1、本文档由 碱性玫瑰精 整理提供 代专利下载 1 元/篇 QQ 1410007848买 染料 及包装机械 请致电：0317-7723188 刘雨桐精品文档碱性玫瑰精 整理2011 年 10 月 2 号如需购买 碱性玫瑰精 ，请留下以下联系方式备用电话：0317-7896222 0317-7896333 传真：0317-7727900河北省东光宏浩染料 网址：联系人：刘雨桐户外柱上高压无功动态补偿装置本文档由 碱性玫瑰精 整理提供 代专利下载 1 元/篇 QQ 1410007848买 染料 及包装机械 请致电：0317-7723188 刘雨桐摘要：本文针对我国大部分城乡电网功率因数偏低的现状-；研
2、制了基于单片机控制并使用新型的智能电表芯片作为数据采集的高压无功动态补偿装置。论述了控制策略-；设计了系统的硬件和软件。关键词：户外柱上无功动态补偿 单片机 无线通信Control Equipment of Voltage and Reactive Power on Outdoor PoleAbstract: The paper is aimed atthelow power factor in most of our towns and suburbs, designed the voltage and reactive power control equipment, which isco
3、ntrolled by oneboard computer and adopted the intelligent electric meter chip of new pattern as the data acquisition. Expound the control strategy , and designed system hardware and software.Key words:On outdoor post; Automatic reactive power compensation; oneboard computer; Wireless communication一、
4、 引言相对于发达国家-；我国大部分的城乡电网功率因数偏低。因此提高电网的功率因数- ；改善电压质量-；提高电能的传输效率 -；便成了电力系统的一个重要课题。 将电容器与网络感性负荷并联是补偿无功功率的传统方法-；在国内外获得了广泛的应用。而如何实现无功功率的动态补偿-；特别是在户外柱上实现动态无功补偿 -；仍是国内外同行关注的热点。本文介绍了农网 10KV 户外柱上无功动态补偿装置的结构、控制策略及控制器软硬件设计。该装置能够根据电网的变化状况-；对线路无功进行动态跟踪补偿控制- ；对于提高电压合格率和降低网损有重大的作用。二、 系统原理本文档由 碱性玫瑰精 整理提供 代专利下载 1 元/篇
5、QQ 1410007848买 染料 及包装机械 请致电：0317-7723188 刘雨桐图 3-1 系统原理图系统原理如图 3-1 所示-；考虑到在 10KV 线路中无功功率是在一定基数以上不断变化的-；因此控制柜内装有两台高压电容器- ；电容器 2 用于补偿基数无功功率 -；电容器 1 由控制器控制-；跟踪补偿动态无功 功率。电容器 1 由高压真空接触器进行投切- ；并采用高压熔断器为电容器提供短路保护。电压互感器除了提供电压信号-；还为控制器和控制回路提供电源。为了实现了电容器的过流保护和缺相保护-；电流互感器 CT1、CT2 采集电容器两相电流。电压互感器采集 B、C 间线电压- ；电流
6、互感器 CT 采集 A 相电流-；控制器将采集的信号 BC、 A、进行分析计算-；经过判断得到系统的感性无功功率和功率因数- ；U。 。I再输出控制信号-；控制真空接触器关合和开断。三、 控制策略根据无功补偿的实际情况-；设计了以下几种控制方法供用户选择使用即：按电压控制、按时间控制、按电压时间控制、按功率因数及无功控制、按电压和无功功率综合控制。1） 按电压高低控制在电压低于电压下限 Umin时投电容；电压高于电压上限 Umax时切电容。为避免投切振荡-；此处要至少保证 Umax Umin UC-；其中-； UC为投切电容造成的电压变化最大值。2）按时间序列控制根据日负荷曲线-；将每天分为多
7、个负荷时段-；根据不同时段负荷的特点投切并联电容器。该方法只适合于负荷较稳定的情况-；且负荷时段的划分必须随季节和负荷的变化进行调整。3）按电压时间综合控制在按时间控制的基础上-；将电压也作为判断参数-；在时段内-；如电压超过上限-；切电容-；低于下限-；投电容。同时间控制一样-；准确性较差- ；参数需不断调整。4） 按功率因数及无功控制本文档由 碱性玫瑰精 整理提供 代专利下载 1 元/篇 QQ 1410007848买 染料 及包装机械 请致电：0317-7723188 刘雨桐按功率因数控制是电网无功控制的传统方法之一-；即功率因数低于下限则投入电容器-；高于上限则切除电容器。然而当负荷较轻
8、时-；功率因数可能较低-；此时无功缺额并不很大-；较小的无功功率变化会引起功率因数较大的变化-；存在动作频繁的问题-；严重时甚至造成投切振荡。针对此情况-；本装置的控制器将功率因数及无功综合起来考虑。控制方法如下：1、无功倒送（负数）时-；切除电容；2、功率因数高于功率因数上限时-；切除电容；3、无功功率高于无功上限并且功率因数低于功率因数下限（无功越大-；功率因数越小）时-；投电容；4、其余情况不动作。5） 按电压和无功功率综合控制UmaxUminQmaxQmincos maxUCUCQU0123456图 2-1 按电压和无功综合控制策略电压和无功功率综合控制就是利用电压、无功两个判别量进行
