多功能电能表在无功补偿中的应用

多功能电能表在无功补偿中的应用

杨小峰

襄樊供电公司电能计量中心（441000）

摘要：本文介绍了一种利用多功能电能表实现无功功率补偿控制装置的结构及工作原理。

关键词：无功补偿多功能电能表

1.概述

安装无功补偿装置是提高供电设备利用率，保证电网经济运行的重要手段。一般的无功补偿装置控制器有两种结构，第一种方法是采用测量功率因数的具体数值，然后根据测量的数据和设定的功率因数值投、切补偿电容器组。这类补偿装置的不足之处是：

1.1在轻负载或空载的情况下容易发生切除电容器时造成功率因数偏低，投入一组电容器又造成

功率因数超前，为此反复投切电容，也即发生“投切振荡”。

1.2取样的电流、电压信号往往只以三相电路中的某一相参数作测量信号，而不是三相整体的参

数，在三相负载不平衡时误差较大。

1.3为避免电容在设定功率因数的某一定值附近频繁投切，功率因数只能保持在较大范围，而难

达到理想的补偿效果。

1.4稳定性较差，当电网电压波形发生畸变时，信号失真会引起装置误动。

第二种方法是利用A/D转换器测量并计算得出线路中实际的无功功率的数值，实现无功的精确补偿，但结构复杂，成本高。本文介绍一种利用多功能电能表的无功补偿控制器。我们知道，现代的全电子多功能电能表采用高精度高速模数转换器、高速数据处理器等先进电子器件使之具有强大的测量功能，除了可以精确地测量出线路中的有功、无功电能的数值外还可以测量出每相电流、电压、功率因数、有功功率、无功功率及负荷曲线等，同时它带有一个RS485接口，通过这个接口按照其通讯协议可以读出线路中各种电气参数。因此我们只要从多功能电能表里读出每相及三相无功功率的数值，即可根据该数值决定电容的投、切和投、切的具体容量和相别。这种方法不仅成本很低，而且控制效果好。

2.硬件结构

图一为功率因数补偿控制器的逻辑图。图中U1为PHILIPS公司的87LPC762单片机，该芯片和MCS —51有完全兼容的内核，但只有20个引脚，内部带有两个定时/计数器，一个外中断申请引脚，IIC接口和标准的串行通讯接口。同时它还有2KB的OTP存储器和128B的RAM，有片内的复位和看门狗电路，有片内RC振荡器，因此在最简单的情况下只需连接电源和地信号它即可工作，成本十分低廉，而且它的体积小巧、抗干扰能力强，工作可靠。为了实时显示电路中的功率因数，利用两片74HC595驱动三只LED数码管。使用87LPC762单片机的4根输出口线控制光隔可控硅触发器，它们即可以用来驱动交流接

触器实现补偿电容器的投、切，也可以用它们来驱动大功率的固态继电器实现无触点电容器的投、切。如前所述，本控制器采用多功能电能表的测量数据实现补偿，所以扩展了一片RS485通讯接口芯片从多功能电能表中读取数据，接口芯片采用MAX1487。电源采用普通的变压器降压整流、稳压后供单片机及外围电路使用。由此可见本控制器的结构十分简单。

图一：功率因数补偿控制器逻辑图

3.软件结构

控制器的软件用C51和汇编语言混合编程，主要由三个部分组成，即RS485通讯，电容器投切控制和数码管的显示驱动，下面分别对其进行介绍。

一般多功能电能表的通讯协议均采用原国家电力部标准[3]，该标准详细规定了通讯数据链路层和应用层的协议，包括数据的格式、帧格式、地址码、命令、检错的方法等。其帧格式如下所示：

表一帧格式名称代码说明：

需要说明的是，该协议规定的命令很多，全部实现势必造成软件的篇幅过大。事实上这里仅需要少数命令即可，如读取无功功率、设置电能表通讯波特率等。由于其帧结构较为复杂，所以通讯软件采用状态法实现其一个完整的帧的接收过程。如图二所示，接收一个帧分为六个状态，根据接收到的数据决定状态的转移。接收到一个完整的帧后，将其交给投/切控制程序进行分析。

图二串行口接收一帧的状态图

投/切控制在主程序里实现。单片机上电初始化后即开始循环，每个循环里对多功能表读一次数据，进行投/切控制。为不使投/切控制过于频繁，循环周期宜取稍长一些，一般可取39秒即可。主程序的流程图如下：

图三主程序流程图

显示部分利用单片机内部的定时/计数器0的中断服务实现动态扫描，将从多功能电能表里读出的功率因数实时显示出来，显示使用了三位数值。

4.实际应用

我们在襄樊市轻化总厂、汉北轴承厂等化工、机械、纺织行业试运行了三个月，取得了较好的效果。轻化总厂由于以前无功补偿不合理，功率因数只能在0.7左右，反映在电费上每月增加力率调整电费3千多元。加装本文介绍的无功补偿控制器后，该厂功率因数能保持在0.97左右，每月奖励力率调整电费300多元。汉北轴承厂以前功率因数只能在0.65左右，反映在电费上每月增加力率调整电费2千多元，加装本文介绍的无功补偿控制器后，该厂功率因数能保持在0.99，每月奖励力率调整电费200多元。三个月以来挂网试验的无功补偿控制器运行稳定，使用电设备工作在最佳状态。一方面准确有效地补偿了无功功率，使供电部门损耗降低，同时用户也少支出不必要的费用，降低了企业成本，起到了双赢的效果。

5.结束语

本文介绍的无功补偿控制器由于利用了多功能电能表的测量功能，故其结构十分简单，且工作可靠，效果较好，是一种值得推广的方法。目前使用的多功能电能表的实际功能还很多，有待于我们发掘、开发加以应用。希望本文能够对大家有所启发。

参考文献

[1] 周立功公司，P87LPC76X OTP单片机使用指南，2000

[2] 马忠挴等，单片机的C语言应用程序设计，北京航空航天工业大学出版社

[3] 中华人民共和国电力行业标准，多功能电能表通讯规约[S]，DL/T 645-1997

[4] 中华人民共和国电力行业标准，多功能电能表，DL/T 614-1997