新型智能无功补偿装置的研制

了系统程序有良 好的实用性、可靠性和可移植性。
３ ．无功补偿装置的安装及抗干扰措施
本系统安装采用箱式结构， 安装过程中， 采用 分层结构，自 Ｆ 一而上安装。 整个系统分为四层，自 下而上依次为： 容器组， 电 晶闸管组 （ 继电器组） ， 断路器， 控制器。 断路器和外接电 源相连， 力 当电 系统发生意外时，自 动切断电源，保护整个装置。 在控制器的监控下， 每个晶闸管组 （ 器组） 继电 管 理相应电容器组的投切． 实践证明， 这种结构设计 具有控制简单，易于扩展等特点． 在接线的过程中， 注意依据不同 额定电 流选择 相应的导线。 同时， 相邻继电器之间要留 有适当的 间隙， 防止相互间的干扰。 为减少信号线与动力线 的分布电 容和电 应尽量增大控制器和继电 感， 器引 出线之间的间距，对主干线路应穿金属管铺设。
低电 信 效． ３ 信号 接输 到 Ｔ ｅ ｌ 平 号有 这 个 直 入 Ａｍｇ ６ ａ
单片机的相应端口。 有健按下时， 系统进入键盘处 理服务程序， 判断嘟个健被按下， 并执行相应的操 作。 通过按“ 功能设置” 健可以设定系统自 动和手动 运行方式， 还可以现场整定系统参数， 流和电 如电 压的超限保护值、 最小电 容器容量、 补偿路数方式、 互感器变比及显示延时时间等； 进入各功能设定处 理程序后， 加” “ 键可以修改相应的系统参 按“ 、 减”
报警。
Ａ ｍｇ１ 机本身 片 Ｔｅ ６ ａ单 集成的 序和 存储 程 数据
器即可满足系统对存储空间的需求， 无需另行扩展 片外存储器。 它可以保证在意外断电的情况下。 电 力恢复正常以 系统能自 后， 动按照断电 前的工作方 式进行补偿。 本 系统的软件采用 ＩＣ Ｖ Ｃ Ａ Ｒ的Ｃ语言编写， 整个软 件设计中尽量采用经过大量经过使用， 证明 较可靠的常用子程序， 或根据需要略作改动， 保证
４ 实验测试分析 ．
为了检脸无功补偿装置的主要性能指标， 我们 按如图３ 所示实验接线图进行接线。
图２ 系统软件流程图 控制器工作过程如下： 系统上电后，首先进行 初始化， 对寄存器和 １ ／ Ｏ端口 进行设置， 然后执行
黝 副
空压．
以 峨八 泊 ｉ ｋ ＯＶ ５Ｖｌｋ
Ａ ｍｇｌ单片 Ｔ ｅ ６ 机进行控制， ａ 运用了 傅立叶 快速分 解和瞬时 无功功率 Ｐ 理论［ １采用 ８２ ４１投切电 容方
式， 低装置的成本和体积的同时提高了装置的 在降 可靠性。 本文对该无功补偿装置的软硬件荃本原理 及安装调试方法进行了介绍。 通过各种试验结果表 明， 该装置控制准确灵活、 补偿方式安全、 补偿效 果好、 经济实用， 可广泛适用于交流 ５Ｈ ， ０ Ｚ 额定 电 ４０ ． Ｋ Ａ以 压 ０Ｖ ３５ Ｖ １ 下电力变压器综合配电 箱 无功补偿系统，具有较高的推广价值。
新型智能无功补偿装置的研制
赵志强ｑ 王 森２ ［ ［ ］穆桂霞［ ３ １
（ 保定天威集团有限公司技术中心，河北 保定，０１５ ） ７０６ 摘要： 为解决中小型企业无功补偿装置投资大、 抗 干扰差等问 本文研制了 题， 一种新型智能无功补偿 装置。该装置使用美国 Ａ ＭＥ Ｔ Ｌ公司推出的新型 矍具有美观轻便，控制简单灵活，补偿速度快，精 度高， 抗干扰能力强等特点， 具有广泛的应用前景。
图ｔ无功补倦装里硬件结构圈
控制器结构紧凑精巧首先得益于高度集成、 功 能强大的单片机： 其次， 由于电 容器的投切控制元 件采用了 过零触发模块， 使得整个硬件结构更加精 简， 既满足了 补偿电容无冲击电 流投切的要求， 同 时也有效地克服了控制复杂及易受干扰而产生误 动作的弊端， 大大提高了 整个系统的的工作可靠性 和抗干扰能力． 控制器主要由电 压、 流采集单元， 电 单片机处
