低壓無功補(bǔ)償器設(shè)計(jì) 畢業(yè)論文

1、<p>　　本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</p><p>　　題 目： 低壓無功補(bǔ)償器設(shè)計(jì) </p><p><b>　　學(xué)生姓名：</b></p><p><b>　　系 別：</b></p><p><b>　　專業(yè)年級(jí)：</b>

2、;</p><p><b>　　指導(dǎo)教師：</b></p><p>　　2011年 5 月 25日</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本課題研究以低壓電網(wǎng)無功補(bǔ)償改造為背景，研制了一種低壓無功功率補(bǔ)償控制器。作為一種非實(shí)時(shí)的無功補(bǔ)償裝置，該裝置以定時(shí)的電網(wǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為依據(jù)

3、，以城鎮(zhèn)低壓網(wǎng)(220V)的無功補(bǔ)償為對(duì)象。本文主要研究了無功補(bǔ)償對(duì)電網(wǎng)性能的改善，以及控制器的軟硬件的配置。</p><p>　　系統(tǒng)采用單片機(jī)，該單片機(jī)是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能的CMOS 8位單片機(jī)，具有運(yùn)算速度高，實(shí)時(shí)性好的特點(diǎn)；軟件則使用匯編語(yǔ)言進(jìn)行編譯；人機(jī)操作界面采用LCD顯示,顯示效果較好；A/D轉(zhuǎn)換采用，是一款比較實(shí)用的A/D轉(zhuǎn)換裝置。該裝置可跟蹤電網(wǎng)無功功率的變化并自動(dòng)補(bǔ)償,實(shí)現(xiàn)

4、了無功補(bǔ)償裝置的優(yōu)化運(yùn)行,具有體積小、原理簡(jiǎn)單、智能投切等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：無功補(bǔ)償；單片機(jī)；低電壓</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　What this article studies is based on the alteration of reactive power compe

5、nsation of low voltage, then design an equipment for reactive power compensation of low voltage. As a kind of reactive power compensation, this equipment is basis on the electrical network monitor data ,and provides reac

6、tive power for city’s low voltage power grids. This thesis has discussed the importance of the reactive power compensation for the power grids ,and introduded the hardware and software of the controller.</p><p

7、>　　This device's hardware core is AT89C51 SCM , which has many merits such as high operating speed. This monolithic integrated circuit is the low voltage which American ATMEL Corporation produces, a high performan

8、ce CMOS 8 monolithic integrated circuits;The software uses the assembly language to carry on the translation;The man-machine operation contact surface uses the LCD demonstration, the demonstration effect is quite good; A

9、/D transformation uses ADC0809 , it is a section of quite practical A/</p><p>　　Key Words: Reactive power compensation; SCM(Single Chip Micyoco);Low voltage</p><p><b>　　目錄</b></p

10、><p><b>　　摘 要0</b></p><p>　　Abstract0</p><p><b>　　目錄0</b></p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1．1 研究背景1</p><

11、p>　　1．2 無功補(bǔ)償裝置的發(fā)展?fàn)顩r2</p><p>　　1．3 本課題主要研究的內(nèi)容4</p><p>　　第二章 無功補(bǔ)償?shù)脑?</p><p>　　2．1 無功補(bǔ)償?shù)脑?</p><p>　　2．2 低壓電網(wǎng)中的幾種無功補(bǔ)償?shù)姆绞?</p><p>　　2．3 確定補(bǔ)償容量的幾種

12、方法10</p><p>　　2．3．1 從提高功率因數(shù)需要確定補(bǔ)償容量10</p><p>　　2．3．2 從降低線路有功損耗需要來確定補(bǔ)償容量10</p><p>　　2．3．3 從提高運(yùn)行電壓需要來確定補(bǔ)償容量11</p><p>　　2．4 本章小結(jié)12</p><p>　　第三章 硬件設(shè)計(jì)12&

13、lt;/p><p>　　3．1 無功補(bǔ)償裝置的技術(shù)要求12</p><p>　　3．1．1 補(bǔ)償控制應(yīng)符合技術(shù)條件：12</p><p>　　3．1．2 測(cè)量精度12</p><p>　　3．1．3 控制器原理13</p><p>　　3．2 硬件介紹13</p><p>　　3．2．

14、1 CPU14</p><p>　　3．2．2 A/D轉(zhuǎn)換器選型17</p><p>　　3．2．3 看門狗18</p><p>　　3．2．4 LCD顯示20</p><p>　　3．3 模擬信號(hào)調(diào)理電路21</p><p>　　3．3．1 互感器信號(hào)轉(zhuǎn)換及電流—電壓轉(zhuǎn)換電路21</p>

15、<p>　　3．3．2 電壓、電流采樣及信號(hào)處理電路23</p><p>　　3．4 輸出控制電路23</p><p>　　3．5 本章小結(jié)24</p><p>　　第四章 軟件設(shè)計(jì)25</p><p>　　4．1 投切原則25</p><p>　　4．2 功率因數(shù)計(jì)算26</p&g

16、t;<p>　　4．3 本章小結(jié)28</p><p>　　第五章 總結(jié)與展望29</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)30</b></p><p><b>　　致謝31</b></p><p>　　附錄1：硬件結(jié)構(gòu)圖32</p><p>　　附錄2

17、：軟件程序32</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p><b>　　1．1 研究背景</b></p><p>　　目前，我國(guó)的電網(wǎng)，特別是廣大的低壓電網(wǎng)，普遍存在功率因數(shù)較低、電網(wǎng)線損較大的情況。導(dǎo)致此現(xiàn)象的主要原因是眾多的感性負(fù)載用電設(shè)備設(shè)計(jì)落后，功率因數(shù)較低。比如我國(guó)的電動(dòng)機(jī)消耗的電能占全

18、部發(fā)電量的70%，而由于設(shè)計(jì)和使用等方面的原因我國(guó)電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)往往較低，一般約為。</p><p>　　在這種情況下，采用無功補(bǔ)償節(jié)能技術(shù)，對(duì)提高電能質(zhì)量和挖掘電網(wǎng)潛力是十分必要的，世界各國(guó)都把無功補(bǔ)償作為電網(wǎng)規(guī)劃的重要組成部分。從我國(guó)電網(wǎng)功率因數(shù)和補(bǔ)償深度來看，我國(guó)與世界發(fā)達(dá)國(guó)家有不小差距。因此大力推廣無功補(bǔ)償技術(shù)是非常必要的，并且從以下數(shù)據(jù)，我們也能看出發(fā)展無功補(bǔ)償所能帶來的巨大經(jīng)濟(jì)效益。2007年 ，我

19、國(guó)年總發(fā)電量為32559億千瓦時(shí)，統(tǒng)計(jì)線損率為8.77%，但是這個(gè)數(shù)字沒有包含相當(dāng)大的110千伏、35千伏、10千伏的輸電線損及0.38千伏的低壓電網(wǎng)線損。據(jù)報(bào)道，估計(jì)實(shí)際的統(tǒng)計(jì)線損率約為15%，即2007年全國(guó)年線損量約為4800億千瓦時(shí)。設(shè)全國(guó)的理論線損與統(tǒng)計(jì)線損相一致，其中可變線損約占理論總線損的80%，則年可變線損電量約為3900億千瓦時(shí)。設(shè)當(dāng)前全國(guó)電力網(wǎng)總負(fù)荷的當(dāng)前功率因數(shù)，采用無功功率補(bǔ)償后，把電力網(wǎng)總負(fù)荷的功率因數(shù)提高到，

