住宅小区配电系统用无功补偿和谐波治理综合控制器技术方案

本实用新型专利技术涉及一种住宅小区配电系统用无功补偿和谐波治理综合控制器，包括微处理器，其信号输入端与配网电压电流输入电路相连，其信号输出端分别与并联电容补偿器TBB、无源滤波器LC的控制开关以及有源电力滤波器APF的触发电路相连，其信号输入输出端分别与电力载波通信模块、RS-485通信模块和GPRS/CDMA模块相连。针对住宅小区用电特点，根据无功需求和滤波要求选择投切合适的并联电容补偿器TBB或无源滤波器LC支路，控制有源电力滤波器APF产生一个和系统瞬时变化谐波电流大小相等、方向相反的电流注入配电系统，以使配电系统功率因数提高、谐波电流减小。同时，具有多种通信方式，便于与配网自动化系统实现互联。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种住宅小区配电系统用无功补偿和谐波治理综合控制器。
技术介绍
随着居民用电量的不断提高，尤其是大功率的电梯、风机、泵机以及家用节能灯具、变频空调、电脑大规模的普及应用，给住宅小区配电系统带来了功率因数低下、谐波电流超标等不良情况，造成系统损耗大、电网污染重的后果，甚至威胁到居民用电安全，因此有必要选用合适的技术手段加以治理。目前主要的治理手段是在配电系统中装设无功补偿装置或无源滤波器。住宅小区配电系统中，无功功率和谐波电流的日夜差距大、季节差距大，并且在动力设备启动和停止时变化快速，而现有的无功补偿和谐波治理装置当中，并联电容器补偿(TBB)技术成熟、工程造价最低，投切时间一般在5秒以上，但无法滤波；无源滤波器(LC)结构简单，工程容易实现，但滤波效果依赖电网参数；而有源电力滤波器(APF)滤波效果虽好，但限于电力电子器件的性能，容量小且成本高。也有工程中将这几种治理手段综合应用，但各装置有各自的控制器，难以达到统一优化协调，也未能取得预期效果。此外这几类控制器没有通讯功能或只提供了 RS485通信，难以与配网自动化系统实现互联。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种可同步协调控制低压电容器、无源滤波器和有源滤波器，同时具有RS485、GPRS/CDMA和电力线载波通信功能的住宅小区配电系统用无功补偿和谐波治理综合控制器。为实现上述目的，本技术采用了以下技术方案一种住宅小区配电系统用无功补偿和谐波治理综合控制器，包括微处理器，其信号输入端与配网电压电流输入电路相连，其信号输出端分别与并联电容补偿器TBB、无源滤波器LC的控制开关以及有源电力滤波器APF的触发电路相连，其信号输入输出端分别与电力载波通信模块、RS-485通信模块和GPRS/CDMA模块相连。由上述技术方案可知，本技术针对住宅小区用电特点，根据无功需求和滤波要求选择投切合适的并联电容补偿器TBB或无源滤波器LC支路，并控制有源电力滤波器APF产生一个和系统瞬时变化谐波电流大小相等、方向相反的电流注入配电系统，以使配电系统功率因数提高、谐波电流减小。本技术既发挥了并联电容补偿器TBB和无源滤波器LC的低价、简单的优势，又减小了有源电力滤波器APF的容量，为住宅小区的无功补偿和谐波治理提供了高性价比的方案。同时，本技术具有多种通信方式，便于与配网自动化系统实现互联。附图说明图I为本技术的电路框图。具体实施方式一种住宅小区配电系统用无功补偿和谐波治理综合控制器，包括微处理器1，其信号输入端与配网电压电流输入电路2相连，其信号输出端分别与并联电容补偿器TBB、无源滤波器LC的控制开关以及有源电力滤波器APF的触发电路相连，其信号输入输出端分别与电力载波通信模块3、RS-485通信模块4和GPRS/CDMA模块5相连，如图I所示。如图I所示，所述的微处理器I采用TMS320F28335芯片，所述的配网电压电流输入电路2包括用于采集配电网电压电流信号的霍尔传感器相连，霍尔传感器通过运放跟随调理电路与TMS320F28335芯片内的A/D转换模块相连；TMS320F28335芯片的GPIO 口与第一光电稱合器的输入端相连，第一光电稱合器的输出端通过第一中间继电器分别与并联电容补偿器TBB、无源滤波器LC的控制开关相连；TMS320F28335芯片的PWM 口与第二光电耦合器的输入端相连，第二光电稱合器的输出端通过第二中间继电器与有源电力滤波器APF 相连。