【導(dǎo)讀】作為無(wú)功補(bǔ)償控制器和電網(wǎng)監(jiān)測(cè)器的統(tǒng)一體，該裝置以實(shí)時(shí)的電網(wǎng)。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為依據(jù)，以低壓網(wǎng)為補(bǔ)償對(duì)象。本文主要研究了對(duì)電網(wǎng)。系統(tǒng)硬件采用16位單片機(jī)系統(tǒng)，具有運(yùn)算速度高，實(shí)時(shí)性好的特點(diǎn)；該裝置人機(jī)操作界面簡(jiǎn)單。

　　

【正文】 感電阻和濾波電容器等制成 專用高次諧波濾波裝置等。其次應(yīng)考慮到由于系統(tǒng)電壓中諧波的存在，采用哪種措施才能限制諧波的放大？目前，為了保護(hù)用于無(wú)功補(bǔ)償?shù)牟⒙?lián)電容器，最有效的方法就是在電容器回路中串入電抗器。其電抗器的感抗值應(yīng)按以下方法確定。 圖 電容串聯(lián)電抗器等值電路 如圖 所示，為電容器串聯(lián)電抗器的單相等值電路圖。圖中： Un為母線的 n 次諧波電壓， En 為 n 次諧波源電動(dòng)勢(shì)， Xs， XL 分別為系統(tǒng)，電抗器的基波感抗， Xc 為電容器組的各相等值基波容抗， R 為各相的等值電阻。顯然： 22 ])([ nXXXnREICLssnn???? (32) )( nXnXIV cLnn ?? 由上式可知，串聯(lián)電抗器 XL 越大，諧波電流 In 越小，為了避免 n 次以上諧波諧振，應(yīng)使自振頻率小于 n，令 X=Xs+XL，當(dāng) n 次諧波諧振時(shí)，即有： nX=Xc/n，所以XX?，此時(shí)應(yīng)該使 nXXc? 如前所述，對(duì)于電容器回 路來(lái)說(shuō)，起主要作用的是 5， 7， 11， 13 等次諧波。在實(shí)際電網(wǎng)中。為了避免 5 次以上諧波諧振，則由式 可見(jiàn) n=5時(shí)，應(yīng)該滿足 X，因?yàn)? Xs 很小，所以 X=XL，故應(yīng)該使 XL。 27 又由式 可知，當(dāng) n=5 時(shí)，即當(dāng) 5XL=1/5Xc，亦即 XL= 時(shí)，母線上 5 次諧波電壓為零，從而不致使 5 次諧波電壓放大，這正是所需要的。 綜上所述，為限制 5 次諧波電流，應(yīng)取 XL，而為降低母線上的 5 次諧波電壓，應(yīng)取 XL=，以上倆者兼顧，通常取 XL=。 其它相關(guān) 電路及元件 1．復(fù)位方式及其電路 所謂復(fù)位方式，是指單片機(jī)系統(tǒng)的初始化過(guò)程。 初始化的結(jié)果是將程序狀態(tài)寄存器 PSW 清零，將一些寄存器初始化，加載芯片配置寄存器，并將程序計(jì)數(shù)器初始化為 2080H，以準(zhǔn)備 2080H 單元開(kāi)始執(zhí)行。 復(fù)位的方式可分為：上電復(fù)位，手動(dòng)復(fù)位，監(jiān)視定時(shí)器溢出復(fù)位和復(fù)位指令 RST 復(fù)位。 無(wú)論采用 哪種復(fù)位方式均需使引腳 RESET 為低電平，并保持至少倆個(gè)狀態(tài)周期，以啟動(dòng)內(nèi)部復(fù)位過(guò)程實(shí)現(xiàn)復(fù)位。復(fù)位過(guò)程需要 12 個(gè)狀態(tài)周期。如圖 所示，是在本系統(tǒng)中用到的一個(gè)簡(jiǎn)單復(fù)位電路。 8098 復(fù)位電路 2．相位超前指示電路 如圖 所示， TXD/ 為單片機(jī)的電平輸出口，在程序中可以設(shè)定當(dāng)電壓超前于電流時(shí) TXD/ 輸出高電平，此時(shí)發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，指示當(dāng)前相電流與電壓的相位關(guān)系。 圖 相位超前指示電路 3．功能按鍵電路 28 如圖 所示，在 8098 的 RXD/ 口設(shè)置一個(gè)按鍵。此按鍵的功能是決定顯示電路每次顯示哪一種參數(shù)。 圖 功能按鍵電路 29 4 系統(tǒng)調(diào)試 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的調(diào)試包括硬件調(diào)試和軟件調(diào)試。