為了提高供電系統(tǒng)及負載的功率因數(shù)，降低設(shè)備容量，減少電能損耗和穩(wěn)定受電端電網(wǎng)電壓，在用戶側(cè)的低壓配電系統(tǒng)中均設(shè)有無功補償控制器。它根據(jù)檢測的功率因數(shù)或無功功率，按照一定的控制規(guī)則投/切電容器，實現(xiàn)對線路無功功率的實時補償。根據(jù)用戶的要求和依據(jù)電力部行業(yè)標準，我們研制開發(fā)了單片機無功動態(tài)補償控制器。該控制器可以控制八組電力移相電容器;具有反時限特性、過電壓保護功能和工作狀態(tài)指示等。

 

    1　系統(tǒng)硬件設(shè)計

 

    1.1　系統(tǒng)框圖和原理簡介

 

    控制器以單片機為核心，其結(jié)構(gòu)框圖見圖1所示。單片機通過電壓、電流取樣電路和A/D轉(zhuǎn)換電路測得負載電流、電網(wǎng)電壓以及電流、電壓的相位差，通過計算得到功率因數(shù)和需要補償?shù)臒o功功率。然后根據(jù)每組電容器的容量、電網(wǎng)電壓和反時限特性進行判斷、決策，輸出控制信號至隔離、驅(qū)動電路，經(jīng)電氣隔離和功率放大，控制電容器組的投運或者退運。狀態(tài)指示電路用于電容器組投切情況、電網(wǎng)過電壓和系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)等指示。自啟電路在單片機非正常運行時產(chǎn)生一個自復(fù)位信號，使單片機恢復(fù)運行正常程序。

 

    單片機無功動態(tài)補償控制器的設(shè)計

 

    1.2　各部分電路和控制功能的實現(xiàn)

 

    控制器的電原理圖見圖2所示。D1、D2、D6構(gòu)成一個基本的單片機系統(tǒng)：D6是MCS-51系列單片機8031，D1是外接程序存儲器，放置運行程序。Z、C13、C14是8031內(nèi)部時鐘電路的外接元件。D17、V38及其外圍阻容元件構(gòu)成一個受控振蕩器，單片機正常工作時，P3.5送出頻率約為2Hz的方波信號，使振蕩器停振，D17的輸出(引腳3)為低電平;而工作不正?；?ldquo;死機”時，P3.5的輸出信號不同，將使振蕩器起振，產(chǎn)生的振蕩脈沖使單片機復(fù)位而恢復(fù)正常工作。

 

    TA(變流和電氣隔離)、C6(去干擾)、R3(I/V轉(zhuǎn)換)、V2(半波整流和限壓)、R2和RP1(分壓)構(gòu)成電流取樣電路，使交流大電流變成半波電壓信號，送給D3的“IN1”端。TV(降壓、電氣隔離)、C7(去干擾)、R4(限流)、V3(半波整流)、R5和RP2(分壓)構(gòu)成電壓取樣電路，使交流大電壓變成半波小電壓信號，送給D3的“IN0”端。

 

    A/D轉(zhuǎn)換器使用逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器件0809，精度為8位，最快轉(zhuǎn)換速度100/μs，內(nèi)有多路模擬開關(guān)，能對八路模擬信號實現(xiàn)分時A/D轉(zhuǎn)換。“B”端是多路開關(guān)的地址選擇線之一，為“0”時，對電壓信號(IN0)A/D轉(zhuǎn)換。為“1”時，對電流信號(IN1)A/D轉(zhuǎn)換。START是啟動轉(zhuǎn)換輸入線，下降沿啟動內(nèi)部電路，開始A/D轉(zhuǎn)換。EOC為轉(zhuǎn)換完成輸出線，輸出“1”時表示轉(zhuǎn)換結(jié)束。OE為允許輸入輸出線，為“1”時把數(shù)據(jù)送往數(shù)據(jù)總線。啟動A/D轉(zhuǎn)換器可用指令：

 

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