畢業(yè)設(shè)計(jì)低壓系統(tǒng)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置的研究

1、 華北電力大學(xué)成人教育畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)論文題目：低壓系統(tǒng)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置的研究 學(xué)生姓名： 郝建偉 學(xué)號(hào) 10201389 年級(jí)、專業(yè)、層次： 2010 電力 本科 函授站： 黑龍江省雞西 二一二年七月-i-華北電力大學(xué)成人教育畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）摘 要在電力系統(tǒng)中，由于無功不足而給系統(tǒng)帶來的危害不容忽視，目前低壓電網(wǎng)的無功補(bǔ)償大多采用并聯(lián)電容器方式。無功補(bǔ)償電容器的投切器件較多，其投切的平穩(wěn)度和使用壽命也相差很大，因此投切器件的選擇是非常重要的。本文在分析低壓無功補(bǔ)償裝置各種投切開關(guān)優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，采用集交流接觸器和固態(tài)繼電器(ssr)二者優(yōu)點(diǎn)于一身的機(jī)電一體化復(fù)合開關(guān)作為電容器的投切開關(guān)，研制

2、一種具有無功補(bǔ)償?shù)裙δ艿木C合自動(dòng)化裝置。此種復(fù)合開關(guān)采用交流接觸器和固態(tài)繼電器并接的方式，作為電容器投切的執(zhí)行元件，將電容器投切和運(yùn)行的不同特性，分為暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)兩個(gè)過程，在電容器投切瞬間的暫態(tài)過程中采用固態(tài)繼電器，在電容器投入后和切除前的穩(wěn)態(tài)過程中采用交流接觸器。它既具有固態(tài)繼電器過零投切、涌流小、無過電壓的優(yōu)點(diǎn)，又具有接觸器主觸點(diǎn)導(dǎo)通容量大、無功耗的優(yōu)點(diǎn)。采用此種開關(guān)投切電容器，克服了純晶閘管電子開關(guān)長(zhǎng)期承載電容器電流時(shí)，功耗大、發(fā)熱高的缺點(diǎn)。在控制方式上，通過分析，單一控制方式均存在著相應(yīng)的缺點(diǎn)和不足，因此本研究采用了無功電壓復(fù)合控制方式，即按無功功率控制，按電壓校正，在電壓正常波動(dòng)范圍內(nèi)

3、實(shí)現(xiàn)無功基本平衡。其原則是：在保證電壓不越限的前提下，也就是把電網(wǎng)電壓上限值和下限值作為控制電容器組投切的約束條件，使線路傳輸?shù)臒o功功率最小。其控制減少了網(wǎng)絡(luò)損耗，同時(shí)也兼顧了電壓的質(zhì)量?？刂葡到y(tǒng)采用價(jià)格比較便宜的at89c52單片機(jī)作為控制系統(tǒng)主體。裝置能夠?qū)崿F(xiàn)無功功率的快速、準(zhǔn)確補(bǔ)償功能且成本較低，在低壓城網(wǎng)和農(nóng)網(wǎng)中具有較好的實(shí)用性以及廣闊的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：無功補(bǔ)償；機(jī)電復(fù)合開關(guān)；單片機(jī)abstractin electric power system, the hazard brought by reactive power deficiency must be paid attenti

4、on to. now reactive power compensation in low-voltage network mostly employ parallel capacitors. there are many switching device of capacitors and the degree of stability and operating life of which are different, so the selection of switching device is very important. on the basis of analyzing meri

5、ts and faults of various switches of low-voltage reactive compensation device, electromechanical combination switch which had the merits of ac contactor and the solid state relay (ssr) was employed, and an integrated automation device was studied, which had reactive power compensation and other func

6、tions. the actuator of capacitors is combination switch which is constituted of ac contactor and ssr, the different characters of capacitor switching and running are divided into two courses：transient state and steady state. in the course of transient state, switching ssr is employed and in the cour

7、se of steady state, after putting into capacitors or before withdrawing capacitors ac contactor is employed. so the switch has the merits of ssr, such as zero switching, little inrush current and no over-voltage. it also had the merits of contactor, such as high conducting capacity of main contacts

8、and no power consumption. using the switch could overcome the faults of thyristor electronic switch, which when long-time bearing capacitor current, such as high power consumption and high fever.through analyzing various control modes，single control mode all existed corresponding faults, so the rese

9、arch adopted voltage and reactive power compound control mode, whose controlling according to reactive power and correcting by voltage. in the normal fluctuation range of voltage it could realize reactive power balance basically. the principle is that reactive power transmission from line is minimal

10、 under the precondition and the voltage should not be over the bound, it is also said that upper limit value and lower limit value of network voltage are regarded as constraint condition that controlling the switching of capacitors. this control mode could reduce the loss of the network and paid att

11、ention to the quality of voltage at the same time.at89c52 is a sort of cheap single chip microcomputer and was applied to control system as the main part of reactive power compensation device. this device could rapidly and accurately compensate reactive power and the cost of it is not very high, so

12、it has a good practicability and wide application foreground in low-voltage city network and country network.key words：reactive power compensation；electromechanical combination switch；single chip microcomputer目錄摘 要iabstractii目錄iii1 引言11.1 研究的目的和意義11.1.1動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償?shù)哪康?1.1.2低壓動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償?shù)囊饬x11.2 國(guó)內(nèi)外研究的動(dòng)態(tài)和趨勢(shì)21.2.

13、1國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及特點(diǎn)分析21.2.2無功補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)22 無功補(bǔ)償理論的研究42.1 無功補(bǔ)償原理及意義42.1.1無功補(bǔ)償?shù)脑?2.1.2無功補(bǔ)償?shù)囊饬x52.2 無功補(bǔ)償方式的介紹52.2.1集中補(bǔ)償62.2.2分組補(bǔ)償62.2.3就地補(bǔ)償72.3 無功補(bǔ)償電容器部分72.3.1電容器的接線方式72.3.2電容器的分組方式93無功補(bǔ)償投切判據(jù)分析103.1功率因數(shù)的投切判據(jù)103.2無功功率投切判據(jù)103.3復(fù)合投切判據(jù)104 投切開關(guān)的選用114.1普通交流接觸器114.2晶閘管電子開關(guān)114.3固態(tài)繼電器115 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)135.1系統(tǒng)硬件總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)135.2系統(tǒng)硬件

14、的各部分組成及功能145.2.1電源電路145.2.2電壓和電流測(cè)量及轉(zhuǎn)換電路155.2.3功率因數(shù)角測(cè)量電路155.2.4復(fù)位電路195.2.5顯示電路205.2.6驅(qū)動(dòng)電路205.3 硬件的抗干擾設(shè)計(jì)215.3.1 a/d轉(zhuǎn)換電路的抗干擾215.3.2“看門狗”（wdt）216 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)226.1主程序結(jié)構(gòu)226.2 控制算法程序226.3 電容器組的投切控制237 結(jié)論26參考文獻(xiàn)28致謝29 - 29 -1 前言1.1 研究的目的和意義1.1.1動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償?shù)哪康脑诰哂须姼泻碗娙莸慕涣麟娐分校姼械拇艌?chǎng)或電容的電場(chǎng)在一個(gè)周期的一部分時(shí)間內(nèi)從電源吸收能量，另一部分時(shí)間內(nèi)將能量返