20、則每年可以降低線損約為390億千瓦時(shí)，按0.5元每千瓦時(shí)計(jì)，價(jià)值約為185億元。設(shè)2007年全國(guó)電網(wǎng)的最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)為5000小時(shí)，則電網(wǎng)的最大負(fù)荷約為2億千瓦，當(dāng)用無功功率補(bǔ)償法把功率因數(shù),提高到，全國(guó)電網(wǎng)需總補(bǔ)償容量約為0.58億千瓦。當(dāng)前無功</p><p>　　綜上所述 ，無功補(bǔ)償不僅具有如上所述的節(jié)省投資、節(jié)省電力、節(jié)省燃煤及污染等作用，同時(shí)還可以提高電力系統(tǒng)設(shè)備的供電能力，改善電壓質(zhì)量，減少用戶電

21、費(fèi)開支，延緩用戶的增容改造等作用。</p><p>　　1．2 無功補(bǔ)償裝置的發(fā)展?fàn)顩r</p><p>　　近20年來，世界各地（包括美國(guó)、法國(guó)、意大利、英國(guó)、俄羅斯、日本等國(guó)）發(fā)生的由電壓穩(wěn)定和電壓崩潰引發(fā)的大面積停電事故引起了各國(guó)的高度重視。持續(xù)了短短72 小時(shí)的8.14 美加大停電給美國(guó)造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響，這次事故提醒人們，電網(wǎng)運(yùn)行要有足夠的無功備用容

22、量，無功不能靠遠(yuǎn)距離傳輸，在電力市場(chǎng)環(huán)境下，必須制定統(tǒng)一的法規(guī)以激勵(lì)獨(dú)立發(fā)電商和運(yùn)營(yíng)商從維護(hù)整個(gè)系統(tǒng)安全性的角度提供充足的無功備用。在我國(guó)也曾多次發(fā)生電壓崩潰事故，如1993 年和1996 年南方電網(wǎng)的幾次事故，這些事故都促使人們采取各種措施以維持電網(wǎng)穩(wěn)定。</p><p>　　早期的無功補(bǔ)償裝置為并聯(lián)電容器和同步補(bǔ)償器，多用在系統(tǒng)的高壓側(cè)進(jìn)行集中補(bǔ)償。至今并聯(lián)電容器仍是一種主要補(bǔ)償方式，應(yīng)用

23、范圍廣泛，只是控制器在不斷的更新發(fā)展。同步補(bǔ)償器的實(shí)質(zhì)是同步電機(jī)，當(dāng)勵(lì)磁電流發(fā)生改變時(shí)，電動(dòng)機(jī)可隨之平滑的改變輸出無功電流的大小和方向，對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行有好處。但同步補(bǔ)償器成本高，安裝復(fù)雜，維護(hù)困難，使其推廣使用受到限制。</p><p>　　隨著近代電力電子技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，無功補(bǔ)償技術(shù)也隨之發(fā)展。在第一個(gè)工業(yè)用晶閘管出現(xiàn)之前，電子半導(dǎo)體由于功率過小，在直流傳動(dòng)，交流傳動(dòng)，電磁合閘，交流不間斷電源和無功補(bǔ)償

24、等領(lǐng)域內(nèi)一直沒有得到應(yīng)有的推廣使用。晶閘管的出現(xiàn)標(biāo)志著電力電子技術(shù)的誕生，并以此為起點(diǎn)，隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)和變流技術(shù)的發(fā)展，新型的電力電子器件不斷問世，由此引發(fā)了眾多行業(yè)的變革，如交流變頻調(diào)速技術(shù)的蓬勃發(fā)展。同樣電力電子技術(shù)對(duì)無功補(bǔ)償技術(shù)也帶來了新的發(fā)展鍥機(jī)。</p><p>　　無功補(bǔ)償技術(shù)和電力電子技術(shù)的結(jié)合主要有以下三方面：</p><p>　　1．是作為投切電容器的開關(guān)。因?yàn)殡娏Π?/p>

25、導(dǎo)體開關(guān)的響應(yīng)時(shí)間短(PS級(jí))，所以能夠選擇電容的投切角度，實(shí)現(xiàn)零電壓投切，避免了涌流的產(chǎn)生，提高了電容器使用的可靠性和電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。現(xiàn)代并聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置中的輸出回路就引進(jìn)了該項(xiàng)技術(shù)。</p><p>　　2．是作為無功輸出的調(diào)節(jié)開關(guān)。由于電力電子器件的高開關(guān)頻率，使其能夠方便地控制電容器電流的導(dǎo)通角，從而實(shí)現(xiàn)無功的連續(xù)調(diào)節(jié)，快速跟蹤負(fù)載無功的變化。靜止型無功補(bǔ)償器是其中的代表。</p>&l

26、t;p>　　3．是引入電力電子變流技術(shù)，將變流器作為無功電源來調(diào)節(jié)無功的輸入和輸出，起到補(bǔ)償負(fù)載無功的作用。經(jīng)常用的是靜止調(diào)相機(jī)和有源濾波器。</p><p>　　由無功補(bǔ)償源在主電路回路中連接方式的不同，無功補(bǔ)償器可分為并聯(lián)型和串聯(lián)型兩種結(jié)構(gòu)。依據(jù)電力電子技術(shù)在無功補(bǔ)償中應(yīng)用的方式不同，現(xiàn)代無功補(bǔ)償裝置大致可分為以下幾種類型：</p><p>　　1． TSC (Thyristor

27、 Switched Cpacitor)型無功補(bǔ)償裝置，它屬于并聯(lián)型無功補(bǔ)償裝置。主回路如圖1-1所示，是由多臺(tái)電力電容器并聯(lián)以及由可控硅構(gòu)成的執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。裝置根據(jù)無功電流的大小來決定投入電容組數(shù)。由此可見TSC的無功調(diào)節(jié)是有級(jí)的，它無法連續(xù)的輸出無功，這使其在使用中存在合理選擇電容，適當(dāng)分級(jí)的問題。但它的優(yōu)點(diǎn)也明顯，即結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制方便，電容器利用率高，使用中不存在諧波污染等。</p><p>　　圖 1-1

28、TSC 型無功補(bǔ)償裝置主回路</p><p>　　2． FC - TCR( Fixed capacitor-Thyristor Controlled Reactor)型無功補(bǔ)償裝置，它屬于并聯(lián)型無功補(bǔ)償裝置。其主回路如圖1-2所示。FC-TCR方式是用雙相可控硅的相位控制，調(diào)整電抗器的電流，從而調(diào)整無功功率的方式。當(dāng)以電壓零相位為基準(zhǔn)時(shí)，調(diào)節(jié)TCR中的可控硅的引燃角?？梢詮牡椒秶鷥?nèi)變化。補(bǔ)償器的電流，此電流可隨角