谐波含量工况下， 精确计算电网的功率因数。 具有 控制简单灵活， 补偿效果好、 抗干扰能力强等优点。 ２ ． １无功补偿装ｔ的工作旅理 该无功补偿装里首先侧且电网电流及电 压的 瞬时值， 通过傅立叶分解得到基波分盈， 利用瞬时 无功功率理论， 计算出电网无功功率的方向和数值 Ｐ Ｐ 权值为１ ， 除以 的电容器组容童 （ 本装置为５ ０ Ｗａ 商四舍五入后， ｒ ）． 化为２ 进制数，即可得到 对应于权值为１ ２ ４ ８ ， ， ， 的电容器组的 投切控制指 令 （或０ 。 １ ） 投切指令经过零触发模块控制投入或 切除补偿相应的电容器组， 达到补偿无功功率的 目 该无功补偿装ｔ实时检测、 。 跟踪负荷无功功率 的 变化， 够在其两端电压为零时投入电容器， 能 在 其电 流为零时切除电 容器， 加上循环投切方式， 可 以较好地解决操作过电压对电 容器造成的冲击， 有 效地延长电 容器的寿命。 ２ ． ２无功补健ＷＺ的砚件设计 该无功补偿装里结构简单， 如图 １ 所示。 总容 量为６０Ｖ ｒ 主要由 ５ｋ ａ ， 标准控制柜、电容器组、 可 控硅或接触器、 空气开关和控制器组成， 控制 其中 器是核心部件。 采用 ８２ 循环投切控制方案，四 ４１
即ＴＣ ｈｒｔ Ｓｉｈ ｇ ａｔ）， Ｓ （ ｙｓｒ ｔｉ Ｃｐ ｉｒ 采用晶 Ｔ ｉ ｗ ｃｎ ａ ｃｏ ｏ
闸管投切电 容器，由 于采用了电 压过零触发技术， 使补偿电容器能够 “ 零电压投入、 过零切除” 对 ， 系统和电 容无冲击， 所以适用于需要频萦快速补偿 的场合。 接触器方式多用于对补偿速度不要求太快 的场合。本文主要介绍晶闸管型． 两种类型装里中 各组电 容器容童既可等值， 也 可以 ８２ 倍增方式， 是 ４１ 其特点是：在只使用４ 种 规格电 容器情况下， 完成 １ 级分级投切。 ６ 对于补 偿级数多容量大的系统， 这样更经济。 由于运用了 傅立叶快速分解、 瞬时无功功率理论， 在较强 可以
ห้องสมุดไป่ตู้
关 词： Ｔ ｅ ｌ 单 机 键 Ａ ｒｇ ６ 片 ｎａ
引言
天 珍瞬无功 琳 时功率
随着我国电力工业的飞速发展， 各种输配电 设 备和用电 装置也在成倍增长， 电网中的电力负荷如 电 动机、 变压器等大部分属于感性负荷， 在运行过 程中需向 这些设备提供相应的无功功率。 而无功电 流的 存在使线路总电 流增大， 增加了 输配电 线路的 有功损耗， 造成电压下降，恶化了电能质量 。据 有关部门 统计， 我国电 力系统每年线路损耗６４万 ０ 千瓦时。 如果能够通过无功补偿技术使线损降低２ ％， 就可以节省电力１ ２亿千瓦时。 在电网中安装并联电容器等无功补偿装置以 后， 可就地提供感性电 抗所消耗的无功功率， 减少 了电网电 源向感性负荷提供、 由线路输送的无功功 率， 正是由于减少了无功功率在电网中的流动， 也 就降低了 线路和变压器因输送无功功率造成的电 能损耗， 这就是无功补偿。 无功补偿可以提高功率 因数， 是一项投资少， 收效快的降损节能措施。 合 理加装无功补偿装置， 不仅可使功率消耗减小， 功 率因数提高， 改善电 压质量， 还可以充分挖掘设备 输送功率的 潜力。 为 本文研制了 此， 一种基于 Ａ ｍｇｌ Ｔ ｅ ６单片机 ａ 的新型智能无功补偿装里，单台容盘荃本配置为 ７０ ａ 并可增至１５Ｗａ 实验结果表明， ５ｋ ｒ ｖ， ００ ｒ ． 该装
等。 Ｔ ｅａ 单片机突出 是具有符合ＪＡ Ａ ｍｇ１ ６ 优点 ＴＧ 标准的边界扫描功能的 ＪＡ 接口（与 ＩＥ ＴＧ ＥＥ １ ９ 标准 玉 能 扩展的 调 功 １． ４ １ 兼容 支持 片内 试 能，
辅之以内含的加载器和调试软件，使系统的设计、 编程、调试简便。
２ ．无功补偿装置总体设计
本装置可分为晶闸管型和接触器型。 晶闸管型
数值。 显示部分采用并行 ４ Ｌ Ｄ显示器，有固定显示 位 Ｅ