15、回電源，在整個(gè)周期內(nèi)平均功率為零，也就是沒有能量消耗，但能量是在電源和電感或電容之間來回交換的，能量交換率的最大值叫做無功功率。無功功率在電氣技術(shù)領(lǐng)域是個(gè)必不可少的重要物理量。變化的電場(chǎng)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生變化的電場(chǎng)，這正是無功功率交換的規(guī)律。無功功率表示有能量交換，但不消耗功率，用以在電氣設(shè)備中建立和維持磁場(chǎng)，完成電磁能量的相互轉(zhuǎn)換，為系統(tǒng)提供電壓支撐，是保證電力系統(tǒng)電能質(zhì)量、降低網(wǎng)絡(luò)損耗以及保證其安全運(yùn)行所不可缺少的部分。如出現(xiàn)電網(wǎng)無功功率不平衡將導(dǎo)致系統(tǒng)電壓的巨大波動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)電壓崩潰和穩(wěn)定破壞事故。1在電網(wǎng)中，不僅大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)元件需要消耗無功功率，而且大多數(shù)用戶負(fù)荷也

16、要消耗無功功率。如變壓器、大量感應(yīng)式電動(dòng)機(jī)、冰箱、空調(diào)、電風(fēng)扇等設(shè)備，不僅吸收有功，同時(shí)需吸收無功，以產(chǎn)生維持正常工作時(shí)所必須的交變磁場(chǎng)。近年來，隨著電力系統(tǒng)和現(xiàn)代工業(yè)交通技術(shù)的發(fā)展，大量諸如煉鋼電弧爐、電氣化軌道、可逆式大型軋鋼機(jī)等動(dòng)態(tài)變化的非線性負(fù)荷在電力系統(tǒng)中得到應(yīng)用，這類負(fù)荷的特點(diǎn)是有功功率與無功功功率隨時(shí)間作快速變化，導(dǎo)致供電電壓的波動(dòng)和閃變、波形畸變、功率因數(shù)惡化及不平衡負(fù)荷引起三相供電電壓的動(dòng)態(tài)不平衡，以并聯(lián)電容器為代表的傳統(tǒng)靜態(tài)無功功率補(bǔ)償裝置已不能勝任，需要發(fā)展能對(duì)無功功率進(jìn)行快速跟蹤補(bǔ)償?shù)膭?dòng)態(tài)無功功率補(bǔ)償裝置。161.1.2低壓動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償?shù)囊饬x低壓無功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置是一種技

17、術(shù)先進(jìn)、性能優(yōu)良、運(yùn)行可靠的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置，它具有高效節(jié)能、優(yōu)化電能質(zhì)量、無功補(bǔ)償迅速、可分相補(bǔ)償、顯著提高電網(wǎng)功率因數(shù)等特點(diǎn)。對(duì)提高功率因數(shù)、改善電壓調(diào)整、減少電壓波動(dòng)、減少線路損耗、降低配電線路的成本有著重要的意義。2另外，對(duì)供電部門而言，可以提高發(fā)配電設(shè)備的供電能力使得設(shè)備得以充分利用；減少輸、變、配電設(shè)備的電流，降低電能在輸送過程中的損失；降低電力系統(tǒng)的電壓損失，減小電壓波動(dòng)改善電能質(zhì)量。而對(duì)于用戶而言，可增加供用電設(shè)備（如變壓器）的出力，挖掘現(xiàn)有設(shè)備的潛力，節(jié)省供配電設(shè)備的投資；抑制電壓閃變，提高電壓質(zhì)量，防止電壓波動(dòng)而影響產(chǎn)品加工質(zhì)量；減小電費(fèi)，防止因功率因數(shù)過低招致供電部門罰款

18、，降低生產(chǎn)成本。因此，在低壓電網(wǎng)中推廣使用本裝置對(duì)供電部門和廣大用戶來講都具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益，必將有助于電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性與可靠性的提高，為城鄉(xiāng)電網(wǎng)傳統(tǒng)的改造做出貢獻(xiàn)。1.2 國(guó)內(nèi)外研究的動(dòng)態(tài)和趨勢(shì)1.2.1國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及特點(diǎn)分析目前，國(guó)內(nèi)電網(wǎng)采用的電容補(bǔ)償技術(shù)主要是集中補(bǔ)償與就地補(bǔ)償技術(shù)。就地補(bǔ)償技術(shù)主要適用于負(fù)荷穩(wěn)定，不可逆且容量較大的異步電動(dòng)機(jī)補(bǔ)償(如風(fēng)機(jī)、水泵等)，其它各種場(chǎng)合仍主要采用集中補(bǔ)償技術(shù)。同步發(fā)電機(jī)、同步調(diào)相機(jī)、靜止無功補(bǔ)償裝置和無功發(fā)生器是幾種常用的補(bǔ)償裝置。同步發(fā)電機(jī)是唯一的有功電源，同時(shí)又是最基本的無功電源裝置。它容量大，調(diào)節(jié)也最方便。但是，發(fā)電機(jī)應(yīng)嚴(yán)格地按照有功功率無

19、功功率（p-q）極限曲線運(yùn)行，不得越出曲線范圍。同步調(diào)相機(jī)是一種特制的同步電動(dòng)機(jī)，專門用于補(bǔ)償無功功率。過勵(lì)磁時(shí)，向系統(tǒng)提供感性無功功率，起無功電源作用；欠勵(lì)磁時(shí)，從系統(tǒng)吸收感性無功功率，起無功負(fù)荷作用。同步調(diào)相機(jī)雖然能進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，但它屬于旋轉(zhuǎn)設(shè)備，運(yùn)行中的損耗和噪聲都比較大，運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜，而且響應(yīng)速度慢，在很多情況下已無法適應(yīng)快速無功功率控制的要求，近年來已逐漸退出電網(wǎng)，通常只在需要大容量的無功功率補(bǔ)償時(shí)才裝設(shè)同步調(diào)相機(jī)。3靜止補(bǔ)償器(static var compensatorsvc)是指其輸出隨電力系統(tǒng)特定的控制參數(shù)而變化的并聯(lián)連接的靜止無功功率發(fā)生裝置或無功功率吸收裝置。它的補(bǔ)充過程

