穆效江 韓秀榮 來源：《國外電子元器件》

     摘要：文中介紹了一種用單片機系統(tǒng)、輸入/輸出電路、鍵盤顯示電路和通信接口電路組成的電網(wǎng)無功功率補償控制系統(tǒng)的設計方法，詳細介紹了這種設計方法的系統(tǒng)硬件組成和軟件設計方案并給出了其抗干擾的方法，最后給出了該控制系統(tǒng)的軟件設計流程圖。

     關鍵詞：無功功率

     補償 可控硅 電網(wǎng)

     1 前言

     在電力系統(tǒng)中，電壓是衡量電能質(zhì)量的一個重要指標，保證用戶處的電壓接近額定值是電力系統(tǒng)運行調(diào)整的基本任務之，而無功與電壓有著極為密切的關系。一方面，電壓變化時無功負荷的變化遠遠大于有功負荷的變化；另一方面，無功負葆引起的電壓波動也遠大于有功負荷的變化。如果電力系統(tǒng)的無功電源比較充足，就能滿足較高水平下無功平衡的需要，系統(tǒng)也將具有較高的運行電壓水平，反之，無功不足就反映為運行電壓水平偏低，可能造成電壓崩潰，從而破壞電力系統(tǒng)的安全運行和運行穩(wěn)定性。因此，電壓和無功的合理調(diào)整在提高電能質(zhì)量、降低網(wǎng)損、操作電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性和安全性等方面具有極為重要的意義。

     調(diào)整無功的方法就是根據(jù)無功功率的大小來調(diào)整電網(wǎng)補償電容器的大小。因為無功功率傳輸損耗大，不宜長距離輸送，因此，負荷所需的無功應盡量做到就地供應。

     2 系統(tǒng)硬件設計

     本電網(wǎng)無功功率補償控制系統(tǒng)的硬件組成框圖如圖1所示。它主要有單片機系統(tǒng)（由80196單片機、74ls373、flash

     memery 29c256組成的自復位電路）、鍵盤顯示電路、輸入電路、輸出電路和通信接口電路max232等部分組成。

     2.1 單片機系統(tǒng)

     該系統(tǒng)的核心部分一片80196kb微處理器，80196kb為mcs-96系列16位處理器；其強大的功能，豐富的資源和高效率等優(yōu)點，為整個系統(tǒng)的快速、實時運轉(zhuǎn)奠定了基礎。

     2.2 輸入電路

     輸入電路由電壓、電流的相位差檢測電路和電壓、電流有效值檢測電路兩部分組成。電壓、電流相位差檢測電路由pt（電壓互感器）、ct（電流互感器）和過零檢測電路組成。pt可用于將電網(wǎng)上的高壓轉(zhuǎn)變成低壓信號，并經(jīng)過過零檢測轉(zhuǎn)變成方波信號。ct則可將電網(wǎng)上的電流轉(zhuǎn)變成電壓信號，同時經(jīng)過過零檢測也轉(zhuǎn)變成方波。cpu通過檢測這個方波的上升沿計算出時間差δt，然后與其測得的周期t相比較即得到相位差φ，即：

     φ=2πδt/t

     電壓電流有效值檢測電路由pt、ct、v/f電路和計數(shù)器8254組成。v/f電路采用交流v/f電路，這種v/f電路具有以下優(yōu)點：

     ●加快了對被測量變化的跟蹤速度。

     ●減少了中間環(huán)節(jié)，從而減少了誤差和干擾源。

     ●簡化了安裝和配線。

     ●減少了對變送器的硬件投資。

     ●可以通過軟件在采樣速度和精度之間作出合理選擇。

     8254芯片為計數(shù)器，通過它的定時計數(shù)，可以得到一系列電壓、電流信號的瞬時值，然后利用軟件及一系列算法得到電壓、電流的有效值。常見的算法有全波傅氏算法、半波傅氏算法、兩點乘積算法、導數(shù)算法等。本系統(tǒng)采用全波傅氏算法，因為該算法比其它算法的精度要高，便其所需的數(shù)據(jù)窗較長，計算過程較慢，因此，考慮到系統(tǒng)的速度和精度，筆者選用了精度較高的算法。

     全波傅氏算法的思想是建立在傅里葉級數(shù)的基礎上的，因為電壓、電流信號是一個周期性函數(shù)，因而可分解為直流分量、基波和次諧波的無窮級數(shù)。即：

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