王明晨 于業(yè)熙 王暉

摘 要：本文涉及供電配電網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)監(jiān)測與控制技術(shù)領(lǐng)域領(lǐng)域，特別是涉及全自動(dòng)的無功補(bǔ)償、電能質(zhì)量參數(shù)的采集計(jì)算的在線監(jiān)測系統(tǒng)。由MSP430作為控制核心，實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償電容器，電抗器的自動(dòng)投切，來進(jìn)行全自動(dòng)的無功補(bǔ)償；并且可以實(shí)現(xiàn)容性、感性和阻性負(fù)載的人為設(shè)定，模擬可組成的常見負(fù)載，可用作線路測試，電源測試，風(fēng)力發(fā)電機(jī)，太陽能并網(wǎng)逆變器的帶載能力實(shí)驗(yàn)等，并且能夠通過帶載之后的電能質(zhì)量反應(yīng)供電器的狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：模糊控制；負(fù)載；無功補(bǔ)償；電能質(zhì)量

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.16.111

0 引言

智能負(fù)載柜作為電器，或配電網(wǎng)交流通斷試驗(yàn)及壽命試驗(yàn)用的負(fù)載阻抗裝置，它接于電網(wǎng)實(shí)際試驗(yàn)線路中，模擬控制用電裝置和線路的阻抗，供調(diào)節(jié)試驗(yàn)電流及功率因數(shù)用，是各種試驗(yàn)機(jī)和低壓電器帶電實(shí)驗(yàn)必用的配件。目前國內(nèi)各種模擬負(fù)載調(diào)節(jié)裝置多以手動(dòng)調(diào)節(jié)的方式實(shí)現(xiàn)，即需要手動(dòng)調(diào)節(jié)模擬負(fù)載中各阻抗性元器件的參數(shù)值，使模擬負(fù)載在系統(tǒng)給定的電壓及頻率條件下達(dá)到各項(xiàng)測試標(biāo)準(zhǔn)所要求的各項(xiàng)電參數(shù)指標(biāo)。該設(shè)備既可以讓工廠企業(yè)實(shí)現(xiàn)廉價(jià)的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償，而且它的負(fù)載可調(diào)型還可以應(yīng)用于很多研究所學(xué)校進(jìn)行研究工作，使用效果前景廣泛，價(jià)格低廉，控制簡單。

1 總體方案

本設(shè)計(jì)主要解決的技術(shù)問題是提供一種電能質(zhì)量采集監(jiān)測裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)全自動(dòng)的無功補(bǔ)償、電能質(zhì)量參數(shù)的采集計(jì)算的在線監(jiān)測系統(tǒng)為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的一個(gè)技術(shù)方案是：提供一種在線監(jiān)測控制裝置。第一步電壓互感器、電流互感器實(shí)現(xiàn)電參數(shù)的精確采集。第二步主控芯片對(duì)采集的參數(shù)與所設(shè)定參數(shù)進(jìn)行比較計(jì)算分析，如需調(diào)整發(fā)出控制指令，負(fù)載自動(dòng)調(diào)整，調(diào)整后參數(shù)再反饋給上位機(jī)。第三步可根據(jù)反饋數(shù)據(jù)人工判斷，如需調(diào)整還可以遠(yuǎn)程手動(dòng)調(diào)整。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

本監(jiān)測系統(tǒng)一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)，如圖1所示，包括1款msp430的主控單片機(jī)，其功耗很低且能完全滿足此設(shè)備的現(xiàn)需要，與其連接的有電能質(zhì)量采集板，使用的是C8051F控制器，由于電能質(zhì)量參數(shù)的計(jì)算量也十分巨大，為了不造成開關(guān)誤動(dòng)作，所以采用將電能質(zhì)量采集板與主控單片機(jī)相分開的方式。電能質(zhì)量采集板直接采集兩組電壓電流互感器的數(shù)據(jù)，通過快速AD轉(zhuǎn)換讀取整個(gè)電壓和電流波形的數(shù)據(jù)，并且在其中進(jìn)行算法處理，計(jì)算出三相電的各種電能參數(shù)。

2.2 人機(jī)交互的設(shè)計(jì)

此款設(shè)備配備了電能表，它配置了液晶顯示器（11），能夠更方便地就地讀取數(shù)據(jù)，而且顯示更加的直觀。這款智能負(fù)載也能就地人為控制，可以通過鍵盤（5）在箱子內(nèi)部進(jìn)行設(shè)定操作，也可以通過RS-485通信，將數(shù)據(jù)以有線的方式發(fā)送給旁邊的控制室。

2.3 具體實(shí)施方案

在一些特殊的時(shí)候，此設(shè)備的負(fù)載可能會(huì)有過流，欠壓，過溫的時(shí)候，這時(shí)候就需要一些繼電保護(hù)的方式將電路跳閘，通過電壓電流互感器和溫度傳感器檢測故障狀態(tài)，一旦發(fā)生故障就會(huì)跳閘，并且發(fā)出報(bào)警信號(hào)。但是為了保證此設(shè)備的供電可靠性，所以我們將兩側(cè)的斷路器更換成可以自動(dòng)回復(fù)的自動(dòng)重合閘（6），在故障切除之后能夠快速回復(fù)供電，降低因斷電造成的損失。