20、是動(dòng)態(tài)的，可頻繁的調(diào)節(jié)和投切，動(dòng)作速度是毫秒級(jí)的，遠(yuǎn)比機(jī)械設(shè)備的動(dòng)作速度要快，主要針對(duì)緩慢變化無功功率分量的補(bǔ)償，但需大量的儲(chǔ)能元件（如大電感、大電容），目前已廣泛用于輸電系統(tǒng)、工業(yè)網(wǎng)系統(tǒng)?，F(xiàn)今的svc的類型有晶閘管投切電容器（thyristor switched capacitortsc）、晶閘管控制電抗器（thyristor controlled reactortcr）、晶閘管控制高阻抗變壓器型（thristor control transformertct）和飽和電抗器（saturation reactorsr），基本類型是tcr和tsc。10靜止無功發(fā)生器(static var gen

21、eratorsvg)又稱靜止同步補(bǔ)償器(statcom)，是指由自換相的電力半導(dǎo)體橋式變流器來進(jìn)行發(fā)生和吸收無功功率的無功功率動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置。svg將換相橋式電路通過電抗器并聯(lián)在電網(wǎng)上，適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的相位和幅值，或者直接控制其交流側(cè)電流，就可以使該電路吸收或發(fā)出滿足要求的無功功率，實(shí)現(xiàn)集動(dòng)態(tài)補(bǔ)償感性無功功率和容性無功功率于一身，且能夠動(dòng)態(tài)補(bǔ)償大范圍快速變化的瞬時(shí)無功功率。因此，其輸出功能非常優(yōu)越，可以實(shí)現(xiàn)三大功能：在穩(wěn)定狀態(tài)下，維持系統(tǒng)電壓不變，或按要求調(diào)壓；在穩(wěn)定狀態(tài)下，維持系統(tǒng)某處的無功功率最小或按經(jīng)濟(jì)等要求調(diào)節(jié)無功功率量；在動(dòng)態(tài)或暫態(tài)下，按系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求，調(diào)節(jié)無功功率

22、量以提高穩(wěn)定極限或抑制某個(gè)方式的振蕩。4 1.2.2無功補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，在上世紀(jì)90年代中期，應(yīng)用晶閘管取代交流接觸器控制電容器的投切，這大大提高了對(duì)無功需求變化的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，使電容無功補(bǔ)償裝置對(duì)變化大且變化速度快的負(fù)荷得以較好的應(yīng)用。14近幾年來，結(jié)合有觸點(diǎn)裝置和無觸點(diǎn)裝置各自的優(yōu)勢(shì)，混合型控制投切電容器的無功補(bǔ)償裝置被逐漸采用，但也只能進(jìn)行分級(jí)斷續(xù)補(bǔ)償。svg徹底擺脫了依靠電容器提供無功功率的傳統(tǒng)模式，其主電路直流側(cè)僅靠較小容量的電容器維持電壓，其調(diào)節(jié)速度更快，運(yùn)行范圍寬，而且采用多重化，多電子或脈寬調(diào)制pwm等措施?？纱蟠鬁p少補(bǔ)償電流中的諧波分量。更重要的是svg技

23、術(shù)的電抗器的電容元件遠(yuǎn)比電容器投切無功補(bǔ)償裝置中同類元件少，這將大大縮小裝置的體積和成本，是動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置的發(fā)展方向。正由于以上優(yōu)點(diǎn)，因而svg作為一種新型的無功功率補(bǔ)償調(diào)節(jié)裝置，已經(jīng)成為現(xiàn)代無功功率補(bǔ)償裝置的發(fā)展方向，成為國(guó)內(nèi)外電力系統(tǒng)行業(yè)的重點(diǎn)研究方向之一。5由于svg控制方法和控制系統(tǒng)遠(yuǎn)比晶閘管投切電容無功補(bǔ)償系統(tǒng)復(fù)雜，svg要使用較多的大容量全控型元件，其價(jià)格遠(yuǎn)比普通晶閘管昂貴，因此該技術(shù)尚未步入應(yīng)用推廣階段，其技術(shù)優(yōu)勢(shì)還有待于電子元器件性能的提高和制造成本的下降才得以發(fā)展。62 無功補(bǔ)償理論的研究2.1 無功補(bǔ)償原理及意義2.1.1 無功補(bǔ)償?shù)脑碓诮涣麟娐分校呻娫垂┙o負(fù)載的功率

24、有兩種，一種是有功功率，一種是無功功率。有功功率是保持用電設(shè)備正常運(yùn)行所需的電功率，也就是將電能轉(zhuǎn)換為其他形式能量（機(jī)械能、光能、熱能）的電功率。而無功功率的定義是：在具有電感和電容的交流電路中，電感的磁場(chǎng)或電容的電場(chǎng)在一個(gè)周期的一部分時(shí)間內(nèi)從電源吸收能量，另一部分時(shí)間內(nèi)將能量返回電源，在整個(gè)周期內(nèi)平均功率為零，也就是沒有能量消耗，但能量是在電源和電感或電容之間來回交換的，能量交換率的最大值叫做無功功率。16在正常情況下，用電設(shè)備不但要從電源取得有功功率，同時(shí)還需要從電源取得無功功率。如果電網(wǎng)中的無功功率供不應(yīng)求，用電設(shè)備就沒有足夠的無功功率來建立正常的電磁場(chǎng)，這些用電設(shè)備就不能維持在額定情況

25、下工作，用電設(shè)備的端電壓就要下降，從而影響用電設(shè)備的正常運(yùn)行。一般情況下電網(wǎng)供給的感性無功功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了負(fù)荷的需要，所以在電網(wǎng)中要設(shè)置一些容性負(fù)載產(chǎn)生容性無功來補(bǔ)充感性無功，以保證用戶對(duì)無功功率的需要，這樣用電設(shè)備才能在額定電壓下工作。無功補(bǔ)償?shù)幕驹硎牵喊丫哂腥菪载?fù)荷的裝置與感性負(fù)荷并聯(lián)接在同一電路中，當(dāng)容性負(fù)荷釋放能量時(shí)，感性負(fù)荷吸收能量；而感性負(fù)荷釋放能量時(shí)，容性負(fù)荷卻在吸收能量，能量在兩種負(fù)荷之間相互交換。這樣，感性負(fù)荷所需要的無功功率可由容性負(fù)荷輸出的無功功率補(bǔ)償，從而保證用電設(shè)備的正常運(yùn)行。7無功功率補(bǔ)償?shù)脑砜捎脠D2-1來解釋。設(shè)感性負(fù)荷從電源吸收的無功功率為，安裝無功功率補(bǔ)