功率因数和循环显示系统参数两种方式。 配合发光 二极管可完整地显示系统的有功、 无功、 超前或滞 后的 功率因数、 压、 流、 电 电 投切电 容路数等信息． 一目了 然，操作方便。 ２ ． ３无功补偿装ｇ的软件设计 依据该无功补偿装里的总体设计要求， 本文编 制了相应的控制软件，其流程图见图２ ．
自 程序， 检测无 检 自 误后， Ｔ ｅ １ Ａ ｍｇ ６单片 ａ 机开始
进入键盘扫描状态， 若有按键按下， 则进入相应的 键盘处理程序， 设定控制方式及系统参数； 若无按 键按下 则循环显示系统参数， ， 之后返回键盘扫描 状态。 与此同时， 单片机在定时器中断处理程序中 采集三相电 参量， 依据相应算法， 计算出 无功功率 的方向 和数值，得到应该投切的电 容量△ ， Ｃ 投切 相应的电 容器组。 系统在每个中断循环内还把测得 的电流值和电压值与设定的超限保护值进行比较， 如果电压超过额定范围， 系统切除所有电容并自 动
１ Ａ ｅａ６ ． ｇｌ 单片机简介 ｔ ｍ Ａｍｇ 护是ＡＭ Ｌ 司 推出 Ｖ 单 ］ Ｔ Ｅ 公 新 的Ａ Ｒ Ｔｅ ｌ ａ
片机中的高档产品，全新配置精简指令集 ＲＳ Ｉ Ｃ （ｅｕｅＩ ｔｃｏ Ｓｔ ） 采用哈佛双总线 Ｒｄｃ ｎｒ ｔｎ Ｃ Ｕ ， ｄ ｕ ｓ ｉ ｅ Ｐ 结构， 将地址总线与数据总线分开， 使数据和地址 能同时传送，高速度、低功耗，主频 Ｓ Ｅ的 １ Ａ ｍ ｇ１处理能力可相当于２４ Ｈ 的８Ｃ １ Ｔ ｅａ ６ ２Ｍ ｚ ０５， 其组成为： 只需两个时钟周期的硬件乘法器、 ６ １ Ｋ 字节的系统内可编程Ｆ ｓ 非易失性程序和数据存 ｌｈ ａ 储器、 １ ５２字节的Ｅ Ｐ Ｏ ２ Ｅ Ｒ Ｍ． 个具有独立预分频 器和比 较器功能的 ８位定时器／ 计数器、１ 个具有 预分频器、比较功能和捕捉功能的 １ ６位定时器／ 计数器、四通道Ｐ ＷＭ． １ ８ ０位Ａ Ｃ ８个单 路 Ｄ ． 端通道、７ 个差分通道、２ 个可编程串行Ｕ Ａ Ｔ ＳＲ ． １ Ｐ 行接口、 个ＳＩ串 具有独立振荡器的实时计数器 Ｒ Ｃ 具有独立片内 Ｔ、 振荡器的可编程看门 狗定时器
个电容按容ａ大小依次为： ０Ｖｒ ２０Ｖｒ ． ｋ ａ， ｋａ ４ ０ ０ ，
１０Ｖ ｒ ５ｋ ａ．此外还可以根据需要增加电容 ０ｋ ａ， Ｖ ｒ ０ 和接触器数孟， 基本上能满足小型配电 站和中小型 企业的需求．
理单元， 输出单元和键盘显示单元组成。 单片机处 理单元主要由 Ｔ Ｇ １ Ａ ＭＥ Ａ ６型单片机完成对整个 系统投切动作的分析， 判断和控制。 输出控制部分 管理过零型固态继电器组的控制， 从而完成对电容 器组的 投切； 输入输出单元由键盘和Ｌ Ｄ 显示电 Ｅ 路组成，用于功率因数的显示和工作方式的选择。 ２． ．１电压、电流信号采集单元 ２ 母线电压和Ａ 相电流经互感器变换为１０ ． ０Ｖ ５ 的交流信号，经过信号调理电路后被调制成峰 Ａ 峰值为５ 的交流信号，再经电 Ｖ 压提升电 路后进入 单片机的ＡＤ ／转换器进行模数转换。 采集电 压、 电 流信号均在定时器中断处理程序中进行， 这样可保 证在每个周期内等时间间隔采集到多个数值， 使单 片机处理单元能完成傅立叶快速分解， 再用瞬时无 功功率理论方法快速精确计算出无功功率． ２． ．２输出单元 ２ 为了保证单片机处理单元可靠工作， 强电与弱 电部分应严格隔离， 所以输出单元使用了光电隔离 芯片，同时为了满足系统多种补偿工作方式的需 要，每个端口 都接有电 流驱动芯片Ｕ Ｎ ０３ Ｌ ２０ 和上 拉电阻排， 用于提高系统输出控制的驱动能力， 由 于每组过零触发模块或小中间继电器所需驱动电 流很小（ ７ Ａ即可） ３ｍ ，利用上述的驱动措施能够 满足系统要求。 ２． ．３键盘和显示单元 ２ 本系统控制器的 采用键盘扫描工作方式， 只用 三键．这３ 个按键分别是“ 功能设置” 加” 减” 、“ 和“ ，