29、的變化而變化為感性或容性，這樣就改變了FC-TCR的無功功率，并可連續(xù)均勻的調(diào)節(jié)。由于TCR中除可控硅全導(dǎo)通或關(guān)斷之外器電流都是非正弦的，所以它是一個(gè)電流諧波源，對(duì)電網(wǎng)有一定的危害。該裝置在電容和電感之間形成無功損耗，電容利用率低并且電抗器體積較大，成本高。</p><p>　　圖1-2 FC-TCR型無功補(bǔ)償器的主回路</p><p>　　3．靜止調(diào)相機(jī)ASVC (Advantage S

30、tatic Var Compensator),屬于串聯(lián)型補(bǔ)償器。它由于輸出電壓可超前或滯后系統(tǒng)電壓，因此可以和系統(tǒng)進(jìn)行有功、無功之間的交換。它可以連續(xù)調(diào)節(jié)無功，并且能夠抑制諧波，補(bǔ)償特性較好。但該系統(tǒng)存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，控制難度大，制造和維護(hù)都不便，成本高等問題，不便在全國(guó)推廣使用。</p><p>　　1．3 本課題主要研究的內(nèi)容</p><p>　　本文研究的主要有兩方面：一是無功補(bǔ)償?shù)幕?/p>

31、理論和電網(wǎng)中最佳補(bǔ)償方式的探討。首先是對(duì)無功補(bǔ)償中一般問題進(jìn)行分析，其次是對(duì)無功補(bǔ)償計(jì)算方案的分析。二是在傳統(tǒng)的無功補(bǔ)償裝置的基礎(chǔ)上，對(duì)其控制器和動(dòng)作執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，從而開發(fā)出一種智能無功補(bǔ)償器。文中對(duì)這種補(bǔ)償器的控制器的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)作了較詳盡的分析。</p><p>　　第二章 無功補(bǔ)償?shù)脑?lt;/p><p>　　電力網(wǎng)中的變壓器和電動(dòng)機(jī)是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工做的。磁場(chǎng)所具有的磁

32、場(chǎng)能是由電源供給的。電動(dòng)機(jī)和變壓器在能量轉(zhuǎn)換過程中建立交變磁場(chǎng)，在一個(gè)周期內(nèi)吸收的功率和釋放的功率相等，這種功率稱為感性無功功率。接在交流電網(wǎng)中的電容器，在一個(gè)周期內(nèi)上半周的充電功率與下半周的放電功率相等，這種充電功率叫做容性無功功率。所以無功功率被使用于建立磁場(chǎng)和靜電場(chǎng)，它存儲(chǔ)于電感和電容中，通過電力網(wǎng)往返于電源和電感、電容之間。無功功率在電力網(wǎng)元件中流動(dòng)，將會(huì)在電力網(wǎng)元件中引起電壓損耗和功率損耗，降低電網(wǎng)的電壓質(zhì)量，增加電網(wǎng)的線損率

33、。</p><p>　　圖 2. 1 由局部電力網(wǎng)的等值電路圖</p><p>　　由局部電力網(wǎng)的等效電路圖2．1可知，電力網(wǎng)中由于無功負(fù)荷而帶來的電</p><p>　　壓損耗的計(jì)算公式為：</p><p>　　式中：——電網(wǎng)的額定電壓</p><p><b>　　——元件的末端電壓</b>&l

34、t;/p><p>　　——電網(wǎng)中的電壓和電流的差角</p><p>　　R X——電網(wǎng)中元件的等效電阻和電抗</p><p>　　——元件末端的有功負(fù)載和無功負(fù)載</p><p>　　由上式可知由負(fù)荷的無功功率在元件引起的損耗的計(jì)算公式為：。</p><p>　　而由負(fù)荷的有功功率在元件中引起的電壓損耗的計(jì)算公式為：

35、。可見的元件電阻小于電抗的電網(wǎng)中，無功引起的電壓損耗占主要部分。</p><p>　　電網(wǎng)中的線損公式如下：</p><p><b>　　式中：，</b></p><p>　　其中有功線損的計(jì)算公式為：</p><p><b>　　R，</b></p><p>　　這其中由于

36、無功功率在電網(wǎng)中流動(dòng)而引起的有功線損的計(jì)算公式為：</p><p>　　由上述分析可見，要減少電力網(wǎng)中的電壓損耗和電網(wǎng)的線損率，提高用戶端的電壓質(zhì)量的重要措施之一，是減少電力網(wǎng)元件中的無功傳輸，可以從提高負(fù)荷的自然功率因數(shù)和進(jìn)行無功補(bǔ)償兩方面來解決這個(gè)問題。</p><p>　　2．1 無功補(bǔ)償?shù)脑?lt;/p><p>　　將電容器和電感并連在同一電路中，電感吸收能量

37、時(shí)，正好電容器釋放能量，而電感放出能量時(shí)，電容器卻在吸收能量。能量就在它們之間交換，即感性負(fù)荷(電動(dòng)機(jī)、變壓器等)所吸收的無功功率，可由電容器所輸出的無功功率中得到補(bǔ)償。因此，把由電容器組成的裝置稱為無功補(bǔ)償裝置。此外，同步電動(dòng)機(jī)等也可以作為無功補(bǔ)償裝置。</p><p>　　無功補(bǔ)償?shù)淖饔煤驮砜捎蓤D2．2來解釋：</p><p>　　設(shè)電感性負(fù)荷需要從電源吸取的無功功率為，裝設(shè)無功補(bǔ)償

38、裝置后，補(bǔ)償無功功率為，使電源輸出的無功功率減少為，功率因數(shù)由提高到，視在功率減少到。</p><p>　　圖2. 2 無功補(bǔ)償補(bǔ)償原理示意圖</p><p>　　視在功率的減少可相應(yīng)減少供電線路的截面和變壓器的容量，降低供用電設(shè)備的投資。例如一臺(tái)1000千伏安的變壓器，當(dāng)負(fù)荷的功率因數(shù)為0.7 時(shí)，可供700千瓦的有功負(fù)荷，當(dāng)負(fù)荷的功率因數(shù)提高到0.9時(shí)，可供900千瓦的有功功率。同一臺(tái)

39、變壓器，因?yàn)樨?fù)荷的功率因數(shù)的提高而可多供200千瓦負(fù)荷，是相當(dāng)可觀的。</p><p>　　可見，因采用無功補(bǔ)償措施后，電源輸送的無功功率減少了，相應(yīng)的也使電網(wǎng)和變壓器中的功率損耗的下降，從而提高了供電效率。</p><p><b>　　由電壓損耗計(jì)算公式</b></p><p>　　可知，采用無功補(bǔ)償措施后，因通過電力網(wǎng)無功功率的減少，降低了

40、電力網(wǎng)中的電壓損耗，提高了用戶處的電壓質(zhì)量。</p><p>　　并聯(lián)電容器的無功補(bǔ)償作用和原理，也可以用圖2.3 加以說明。</p><p>　　圖2.3 并聯(lián)電容器的補(bǔ)償電流向量圖</p><p>　　圖中的用電負(fù)荷總電流可以分解為有功電流分量，和無功電流分量(電感性的)。當(dāng)并聯(lián)電容器投入運(yùn)行時(shí)，流入電容器的容性電流與方向相反，故可抵消一部分使電感性電流分量降低