26、償裝置后，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。) 圖2-1 無功功率補(bǔ)償原理圖 2.1.2 無功補(bǔ)償?shù)囊饬x2.1.2.1 提高功率因數(shù)降低能量損耗電源輸出的視在功率,若進(jìn)行恰當(dāng)?shù)臒o功補(bǔ)償，則電源輸出的無功功率減??；當(dāng)有功功率一定時(shí)，電源輸出的視在功率相應(yīng)減小。所以功率因數(shù)會(huì)增大。電能損耗為（為元件電壓，為元件總電阻），當(dāng)電源輸出的有功功率和電壓不變時(shí)，電能損耗與功率因數(shù)的平方成反比，即功率因數(shù)提高，元件電能損耗減少。由以上分析可知：在受電端安裝合適的無功補(bǔ)償裝置，可提高功率因數(shù)，減少網(wǎng)絡(luò)的有功損耗，降低電能損耗。2.1.2.2 改善用戶電壓質(zhì)量在線路中

27、，電壓損失，從公式可看出：電壓損失與無功功率成正比，在線路傳輸?shù)挠泄β室欢ǖ臈l件下，通過無功補(bǔ)償，減少線路傳送的無功功率，可減少電壓損失，由此改善了用戶的電壓質(zhì)量。2.1.2.3 提高電網(wǎng)運(yùn)行的安全性隨著負(fù)荷的不斷增加，系統(tǒng)所需無功功率也會(huì)不斷增加，甚至可能造成局部地區(qū)無功嚴(yán)重不足。由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，當(dāng)系統(tǒng)受到干擾時(shí)，就可能在電壓穩(wěn)定性薄弱的環(huán)節(jié)導(dǎo)致電壓崩潰。電力系統(tǒng)無功潮流的分布是否合理，直接影響電網(wǎng)自身運(yùn)行的安全性，解決好配電網(wǎng)絡(luò)無功補(bǔ)償?shù)膯栴}，可提高電網(wǎng)運(yùn)行的安全性。82.2 無功補(bǔ)償方式的介紹電容器的補(bǔ)償容量與采用的補(bǔ)償方式、未補(bǔ)償時(shí)的負(fù)載情況、電容器接法有關(guān)。補(bǔ)償方式不同，補(bǔ)償

28、容量的計(jì)算公式也不相同。按電容器安裝的位置不同，低壓電網(wǎng)利用并聯(lián)電容器進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)姆绞接腥N：集中補(bǔ)償、分散補(bǔ)償（分組補(bǔ)償）和就地補(bǔ)償（單機(jī)補(bǔ)償）。低壓無功補(bǔ)償?shù)娜N方式如圖2-2所示。圖2-2 低壓無功補(bǔ)償裝設(shè)方式2.2.1 集中補(bǔ)償這種補(bǔ)償方式是將電容器裝設(shè)在用戶專用變電所或配電室的低壓母線上，如圖2-2的所示。低壓集中補(bǔ)償方式適用于線路末端負(fù)荷波動(dòng)幅度不大、基荷所占比重較大、負(fù)荷容量較大、地點(diǎn)集中的場(chǎng)合。17集中補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)是：1）可以就地補(bǔ)償變壓器的無功功率損耗，由于減少了變壓器的無功電流，相應(yīng)地減少了變壓器的容量，也就是說，可以增加變壓器所帶的有功負(fù)荷；2）可以補(bǔ)償變電所以上輸電線路

29、的功率損耗；3）可以就近供應(yīng)380v配電線路的前段部分及所帶用電設(shè)備的無功功率損耗；4）便于集中控制。其缺點(diǎn)是：它只能減少裝設(shè)點(diǎn)以上線路和變壓器因輸送無功功率所造成的網(wǎng)絡(luò)損耗，而不能減少用戶內(nèi)部通過配電線路向用電設(shè)備輸送無功功率所造成的損耗。電容器接法不同，每相所需容量不同。設(shè)電網(wǎng)線電壓額定值為，當(dāng)電容器為星形連接時(shí)：當(dāng)電容器為三角形連接時(shí)：2.2.2 分組補(bǔ)償這種補(bǔ)償方式是將電容器組按低壓配電網(wǎng)的無功負(fù)荷分布分組裝設(shè)在相應(yīng)的母線上，或者直接與低壓干線相聯(lián)接,形成低壓電網(wǎng)內(nèi)部的多組分散補(bǔ)償方式,如圖2-2中所示。分組補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)：1)有利于對(duì)配電變壓器所帶的無功進(jìn)行分區(qū)控制,實(shí)現(xiàn)無功負(fù)荷就地平衡

30、,減少無功功率在變配電所以下配電線路中的流動(dòng),使線損顯著降低；2）分組電容器的投切隨總的負(fù)荷水平而變化，其利用率較單臺(tái)補(bǔ)償高，分組補(bǔ)償雖然不如集中補(bǔ)償管理方便,但比單臺(tái)電動(dòng)機(jī)補(bǔ)償易于控制。缺點(diǎn)是：如果裝設(shè)的電容器無法分組，則補(bǔ)償容量無法調(diào)整,運(yùn)行中可能出現(xiàn)過補(bǔ)償或欠補(bǔ)償；分組補(bǔ)償方式的一次性投資大于集中補(bǔ)償方式,操作控制上也比集中補(bǔ)償方式麻煩很多,且分組補(bǔ)償時(shí)用戶變壓器消耗的無功功率必須由車間電容器組向上倒送或由電網(wǎng)輸送。通常分組補(bǔ)償容量計(jì)算與集中補(bǔ)償一樣。2.2.3 就地補(bǔ)償這種方法是就地補(bǔ)償用電設(shè)備(主要是電動(dòng)機(jī))所消耗的無功功率,將電容器組直接裝設(shè)在用電設(shè)備旁邊,如圖2-2中所示。電容器

31、組隨電動(dòng)機(jī)同時(shí)投入或退出運(yùn)行,使電動(dòng)機(jī)消耗的無功功率部分得到就地補(bǔ)償,從而使裝設(shè)點(diǎn)以上輸配電線路輸送的無功功率減少,能獲得明顯的降損效益。就地補(bǔ)償?shù)奶攸c(diǎn)是：當(dāng)大中型異步電動(dòng)機(jī)比重較大、利用小時(shí)又較多時(shí),這種補(bǔ)償方式的降損節(jié)電效果非常顯著。但是這種方式只能作為輔助補(bǔ)償方式來應(yīng)用,而且因是逐臺(tái)補(bǔ)償,會(huì)使補(bǔ)償容量增大,從而使補(bǔ)償裝置的總投資增大。112.3 無功補(bǔ)償電容器部分2.3.1電容器的接線方式電容器接線方式的不同，決定了補(bǔ)償方式的不同。目前電容器組的接線方式有3種，分別是三角形接法（接法）、星形接法（y接法）、三角形和星形相結(jié)合接法（y接法）。相應(yīng)的補(bǔ)償方式為三相共補(bǔ)、三相分補(bǔ)、三相共補(bǔ)與三