電源管理模塊能夠?qū)㈤_關(guān)電源輸出的12V直流電，穩(wěn)定地供給主控單片機(jī)等一些控制，采集，計(jì)量設(shè)備，當(dāng)系統(tǒng)過壓保護(hù)，欠壓保護(hù)，過流保護(hù)，過溫保護(hù)而斷電的時(shí)候它能夠及時(shí)啟用蓄電池中的電來供給控制采集設(shè)備的使用，如果設(shè)備在正常工作時(shí)候他還能給蓄電池進(jìn)行充電，用來作事故備用電源。

以下是通過開關(guān)器件控制接入電路的并聯(lián)電抗器并聯(lián)電容器并聯(lián)電阻器值來采用模糊控制的控制策略：比如說通過采集，計(jì)算出現(xiàn)在需要接入電路500uf的并聯(lián)電容器，其中有10uf，20uf，40uf，80uf，160uf，320uf，470uf的電容器，可以通過最優(yōu)策略組合成500uf，那就是接入10uf，20uf，470uf的交流電容。

當(dāng)然并聯(lián)電容器和并聯(lián)電抗器都是儲(chǔ)能元件，所以給他們需要特殊的接入方式。電容支路需要放電回路，所以我們使用了電容式專用接觸器組，能夠有效地抑制電容充電時(shí)候的過電流，和放電時(shí)候的過電流。同時(shí)并聯(lián)電抗器也是儲(chǔ)能元件，因此采用固態(tài)繼電器組，因?yàn)楣虘B(tài)繼電器不存在普通硬開關(guān)的間隙擊穿現(xiàn)象。但是這些開關(guān)器件不能直接和主控單片機(jī)的控制I/O口相接，所以需要相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)和隔離電路。固態(tài)繼電器組通過專用的moc3021雙向可控硅光電隔離。電容器組通過微型繼電器組進(jìn)行電氣隔離，信號(hào)也通過多路TLP521四路光電隔離來驅(qū)動(dòng)微型繼電器。同時(shí)功率繼電器組通過光電隔離來驅(qū)動(dòng)。這些開關(guān)的供電都通過12V，小功率隔離電源模塊來供電，成功做到了電源的電氣隔離和信號(hào)的電氣隔離。

此設(shè)備能夠進(jìn)行遠(yuǎn)程的無線通訊和有線通訊，無線通訊可以通過藍(lán)牙和WiFi進(jìn)行連接。藍(lán)牙（15）可以通過手持設(shè)備在設(shè)備附近進(jìn)行無線的控制，通訊和數(shù)據(jù)讀取，因?yàn)椴皇侨藛T在箱體內(nèi)進(jìn)行控制和操作，所以能有效防止人為誤觸造成的觸電事故。WIFI（16）就是能通過Wi-Fi方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)上傳和匯總，并且Wi-Fi能夠在舊的快速組網(wǎng)進(jìn)行就地多機(jī)通訊數(shù)據(jù)多機(jī)互聯(lián)。以前我們要對(duì)這些采上來的數(shù)據(jù)和控制的歷史記錄進(jìn)行上傳和讀取，所以通過有線的以太網(wǎng)（17）進(jìn)行實(shí)施，因?yàn)橐蕴W(wǎng)是有線的，可靠性也很高?？梢酝ㄟ^和當(dāng)?shù)鼗ヂ?lián)網(wǎng)相橋接將數(shù)據(jù)上傳到互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)的任何一個(gè)指定服務(wù)器上，再通過這些服務(wù)器進(jìn)行運(yùn)算和處理，數(shù)據(jù)的分析和總結(jié)，數(shù)據(jù)的可視化處理后，通過組態(tài)軟件，將其以網(wǎng)頁、軟件的形式，展示到人們的面前。

3 結(jié)束語

該系統(tǒng)由MSP430作為控制核心，實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償電容器，電抗器的自動(dòng)投切，來進(jìn)行全自動(dòng)的無功補(bǔ)償；并且可以實(shí)現(xiàn)容性、感性和阻性負(fù)載的人為設(shè)定模擬可組成的常見負(fù)載，可用作線路測試，電源測試，風(fēng)力發(fā)電機(jī)，太陽能并網(wǎng)逆變器的帶載能力實(shí)驗(yàn)等，并且能夠通過帶載之后的電能質(zhì)量反應(yīng)供電器的狀態(tài)。

參考文獻(xiàn)：

[1]李佩佩，宋瀟.基于51單片機(jī)的智能負(fù)載監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電腦與電信.

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[3]王兆安等.諧波抑制和無功功率補(bǔ)償 （第二版）[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

基金項(xiàng)目：本論文得到長春工程學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃資助項(xiàng)目（20171143732）的支持。