41、為，總電流由降為，功率因數(shù)也由提高到。這時(shí)，負(fù)荷所需的無功功率全部由補(bǔ)償電容供給，電網(wǎng)只需供給有功功率。</p><p>　　根據(jù)第一章的有功電流 與無功電流的定義，還可以用圖2.4理解電力系統(tǒng)中無功補(bǔ)償?shù)淖饔门c原理。</p><p>　　圖2.4 電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償原理圖</p><p>　　設(shè)負(fù)荷實(shí)際吸收的電流為，為了使輸電線路上流過純有功電流，則需要在負(fù)荷端接入

42、一個(gè)無功補(bǔ)償器，補(bǔ)償器提供的電流為，則</p><p>　　這里 的就是無功電流，這就是電力系統(tǒng)中進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)囊c(diǎn)。這是完全的補(bǔ)償，線路上的電流是為產(chǎn)生負(fù)載實(shí)際功率(平均功率)而攜帶能量最小的電流，因而在線路上造成的損失是最小的。此時(shí)，的波形和相同，即電壓和電流的相位相同。</p><p>　　2．2 低壓電網(wǎng)中的幾種無功補(bǔ)償?shù)姆绞?lt;/p><p>　　廣大市電低

43、壓電網(wǎng)處于電網(wǎng)的最末端，因此補(bǔ)償?shù)蛪簾o功負(fù)荷是電網(wǎng)補(bǔ)償?shù)年P(guān)鍵。搞好低壓補(bǔ)償，不但可以減輕上一級(jí)電網(wǎng)補(bǔ)償?shù)膲毫?，而且可以提高用戶配電變壓器的利用率，改善用戶功率因?shù)和電壓質(zhì)量，并有效降低電能損失。低壓補(bǔ)償對(duì)用戶及供電部門都有利。</p><p>　　低壓無功補(bǔ)償?shù)哪繕?biāo)是實(shí)現(xiàn)無功的就地平衡，通常采用地方式有三種： 隨機(jī)補(bǔ)償、隨器補(bǔ)償、跟蹤補(bǔ)償。</p><p>　　隨機(jī)補(bǔ)償就是將低壓電容器組與

44、電動(dòng)機(jī)并聯(lián)，通過控制、保護(hù)裝置與電機(jī)共同投切。隨機(jī)補(bǔ)償?shù)貎?yōu)點(diǎn)是：用電設(shè)備運(yùn)行時(shí)，無功補(bǔ)償投入，用電設(shè)備停止運(yùn)補(bǔ)償裝置也退出，不需要頻繁調(diào)整補(bǔ)償容量。且具有投資少，配置靈活，維修簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。為防止電機(jī)推出時(shí)產(chǎn)生自激過電壓，補(bǔ)償容量一般不大于電機(jī)的空載無功。</p><p>　　隨器補(bǔ)償是指將低壓電容器通過低壓保險(xiǎn)接在配電變壓器二次側(cè)，以補(bǔ)償配電變壓器空載無功的補(bǔ)償方式。有很多的低壓配電網(wǎng)中的變壓器，尤其是農(nóng)網(wǎng)配電變

45、壓器，普遍存在負(fù)荷輕的現(xiàn)象。在負(fù)荷時(shí)接近空載，此時(shí)配電變壓器的空載無功是電網(wǎng)無功負(fù)荷的主要部分。隨器補(bǔ)償由于補(bǔ)在低壓側(cè)，可有效地補(bǔ)償配變空載無功， 且連線簡(jiǎn)單， 做到無功地就地補(bǔ)償。</p><p>　　跟蹤補(bǔ)償是指以無功補(bǔ)償投切裝置作為控制保護(hù)裝置，將低壓電容器組補(bǔ)償在大用戶0.4kV母線上的補(bǔ)償方式。補(bǔ)償電容器組的固定連接可起到相當(dāng)于隨器補(bǔ)償?shù)淖饔茫a(bǔ)償用戶的固定無功基荷；可投電容器組用于補(bǔ)償無功峰荷部分。由

46、于用戶負(fù)荷有一定的波動(dòng)性，故推薦選用自動(dòng)投切方式。此法對(duì)電容器的保護(hù)比前二種要更可靠。</p><p>　　上述三種補(bǔ)償方式均可對(duì)特定種類無功負(fù)荷實(shí)現(xiàn)“就地平衡”的無功補(bǔ)償，降損節(jié)能效果好。</p><p>　　2．3 確定補(bǔ)償容量的幾種方法 </p><p>　　2．3．1 從提高功率因數(shù)需要確定補(bǔ)償容量</p><p>　　設(shè)電網(wǎng)的最大負(fù)

47、荷月的平均有功功率為，補(bǔ)償前的功率因數(shù)為，補(bǔ)償后的功率因數(shù)為，則所需要的補(bǔ)償容量的計(jì)算公式為</p><p>　　若要求將功率因數(shù)由提高的而小于，則補(bǔ)償容量計(jì)算為</p><p>　　2．3．2 從降低線路有功損耗需要來確定補(bǔ)償容量</p><p>　　設(shè)補(bǔ)償前線路中的電流為，相應(yīng)的有功電流為，無功電流為，補(bǔ)償無功后線路中的電流為，相應(yīng)的有功電流為，無功電流為，則&

48、lt;/p><p>　　補(bǔ)償前的線路損耗為：</p><p>　　補(bǔ)償后的線路損耗為：</p><p>　　則補(bǔ)償后線損降低的百分值為：</p><p>　　若根據(jù)要求已經(jīng)確定，則可求得：</p><p>　　則補(bǔ)償容量可以按來計(jì)算</p><p>　　2．3．3 從提高運(yùn)行電壓需要來確定補(bǔ)償容量&

49、lt;/p><p>　　配電線路末端電壓較低，通常是通過無功補(bǔ)償來提高供電電壓的，因此，有時(shí)要從提高線路電壓來確定補(bǔ)償容量。</p><p>　　設(shè)補(bǔ)償前線路電源電壓為，線路末端電壓為，線路輸送的有功功率為，無功功率為，電阻為，電抗為，則</p><p>　　補(bǔ)償無功后，線路末端電壓升為則</p><p>　　所以投入無功補(bǔ)償后末端電壓增量為&l

50、t;/p><p><b>　　故補(bǔ)償容量</b></p><p>　　若為三相線路，則所需的補(bǔ)償容量為</p><p>　　式中 ——三相線路的線電壓增量，KV</p><p>　　——三相線路的線電壓，KV</p><p><b>　　2．4 本章小結(jié)</b></p&g

51、t;<p>　　本章主要介紹了無功補(bǔ)償?shù)幕驹?，本次設(shè)計(jì)的裝置主要是面向低壓電網(wǎng)的，可以采用從提高功率因數(shù)需要來確定無功補(bǔ)償，同時(shí)又可取標(biāo)準(zhǔn)電壓作為電容器切除標(biāo)準(zhǔn)，這樣既考慮到功率因數(shù)的需要，又考慮到穩(wěn)定電網(wǎng)電壓質(zhì)量的要求。</p><p><b>　　第三章 硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　在一系列的理論分析之后，本次設(shè)計(jì)將采用根據(jù)功率因數(shù)來