32、相分補(bǔ)相結(jié)合。三角形接法的優(yōu)點(diǎn)是投資少、控制方便，缺點(diǎn)是補(bǔ)償精度差，在三相負(fù)載不平衡時(shí)，容易出現(xiàn)有的相過補(bǔ)或者有的相補(bǔ)償不充分，所以三角形接法主要用于三相對(duì)稱性負(fù)荷；星形接法是根據(jù)每相的無功功率進(jìn)行補(bǔ)償，因此不會(huì)造成無功過補(bǔ)，但裝置造價(jià)要比三角形接線高得多，控制也相對(duì)復(fù)雜；三角形和星形相結(jié)合的接法綜合了以上兩種接法，在補(bǔ)償方式上既有共補(bǔ)又有分補(bǔ)。18（1）傳統(tǒng)的低壓補(bǔ)償都是采用三相共補(bǔ)的方式，根據(jù)控制器統(tǒng)一取樣，各相投入相同的補(bǔ)償容量，這種補(bǔ)償方式的接線如圖2-3所示。適用于三相負(fù)載基本平衡、各相負(fù)載的cos相近的網(wǎng)絡(luò)。（2）三相分補(bǔ)方式就是各相分別取樣、各相分別投入不同的補(bǔ)償容量，其接線方式

33、如圖2-4所示，適用于各相負(fù)載相差較大、cos值也有較大差別的場(chǎng)合。（3）y共補(bǔ)與分補(bǔ)相結(jié)合的接線，從經(jīng)濟(jì)的角度出發(fā)，也可以采用電容器y接線，三相共補(bǔ)與三相分補(bǔ)相結(jié)合的接線方案如圖2-5所示。三相共補(bǔ)部分的電容器為接線，三相分補(bǔ)部分的電容器為y接線。 圖2-3并聯(lián)電容器三相共補(bǔ)的接線圖2-3并聯(lián)電容器三相共補(bǔ)的接線 圖2-4并聯(lián)電容器三相分補(bǔ)的接線 圖2-5并聯(lián)電容器三相共補(bǔ)與分補(bǔ)相結(jié)合的接線2.3.2電容器的分組方式目前，電力網(wǎng)中的負(fù)荷大部分是感性負(fù)載，因此，在電網(wǎng)中安裝并聯(lián)電容器可以供給感性電抗消耗的部分無功功率。并聯(lián)電容器補(bǔ)償簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)，靈活方便。但電容器不分組方式只能補(bǔ)償固定無功，容易造

34、成過補(bǔ)或欠補(bǔ)，無法滿足電力系統(tǒng)的實(shí)際需要。而當(dāng)今電力系統(tǒng)的用戶中存在著大量無功功率頻繁變化的設(shè)備，如軋鋼機(jī)、電弧爐、電氣化鐵道等，這就要求補(bǔ)償裝置能夠根據(jù)負(fù)荷的變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。因此，采用對(duì)電容器分組，利用微機(jī)進(jìn)行控制，根據(jù)負(fù)荷無功功率的變化，對(duì)電容器組進(jìn)行自動(dòng)投切，以實(shí)現(xiàn)對(duì)無功功率的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。21電容器的分組方式有等容分組方式和不等容分組方式。所謂等容分組方式，是指各組電容器的容量相等，其優(yōu)點(diǎn)是易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，缺點(diǎn)是補(bǔ)償級(jí)差大，要想獲得較小的補(bǔ)償級(jí)差，必須增加分組組數(shù)，相應(yīng)的控制設(shè)備及所占空間也需要增加；所謂不等容分組方式，就是指各分組電容器的容量不相等，其優(yōu)點(diǎn)是利用較少的分組就可獲得較小

35、的補(bǔ)償級(jí)差，缺點(diǎn)是控制比較復(fù)雜。本課題中的電容器分組方式采用了按照8:4:2:1分組原則不等容的分為4組，通過4組電容器可實(shí)現(xiàn)15級(jí)組合的控制, 根據(jù)負(fù)載的變化快速自動(dòng)投入必要的補(bǔ)償量以提高靜態(tài)補(bǔ)償精度，同時(shí)也節(jié)省了電容器投切開關(guān)的數(shù)量，即降低了成本。3無功補(bǔ)償投切判據(jù)分析3.1功率因數(shù)的投切判據(jù)以功率因數(shù)作為投切判據(jù)是電網(wǎng)無功控制的傳統(tǒng)方法之一，然而功率因數(shù)并不能準(zhǔn)確反映電網(wǎng)中負(fù)荷的無功分量大小，往往造成電網(wǎng)重載時(shí)補(bǔ)償不充分，輕載時(shí)容易產(chǎn)生投切振蕩。3.2無功功率投切判據(jù)以無功功率作為投切判據(jù)的控制方式檢測(cè)電網(wǎng)中的、和而以功率因數(shù)作為投切判據(jù)的控制方式只檢測(cè)。顯然，以無功功率作為投切判據(jù)的控

36、制方式更加真實(shí)全面的采樣了電網(wǎng)的無功功率，可以做到檢測(cè)量和控制目標(biāo)一致，實(shí)現(xiàn)無功平衡和電容器組的一次投切到位，避免了反復(fù)試投切對(duì)電網(wǎng)和電容器的影響。3.3復(fù)合投切判據(jù)以無功功率作為投切判據(jù)，雖然可以克服功率因數(shù)作為投切判據(jù)時(shí)的缺點(diǎn)，但都為單一判據(jù)，僅以減少網(wǎng)絡(luò)損耗為目的。為了控制更為精確合理，可采用電壓無功復(fù)合投切判據(jù)，對(duì)電壓、無功進(jìn)行綜合調(diào)節(jié)。這種控制方式不僅減少了網(wǎng)絡(luò)損耗，而且還兼顧到電壓質(zhì)量。134 投切開關(guān)的選用無功補(bǔ)償電容器的投切器件較多，其投切的平穩(wěn)度和使用壽命也相差很大，目前主要采用普通交流器、晶閘管電子開關(guān)和復(fù)合開關(guān)等幾種不同形式，下面分別加以說明。4.1普通交流接觸器早期無功

37、補(bǔ)償電容器的投切開關(guān)采用交流接觸器，開關(guān)工作頻率低，由于它不能快速跟蹤無功負(fù)荷的快速變化，常造成過補(bǔ)或欠補(bǔ)；接觸器三相觸頭只能一起進(jìn)行通斷控制，不能分別選擇各相的投入相角，因而每次投切電容器組時(shí)都會(huì)產(chǎn)生巨大的沖擊電流，以及觸頭處產(chǎn)生的電弧，對(duì)電網(wǎng)造成干擾，而且容易燒損接觸器觸頭，使其在使用壽命及可靠性受到很大的影響，目前已經(jīng)多被晶閘管電力電子開關(guān)所取代。4.2晶閘管電子開關(guān)要提高無功補(bǔ)償裝置的使用壽命和投切穩(wěn)定性，必須徹底解決電容器投切時(shí)產(chǎn)生的涌流、過壓和分?jǐn)嚯娀∵^大等問題。利用晶閘管實(shí)現(xiàn)電壓過零投入、電流過零切除、開關(guān)無觸點(diǎn)、反應(yīng)速度快等特性，可實(shí)現(xiàn)電容器的投入無涌流、切除無過壓、投切無電弧

