電網無功功率補償控制系統的設計

摘要：文中介紹了一種用單片機系統、輸入/輸出電路、鍵盤顯示電路和通信接口電路組成的電網無功功率補償控制系統的設計方法,詳細介紹了這種設計方法的系統硬件組成和軟件設計方案并給出了其抗干擾的方法,最后給出了該控制系統的軟件設計流程圖。

??? 關鍵詞：無功功率 補償 可控硅 電網

1 前言

在電力系統中,電壓是衡量電能質量的一個重要指標,保證用戶處的電壓接近額定值是電力系統運行調整的基本任務之,而無功與電壓有著極為密切的關系。一方面,電壓變化時無功負荷的變化遠遠大于有功負荷的變化;另一方面,無功負葆引起的電壓波動也遠大于有功負荷的變化。如果電力系統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,系統也將具有較高的運行電壓水平,反之,無功不足就反映為運行電壓水平偏低,可能造成電壓崩潰,從而破壞電力系統的安全運行和運行穩定性。因此,電壓和無功的合理調整在提高電能質量、降低網損、操作電網運行的穩定性和安全性等方面具有極為重要的意義。

調整無功的方法就是根據無功功率的大小來調整電網補償電容器的大小。因為無功功率傳輸損耗大,不宜長距離輸送,因此,負荷所需的無功應盡量做到就地供應。

2 系統硬件設計

本電網無功功率補償控制系統的硬件組成框圖如圖1所示。它主要有單片機系統（由80196單片機、74LS373、FLASH MEMERY 29C256組成的自復位電路）、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 單片機系統

該系統的核心部分一片80196KB微處理器,80196KB為MCS-96系列16位處理器;其強大的功能,豐富的資源和高效率等優點,為整個系統的快速、實時運轉奠定了基礎。

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可用于將電網上的高壓轉變成低壓信號,并經過過零檢測轉變成方波信號。CT則可將電網上的電流轉變成電壓信號,同時經過過零檢測也轉變成方波。CPU通過檢測這個方波的上升沿計算出時間差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電路和計數器8254組成。V/F電路采用交流V/F電路,這種V/F電路具有以下優點：

●加快了對被測量變化的跟蹤速度。

●減少了中間環節,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芯片為計數器,通過它的定時計數,可以得到一系列電壓、電流信號的瞬時值,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、兩點乘積算法、導數算法等。本系統采用全波傅氏算法,因為該算法比其它算法的精度要高,便其所需的數據窗較長,計算過程較慢,因此,考慮到系統的速度和精度,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的基礎上的,因為電壓、電流信號是一個周期性函數,因而可分解為直流分量、基波和次諧波的無窮級數。即：

??? 由此可得到基皮電流：

??? 本系統采用13點算法,即N=13。

2.3 輸出電路

輸出電路經光耦隔離后可驅協可控硅控制電路,從而控制可控硅工作的通斷,即電容器是否投用。另外,當需要調壓時,還可以控制變壓器的升壓和降壓。

2.4 通信接口

該控制系統的通信接口采用232接口,其接口電路采用MAXIM公司生產的MAX232專用232接口電路芯片來設計,該芯睡具有使用簡單,性能可靠的特點。

3 軟件設計

本系統軟件采用PLM96語言編寫,其主程序框圖如圖2所示。同時程序還開放了三個中斷：HIS中斷、定時器中斷和串行中斷。HIS中斷用來準確記錄電壓、電流方波上升沿的時間,并及時為主程序計算相位差提供實時值,定時中斷用于對電壓、電流進行定時采樣;串行中斷則用于在系統聯網時實現通信功能。為了使這三種中斷互不影響,各中斷子程序耗時應盡量短,也可考慮各中斷的嵌套。本系統軟件在串行中斷中又開放了定時中斷和HIS中斷。這兩種中斷的實時性要求比較高,并且中斷時間也很短。

通過三種中斷的開放可使系統各參數的實時性得到提高,同時也將主程序更加簡單和高效。

4 結束語

本系統自投入使用以來,運行穩定,給廠家和用戶節省了很多開支,從而增加了經濟效益,深受用戶和廠家的好評。