但硬件調(diào)試和軟件調(diào)試不能完全分開(kāi)，許多硬件錯(cuò)誤是在軟件調(diào)試過(guò)程中被發(fā)現(xiàn)的，一般方法是先排除比較明顯的硬件故障，再進(jìn)行軟件調(diào)試。 常見(jiàn)的硬件故障有： 硬件的邏輯錯(cuò)誤是由于設(shè)計(jì)錯(cuò)誤和加工過(guò)程中的工藝性錯(cuò)誤造成的。這類錯(cuò)誤包括：錯(cuò)線，開(kāi)路，短路，相位錯(cuò)等幾種，其中短路是做常見(jiàn)的，也是較難排除的故障。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)往往要求體積小，從而使印制板的布線密度高，工藝原因造成引線間的短路，而開(kāi)路往往是由于印制板的金屬孔質(zhì)量不好或插件接觸不良引起的。 元件失效的原因有倆種：一是器件本身?yè)p壞或性能差，如電阻電容型號(hào)，參數(shù)不正確，集成電路損壞，器件的速度，功耗等技術(shù)參數(shù)不符合要求等。第二方面是由于組裝錯(cuò)誤造成的元件失效，如電容，二極管的極性錯(cuò)誤，集成快安裝的方向錯(cuò)誤等。 3．可靠性差 系統(tǒng)不可靠的因素很多，如金屬孔接插件接觸不良會(huì)造成系統(tǒng)時(shí)好時(shí)壞，禁不起振動(dòng)；內(nèi)部和外部的干擾，電源紋波系數(shù)過(guò)大，器件負(fù)載過(guò)大等會(huì)造成邏輯電平不穩(wěn)定；另外走線和不局的不合理等也會(huì)引起系統(tǒng)的可靠性差。 常見(jiàn)的軟件錯(cuò)誤類型： 程序失控 這種錯(cuò)誤的現(xiàn)象是當(dāng)以斷點(diǎn)或連續(xù)方式運(yùn) 行時(shí)，目標(biāo)系統(tǒng)沒(méi)有按規(guī)定的功能進(jìn)行操作或什么結(jié)果都沒(méi)有，這是由于程序沒(méi)有轉(zhuǎn)移到預(yù)料的地方或在某處死循環(huán)所造成的。這類錯(cuò)誤的原因有：程序轉(zhuǎn)移地址計(jì)算錯(cuò)誤；堆棧溢出；工作寄存器沖突等。 中斷錯(cuò)誤 （ 1）不響應(yīng)中斷 30 CPU 不響應(yīng)任何中斷或不響應(yīng)某一出中斷。這種錯(cuò)誤現(xiàn)象是連續(xù)運(yùn)行時(shí)不執(zhí)行中斷服務(wù)程序的規(guī)定操作，斷點(diǎn)設(shè)在中斷入口或中斷服務(wù)程序中碰不到斷點(diǎn)。錯(cuò)誤的原因有：中斷控制器的初值設(shè)置不正確；或者對(duì)片內(nèi)的定時(shí)器，串行口等特殊功能寄存器和擴(kuò)展的 I/O 口編程有錯(cuò)誤，造成中斷沒(méi)有被激活；或者在對(duì)中斷返回時(shí)，沒(méi)有使用 RET 返回指令；或由于外部中斷源的硬件故障使外部中斷請(qǐng)求無(wú)效。 （ 2）循環(huán)響應(yīng)中斷 這種錯(cuò)誤是 CPU 循環(huán)響應(yīng)某一處中斷，使 CPU 不能正常的執(zhí)行主程序或其它程序的中斷服務(wù)程序。這種錯(cuò)誤通常發(fā)生在外中斷中。 （ 3）輸入輸出錯(cuò)誤 這類錯(cuò)誤包括輸入輸出操作雜亂無(wú)章或根本不動(dòng)作。錯(cuò)誤的原因有：輸入輸出程序沒(méi)有和 I/O 口硬件協(xié)調(diào)好；時(shí)間上沒(méi)有同步；硬件還存在故障。 硬件調(diào)試 硬件調(diào)試相對(duì)來(lái)說(shuō)工作量比較小，但它是軟件調(diào)試的基礎(chǔ)，故也十分重要。 （ 1）按電路圖仔細(xì)焊接各元件，完成之后，首先用萬(wàn)用表檢查各元件的電源端和地端是 否反接，若有馬上矯正。 （ 2）插上元件，用萬(wàn)用表檢查各管教之間是否短路或斷路。 （ 3）編一小程序，盡量各集成快都用到，用以檢查硬件接線是否正確。 軟件調(diào)試 軟件調(diào)試是本系統(tǒng)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，要花費(fèi)大量的時(shí)間和精力。在本次設(shè)計(jì)中，首先把程序分成若干部分，采取各個(gè)擊破的原則。本次軟件設(shè)計(jì)共分成了幾個(gè)部分：數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)處理，測(cè)量顯示，住程序部分，計(jì)算部分，顯示部分。