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摘 要：本文針對(duì)我國(guó)大部分城鄉(xiāng)電網(wǎng)功率因數(shù)偏低的現(xiàn)狀，研制了基于單片機(jī)控制并使用新型的智能電表芯片作為數(shù)據(jù)采集的高壓無(wú)功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置。論述了控制策略，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的硬件和軟件。
關(guān)鍵詞： 戶(hù)外柱上 無(wú)功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償 單片機(jī) 無(wú)線(xiàn)通信
相對(duì)于發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)大部分的城鄉(xiāng)電網(wǎng)功率因數(shù)偏低。因此提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，改善電壓質(zhì)量，提高電能的傳輸效率，便成了電力系統(tǒng)的一個(gè)重要課題。將電容器與網(wǎng)絡(luò)感性負(fù)荷并聯(lián)是補(bǔ)償無(wú)功功率的傳統(tǒng)方法，在國(guó)內(nèi)外獲得了廣泛的應(yīng)用。而如何實(shí)現(xiàn)無(wú)功功率的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，特別是在戶(hù)外柱上實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償，仍是國(guó)內(nèi)外同行關(guān)注的熱點(diǎn)。
電壓和無(wú)功功率綜合控制就是利用電壓、無(wú)功兩個(gè)判別量進(jìn)行綜合控制，以保證電壓在合格范圍內(nèi)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)無(wú)功基本平衡。當(dāng)按電壓無(wú)功綜合控制時(shí)，電壓和無(wú)功兩個(gè)目標(biāo)函數(shù)存在互相沖突的區(qū)域，在負(fù)荷較重時(shí)也存在電容投切頻繁的問(wèn)題。本裝置采取的控制策略如圖2-1所示
1.運(yùn)行點(diǎn)在0區(qū)，即電壓合格，無(wú)功也合格，不動(dòng)作;
2.運(yùn)行點(diǎn)在1區(qū)，即電壓越上限，控制策略為切電容;
3.運(yùn)行點(diǎn)在2區(qū)，即電壓合格但接近于上限，與電壓上限的距離小于ΔUC，無(wú)功越上限，此時(shí)控制策略為不動(dòng)作;
4.運(yùn)行點(diǎn)在3區(qū)，即電壓合格，無(wú)功越上限，此時(shí)應(yīng)進(jìn)一步考慮功率因數(shù)的值，如果功率因數(shù)小于功率因數(shù)下限，則投電容，否則，不動(dòng)作，這樣做主要是為了防止負(fù)荷較大時(shí)投切頻繁;
5.運(yùn)行點(diǎn)在4區(qū)，即電壓越下限，控制策略為投電容;
6.運(yùn)行點(diǎn)在5區(qū)，即電壓合格但接近于下限，與電壓下限的距離小于UC，無(wú)功越下限，此時(shí)控制策略為不動(dòng)作;
7.運(yùn)行點(diǎn)在6區(qū)，即電壓合格且遠(yuǎn)離下限，無(wú)功越下限，控制策略為切電容。
四、 控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)
4.1硬件總體結(jié)構(gòu)
4.2軟件總體結(jié)構(gòu)
在單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)中采用了結(jié)構(gòu)化和模塊化的設(shè)計(jì)方法，如圖4-2所示為單片機(jī)軟件的主程序流程圖。初始化程序中，除了對(duì)寄存器賦值，還要讀取E2PROM中的數(shù)據(jù)判斷電容器在上次掉電前是否發(fā)生故障，如存在故障則不進(jìn)行控制。單片機(jī)采樣數(shù)據(jù)，是從測(cè)量芯片中讀取計(jì)算好的電壓、電流、有功等有效數(shù)據(jù)。為保證電容器切后充分放電，設(shè)計(jì)了10分鐘保護(hù)函數(shù)，在此間不進(jìn)行控制。在程序設(shè)計(jì)時(shí)，側(cè)重電容器的保護(hù)，實(shí)現(xiàn)的保護(hù)功能有：欠壓保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)、過(guò)流保護(hù)和缺相保護(hù)。從軟件上保證了裝置的安全運(yùn)行。
軟件采用C語(yǔ)言和匯編混合編程，在軟件設(shè)計(jì)中采用了定時(shí)中斷存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)，串行通信中斷上傳，下傳實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及歷史數(shù)據(jù)，硬件中斷接受鍵盤(pán)命令察看參數(shù)或修改參數(shù)。其多任務(wù)結(jié)構(gòu)如圖4-3。
主循環(huán)
定時(shí)中斷
按鍵中斷
參考文獻(xiàn)
1)何立民. MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)配置與接口技術(shù).北京航空航天大學(xué)出版社，1994
2)胡國(guó)根譯.電力系統(tǒng)無(wú)功功率控制.水利電力出版社，1990
3)王錫凡.電力工程基礎(chǔ).西安交通大學(xué)出版社，1998
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