電網(wǎng)無功功率補(bǔ)償控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘要：文中介紹了一種用單片機(jī)系統(tǒng)、輸入/輸出電路、鍵盤顯示電路和通信接口電路組成的電網(wǎng)無功功率補(bǔ)償控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法,詳細(xì)介紹了這種設(shè)計(jì)方法的系統(tǒng)硬件組成和軟件設(shè)計(jì)方案并給出了其抗干擾的方法,最后給出了該控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)流程圖。

??? 關(guān)鍵詞：無功功率 補(bǔ)償 可控硅 電網(wǎng)

1 前言

在電力系統(tǒng)中,電壓是衡量電能質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo),保證用戶處的電壓接近額定值是電力系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)整的基本任務(wù)之,而無功與電壓有著極為密切的關(guān)系。一方面,電壓變化時(shí)無功負(fù)荷的變化遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于有功負(fù)荷的變化;另一方面,無功負(fù)葆引起的電壓波動也遠(yuǎn)大于有功負(fù)荷的變化。如果電力系統(tǒng)的無功電源比較充足,就能滿足較高水平下無功平衡的需要,系統(tǒng)也將具有較高的運(yùn)行電壓水平,反之,無功不足就反映為運(yùn)行電壓水平偏低,可能造成電壓崩潰,從而破壞電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行和運(yùn)行穩(wěn)定性。因此,電壓和無功的合理調(diào)整在提高電能質(zhì)量、降低網(wǎng)損、操作電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性等方面具有極為重要的意義。

調(diào)整無功的方法就是根據(jù)無功功率的大小來調(diào)整電網(wǎng)補(bǔ)償電容器的大小。因?yàn)闊o功功率傳輸損耗大,不宜長距離輸送,因此,負(fù)荷所需的無功應(yīng)盡量做到就地供應(yīng)。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本電網(wǎng)無功功率補(bǔ)償控制系統(tǒng)的硬件組成框圖如圖1所示。它主要有單片機(jī)系統(tǒng)（由80196單片機(jī)、74LS373、FLASH MEMERY 29C256組成的自復(fù)位電路）、鍵盤顯示電路、輸入電路、輸出電路和通信接口電路MAX232等部分組成。

2.1 單片機(jī)系統(tǒng)

該系統(tǒng)的核心部分一片80196KB微處理器,80196KB為MCS-96系列16位處理器;其強(qiáng)大的功能,豐富的資源和高效率等優(yōu)點(diǎn),為整個(gè)系統(tǒng)的快速、實(shí)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)奠定了基礎(chǔ)。

2.2 輸入電路

輸入電路由電壓、電流的相位差檢測電路和電壓、電流有效值檢測電路兩部分組成。電壓、電流相位差檢測電路由PT（電壓互感器）、CT（電流互感器）和過零檢測電路組成。PT可用于將電網(wǎng)上的高壓轉(zhuǎn)變成低壓信號,并經(jīng)過過零檢測轉(zhuǎn)變成方波信號。CT則可將電網(wǎng)上的電流轉(zhuǎn)變成電壓信號,同時(shí)經(jīng)過過零檢測也轉(zhuǎn)變成方波。CPU通過檢測這個(gè)方波的上升沿計(jì)算出時(shí)間差Δt,然后與其測得的周期T相比較即得到相位差φ,即：

φ=2πΔt/T

電壓電流有效值檢測電路由PT、CT、V/F電路和計(jì)數(shù)器8254組成。V/F電路采用交流V/F電路,這種V/F電路具有以下優(yōu)點(diǎn)：

●加快了對被測量變化的跟蹤速度。

●減少了中間環(huán)節(jié),從而減少了誤差和干擾源。

●簡化了安裝和配線。

●減少了對變送器的硬件投資。

●可以通過軟件在采樣速度和精度之間作出合理選擇。

8254芯片為計(jì)數(shù)器,通過它的定時(shí)計(jì)數(shù),可以得到一系列電壓、電流信號的瞬時(shí)值,然后利用軟件及一系列算法得到電壓、電流的有效值。常見的算法有全波傅氏算法、半波傅氏算法、兩點(diǎn)乘積算法、導(dǎo)數(shù)算法等。本系統(tǒng)采用全波傅氏算法,因?yàn)樵撍惴ū绕渌惴ǖ木纫?便其所需的數(shù)據(jù)窗較長,計(jì)算過程較慢,因此,考慮到系統(tǒng)的速度和精度,筆者選用了精度較高的算法。

全波傅氏算法的思想是建立在傅里葉級數(shù)的基礎(chǔ)上的,因?yàn)殡妷骸㈦娏餍盘柺且粋€(gè)周期性函數(shù),因而可分解為直流分量、基波和次諧波的無窮級數(shù)。即：

??? 由此可得到基皮電流：

??? 本系統(tǒng)采用13點(diǎn)算法,即N=13。

2.3 輸出電路

輸出電路經(jīng)光耦隔離后可驅(qū)協(xié)可控硅控制電路,從而控制可控硅工作的通斷,即電容器是否投用。另外,當(dāng)需要調(diào)壓時(shí),還可以控制變壓器的升壓和降壓。

2.4 通信接口

該控制系統(tǒng)的通信接口采用232接口,其接口電路采用MAXIM公司生產(chǎn)的MAX232專用232接口電路芯片來設(shè)計(jì),該芯睡具有使用簡單,性能可靠的特點(diǎn)。

3 軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)軟件采用PLM96語言編寫,其主程序框圖如圖2所示。同時(shí)程序還開放了三個(gè)中斷：HIS中斷、定時(shí)器中斷和串行中斷。HIS中斷用來準(zhǔn)確記錄電壓、電流方波上升沿的時(shí)間,并及時(shí)為主程序計(jì)算相位差提供實(shí)時(shí)值,定時(shí)中斷用于對電壓、電流進(jìn)行定時(shí)采樣;串行中斷則用于在系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)時(shí)實(shí)現(xiàn)通信功能。為了使這三種中斷互不影響,各中斷子程序耗時(shí)應(yīng)盡量短,也可考慮各中斷的嵌套。本系統(tǒng)軟件在串行中斷中又開放了定時(shí)中斷和HIS中斷。這兩種中斷的實(shí)時(shí)性要求比較高,并且中斷時(shí)間也很短。

通過三種中斷的開放可使系統(tǒng)各參數(shù)的實(shí)時(shí)性得到提高,同時(shí)也將主程序更加簡單和高效。

4 結(jié)束語

本系統(tǒng)自投入使用以來,運(yùn)行穩(wěn)定,給廠家和用戶節(jié)省了很多開支,從而增加了經(jīng)濟(jì)效益,深受用戶和廠家的好評。