52、確定補(bǔ)償容量的方法，再根據(jù)當(dāng)前無功補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，我們采用TSC并聯(lián)電容器型的無功補(bǔ)償裝置。它具有連線和控制方式簡(jiǎn)單，電容使用效率高及不產(chǎn)生諧波污染等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　3．1 無功補(bǔ)償裝置的技術(shù)要求</p><p>　　3．1．1 補(bǔ)償控制應(yīng)符合技術(shù)條件：</p><p>　　1、 控制方式：可控硅與接觸器聯(lián)合控制，即在投切時(shí)采用可控硅，正常運(yùn)行時(shí)采用

53、接觸器的方式。</p><p>　　2、 工作方式：動(dòng)態(tài)跟蹤，邏輯判斷，自動(dòng)及時(shí)補(bǔ)償容量。</p><p>　　3、 控制物理量：以無功功率電容器的投切。</p><p>　　4、 補(bǔ)償方式：采用三相共補(bǔ)</p><p>　　5、 自動(dòng)延時(shí)功能：電容器投切延時(shí)至少10秒，同組電容器的投切間隔時(shí)間大于5分鐘 。</p><p

54、><b>　　6、 保護(hù)功能：</b></p><p>　　過電壓快速切斷功能：當(dāng)電網(wǎng)電壓大于高壓保護(hù)值時(shí)，自動(dòng)切除全部電容器。</p><p>　　短路保護(hù)：由快速熔斷器和空氣開關(guān)雙重保護(hù)。</p><p>　　7、 現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)顯示：可現(xiàn)場(chǎng)顯示電網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)，比如電壓、電流、功率因數(shù)。</p><p>　　3．1．2

55、 測(cè)量精度</p><p>　　1、電壓、電流：1.0級(jí)</p><p>　　2、有功功率、無功功率、功率因數(shù)：1.0級(jí)</p><p>　　3．1．3 控制器原理</p><p>　　由以上功能，可得到控制器的機(jī)構(gòu)圖如下</p><p>　　圖3.1 控制器結(jié)構(gòu)原理圖</p><p><

56、;b>　　3．2 硬件介紹</b></p><p><b>　　3．2．1 CPU</b></p><p>　　AT89C51是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能的CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4K bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)（PEROM）和128bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生

57、產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS—51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲(chǔ)單元。</p><p><b>　　主要性能參數(shù)：</b></p><p>　　與MCS—51產(chǎn)品指令系統(tǒng)兼容</p><p>　　4K字節(jié)可重復(fù)擦寫Flash閃速存儲(chǔ)器</p><p><b>　　1000次擦寫周期</

58、b></p><p>　　全靜態(tài)操作：0Hz—24MHz</p><p><b>　　三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器</b></p><p>　　1288字節(jié)內(nèi)部RAM</p><p>　　32個(gè)可編程I/O口線</p><p>　　2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器</p><p><

59、;b>　　6個(gè)中斷源</b></p><p><b>　　可編程竄行UART</b></p><p>　　低功耗空閑和掉電模式</p><p><b>　　管腳說明：</b></p><p><b>　　VCC：供電電壓。</b></p><

60、;p><b>　　GND：接地。</b></p><p>　　P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流，當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。</p><p&

61、gt;　　P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。 </p><p>　　P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被

62、內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。</p><p>　　P3口：P3口管腳是8個(gè)帶

63、內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：</p><p>　　口管腳         備選功能</p><p>　　P3

64、.0       RXD（串行輸入口）</p><p>　　P3.1       TXD（串行輸出口）</p><p>　　P3.2       /INT0（外部中斷0）</p><p>　　P3.3     

65、0; /INT1（外部中斷1）</p><p>　　P3.4       T0（記時(shí)器0外部輸入）</p><p>　　P3.5       T1（記時(shí)器1外部輸入）</p><p>　　P3.6        /WR（外部數(shù)據(jù)

66、存儲(chǔ)器寫選通）</p><p>　　P3.7        /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）</p><p>　　P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。</p><p>　　RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。</p><p>　　A

67、LE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略

68、微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。</p><p>　　/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。</p><p>　　/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)

69、，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。</p><p>　　XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。</p><p>　　XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。振蕩器特性:</p><p>　　XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該

70、反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。</p><p>　　3．2．2 A/D轉(zhuǎn)換器選型</p><p>　　ADC0809是一種8路模擬輸入逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器，由于價(jià)格適中，與單片機(jī)的接口、軟件操作均比

71、較簡(jiǎn)單，目前在8位單片機(jī)系統(tǒng)中有著廣泛的使用。</p><p>　　ADC0809由8路模擬開頭、地址鎖存與譯碼器、8位A/D轉(zhuǎn)換器和三態(tài)輸出鎖存緩沖器組成。</p><p>　　表3.1 8路模擬開關(guān)與輸入通道的關(guān)系表</p><p>　　ADC0809芯片可以分時(shí)處理8路模擬量輸入信號(hào)，使用模擬開關(guān)切換。在某一時(shí)刻，模擬開關(guān)只能與一路模擬量通道接通，對(duì)該通道進(jìn)行

72、A/D轉(zhuǎn)換。表1中C、B、A是三條通道的地址線。當(dāng)?shù)刂匪嫘盘?hào)ALE為高電平時(shí)，C、B、A 三條線上的數(shù)據(jù)送入ADC0809內(nèi)部的地址鎖存器中，經(jīng)過譯碼器譯碼后選中某一通道。當(dāng)ALE=0時(shí)，地址鎖存器處于鎖存狀態(tài)，模擬開關(guān)始終與剛才選中的輸入通道接通。</p><p>　　選中通道的模擬量到達(dá)A/D轉(zhuǎn)換器時(shí)，A/D轉(zhuǎn)換器并未對(duì)其進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。只有當(dāng)轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)端START出現(xiàn)下降沿并延遲后，才啟動(dòng)芯片進(jìn)行A/D

73、轉(zhuǎn)換，START的上升沿復(fù)位ADC0809。</p><p>　　ADC0809的A/D轉(zhuǎn)換過程是在時(shí)鐘信號(hào)的協(xié)調(diào)下進(jìn)行的，ADC0809的時(shí)鐘信號(hào)由CLOCK端送入，其最高頻率為640MHz，在這個(gè)最高頻率下ADC0809的A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間為100uS左右。當(dāng)ADC0809用于AT89C51單片機(jī)系統(tǒng)時(shí)，若AT89C51采用6MHz的晶振，則ADC0809的時(shí)鐘信號(hào)可以由AT89C51的ALE經(jīng)過一個(gè)二分頻電路獲

74、取。這時(shí)ADC0809的時(shí)鐘頻率為500KHz，A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間為130uS。ADC0809常用的時(shí)鐘電路如圖：</p><p>　　圖3.2 ADC0809常用的時(shí)鐘電路圖 </p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后，A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果(8位數(shù)字量)送到三態(tài)鎖存輸出緩沖器，此時(shí)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果還沒有現(xiàn)在DB0-DB7八條數(shù)字量輸出線上，單片機(jī)不能獲取之。單片機(jī)要想讀到A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果，必須使ADC0

75、809的允許輸出控制端OE為高電平，打開三態(tài)輸了鎖存器，A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果出現(xiàn)在DB0-DB7上。</p><p>　　單片機(jī)讀取A／D轉(zhuǎn)換結(jié)果的方法有三種：</p><p>　　(1)延遲法單片機(jī)啟動(dòng)ADC0809后，延時(shí)130uS以上，可以讀到正確的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。</p><p>　　(2)查詢法EOC必須接到AT89C51的一條I/O線上。單片機(jī)啟動(dòng)ADC080