38、的快速動(dòng)態(tài)補(bǔ)償功能，因而較好地解決了電容器投切時(shí)產(chǎn)生的暫態(tài)沖擊現(xiàn)象。4.3固態(tài)繼電器固態(tài)繼電器（ssr）將晶閘管及其觸發(fā)電路和邏輯控制電路封裝成一體，同時(shí)具備零電壓開通、零電流關(guān)斷的特性，因而將其用于低壓電容器的投切，可大大減小裝置體積，提高裝置的可靠性。但是，同晶閘管開關(guān)一樣，由于其導(dǎo)通后存在的管壓降較大，因此運(yùn)行時(shí)的損耗和發(fā)熱問題不容忽視；并且其本身也是諧波源，大量的應(yīng)用對(duì)低壓電網(wǎng)波形不利，致使無功補(bǔ)償裝置不能穩(wěn)定的工作。這就限制了它在電容投切領(lǐng)域的進(jìn)一步推廣。因此在我國(guó)此類裝置并沒有在實(shí)際中得到廣泛應(yīng)用。所以對(duì)于ssr具有的獨(dú)特性能，必須正確的理解和謹(jǐn)慎使用，方能發(fā)揮其獨(dú)特的作用，并確保

39、ssr無故障的工作。目前，采用晶閘管投切電容器（tsc）的無功補(bǔ)償裝置已得到了較多的應(yīng)用。但晶閘管元件最明顯的缺點(diǎn)是在導(dǎo)通狀態(tài)下有較大的管壓降，這不僅存在一定的功率損耗，還產(chǎn)生了很高的溫升，需要使用軸流風(fēng)扇和體積較大的專用散熱器，來解決其通風(fēng)散熱問題，同時(shí)還需使用溫控開關(guān)來控制軸流風(fēng)扇的適時(shí)啟動(dòng)。由于軸流風(fēng)扇是具有機(jī)械旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的易損器件，存在著一定的不可靠性，風(fēng)扇一旦停止運(yùn)轉(zhuǎn)，就會(huì)影響裝置的正常運(yùn)行，因此降低了tsc無功補(bǔ)償裝置的可靠性。19由此可見，采用晶閘管作為電容器的投切裝置，雖然解決了電容器投切過程中的涌流、過壓、分?jǐn)嚯娀〉葐栴}，但其自身也存在著明顯不足，如散熱器體積大、冷卻風(fēng)扇易損壞

40、、需外加溫控開關(guān)和觸發(fā)電路等輔助器件、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等。由于0.4kv級(jí)的低壓無功補(bǔ)償裝置安裝地點(diǎn)分散、數(shù)量多、運(yùn)行和維護(hù)的工作量大，因此，在無功補(bǔ)償裝置的選用中，晶閘管電容投切裝置所暴露的缺陷已不容忽視。選用可靠性更高、使用壽命更長(zhǎng)的免維護(hù)型電容器投切裝置，是達(dá)到良好補(bǔ)償效果、降低運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用、實(shí)現(xiàn)高效、節(jié)能、安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要問題。通過以上分析，單獨(dú)使用交流接觸器或是電力電子開關(guān)都有其相應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)和不容忽視的缺點(diǎn)。為了使低壓無功補(bǔ)償裝置的性能更加完善，研究采用集交流接觸器和固態(tài)繼電器二者優(yōu)點(diǎn)于一身的機(jī)電一體化復(fù)合開關(guān)作為電容器的投切開關(guān)。其設(shè)計(jì)思想是：將電容器投切和運(yùn)行的不同特性，分為暫態(tài)和穩(wěn)

41、態(tài)兩個(gè)過程，分別采用不同特性的器件進(jìn)行控制，即：利用固態(tài)繼電器的易控和無觸點(diǎn)特性，使固態(tài)繼電器工作在電容器投切瞬間的暫態(tài)過程中，起到抑制涌流、過壓和拉弧現(xiàn)象等的作用，并能實(shí)現(xiàn)快速投切。利用交流接觸器在可靠閉合時(shí)，其主觸點(diǎn)接觸電阻小、導(dǎo)通容量大、壓降小、功耗小、工作安全可靠等特性，使其工作在電容器投入后和切除前的穩(wěn)態(tài)過程中，起到電容器向電網(wǎng)提供無功能量的主通道作用。 5 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)5.1系統(tǒng)硬件總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由于控制系統(tǒng)以無功功率作為主要的檢測(cè)及控制目標(biāo)，而無功功率的計(jì)算方式為,據(jù)此，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)了電壓、電流以及功率因數(shù)的測(cè)量電路，無功功率可由測(cè)得的電壓值、電流值以及功率因數(shù)值由計(jì)算得到。

42、控制系統(tǒng)依據(jù)計(jì)算得到的無功缺額控制相應(yīng)電容器組的投切，投切指令有單片機(jī)i/o口輸出給復(fù)合開關(guān)。無功補(bǔ)償裝置控制系統(tǒng)的硬件原理結(jié)構(gòu)框圖如圖5-1、圖5-2所示。 5.2系統(tǒng)硬件的各部分組成及功能5.2.1 電源電路本裝置的直流穩(wěn)壓電源采用通常的橋式全波整流、電容濾波、三端固定輸出的集成穩(wěn)壓器件7805和7812進(jìn)行設(shè)計(jì)。并且所有的集成穩(wěn)壓芯片均裝有充分裕量的散熱片。9為了防止產(chǎn)生對(duì)單片機(jī)的干擾，需對(duì)模擬電路和數(shù)字電路進(jìn)行獨(dú)立供電，因此電源電路設(shè)計(jì)輸出兩路+5v穩(wěn)壓電源，同時(shí)主電路的開關(guān)元件為交流接觸器和固態(tài)繼電器并聯(lián)構(gòu)成的復(fù)合開關(guān)，固態(tài)繼電器直流側(cè)的供電電源可選為+5v。由于固態(tài)繼電器內(nèi)部帶有光

43、耦，其直流側(cè)與交流側(cè)相互隔離，因此其直流側(cè)的供電電源可與數(shù)字電路的+5v電源共用。+12v電源供給用于控制交流接觸器線圈的小型控制繼電器。系統(tǒng)的供電電源電路如圖5-3。 電壓測(cè)量變換器電流測(cè)量變換器功率因數(shù)角的測(cè)量電路單 片 機(jī)鍵盤接口電路led顯示驅(qū)動(dòng)電路復(fù)合開關(guān)模數(shù)轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)電路圖5-1 低壓動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 圖5-2 系統(tǒng)硬件電路圖圖5-3 系統(tǒng)電源電路5.2.2電壓和電流測(cè)量及轉(zhuǎn)換電路交流電壓量、電流量分別經(jīng)電壓互感器、電流互感器變換成適用于微機(jī)處理的弱信號(hào),然后經(jīng)整流濾波電路把交流量變換為直流量以便進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換,a/d轉(zhuǎn)換電路再把模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量送入cpu。本系統(tǒng)中的

