基于單片機的無功補償器設計

孫立平，程耕國

（武漢科技大學 信息科學與工程學院 高級運動控制研究室，武漢 430081）

0 引言

隨著信息技術的不斷發展，居民用電量的急速上升，電力系統中的無功功率無法得到平衡，影響了系統的正常運行，嚴重的甚至還會導致設備燒壞，系統癱瘓，造成用電的不便[1,2]。針對以上問題，本文采用基于AT89C52的自動補償系統進行補償，從而降低線損，穩定電壓，保證系統可靠運行。

1 系統總體設計及原理

電力系統中，各設備的參數變量基本相同，通過對某一參數的分析，便可以得到整個設備的運行情況，從而基本實現對整個系統的自動控制[3]。由于現在電網系統中三相不平衡的情況很多，三相動態補償已無法解決不平衡的問題，因此，采用動態和分相相結合的補償方式。其框架圖如圖1所示。系統由AT89C52、相位差檢測電路、投切控制模塊、顯示模塊和串行通信等組成。其中，互感器是將采集的線路信號轉換成小信號供給相位差檢測電路；相位差檢測則是檢測信號的功率因數；投切控制則負責電容的投切，穩定電壓；顯示電路進行數據的實時顯示。此外，還有RS232接口等。

2 系統的硬件設計

2.1 相位差檢測電路

相位差檢測電路如圖2所示。

圖1 系統框架圖

圖2 相位差檢測電路圖

如圖2所示，為了便于分析，輸入的UU、UI通過393電壓比較器將正弦波變成同頻率的方波μ1、μ2，經D觸發器得到相位差μ0。μ0與p1.2相與接到GATE0，作為門控信號；A0、A1與74LS373相連鎖存地址；CLK與ALE相連，用于時鐘信號計數；CS、WR、RD等對8253進行讀寫，當CS高電平時，計數結束通過OUT輸出。

2.2 投切電容模塊

電力系統中，電壓是衡量電能質量的一個重要指標，而且電壓和無功的關系十分密切，互相影響，因此可以根據電壓的變化和無功的分布，對電網進行調節。首先對采集的信號進行判斷并計算，然后分析電網得出設定值，將采集信號的參數與設定值比較，最后依據九域圖[3,4]判斷是否投切電容或升、降電壓，保證接近設定值。九域圖原理如圖3所示。

圖3 九域圖原理

工作在1區，U>UH，Q>QH，切除電容器組，如U>>UH則降壓；在2區時，U穩定，Q>QH，切除電容器組；在3區時，UQH，電壓升壓，如Q>>QH則切除電容器組；在4區時，Q穩定，UUH，降壓；在6區時U>UH，Q

2.3 顯示模塊

LED顯示器分為靜態顯示器和動態顯示器。本設計采用靜態顯示器對系統參數變量實時顯示，了解系統運行狀況，及時發現故障。所謂靜態顯示就是顯示某個字符時，相對應的字符一直導通或截止，并被鎖存直到顯示其他字符為止[5]。以A相為例，其顯示電路如圖4所示。

圖4 A相顯示電路

A相顯示電路由并行接口8255A、LED、74LS373和AT89C52組成。將LED0、LED1、LED2的共陽極與+5V相連。

8255A作為接口電路：

一方面將PA、PC、PB口分別連接到三個LED的代碼段，將A0、A1與鎖存器的輸出Q0、Q1相連實現顯示的鎖存；

另一方面CS、WR、RD等與單片機相連完成片選、讀寫等操作。

2.4 串行通信模塊

計算機之間或計算機和終端之間的通信主要采用串行和并行接口通信。RS-232C作為人機接口[6]，在計算機通信中起著十分重要的作用，其主要負責計算機與現場控制器的數據傳輸。其RS-232C電路如圖5所示。

圖5 RS-232C電路

3 系統的軟件設計

軟件設計采用C編寫。首先進行系統初始化，確定控制對象并采集測試信號，然后計算并顯示，將U、Q與額定值比較看是否位于9區，如位于則結束程序；否則計算投切電容的容量并投切。軟件流程圖如圖6所示。

圖6 軟件流程圖

4 結束語

本文設計了以單片機與計算機相結合的智能無功補償器的總體方案。該系統以AT89C52為核心，其硬件結構簡單，功能強大，并采用了九域圖原理提高了系統的功率因數，使系統達到了最優控制。

但由于設計者水平有限，設計比較簡單，存在一系列問題，有待進一步改善。

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