76、9后，延遲10uS，檢測(cè)EOC，若EOC=0則A/D轉(zhuǎn)換沒有結(jié)束，繼續(xù)檢測(cè)EOC直到EOC=1。當(dāng)EOC=1時(shí)，A/D轉(zhuǎn)換已經(jīng)結(jié)束，單片機(jī)讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。</p><p>　　(3)中斷法EOC必須經(jīng)過非門接到AT89C51的中斷請(qǐng)求輸入線INT0或INT1上，AT89C51的中斷觸發(fā)方式為下降沿觸發(fā)。單片機(jī)啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換后可以做其它工作，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，EOC由0—1經(jīng)過非門傳到INT端，AT89C51

77、收到中斷請(qǐng)求信號(hào)，若AT89C51開著中斷，則進(jìn)入中斷服務(wù)程序，在中斷服務(wù)程序中單片機(jī)讀取A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果。</p><p><b>　　3．2．3 看門狗</b></p><p>　　本系統(tǒng)采用MAXIM公司的低成本微處理器監(jiān)控芯片MAX813L構(gòu)成硬件狗[7]，與AT89C51的接口電路如圖3．3所示。MR與WDO經(jīng)過一個(gè)二極管連接起來，WDI接單片機(jī)的P2.7口

78、，RESET接單片機(jī)的復(fù)位輸入腳RESET，MR經(jīng)過一個(gè)復(fù)位按鈕接地。該監(jiān)控電路的主要功能如下：</p><p>　?。?）系統(tǒng)正常上電復(fù)位：電源上電時(shí)，當(dāng)電源電壓超過復(fù)位門限電壓4.65V，RESET端輸出200ms的復(fù)位信號(hào)，使系統(tǒng)復(fù)位。</p><p>　?。?）對(duì)+5V電源進(jìn)行監(jiān)視：當(dāng)+5V電源正常時(shí)，RESET為低電平，單片機(jī)正常工作；當(dāng)+5V電源電壓降至+4.65V以下時(shí)，RE

79、SET輸出高電平，對(duì)單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位。</p><p>　?。?）看門狗定時(shí)器被清零，WDO維持高電平；當(dāng)程序跑飛或死機(jī)時(shí)，CPU不能在1.6s內(nèi)給出“喂狗”信號(hào)，WDO跳變?yōu)榈碗娖?，由于MR端有一個(gè)內(nèi)部250mA的上拉電流，D導(dǎo)通MR獲得有效低電平，RESET端輸出復(fù)位脈沖，單片機(jī)復(fù)位，看門狗定時(shí)器清零，WDO又恢復(fù)成高電平。</p><p>　?。?）手動(dòng)復(fù)位：如果需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行手動(dòng)復(fù)位

80、，只要按下手動(dòng)復(fù)位按鈕，就能對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行有效的復(fù)位。</p><p>　　圖3.3 MAX813L與89c51接口圖</p><p>　　3．2．4 LCD顯示</p><p>　　本次設(shè)計(jì)采用1602型LCD顯示，現(xiàn)在的字符型液晶模塊已經(jīng)是單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)中最常用的信息顯示器件了。1602型LCD顯示模塊具有體積小，功耗低，顯示內(nèi)容豐富等特點(diǎn)。</p>

81、<p>　　1602型LCD可以顯示2行16個(gè)字符，有8位數(shù)據(jù)總線D0~D7和RS，R/W，EN三個(gè)控制端口，工作電壓為5V，并且具有字符對(duì)比度調(diào)節(jié)和背光功能。</p><p>　　1．外型尺寸：80X36X13（LXWXH）</p><p><b>　　2．接口信號(hào)說明</b></p><p>　　1602型LCD的接口信號(hào)說明如

82、表3.2所示：</p><p>　　表3.2 1602型LCD接口信號(hào)說明</p><p><b>　　3．主要技術(shù)參數(shù)</b></p><p>　　表3.3 1602型LCD的主要技術(shù)參數(shù)</p><p>　　4．與8051接口電路</p><p>　　M-162液晶顯示模塊可以和單片機(jī)AT89

83、C51直接接口，電路如圖3．4所示。</p><p>　　圖3.4 AT89C51與DM-162接口電路</p><p>　　3．3 模擬信號(hào)調(diào)理電路</p><p>　　3．3．1 互感器信號(hào)轉(zhuǎn)換及電流—電壓轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　在此用到的是北京星格公是司研制的精密電壓互感器SPT204A和電流互感器SCT254AK。其特性分別如

84、下：SPT204 實(shí)際上一款毫安級(jí)精密電流互感器，輸入額定電流為2mA,額定輸出電流為2mA。使用時(shí)需要將電壓信號(hào)變換成電流信號(hào)，推薦使用電路如圖3.5所示。圖中，R1是限流電阻，不論額定輸入電壓多大，調(diào)整R1的值，使額定輸入電流接近為2mA，就滿足使用條件。副邊電路是電流/電壓變換電路，當(dāng)需要電壓輸出時(shí)采用。調(diào)整圖中反饋電阻R和r的值可得到所需要的電壓輸出。電容C2是400至1000pF的小電容，用來濾波。</p>&l

85、t;p>　　圖3.5 電壓互感器的I—U轉(zhuǎn)換</p><p>　　運(yùn)算放大器視精度要求使用，使用性能較好的運(yùn)算放大器較容易達(dá)到較高的精度和較好的穩(wěn)定性。此處選用的是BB公司的高精度運(yùn)放OPA2277。它具有以下特點(diǎn):</p><p><b>　　超低失調(diào)電壓:</b></p><p><b>　　超低溫漂:</b>&

86、lt;/p><p><b>　　超低失調(diào)電流:</b></p><p>　　高開環(huán)增益:134dB</p><p><b>　　寬供電范圍:</b></p><p>　　OPA2277具有連續(xù)的供電范圍，這使它不像大多數(shù)的OP系列運(yùn)放局限于固定的工作電壓。而且軌至軌的特性使其輸出電壓的范圍能跟隨電源工作

87、范圍，這就能在保證輸出電壓的大小的前提下，盡可能的減少工作電壓，達(dá)到節(jié)能的目的。由于OPA2277具有內(nèi)部補(bǔ)償失調(diào)電流的電路，故在使用中不需要在輸入腳上接上補(bǔ)償失調(diào)電流的電阻，如上圖所示，這同樣減少了PCB布板和使用的復(fù)雜度。</p><p>　　互感器的次級(jí)連接是電流轉(zhuǎn)電壓電路，該電路是將互感器的電流輸出信號(hào)變換成電壓信號(hào)，以符合CPU采樣信號(hào)是電壓信號(hào)的特性。以電流互感器SCT254AK為例，若互感器的副邊電

88、流為,要求的輸出電壓為，則特性為:</p><p>　　—輸入和輸出腳間的跨接電阻。</p><p>　　選擇合適的電阻R，通常采用電阻串接電位器的結(jié)構(gòu)，可以使輸出電壓在之間變化。</p><p>　　SCT254A K是一款精密電流互感器，輸入額定電流為5A，額定輸出電流為2.5mA。當(dāng)需要將電流輸出信號(hào)變換成電壓信號(hào)時(shí)，推薦使用電路和電壓互感器使用電路類似。調(diào)整