顯示部分最先調(diào)試，因?yàn)橐院蟾鞑糠侄家ㄟ^(guò)顯示部分看現(xiàn)象。 顯示部分調(diào)試 為了調(diào)試顯示是否工作正常，可以編制一些小的子程序來(lái)進(jìn)行調(diào)試， 31 經(jīng)過(guò)調(diào)試后，我們發(fā)現(xiàn) 顯示部分能正常工作。 A/D 轉(zhuǎn)換模塊的調(diào)試 因系統(tǒng)軟件較大，不適合用來(lái)調(diào)試 A/D 轉(zhuǎn)換模塊，故編制了一簡(jiǎn)單程序進(jìn)行調(diào)試，并用示波器來(lái)監(jiān)視幾個(gè)控制信號(hào)（如片選，啟動(dòng)）是否正確。通過(guò)這種方法使 A/D 轉(zhuǎn)換電路很快便能正常工作。 誤差分析及提高精度的措施 按照理論分析，除了互感器誤差，本系統(tǒng)的誤差應(yīng)該很小。但由于計(jì)算時(shí)尾數(shù)都是舍掉的，另外輸入信號(hào)會(huì)帶來(lái)高次諧波，電網(wǎng)中負(fù)載的影響等等，這些原因都會(huì)給系統(tǒng)的測(cè)量帶來(lái)誤差。 為了消除這些誤差，除了采取必要的硬件措施和軟件措施外，在計(jì)算的時(shí)候，采用有效法測(cè)量差數(shù)。 根據(jù)設(shè)計(jì)要 求，以上調(diào)試結(jié)果基本上達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。 32 5 結(jié)論與展望 論文總結(jié) 本文提出的無(wú)功補(bǔ)償控制器在輸出控制回路中進(jìn)行了改革，使其避免了以往接觸器暫態(tài)工作易損壞的缺點(diǎn)，繼續(xù)保留了 TSC 型設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易，控制方便等優(yōu)點(diǎn)。這使其能夠推廣使用成為了可能。 控制策略比較合理。即考慮到了電網(wǎng)功率因數(shù)對(duì)電容容量的要求，也考慮到穩(wěn)定電網(wǎng)電壓質(zhì)量的要求。 具有電力抄表的功能。 本文的不足及課題展望 由于個(gè)人的閱歷、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)有限，以及主觀性綜合考慮欠妥等，在課題研究設(shè)計(jì)和論文闡述中也存在一些不足。 采用更高檔次的 CPU 系統(tǒng)，升級(jí) A/D 位數(shù) ，使系統(tǒng)的實(shí)時(shí)行有進(jìn)一步的提高。 組建區(qū)域無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)的網(wǎng)絡(luò)化和自動(dòng)化。 總之無(wú)功補(bǔ)償控制器在我國(guó)是很有發(fā)展?jié)摿Φ男袠I(yè)，其技術(shù)還有待進(jìn)一步的研究和提高。 33 致 謝 值此論文完成之際，我要向在我大學(xué)三年多的時(shí)間里指導(dǎo)和幫助過(guò)我的人表達(dá)最誠(chéng)摯的謝意 ! 首先要感謝我的指導(dǎo)老師，這篇論文是在老師的親切指導(dǎo)下完成的。老師時(shí)刻關(guān)心著我的畢業(yè)設(shè)計(jì)和論文的進(jìn)展，他提出的一些修改意見(jiàn)讓我受益匪淺。更重要的是，老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、公正務(wù)實(shí)的學(xué)術(shù)風(fēng)格忘我的工作態(tài)度一直是我所學(xué)習(xí)的榜樣，在以后的工作和生活中我一 定會(huì)秉承這種崇高的德操，誠(chéng)懇做事，踏實(shí)做人。 還要感謝我的同學(xué)和朋友們，感謝他們陪我度過(guò)了寶貴的大學(xué)生活，感謝他們?cè)谏詈蛯W(xué)習(xí)上給我的關(guān)心和幫助。 在此也要感謝各位評(píng)審老師對(duì)本文的評(píng)審、批評(píng)。 最后要感謝我的家人，是他們給了我精神上和物質(zhì)上的鼓勵(lì)和支持，才使我能全心全意的在求學(xué)的道路上繼續(xù)走下去。 18 35 參考文獻(xiàn) [1]陸安定 功率因數(shù)與無(wú)功補(bǔ)償 上?？