9、综合控制-；以保证电压在合格范围内-；同时实现无功基本平衡。当按电压无功综合控制时-；电压和无功两个目标函数存在互相冲突的区域-；在负荷较重时也存在电容投切频繁的问题。本装置采取的控制策略如图 2-1 所示1运行点在 0 区-；即电压合格-；无功也合格-；不动作；2运行点在 1 区-；即电压越上限-；控制策略为切电容；3运行点在 2 区-；即电压合格但接近于上限-；与电压上限的距离小于 UC-；无功越上限-；此时控制策略为不动作；4运行点在 3 区-；即电压合格-；无功越上限-；此时应进一步考虑功率因数的值-；如果功率因数小于功率因数下限-；则投电容-；否则-；不动作-；这样做主要是为了防止负
10、荷较大时投切频繁；5运行点在 4 区-；即电压越下限-；控制策略为投电容；6运行点在 5 区-；即电压合格但接近于下限-；与电压下限的距离小于 UC-；无功越下限-；此时控制策略为不动作；7运行点在 6 区-；即电压合格且远离下限-；无功越下限-；控制策略为切电容。四、 控制系统的实现本文档由 碱性玫瑰精 整理提供 代专利下载 1 元/篇 QQ 1410007848买 染料 及包装机械 请致电：0317-7723188 刘雨桐41 硬件总体结构图 4-1 控制器硬件总体结构框图控制器的硬件总体结构框图如图 4-1 所示-；本系统采用单片机作为信号采集处理和控制输出的核心。通过新型的智能电表芯片
11、对电压、电流进行采集-；经单片机运算处理后-；控制两个继电器的输出以实现电容器的投切。4.1.1 单片机及其扩展单片机电路如图 4-1 所示。单片机采用 AT89C55 芯片-；其内部自带 20K 字节的FLASHROM 和 512 字节的 RAM-；设计中-；全部采用其内部的程序存储器和数据存储器。这样-；总线使用的引脚（P0 口和 P2 口）就被设置成 I/O 接口- ；CPU 与外部芯片的通讯也都采用 I/O 读写的方式。在单片机外部扩展了一片 E2PROM-；拥有 32K 字节的存储空间 -；用来存储参数设定值及历史数据；另外还有一片时钟电路为系统工作提供时间参考。考虑到系统的可靠性-
12、；为单片机配置了看门狗电路。4.1.2 信号采集系统的数据采集部分主要由以下几部分组成：电压互感器、电流互感器、精密电阻、测量芯片。测量芯片是一个专用电表芯片-；它集成了一个可编程的增益放大器（PGA）-；两个 24 位的 - 模数转换器等部分。使用它可以通过寄存器方式获得被测量的电压电流瞬时值和电压电流有效值（I rms、V rms）及有功功率。-ADC 又被称为过采样 A/D 转抉器- ；使用这种技术用较低的成本实现了高分辨率、高输入带宽、低噪声、抗干扰能力强的 AD 转换- ；且使用该技术的数模转换器是最容易被集成进各种用途的集成电路中。测量芯片芯片中的有效值和功率计算模块代替了传统设计
13、方案中 MCU 的一部分计算工作-；使MCU 的编程更加简单-；系统更有效率。4.1.3 人机接口人机接口模块选用了键盘显示管理芯片。该芯片可以同时管理 8 个数码管和 64 个按键-；采用 SPI 总线接口 -；便于进行级联。此芯片的选取- ；极大的简化了人机接口的设计。4.1.4 开关量输出本文档由 碱性玫瑰精 整理提供 代专利下载 1 元/篇 QQ 1410007848买 染料 及包装机械 请致电：0317-7723188 刘雨桐开关量输出只有两个-；即电容升压信号和降压信号。开关量输出由单片机的内部 IO端口输出信号-；经过光耦隔离 -；自给偏压式共射极放大电路驱动继电器 -；最后由继
14、电器输出接点式接口信号。其中“投”继电器和“切”继电器接成互锁形式-；从硬件上保证了投和切不会同时出现。4.1.5 串行通讯系统设计留有 RS232 串行通讯接口用于柱下短距离无线通讯。42 软件总体结构在单片机软件设计中采用了结构化和模块化的设计方法-；如图 4-2 所示为单片机软件的主程序流程图。初始化程序中-；除了对寄存器赋值- ；还要读取 E2PROM 中的数据判断电容器在上次掉电前是否发生故障-；如存在故障则不进行控制。单片机采样数据- ；是从测量芯片中读取计算好的电压、电流、有功等有效数据。为保证电容器切后充分放电-；设计了 10 分钟保护函数-；在此间不进行控制。在程序设计时-
15、；侧重电容器的保护-；实现的保护功能有：欠压保护、过压保护、过流保护和缺相保护。从软件上保证了装置的安全运行。软件采用 C 语言和汇编混合编程 -；在软件设计中采用了定时中断存储历史数据-；串行通信中断上传-；下传实时数据及历史数据 -；硬件中断接受键盘命令察看参数或修改参数。其多任务结构如图 4-3。主循环 定时中断按键中断串口通信中断图 4-3 多任务结构图 4-2 程序主流程五、 结论本装置使用新型的智能电表芯片替代了传统的 ADC 和部分 MCU 的工作-；使 MCU 的编程更加简单-；并在软硬件设计中注重了对动态电容器的保护- ；实现了 10 分钟保护、过本文档由 碱性玫瑰精 整理提供 代专利下载 1 元/篇 QQ 1410007848买 染料 及包装机械 请致电：0317-7723188 刘雨桐流保护、缺相保护、延时保护等多种保护功能-；使得系统工作更加稳定可靠。集 5 种控制策略于一体-；使用户在控制方式有更多的选择 -；并能显示 -；存储-；传输必要的信息- ；方便使用和管理-；该装置的推广 对提高线路电压合格率和降低网损有重大的作用。参考文献1）何立民. MCS51 系列单片机应用系统设计系统配置与接口技术.北京航空航天大学出版社-；19942）胡国根译.电力系统无功功率控制.水利电力出版社-；19903）王锡凡.电力工程基础.西安交通大学出版社-；1998