44、a/d轉(zhuǎn)換器采用tlc2543芯片，它是ti公司生產(chǎn)的12位開關(guān)電容型逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器，具有三個(gè)控制輸入端：片選端（）、輸入/輸出時(shí)鐘端（i/o clock）以及串行數(shù)據(jù)輸入端（data input），其簡(jiǎn)單的3線spi串行接口可以非常容易地與微處理器進(jìn)行通信，11路輸入通道可采集11路模擬信號(hào)，是12位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的低成本方案。由于tlc2543是電壓輸入的，因此在兩路輸入中，電壓可以直接輸入，而電流要在輸入處接一適當(dāng)電阻，使其轉(zhuǎn)換成電壓再輸入。當(dāng)a/d轉(zhuǎn)換器的輸入電壓有超過它的最高輸入電壓時(shí)，就會(huì)損壞a/d轉(zhuǎn)換芯片，因此我們?cè)谒妮斎攵私由蠈?duì)地5.1v的穩(wěn)壓管，這樣，當(dāng)有高于基準(zhǔn)電壓的輸

45、入電壓出現(xiàn)時(shí)，利用穩(wěn)壓管可以把它穩(wěn)定在正常范圍之內(nèi)。20tlc2543的i/o時(shí)鐘、數(shù)據(jù)輸入、片選（）由引腳p1.0、p1.1、p1.2提供，tlc2543的轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)通過p1.3腳接收，每根線用光耦隔離，采用75451驅(qū)動(dòng)器（兩個(gè)雙輸入與門）。這種采樣電路精度高，硬件電路簡(jiǎn)單，并使模擬部分與數(shù)字部分實(shí)現(xiàn)了完全隔離。模擬量采集電路以及a/d轉(zhuǎn)換電路分別如圖5-4和圖5-5所示。圖5-4 模擬量采集電路圖5-5 a/d轉(zhuǎn)換電路5.2.3功率因數(shù)角測(cè)量電路本研究利用電網(wǎng)三相電壓、電流間的相位角關(guān)系，通過對(duì)來自負(fù)荷電網(wǎng)中的a、c兩相之間的線電壓（）和相電流（）進(jìn)行采樣，檢測(cè)相鄰的兩個(gè)方波的上升沿的

46、時(shí)間差，來確定功率因數(shù)以及功率因數(shù)的超前滯后情況，從而得到三相電網(wǎng)的功率因數(shù)值。由于電力系統(tǒng)中三相負(fù)載不平衡，因此，此種測(cè)量方式可以真實(shí)的反映三相功率因數(shù)值。設(shè)線電壓和相電流之間的夾角為（為線電壓滯后相電流的角度），隨功率因數(shù)角的變化而變化，二者之間存在著對(duì)應(yīng)關(guān)系。我們通過與之間對(duì)應(yīng)關(guān)系的矢量圖來分析。如圖5-6所示。阻性 感性 容性 圖5-6 角與角間的對(duì)應(yīng)關(guān)系從圖5-6中很容易看出：負(fù)載為阻性時(shí)：=00，=900；負(fù)載為感性時(shí)：00900，00900；負(fù)載為容性時(shí)：-90000，9001800 采用的功率因數(shù)的測(cè)量電路如圖5-7所示。在圖5-7中，和的采樣信號(hào)經(jīng)lm339進(jìn)行上升沿過零觸發(fā)

47、后，得到反映相位的方波信號(hào)u1和u2，u1和u2異或后得到方波信號(hào)u3，u3的脈寬為。當(dāng)負(fù)載分別為純阻性負(fù)載、容性負(fù)載和感性負(fù)載時(shí)，可以得到如圖5-8所示的一組波形，圖中感性負(fù)載時(shí)取，容性負(fù)載時(shí)取。圖5-7 功率因數(shù)測(cè)量電路圖5-8 線電壓uca與相電流ib的波形圖ucaibu1純阻性負(fù)載時(shí)u2u3u2u3u2u3感性容性純阻性ttttttttt純阻性負(fù)載時(shí)感性負(fù)載時(shí)感性負(fù)載時(shí)容性負(fù)載時(shí)容性負(fù)載時(shí)設(shè)為正弦波的周期，則和滿足下列表達(dá)式：負(fù)載為阻性時(shí)：；負(fù)載為感性時(shí)：；負(fù)載為容性時(shí)：檢測(cè)相電流、線電壓的時(shí)間差，即可得到時(shí)間，根據(jù)落在周期的范圍可確定功率因數(shù)的超前滯后情況，然后根據(jù)公式計(jì)算出功率因數(shù)

48、角。利用單片機(jī)的中斷和定時(shí)器定時(shí)功能可完成對(duì)的檢測(cè)，本系統(tǒng)中采用外中斷int0和定時(shí)器t0的聯(lián)合使用，當(dāng)方波信號(hào)u3由負(fù)變正時(shí)，啟動(dòng)t0，t0開始計(jì)數(shù)，當(dāng)u3由正變負(fù)時(shí)，t0停止計(jì)數(shù)，由此得到與時(shí)間差成正比的計(jì)數(shù)值n0，假設(shè)電網(wǎng)周期所對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)值為n，則功率因數(shù)的超前滯后情況只需通過和來判斷，相電流線電壓的相位差和功率因數(shù)角可通過下式計(jì)算：從而得到電網(wǎng)的功率因數(shù)。實(shí)驗(yàn)證明，此方法軟硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性較好。5.2.4 復(fù)位電路在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，單片機(jī)復(fù)位電路的設(shè)計(jì)是相當(dāng)重要的。因此要求系統(tǒng)的復(fù)位電路必須能夠準(zhǔn)確、可靠的工作。一個(gè)好的復(fù)位電路必須滿足兩點(diǎn)。其一，上電時(shí)有足夠的有效復(fù)位電平

49、時(shí)間，以便使cpu在晶振起振達(dá)到穩(wěn)態(tài)后可靠復(fù)位；其二，系統(tǒng)斷電后，復(fù)位端能快速放電，以便使系統(tǒng)在連續(xù)快速開關(guān)時(shí)能可靠復(fù)位。為了防止電磁干擾、電網(wǎng)波動(dòng)、停電等因素造成的系統(tǒng)死機(jī)、數(shù)據(jù)丟失、程序跑飛等現(xiàn)象的發(fā)生，本研究采用了集斷電保存功能、看門狗功能、電源電壓檢測(cè)功能于一身的x25045芯片。對(duì)此不僅增加了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，而且還大大簡(jiǎn)化了硬件設(shè)計(jì)，減少了對(duì)印制電路板的空間要求，同時(shí)也降低了系統(tǒng)的成本。x25045與89c52的硬件接口非常簡(jiǎn)單，x25045的cs、si、sck、so端可與89c52的任意i/o端直接相連。這里選用的是單片機(jī)的p1.4p1.7引腳。由于x25045的reset為

