孫立平，程耕國(guó)

（武漢科技大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院 高級(jí)運(yùn)動(dòng)控制研究室，武漢 430081）

0 引言

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，居民用電量的急速上升，電力系統(tǒng)中的無功功率無法得到平衡，影響了系統(tǒng)的正常運(yùn)行，嚴(yán)重的甚至還會(huì)導(dǎo)致設(shè)備燒壞，系統(tǒng)癱瘓，造成用電的不便[1,2]。針對(duì)以上問題，本文采用基于AT89C52的自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償，從而降低線損，穩(wěn)定電壓，保證系統(tǒng)可靠運(yùn)行。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)及原理

電力系統(tǒng)中，各設(shè)備的參數(shù)變量基本相同，通過對(duì)某一參數(shù)的分析，便可以得到整個(gè)設(shè)備的運(yùn)行情況，從而基本實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)控制[3]。由于現(xiàn)在電網(wǎng)系統(tǒng)中三相不平衡的情況很多，三相動(dòng)態(tài)補(bǔ)償已無法解決不平衡的問題，因此，采用動(dòng)態(tài)和分相相結(jié)合的補(bǔ)償方式。其框架圖如圖1所示。系統(tǒng)由AT89C52、相位差檢測(cè)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(hào)轉(zhuǎn)換成小信號(hào)供給相位差檢測(cè)電路；相位差檢測(cè)則是檢測(cè)信號(hào)的功率因數(shù)；投切控制則負(fù)責(zé)電容的投切，穩(wěn)定電壓；顯示電路進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示。此外，還有RS232接口等。

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

2.1 相位差檢測(cè)電路

相位差檢測(cè)電路如圖2所示。

圖1 系統(tǒng)框架圖

圖2 相位差檢測(cè)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(jīng)D觸發(fā)器得到相位差μ0。μ0與p1.2相與接到GATE0，作為門控信號(hào)；A0、A1與74LS373相連鎖存地址；CLK與ALE相連，用于時(shí)鐘信號(hào)計(jì)數(shù)；CS、WR、RD等對(duì)8253進(jìn)行讀寫，當(dāng)CS高電平時(shí)，計(jì)數(shù)結(jié)束通過OUT輸出。

2.2 投切電容模塊

電力系統(tǒng)中，電壓是衡量電能質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，而且電壓和無功的關(guān)系十分密切，互相影響，因此可以根據(jù)電壓的變化和無功的分布，對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。首先對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行判斷并計(jì)算，然后分析電網(wǎng)得出設(shè)定值，將采集信號(hào)的參數(shù)與設(shè)定值比較，最后依據(jù)九域圖[3,4]判斷是否投切電容或升、降電壓，保證接近設(shè)定值。九域圖原理如圖3所示。

圖3 九域圖原理

工作在1區(qū)，U>UH，Q>QH，切除電容器組，如U>>UH則降壓；在2區(qū)時(shí)，U穩(wěn)定，Q>QH，切除電容器組；在3區(qū)時(shí)，UQH，電壓升壓，如Q>>QH則切除電容器組；在4區(qū)時(shí)，Q穩(wěn)定，UUH，降壓；在6區(qū)時(shí)U>UH，Q

2.3 顯示模塊

LED顯示器分為靜態(tài)顯示器和動(dòng)態(tài)顯示器。本設(shè)計(jì)采用靜態(tài)顯示器對(duì)系統(tǒng)參數(shù)變量實(shí)時(shí)顯示，了解系統(tǒng)運(yùn)行狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障。所謂靜態(tài)顯示就是顯示某個(gè)字符時(shí)，相對(duì)應(yīng)的字符一直導(dǎo)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(yáng)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(gè)LED的代碼段，將A0、A1與鎖存器的輸出Q0、Q1相連實(shí)現(xiàn)顯示的鎖存；

另一方面CS、WR、RD等與單片機(jī)相連完成片選、讀寫等操作。

2.4 串行通信模塊

計(jì)算機(jī)之間或計(jì)算機(jī)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(jī)接口[6]，在計(jì)算機(jī)通信中起著十分重要的作用，其主要負(fù)責(zé)計(jì)算機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)控制器的數(shù)據(jù)傳輸。其RS-232C電路如圖5所示。

圖5 RS-232C電路

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)采用C編寫。首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化，確定控制對(duì)象并采集測(cè)試信號(hào)，然后計(jì)算并顯示，將U、Q與額定值比較看是否位于9區(qū)，如位于則結(jié)束程序；否則計(jì)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(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了以單片機(jī)與計(jì)算機(jī)相結(jié)合的智能無功補(bǔ)償器的總體方案。該系統(tǒng)以AT89C52為核心，其硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功能強(qiáng)大，并采用了九域圖原理提高了系統(tǒng)的功率因數(shù)，使系統(tǒng)達(dá)到了最優(yōu)控制。

但由于設(shè)計(jì)者水平有限，設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，存在一系列問題，有待進(jìn)一步改善。

[1] 項(xiàng)莉萍.電力系統(tǒng)的無功優(yōu)化和無功補(bǔ)償[J].金華職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2003,3(3):10-12.

[2] 劉文華,劉炳,王志泳,等.基于IGBT三電平逆變器的DSTATCOM[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2002,10(2):70-73.

[3] 董鵬飛,李建華,李盛.智能無功補(bǔ)償器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)[J].自動(dòng)化儀表,2010,31(12):65-71.

[4] 王薈全,張麗麗,畢學(xué)利,等.基于九域圖原理的桓臺(tái)電網(wǎng)電壓無功投切方案設(shè)計(jì)[A].2007年中國(guó)城市供電學(xué)術(shù)年會(huì)[C],2007.

[5] 鄔芝權(quán),李騏.基于51系列單片機(jī)的LED顯示屏開發(fā)技術(shù)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2009.

[6] 張國(guó)忠,吳俊,劉毅,等.基于GSM／GPBS的配電變壓器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J].自動(dòng)化儀表,2009,30(1):42-44.