基于单片机无功功率的补偿控制系统的设计毕业论文（经典文章）[实用论文].docVIP

第4章控制方案的单片机实现4.1.引言目前，无功补偿装置己在电力系统得到广泛应用。无功电源与有功电源一样是维护电力系统稳定、保证电能质量和安全运行必不可少的。电网中存在的无功功率有感性的和容性的两种，由于一般的电网中负载多为感性，如:异步电机，变压器等，传统的就地无功补偿装置是通过单片机实行控制实现电容器组的投切，即投入容性无功功率以达到减小总无功功率的目的。但是，电网中存在谐波时，投切电容有可能发生电容把高次谐波量放大，更为严重的是如果电容与电网中的感性负载在某次谐波恰好发生谐振，电网电压、电流有可能被无限放大，造成的后果不堪设想。因此，在无功补偿的同时，对电网中的谐波量进行测量和消除是非常重要的，且对系统的无功进行准确补偿也建立在对系统各项参数进行准确测量的基础上。 4.2设计任务 输入模拟量 1.工作电压及输入电压模拟量额定工作电源电压及额定电压模拟量220V或380V20%，电源正弦波形，总畸变率不大于5%。 1）功能要求 功能设置要求 1.1能实现三线对称补偿和分相补偿组合 1.2投入、切除门限设定值 1.3延时设定值 1.4过压保护设定值 1.5谐波超值保护设定值 1.6面板功能键操作应具有容错功能 1.7面板设置应具有硬件或软件闭锁功能 2）显示功能 2.1工作电源工作显示 2.2超前、滞后_显示 2.3输出回路状态显示 2.4过压保护动作显示 2.5控制器应具有电网即时运行参数及设定值调用功能 2.6控制器应具有监测或统计数据调用功能 2.7谐波超值保护动作显示 2.8手动、自动指示显示 3. 延时及加速功能 输出回路动作应具有延时及过电压加速动作功能。 4. 程序投切功能 手动或自动投切选择，自动状态时应具有自动循环投切。 5. 自检复归功能 控制器每次接通电源应进行自检并复归输出回路(即输出回路处在断开状态)。 6. 投切振荡闭锁 在轻负荷时，控制器应有防止投切振荡的措施。 7. 闭锁报警 当系统电压大于或等于一定值(该值可调)，闭锁控制器投入回路;控制器内部发生故障时，闭锁输出回路并报警;执行回路发生异常时，闭锁输出回路并报警。 8. 用中间体(如抄表器)抄录实时数据和历史数据， 图4.1带电力监测的无功补偿装置总电路图 　　该装置上电后，经过一定延时，控制器再开始工作，通过对系统三相电压、三相电流采样，根据电压、电流的值计算系统无功功率，并与用户设定的投入门限、切除门限相比较，再考虑系统电压幅值情况确定电容器组的投切，投切命令输入到触发电路，由触发电路控制晶闸管在电压正向峰值时投入电容器，按照在保证电压不越限的前提下，使变压器从系统，护吸收的无功最小的原则对电容器组进行控制，能有效改善电压质量，提高功率因数，降低网络损耗。考虑系统的复杂性及经济性，电容器分组采用二进制方案，即采用(K-1)个电容，直均为C的电容和一个电容值为(C/2)的电容，这样的分组可使组成的电容值有2K级。小电容量那一路作为单位电容量，它的大小决定了补偿精度。 　　本系统由MCS-51控制，实时监测电力系统无功功率和电压并跟踪系统无功功率的大小，采用晶闸管投切并联电容器组的无功功率补偿装置。该装置因响应速度较快、动态性能好，所以能实现对决速变化的无功进行跟踪补偿。该装置具备完整的显示控制保扩!功能。根据需要可显示功率因数、系统电压、负载电流、无功功率等值。并可实时在线设置投入门限、切除门限、过压值、、延时值等参数。能延时可调、过压自动 切除，能有效地提高功率因数改善电压质量、降低电能损耗、消除电压波动、滤除高次谐波，抑制电压闪变，减少电压不平衡。 4.4.主控制器芯片的选取 主控制器芯片选取MCS-51单片机， 4.4.1 MCS-51单片机的内部结构及管脚功能 1）MCS-51单片机的内部结构[19][20] MCS-51单片机的功能框图如图1.1所示。在一块小芯片上集成了一个微型计算机的各个部分，其核心部分是中央处理器CPU，它由运算器和控制器两大部分组成。运算器用来完成算术运算、逻辑运算和进行位操作，由算术逻辑单元（ALU）、位处理器、累加器ACC、寄存器B、暂存器TMP1和TMP2等组成。 　　控制器是用来统一指挥和控制计算机进行工作的部件，它由控制逻辑、内部振荡电路OSC、指令寄存器及其译码器、程序计数器PC及其增量器、程序地址寄存器、程序状态字寄存器PSW、RAM地址寄存器、数据指针DPTR、堆栈指针SP等组成。 　　　　　　　　　　　　　图4.2 MCS-51单片机的内部结构 2）MCS-51单片机的管脚功能 　　采用HMOS制造工艺的MCS-51单片机都采用40管脚双列直插式封装；而采用CHMOS制造工艺的80C51/80C31,除采用40脚双列式直插式封装外，还有用方形的封装方式。如图1.2所示为双