89、圖中反饋電阻R和r的值可得到所需要的電壓輸出。電容C2是400至1000pF的小電容，用來去A和濾波。該電流互感器是接在主回路上的電流互感器之后。主回路的電流互感器的變比視實(shí)際使用中變壓器輸出的電流而定。當(dāng)電流較大時(shí)，可選用較大變比的電流互感器，一般有100:1或1000:5等系列可供選用。</p><p>　　3．3．2 電壓、電流采樣及信號(hào)處理電路</p><p>　　用電流互感采樣得

90、到交變的電流信號(hào)，在通過以下電路把電流信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榘氩妷盒盘?hào)：</p><p>　　圖3.6 電流采樣調(diào)理電路</p><p>　　電容主要起抗干擾和濾波的作用，前個(gè)運(yùn)放可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換，根據(jù)：，—輸入和輸出腳間的跨接電阻，</p><p>　　調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使在 變化；</p><p>　　第二個(gè)運(yùn)放對(duì)電壓進(jìn)行取反，得到輸出電壓，從而使

91、采樣得到的電壓于實(shí)際電流同向。</p><p>　　圖3.7 電壓采樣和調(diào)理電路</p><p>　　調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片同樣可以達(dá)到調(diào)節(jié)輸出電壓大小的效果。</p><p>　　3．4 輸出控制電路</p><p>　　控制電路采用光電隔離電路、驅(qū)動(dòng)電路，控制繼電器，再控制電容器組投切的形式。以下是其中一路光電隔離和驅(qū)動(dòng)電路。</p&

92、gt;<p>　　圖3.8 光電隔離及驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　這部分電路的設(shè)計(jì)采用單片機(jī)的I/O口灌電流的方法控制可控硅實(shí)現(xiàn)開關(guān)與繼電器控制，用光電耦合器MOC3021作為可控硅的驅(qū)動(dòng)器，同時(shí)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)、弱電的隔離。光電偶合器通過一個(gè)非門與89C51的一個(gè)輸出口連接，當(dāng)此腳輸出高電平時(shí)，使MOC3021打開驅(qū)動(dòng)雙向可控硅，使晶體管導(dǎo)通和繼電器吸合，驅(qū)動(dòng)電容器組投入運(yùn)行，發(fā)光二級(jí)管發(fā)光指示。當(dāng)管腳輸

93、出為低電平時(shí)，將會(huì)封鎖住MOC3021，則繼電器釋放，發(fā)光二級(jí)管熄滅，電容器組退出電路。</p><p><b>　　3．5 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要介紹了本次設(shè)計(jì)的要求和采用的硬件裝置的基本功能，完成了各硬件之間的接口連線問題，硬件主要包括的功能有數(shù)據(jù)采樣和條理、模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為單片機(jī)可讀的數(shù)字信號(hào)、單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、單片機(jī)進(jìn)行對(duì)顯示和控制電路

94、的控制、看門狗主要起對(duì)單片機(jī)運(yùn)行狀況進(jìn)行檢測(cè)，在單片機(jī)運(yùn)行出現(xiàn)問題是及時(shí)對(duì)其復(fù)位。</p><p><b>　　第四章 軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　在軟件設(shè)計(jì)上我們采用匯編語(yǔ)言，用匯編語(yǔ)言用來編制系統(tǒng)軟件和過程控制軟件，其目標(biāo)程序占用內(nèi)存空間少，運(yùn)行速度快，有著高級(jí)語(yǔ)言不可替代的用途。</p><p><b>　　4．1

95、投切原則</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)的裝置主要的投切標(biāo)準(zhǔn)是功率因數(shù)和測(cè)量電壓，本裝置采用默認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)功率因數(shù)為。</p><p>　　隨器補(bǔ)償應(yīng)以配變?nèi)萘康?%～8%選擇電容器容量效果較好，因?yàn)檫@大約相當(dāng)于配電變壓器空載時(shí)的無功功率，又電容器補(bǔ)償容量可近似為，則本次設(shè)計(jì)一共設(shè)了3組容量為25FP電容器組，方便控制和調(diào)節(jié)補(bǔ)償容量，采用三相共同補(bǔ)償。</p>

96、<p>　　當(dāng)檢測(cè)到到的功率因數(shù)小于0.95是，投入第一組電容器組；再進(jìn)行第二次檢測(cè)，計(jì)算得到功率因數(shù)再于默認(rèn)值進(jìn)行比較，若實(shí)際功率因數(shù)仍然小于0.95的話，繼續(xù)投入第二組電容器組，以次類推，直到實(shí)際功率因數(shù)小于標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　當(dāng)檢測(cè)到的三相電壓大于標(biāo)準(zhǔn)電壓時(shí)（通常取400V），即電網(wǎng)處于容性狀態(tài)，無功補(bǔ)償過量，則立即切除第三組電容；繼續(xù)檢測(cè)電壓，若電壓仍然高于標(biāo)準(zhǔn)的話，則切除第二組電容器組

97、，以次類推，直到實(shí)際電壓小于標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　主要的程序流程如下圖</p><p>　　圖4.1 單片機(jī)程序流程圖</p><p>　　4．2 功率因數(shù)計(jì)算</p><p>　　在進(jìn)行控制之前，首先要測(cè)量電路的各相參數(shù)，比如電壓、電流、無功功率、有功功率、功率因數(shù)等。在此采用的是有效值算法，該算法比平均值算法更具真實(shí)性，其原理如下所

98、述。</p><p>　　根據(jù)定義，電壓的有效值U是加在電阻R上單位時(shí)間內(nèi)所做的功，其U數(shù)學(xué)表達(dá)式是：</p><p><b>　　即：</b></p><p>　　將上式在時(shí)間上進(jìn)行離散，就得到U的離散表達(dá)式：</p><p>　　式中：——電壓采樣周期中的第個(gè)采樣點(diǎn)的值</p><p>　　對(duì)

99、電流有效值有相似的離散表達(dá)式：</p><p>　　式中：——電流采樣周期中的第個(gè)采樣點(diǎn)的值</p><p>　　由上兩式可得視在功率</p><p>　　有功功率P的定義為：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)，電壓和電流所作的不可逆的功，其數(shù)學(xué)表達(dá)式是：</p><p>　　對(duì)其作離散處理，即每隔一定的時(shí)間間隔測(cè)得一個(gè)電壓值和一個(gè)電流值，將其相乘，最后把一個(gè)采樣周

100、期內(nèi)的所有乘積值相加并求平均值，其數(shù)學(xué)表達(dá)式是:</p><p>　　式中：——采樣周期內(nèi)的第個(gè)電壓采樣值</p><p>　　——采樣周期內(nèi)的第個(gè)電壓采樣值</p><p>　　電網(wǎng)的功率因數(shù)受電壓和電流相位差,波形畸變以及三相不對(duì)稱等因素的影響。三相不對(duì)稱路的功率因數(shù)和含諧波的非正弦電路的無功功率情況較為復(fù)雜且沒有科學(xué)而統(tǒng)一的定義,故在此只考慮三相對(duì)稱電路的功率