茖W(xué)普及出版社， 2020； [2]于海生 微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》 清華大學(xué)出版社； [3]孫德文 微型計(jì)算機(jī)技術(shù) 高等教育出版社； [4]李新民 8098單片微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù) 北京航空航天大學(xué)出版社； [5]丁毓山 電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償實(shí)用技術(shù) 中國(guó)水利水電出版社； [6]許葉清 實(shí)用無(wú)功功率補(bǔ)償技術(shù) 中國(guó)科技大學(xué)出版社； [7]胡廣書 數(shù)字信號(hào)處理 清華大學(xué)出版社； [8]王小華 三相無(wú)功功率測(cè)量方法和誤差分析 長(zhǎng)沙電力學(xué)院學(xué)報(bào)； [9]吳小川 利用單片機(jī)技術(shù)的三相輸電線路的功率因數(shù)采集原理，電力電容器 ； [10]李仁杰 無(wú)功補(bǔ)償裝置綜述 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)； [11]蘇文成 無(wú)功補(bǔ)償與電力電子技術(shù) 機(jī)械工業(yè)出版社； [12]李鵑 智能型無(wú)功最優(yōu)補(bǔ)償及裝置 電力系統(tǒng) 自動(dòng)化 ； [13]李先彬 電力系統(tǒng)自動(dòng)化 華北電力學(xué)院； [14]申忠如 電氣測(cè)量技術(shù) 科學(xué)出版社 ； [15]徐永海 電力系統(tǒng)諧波及無(wú)功功率綜合補(bǔ)償?shù)姆绞降难芯侩娏ο到y(tǒng)自動(dòng)化； [16]劉會(huì)金 低壓配電網(wǎng)并聯(lián)電容補(bǔ)償?shù)男阅芊治? 華北電力技術(shù)； [17]陶曉農(nóng) 中低壓變電所電壓無(wú)功調(diào)節(jié)的研究 電力系統(tǒng)自動(dòng)化。 21 37 附件： 網(wǎng)絡(luò)學(xué)院畢業(yè)論文獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人聲明，所呈交的畢業(yè)論文系在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下本人獨(dú)立完成的研究成果。論文中依法引用他人的成果，均已做出明確標(biāo)注或得到許可。論文內(nèi)容未包含法律意 義上已屬于他人的任何形式的研究成果，如果本論文有摘抄他人的研究成果，被他人追究責(zé)任，則本人負(fù)全部責(zé)任，與指導(dǎo)老師和學(xué)校無(wú)關(guān)。 本人如違反上述聲明，愿意承擔(dān)以下責(zé)任和后果： 1. 交回學(xué)校授予的畢業(yè)證書； 2. 學(xué)校可以在相關(guān)媒體上對(duì)作者本人的行為進(jìn)行通報(bào)； 3. 本人按照學(xué)校規(guī)定的方式，對(duì)因不當(dāng)取得證書給學(xué)校造成的名譽(yù)損害，進(jìn)行公開(kāi)道歉； 4. 本人負(fù)責(zé)因論文成果不實(shí)產(chǎn)生的法律糾紛。 論文作者簽名： 日期： 年 月 日 畢業(yè)論文知識(shí)產(chǎn)權(quán)權(quán)屬 聲明 本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下所完成的論文及相關(guān)的職務(wù)作品，知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸屬學(xué)校。學(xué)校享有以任何方式發(fā)表、復(fù)制、公開(kāi)閱讀、借閱以及申請(qǐng)專利等權(quán)利。本人離校后發(fā)表或使用畢業(yè)論文或與論文直接相關(guān)的學(xué)術(shù)論文或成果時(shí)，署名單位仍然為西安交通大學(xué)。 論文作者簽名： 日期： 年 月 日 導(dǎo) 師 簽 名： 日期： 年 月 日 注：本聲明的版權(quán)歸西安交通大學(xué)所 有，未經(jīng)許可，任何單位及個(gè)人不得擅自使用。