電網(wǎng)無功功率補償控制系統(tǒng)的設(shè)計

1前言

在電力系統(tǒng)中，電壓是衡量電能質(zhì)量的一個重要指標(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(tǒng)的安全運行和運行穩(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(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

本電網(wǎng)無功功率補償控制系統(tǒng)的硬件組成框圖如圖1所示。它主要有單片機系統(tǒng)(由80196單片機、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;其強大的功能，豐富的資源和高效率等優(yōu)點，為整個系統(tǒng)的快速、實時運轉(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，同時經(jīng)過過零檢測也轉(zhuǎn)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(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：

●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芯片為計數(shù)器，通過它的定時計數(shù)，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(dǎo)數(shù)算法等。本系統(tǒng)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(shù)據(jù)窗較長，計算過程較慢，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，因為電壓、電流信號是一個周期性函數(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，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，該芯睡具有使用簡單，性能可靠的特點。

3軟件設(shè)計

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(zhǔn)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(jìn)行定時采樣;串行中斷則用于在系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)時實現(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(tǒng)各參數(shù)的實時性得到提高，同時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)濟效益，深受用戶和廠家的好評。