50、漏極開路的輸出端，所以應(yīng)接上拉電阻r。圖5-9是89c52單片機(jī)與x25045的接口電路。本系統(tǒng)中運(yùn)用了x25045的看門狗定時(shí)器和電壓檢測(cè)電路。由圖5-9可見，芯片的看門狗定時(shí)器和vcc電壓監(jiān)視器都對(duì)微處理器提供獨(dú)立的保護(hù)。當(dāng)系統(tǒng)產(chǎn)生故障時(shí)，只要看門狗定時(shí)器達(dá)到了我們?cè)O(shè)定的超時(shí)極限，reset引腳立即產(chǎn)生高電平復(fù)位信號(hào)，使89c52系統(tǒng)復(fù)位，并重新開始工作。在工作正常的情況下，cs的電平將在設(shè)定的時(shí)限內(nèi)產(chǎn)生變化，從而復(fù)位看門狗定時(shí)器，使x25045不輸出復(fù)位信號(hào)給cpu。當(dāng)x25045檢測(cè)到vcc降低到工作電壓以下時(shí)，reset輸出高電平復(fù)位信號(hào)，并復(fù)位一直到vcc返回到工作電壓以上且穩(wěn)定為

51、止。這樣可使系統(tǒng)免受低電壓狀況的影響。同時(shí)該芯片在系統(tǒng)電源上電或掉電時(shí)也立即產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)。這樣在電源的接通和關(guān)斷、瞬時(shí)的電源電壓不穩(wěn)時(shí)就不會(huì)造成系統(tǒng)死機(jī)、數(shù)據(jù)誤寫及誤動(dòng)作等故障。圖5-9 x25045與cpu的接口電路5.2.5顯示電路本系統(tǒng)中顯示部分是發(fā)光二極管。顯示器是人機(jī)交流的重要組成部分。計(jì)算機(jī)的運(yùn)行結(jié)果和運(yùn)行狀態(tài)可以通過顯示器顯示出來。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中常用的顯示器有l(wèi)ed和lcd兩種方式。led數(shù)碼顯示最為普遍， lcd液晶顯示器體積小、顯示內(nèi)容豐富等特點(diǎn),但由于lcd價(jià)格相較昂貴價(jià)格，且led能滿足本裝置的要求，所以本系統(tǒng)采用的是led。此外，還應(yīng)用4個(gè)發(fā)光二極管來實(shí)現(xiàn)電容器組投切

52、狀態(tài)的顯示，哪一組電容器投入哪一組的指示燈亮。5.2.6驅(qū)動(dòng)電路控制4組電容器投切的控制命令字由單片機(jī)p2口的p2.0、p2.1、p2.2、p2.3輸出，經(jīng)過驅(qū)動(dòng)送給固態(tài)繼電器ssr，使ssr導(dǎo)通或斷開。驅(qū)動(dòng)部分采用繼電器專用的集成芯片uln2003，其輸出峰值電流達(dá)到500ma。驅(qū)動(dòng)電路如圖5-10所示。圖5-10 驅(qū)動(dòng)電路5.3 硬件的抗干擾設(shè)計(jì)5.3.1 a/d轉(zhuǎn)換電路的抗干擾由于模擬量采樣信號(hào)容易受到現(xiàn)場(chǎng)干擾，其中有可能混有高幅值尖峰毛刺干擾，嚴(yán)重威脅a/d芯片的正常工作，針對(duì)這種干擾，設(shè)計(jì)中在采樣信號(hào)進(jìn)入a/d芯片前，進(jìn)行濾波和限幅，并采用高頻濾波電容。在布線時(shí)，應(yīng)盡量縮短傳輸導(dǎo)線的

53、長(zhǎng)度，并確保模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)隔開，模擬線和數(shù)字線特別是時(shí)鐘信號(hào)線不能互相平行，也不能在a/d芯片下面布數(shù)字信號(hào)線。225.3.2“看門狗”（wdt）cpu屬于高速、易受干擾的運(yùn)算器，因此“看門狗”已經(jīng)成了微機(jī)控制系統(tǒng)不可缺少的成員之一，通常采用軟件與片外專門電路相結(jié)合的技術(shù)，來防止cpu程序的跑飛。本課題研究中利用看門狗定時(shí)功能配合適當(dāng)?shù)某绦?，?gòu)成wdt，在pc異常時(shí)能夠及時(shí)有效地強(qiáng)制“復(fù)位”。6 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)采用模塊化設(shè)計(jì)，各功能模塊由相應(yīng)的子程序來完成，使系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)清晰，便于調(diào)試和修改。系統(tǒng)軟件主要包含下列功能模塊：（1）線電壓、相電流采樣及數(shù)據(jù)處理程序；（2）控制算

54、法程序；（3）電容器組的投切控制程序；（4）鍵盤與顯示程序。系統(tǒng)軟件編程語言采用c語言。c語言是一種結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語言，它兼顧了多種高級(jí)語言的特點(diǎn)，并具有匯編語言的功能。用匯編語言編寫的程序結(jié)構(gòu)緊湊，效率高，但編程復(fù)雜，可讀性差。而c語言庫函數(shù)豐富，運(yùn)算速度快，具有良好的可移植性，而且可以實(shí)現(xiàn)直接對(duì)系統(tǒng)硬件的控制。用c語言編寫程序，可以大大縮短開發(fā)周期，提高效率，并且增加了程序的可讀性。開始初始化線電壓、相電流采樣數(shù)據(jù)處理控制算法程序功率因數(shù)的采樣鍵盤掃描圖6-1 主程序流程圖6.1主程序結(jié)構(gòu)由于系統(tǒng)軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，因而主程序只負(fù)責(zé)調(diào)用各功能模塊程序，主程序流程圖如右圖6-1所示。上電后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，初始化主要包括設(shè)置標(biāo)志位和變量的初值，中斷初始化，設(shè)置各接口芯片的初始化、電容器組投切狀態(tài)指示燈的初始狀態(tài)等。然后程序進(jìn)入主循環(huán)：首先進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理，包括線電壓的采集和處理、相電流的采集和處理、功率因數(shù)的采樣數(shù)值處理，接著程序進(jìn)入控制算法程序?？刂扑惴ǔ绦蚴紫雀鶕?jù)投切判據(jù)進(jìn)行比較判斷，在保證電壓不越限的前提下，再根據(jù)采集的電壓、電流以及功率因數(shù)計(jì)算出無功功率，確定電容器組的投切組合，然后根