低压智能无功补偿器的研究与设计
产业与科技论坛2012年第11卷第14期
低压智能无功补偿器的研究与设计
□张志伟
【内容摘要】本文介绍了智能无功补偿器的硬件组成及软件设计。该装置以80C196KB单片机为核心,实时检测每相电压、电
流,根据负荷无功需求的变化和电压值,通过控制电容器组的投切自动调节补偿容量,实现了动态、准确补偿,解决欠补偿和投切振荡问题,提高供电质量,延长电容器使用寿命。低压配电系统中的过补偿、
【关键词】低压智能无功补偿器;80C196KB单片机;动态补偿
【作者简介】8~),张志伟(1975,男,河北衡水人;河北省衡水桃城供电有限公司助理工程师;研究方向:电网规划设计
一、引言
低压电网处于电网最末端,因此补偿低压无功负荷是电网补偿的关键,通常采用的方式有三种即随机补偿、随器补偿、跟踪补偿。随机补偿就是将电容器组与电动机并联,通过控制、保护装置与电动机共同投切。随器补偿是指将电容器通过低压保险接在变压器二次侧,以补偿变压器空载无功的补偿方式。随机补偿只能补偿负载的空载无功功率,而随器补偿只能补偿变压器的空载无功功率。在此我们采用跟踪补偿,根据电网运行情况将电容器组补偿在配电变压器低压侧的补偿方式。考虑到电动机不同时率和单台电动机补偿容量的限制等因素,采用跟踪补偿比随机、随器补偿能获得更好的效果,而且不需提高补偿度,并可调整各组电容器的运行时间,使其寿命相对延长,降低电器的购置更新费用。
二、系统硬件组成
系统硬件组成如图1所示:
(一)单片机。本控制器采用Intel公司研制的80C196KB单片机。和MCS一51系列单片机相比,该单片机CPU的算术逻辑单元不采用常规的累加器结构,改用寄存器结构,消除了一般CPU结构中的瓶颈效应,提高了操作速度和数据吞吐能力,而且寄存器的数量比一般CPU的寄存器要多,这样就有可能为各中断服务程序中的局部变量指定专门的寄存
免除了保护寄存器现场和恢复寄存器现场所支付的软件器,
开销,方便了程序设计,提高了系统实时性。80C196KB单片
不用再增添A/D转换模机还有8通道的10位A/D转换器,
5个8位标准输入/输出口、28个中断块,有全双工的串行口、
18个中断向量、16
位监视定时器和两个16位的定时器,源、
还可根据需要动态配置成8位或16位数据总线。
(二)AT45D021芯片功能。AT45D021是一种串行的
FLASH芯片,它具有264K字节的存储容量。主存储体被分成1024个页存储体,每页的容量是264个字节。为更好地适
AT45D021不需要用高电压进行擦写,应一般系统的要求,芯片由4.5~5.5V的单电源供电。该芯片的控制线也比较简
共有四根,其操作由一定的时序保证,故抗干扰能力较单,
强,并且有硬件的WP保护,故能比较好地保存好数据。所以选用它作为系统中的历史记录数据保存芯片,对60天的整点数据和投切、报警数据进行存储。
(三)CAT24C021芯片功能。CAT24C021是集E2PROM存储器,复位微控制器和看门狗定时器三种功能于一体的芯片。80C196KB具有WDT功能,但由于它靠一个8位的定标器和一个8位的定时器组成,其值可能在00~FFH之间变化,因此经过65280~65535个状态周期后,定时器就会溢出,
80C196KB的清除唤醒WD功能。所以在12MHz的晶振下,
WDT的时间为16ms。这需要CPU对WDT寄存器进行频繁
使用并不方便。在本系统中我们用CAT24C021作为的操作,
看门狗电路。
(四)DS1302芯片功能。由于无功补偿控制器要有历史记录,所以必须有实时时间基准,即时钟芯片。我们选用DS1302,DS1302是Dalas公司研制的串行时钟芯片,由于芯片的读写靠脉冲时序来控制,且具有写保护位,故抗干扰能力较强,数据不易丢失,时间运行可靠。DS1302实时时钟具有31个字节的RAM,用于保存有用数据。(五)信号调理电路。信号调理电路将测得的电压、电流信号转换为80C196KB单片机能接收的0~5V电压。采用的电压互感器SPT204实际上是一款毫安级精密电流互感器,额定输入电流为2mA,额定输出电流为2mA,使用时需将电压信号变换成电流信号,电压互感器原边串入限流电阻,根据额定输入电压的大小,确定限流电阻的阻值,使额定输入电流接近为2mA。副边电路是电流/电压变换电路,即调整输入和输出脚间的跨接电阻的阻值,使输出电压-2.5~+2.5V之间变化。该电压信号存在正负特性,要进行电平转换使波形处于正区间。
(六)多路选择开关。计算程序对信号有两类要求,一是为了使电压、电流和谐波含量等值接近真实,此时进入A/D
图1智能控制器硬件组成原理图
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(11).14Industrial&ScienceTribune2012.