101、因數(shù)和無功計(jì)算，測(cè)量時(shí)僅對(duì)兩相間線電壓和另一相電流進(jìn)行采樣，采樣的電壓為，采樣電流為，每個(gè)周期的采樣點(diǎn)數(shù)為，則計(jì)算公式如下：</p><p>　　AC相間的線電壓為：</p><p><b>　　B相的線電流： </b></p><p><b>　　三相有功功率：</b></p><p><b

102、>　　視在功率：</b></p><p><b>　　無功功率：</b></p><p><b>　　功率因數(shù)：</b></p><p><b>　　4．3 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要討論的單片機(jī)控制和處理數(shù)據(jù)的基本原則，本次設(shè)計(jì)采用三相共

103、同補(bǔ)償，所以在此只考慮三相對(duì)稱電路的功率因數(shù)和無功計(jì)算。但由于實(shí)際的電網(wǎng)情況并不是理想狀態(tài)的，所以本次采用的計(jì)算存在一定的誤差。</p><p>　　第五章 總結(jié)與展望</p><p>　　無功補(bǔ)償技術(shù)在邊沿科學(xué)如電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)下，在電力系統(tǒng)領(lǐng)域取得了很大的發(fā)展，形成了多種補(bǔ)償方式。本文在對(duì)無功補(bǔ)償技術(shù)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，針對(duì)傳統(tǒng)無功補(bǔ)償裝置的缺點(diǎn)提出了一種新型的智能無

104、功補(bǔ)償控制器,該裝置適合對(duì)大用戶進(jìn)行無功補(bǔ)償,也就是隨器補(bǔ)償,其優(yōu)點(diǎn)如下:</p><p>　　1、裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通過硬件軟件配合，穩(wěn)定性高，用單片機(jī)控制，可實(shí)現(xiàn)真正的智能控制，具有很高的性價(jià)比。</p><p>　　2、采用LCD顯示，可實(shí)時(shí)顯示電壓、電流和功率因數(shù)等數(shù)據(jù)。</p><p>　　3、 控制策略比較合理。該策略既考慮到無功補(bǔ)償對(duì)電容容量需求，又考慮到

105、穩(wěn)定電壓質(zhì)量的要求，比如在高電壓區(qū)間的只切不投原則和在低壓區(qū)間的只投不切原則。</p><p>　　今后本控制器在以下幾方面還有待提高:</p><p>　　1、優(yōu)化采樣電路，使采樣數(shù)據(jù)更為精確。</p><p>　　2、采用較高檔的CPU系統(tǒng)，升級(jí)A/D位數(shù)，使控制器的電網(wǎng)監(jiān)測(cè)功能到進(jìn)一步的完善，也可使控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)實(shí)時(shí)控制。</p><

106、p>　　3、采用更簡(jiǎn)便準(zhǔn)確的無功計(jì)算方案和更多組數(shù)的電容器組，使軟件更為簡(jiǎn)便，控制更加精確。</p><p>　　4、可外接存儲(chǔ)裝置，用于存儲(chǔ)電壓、電流等數(shù)據(jù)，這樣有助于對(duì)電網(wǎng)的電能質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估。</p><p>　　總之 ， 無功補(bǔ)償目前在我國(guó)還是很有發(fā)展?jié)摿Φ男袠I(yè)，其技術(shù)還有待于進(jìn)一步的深究和提高。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</

107、b></p><p>　　[1] 方向暉．中低壓配電網(wǎng)規(guī)劃與設(shè)計(jì)基礎(chǔ)［M］．北京：中國(guó)水利水電出版社，2004：56~89．</p><p>　　[2] 劉黎明，劉滌塵，史進(jìn)．智能式動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置的研究[J]．電力情報(bào)，1998，22(3)：45～89.</p><p>　　[3] 南余榮，李剛，魯聰達(dá)．基于單片機(jī)的復(fù)合開關(guān)及其在低壓無功補(bǔ)償中的應(yīng)用[

108、J]．現(xiàn)代電子技術(shù)2004，28(15)：15～67.</p><p>　　[4] 吳啟富，王主?。潆娋W(wǎng)無功綜合優(yōu)化的補(bǔ)償模型及其應(yīng)用[J]．四川電力技術(shù), 1994：106~110．</p><p>　　[5] 劉鳳君．市電電能質(zhì)量補(bǔ)償技術(shù)［M］．北京：科學(xué)出版社，2005：69~111．</p><p>　　[6] 胡秀娟．淺議低壓電網(wǎng)無功補(bǔ)償?shù)膸追N方法[J

109、]．電力與能源．2007年35期．</p><p>　　[7] 梅麗鳳，王艷秋．單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M]．北京：清華大學(xué)出版社，2004：55~102．</p><p>　　[8] 劉煥平，韓樹新．ADC0809和AT89C51的一種接口方法[J]．石家莊師范專科學(xué)校學(xué)報(bào)．2002-6．</p><p>　　[9] 丁毓山．單片機(jī)與無功補(bǔ)償[M]．南京：南京大

110、學(xué)出版社，2006：86~121．</p><p>　　[10] 康華光，陳大欽．電子技術(shù)基礎(chǔ)［M］．高等教育出版社，2004：10~15</p><p>　　[11] 彭沛夫，張桂芳．微機(jī)控制技術(shù)與實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)[M]．北京：清華大學(xué)出版社.，2005：152~ 157．</p><p>　　[12] 胡漢才．單片機(jī)原理及其接口技術(shù)［M］．清華大學(xué)出版社，2004：15

111、5~159．</p><p>　　[13] Kundur，Tom．Power system stability and control[M]．New York, USA：McGraw-Hill, 1994：124～241．</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　本文是在蘇曉鷹老師精心指導(dǎo)下完成的。蘇曉鷹老師以嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的

112、治學(xué)態(tài)度對(duì)我產(chǎn)生重要影響。她淵博的知識(shí)和敏銳的思維給了我深深的啟發(fā)。從她里不僅學(xué)到了專業(yè)知識(shí)，還學(xué)到了分析問題和解決問題的思考方法。</p><p>　　另外，在論文的完成過程中，還得到了王丁，周悅龍等同學(xué)的幫助。在平時(shí)學(xué)習(xí)和課題完成過程中，得到了他們各種形式的幫助，教我使用畫圖軟件，公式編輯，解決疑難問題，給我提供相關(guān)的資料，在這里對(duì)他們表示真誠(chéng)的感謝。</p><p>　　在一次感謝幫

113、助過我的老師和同學(xué)！</p><p><b>　　附錄1：硬件結(jié)構(gòu)圖</b></p><p><b>　　附錄2 ：軟件程序</b></p><p><b>　　主程序</b></p><p><b>　　/*程序入口*/</b></p>&

114、lt;p>　　ORG 0000H ; 主程序地址入口</p><p>　　LJMP MAIN ; </p><p>　　COL1 EQU P2.5</p><p>　　COL2 EQU P2.6</p>&

115、lt;p>　　COL3 EQU P2.7</p><p>　　/*分時(shí)采樣程序*/</p><p><b>　　MAIN:</b></p><p><b>　　CLR P2.1</b></p><p><b>　　CLR P2.2</b></p>&l