如图I所示，所述的电力载波通信模块3包括半双工异步调制解调器，TMS320F28335芯片的I2C 口接半双工异步调制解调器，半双工异步调制解调器通过耦合接口电路与电力线耦合；所述的RS-485通信模块4包括SN65LBC184芯片，TMS320F28335芯片的UARTl 口通过SN65LBC184芯片扩展为RS485通信接口 ；所述的TMS320F28335芯片的UARTl 口与GPRS/CDMA模块5互连。所述的TMS320F28335芯片的SPI 口与FM33256存储/时钟芯片相连，FM33256存储/时钟芯片为非易失F-RAM存储和实时时钟芯片，以存放TMS320F28335芯片的运行控制设定参数，且为控制器提供精准的时钟，FM33256存储/时钟芯片和TMS320F28335芯片之间采用SPI总线互连。电源模块将来自配电网的220V交流电转换成+5V和+12V两路直流电，电源模块向TMS320F28335芯片、运放跟随调理电路提供+5V直流电，电源模块向第一、二中间继电器提供+12V直流电。在工作时，来自配电系统的电流和电压信号直接接入霍尔传感器，经过霍尔传感器转变成幅值合适的交流信号，通过运放跟随调理电路调理后，送入TMS320F28335芯片内部集成的A/D转换模块；同时将调理后的A相电压信号送入TMS320F28335芯片的CAP 口，接成PLL电路，生成控制器的采样和输出控制的同步信号；TMS320F28335芯片对采样得到的数字信号进行运算分析，分别计算出实时无功功率、谐波电流等控制参数。控制器使用TMS320F28335芯片的16个I/O 口，通过第一光电耦合器隔离后控制16个第一中间继电器，第一中间继电器的输出口接入外部并联电容补偿器TBB和无源滤波器LC支路的控制开关，如晶闸管投切开关或复合开关，因此最大可以控制16路电容器支路；同时控制器依据计算出的谐波电流大小，调整TMS320F28335芯片内部PWM模块的输出脉冲，经第二光电耦合器隔离后送入有源电力滤波器APF的触发电路，以控制有源电力滤波器APF的功率电力电子器件的通、断，使有源电力滤波器APF产生一个和系统瞬时变化谐波电流大小相等、方向相反的电流注入配电系统。总之，本技术针对住宅小区用电特点，将并联电容补偿器TBB、无源滤波器LC和有源电力滤波器APF三类装置统一纳入配电系统电能质量质量方案中来。控制器使用TMS320F28335芯片，首先采集配电网的电流、电压、频率信号，计算出系统的基波无功功率、短时稳定谐波电流和瞬时变化谐波电流三个参数，根据无功需求和滤波要求选择投切合适的并联电容补偿器TBB或无源滤波器LC支路，并控制有源电力滤波器APF产生一个和系统瞬时变化谐波电流大小相等、方向相反的电流注入配电系统，以使配电系统功率因数提高、谐波电流减小。TMS320F28335芯片通过软件的优化计算，优先投入无源滤波器LC滤除特征频率的谐波并提高功率因数，如功率因数要进一步提高则继续投入并联电容补偿器TBB，控制有源电力滤波器APF只滤除剩余的小功率的谐波电流。这样既发挥了并联电容补偿器TBB和无源滤波器LC的低价、简单的优势，又减小了有源电力滤波器APF的容量，为住宅小区的无功补偿和谐波治理提供了高性价比的方案。由于住宅小区的无功补偿和谐波治理装置都是在住户入住后才开始逐步装设的，一般都没有考虑预留给治理装置的通信电缆，因此本控制器设计同时支持3种通信方式，方便控制器接入配电自动化系统。对预留有通信电缆的情况，控制器可使用RS-485通信模块；对没有预留通信电缆，但小区使用电力载波抄表系统，控制器内置电力载波通信模块3，通过电力线将信息转发至小区配电系本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种住宅小区配电系统用无功补偿和谐波治理综合控制器，其特征在于：包括微处理器（1），其信号输入端与配网电压电流输入电路（2）相连，其信号输出端分别与并联电容补偿器TBB、无源滤波器LC的控制开关以及有源电力滤波器APF的触发电路相连，其信号输入输出端分别与电力载波通信模块（3）、RS？485通信模块（4）和GPRS/CDMA模块（5）相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：谢杨健，郭晋楠，
申请(专利权)人：安徽科大智能电网技术有限公司，
类型：实用新型
国别省市：