.一种晶闸管投切电容无功补偿控制器，其特征在于主要由面板、显示电路板、数据采集电路板、主电路板、外接线板构成；面板上部装有+24V电源指示灯(1)、-24V电源指示灯(2)、+5V通信电源指示灯(3)、旋转开关(4)、手动指示灯(7)、自动指示灯(11)、前补指示灯(8)、后补指示灯(12)、欠补偿指示灯(9)、过补偿指示灯(13)、投入指示灯(10)、故障指示灯(14)，各状态指示灯(7)～(14)分别与显示电路板上的数码管指示灯(25)相应点连接；面板上还有RS232通信端口(15)和RS485的通信端口(16)，分别与显示电路板的RS232通信口(21)和RS485通信口(24)相连；面板中部的LCD液晶显示屏(5)和显示电路板上的LCD接口(18)相连；面板下部的键盘阵列(6)和显示电路板上的键盘接口(17)相连；显示电路板主要由键盘接口(17)、LCD液晶屏接口(18)、连接主电路板的通信接口(19)、单片微型计算机(20)、RS232通信口(21)、时钟(22)、显示驱动(23)、RS485通信口(24)和数码管指示灯(25)构成，其相互连接关系为键盘接口(17)通过键盘信号线与单片微型计算机(20)相连，LCD液晶屏接口(18)通过LCD信号线与单片微型计算机(20)，连接主电路板的通信接口(19)通过通信线与单片微型计算机(20)相连，时钟(22)通过数据线与单片微型计算机(20)相连，RS232通信口(21)和RS485通信口(24)分别通过串口信号线与单片微型计算机(20)相连，显示驱动(23)通过驱动信号线与单片微型计算机(20)，数码管指示灯(25)则通过驱动线与显示驱动(23)相连；外接线板上的各外接线端子B1～B36，分别为电源端子B1～B3，负载电流端子B4～B9，电网电压端子B10～B15，补偿电流端子B17～B18，8个补偿支路投切通道端子B19～B27和8个补偿支路状态读入通道端子B28～B36；主电路板主要由连接显示电路板的通信接口(26)、双端口RAM(27)、RAM存储器(28)、JTAG接口(29)、连接数据采集电路板的通信接口(30)、滤波和限幅电路(31)、A/D转换器(32)、多路端口输入驱动电路(33)、多路端口输出驱动电路(34)、单片微型计算机(35)和开关量检测电路(36)构成；其连接关系为连接显示电路板的通信接口(26)通过通信信号线与双端口RAM(27)相连，双端口RAM(27)则通过地址和数据信号线与单片微型计算机(35)相连；连接数据采集电路板的通信接口(30)通过模拟信号线与滤波和限幅电路(31)相连，滤波和限幅电路(31)通过数据采集信号线与A/D转换器(32)相连，A/D转换器(32)最后与单片微型计算机(35)相连；RAM存储器(28)通过地址和数据信号线与单片微型计算机(35)相连；多路端口输入驱动电路(33)、多路端口输出驱动电路(34)和开关量检测电路(36)分别通过各自的端口线与单片微型计算机(35)相连；数据采集电路板主要由电流传感器(37)、电流模拟放大、调理电路(38)、电压传感器(39)、电压模拟放大、调理电路(40)、连接主电路板的通信接口(41)、同步检测电路(42)和电网平均电压检测电路(43)构成，其相互连接关系为电流传感器(37)通过模拟线与电流模拟放大、调理电路(38)相连，电流模拟放大、调理电路(38)通过电流信号线与连接主电路板的通信接口(41)相连；电压传感器(39)通过模拟线与电压模拟放大、调理电路(40)相连，电压模拟放大、调理电路(40)通过电压信号线与连接主电路板的通信接口(41)相连；同步检测电路(42)通过中断信号线与连接主电路板的通信接口(41)相连；电网平均电压检测电路(43)通过数据线与连接主电路板的通信接口(41)相连；补偿电流检测电路(44)通过数据线与连接主电路板的通信接口(4...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢运祥，欧阳森，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：实用新型
国别省市：81[中国|广州]