【正文】 需要，這就是電網(wǎng)需要裝設(shè)無功補償裝置的道理。cosφ則稱為功率因數(shù)。功率因數(shù)分為自然功率因數(shù)、瞬時功率因數(shù)和加權(quán)平均功率因數(shù)。自然功率因數(shù)的高低主要取決于用電設(shè)備的負荷性質(zhì)，電阻性負荷（白熾燈、電阻爐）的功率因數(shù)較高，等于1，而電感性負荷（電動機、電焊機）的功率因數(shù)比較低，都小于1。瞬時功率因數(shù)是隨著用電設(shè)備的類型、負荷的大小和電壓的高低而時刻在變化。要改變自然功率因數(shù)，需要從改進電氣設(shè)備和結(jié)構(gòu)、性能等方面入手，這是生產(chǎn)廠家要做的事。但若為了增大功率的輸出，再在電路中接入一些純電阻或電感性的負載，則又將導致發(fā)電機的輸出電流超過額定值，這是不能容許的，但如在負載的兩端并聯(lián)一個適當?shù)碾娙萜鰿（），則總電流I1 將減小到I（），電路的功率因數(shù)就可以提高到cosφ（因為φφ1，故cosφcosφ1），如果并聯(lián)一個合適的電容，其輸出的有功功率可提高到電機容量的90%，這樣發(fā)電機的利用程度就大大增高了。進行功率因數(shù)補償可以：，減小線路及變電設(shè)備的損耗。能源是有限的，既然是不可再生的，我們唯一能做的就是減少浪費，高效合理的利用它們，這才是明智之舉，是我們除了尋找代替能源以外的最有價值的事情。這不僅符合經(jīng)濟效率的規(guī)律，還是能源科學使用的具體表現(xiàn)。 無功補償裝置的發(fā)展概況傳統(tǒng)的無功功率補償裝置是同步調(diào)相機(Synchronous CondenserSC)。自20世紀30年代以來的幾十年中，同步調(diào)相機在電力系統(tǒng)無功功率控制中一度發(fā)揮著主要作用。所以，現(xiàn)在同步調(diào)相的容量所占容性補償容量的比例日益減少。如今，電力企業(yè)安裝的并聯(lián)電容器比例逐年有所增加。早期的靜止無功補償裝置(Static Var CompensatorSVC)是飽和電抗器(Saturated ReactorSR)型的。自80年代中期以來，頒布實施按功率因數(shù)調(diào)整電費的政策后，我國電力用戶在380伏配電室廣泛采用了以交流接觸器投切電容器的成套裝置。現(xiàn)在國內(nèi)低壓配電網(wǎng)無功補償仍然以并聯(lián)電容器為主，晶閘管投切電容器也得到了較多的應(yīng)用，而采用自換相的電力半導體橋式變流器來進行動態(tài)無功補償?shù)难b置DSTATCOM引起了越來越多國內(nèi)研究者的關(guān)注，但因其控制復(fù)雜、成本高昂等諸多因素，其實際應(yīng)用還有待時日。，提高動態(tài)響應(yīng)時間，快速投切電容器，以滿足工作條件較惡劣的情況(如大的沖擊負荷或負荷波動較頻繁的場合)。因此，研制高壓動態(tài)無功補償?shù)难b置則具有重要的意義，關(guān)鍵是解決補償裝置晶閘管和二極管的耐壓問題。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和電力電子產(chǎn)品的推廣應(yīng)用，供電系統(tǒng)或負荷中含有大量諧波。2 本課題任務(wù)及整體設(shè)計方案 本課題的主要任務(wù)本課題的任務(wù)書如下：低壓電力網(wǎng)中合理控制無功功率對降低線路損耗、維持電壓水平、提高線路輸送容量有重要的作用，廣泛了解目前進行無功調(diào)節(jié)的主要技術(shù)手段及當前的應(yīng)用情況，分析和設(shè)計無功功率調(diào)節(jié)的原理和實現(xiàn)，在設(shè)計中深入了解無功功率與電壓調(diào)節(jié)的制約關(guān)系。制作演示裝置，選擇實現(xiàn)控制器的某項典型功能，例如功率因數(shù)測量或電壓檢測，設(shè)計相應(yīng)數(shù)據(jù)輸出的人機接口等，自行完成裝置的制作調(diào)試，提供較詳細的軟件流程圖和硬件設(shè)計圖紙。據(jù)此要求。通過8051計算出系統(tǒng)功率因數(shù)，并通過LCD顯示電路顯示出來。功率補償器的外圍電路還包括電壓、電流相位差檢測電路，此部分電路主要用來檢測電路現(xiàn)在的功率因數(shù)，通過比較器和由D觸發(fā)電路鑒相電路把電壓信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號；三相功率因數(shù)顯示電路，主要用到LCD液晶顯示器。為了減少外圍芯片的數(shù)量，本系統(tǒng)也可采用一塊CPLD芯片—ispLS1048E，把74LS37D觸發(fā)器、與門、非門等外圍器件寫入其中本設(shè)計框圖主要包括四大組成部分：相位差檢測電路、三相功率因數(shù)顯示電路、電容器組及其投切控制電路、RS232C串行通信接口電路。三相功率因數(shù)顯示電路的作用是通過LCD來顯示各相功率因數(shù)的值。RS232C串行通信接口電路的作用是留出的一個擴展接口，方便日后可能進行的與上位機進行串行通信。 單片機介紹本設(shè)計中各電路的核心器件是8051單片機，下面就單片機的主要結(jié)構(gòu)及功能作一個簡要的說明。AT89C51單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與MCS51系列單片機的構(gòu)成基本相同。運算器主要用來對操作數(shù)進行算術(shù)、邏輯運算和位操作的。它的程序存儲器為8K字節(jié)可重擦寫Flash閃速存儲器，閃爍存儲器允許在線+5V電擦除、電寫入或使用編程器對其重復(fù)編程。AT89C51單片機的指令系統(tǒng)和引腳功能與MCS51的完全兼容。8K字節(jié)可重擦寫Flash閃速存儲器傘靜態(tài)操作:0Hz24MHz2568字節(jié)內(nèi)部RAM3個16位定時/計數(shù)器可編程串行DART通道作為輸出口，每位能驅(qū)動8個TTL邏輯電平。當訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在flash編程時，P0口也用來接受指令字節(jié):在程序效驗時，輸出指令字節(jié)。P1口:Pl口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位是雙向I/0口，P1的輸出緩沖級可驅(qū)動(吸收或輸出電流)4個TTL邏輯電平。此外，與AT89C51不同之處是，()和輸出()，具體如下表21所示。P2口:P2口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/0口，P2輸出緩沖級可驅(qū)動吸收或輸出電流4個TTL邏輯電平。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流ILL。在這種應(yīng)用中，P2口使用很強的內(nèi)部上拉電阻發(fā)送1。在Flash編程和校驗時，P2口接收低8位地址字節(jié)和一些控制信號。對P3口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入端口使用。P3口除了作為一般的I/0口線外，更重要的是它的第二功能，如下表22所示。①.定時器0和定時器1在AT89C51中，定時器0和定時器1都是16位加法計數(shù)結(jié)構(gòu)，分別由TH0(地址8CH)和TL0(地址8AH)及THI(地址8DH)和TLI(地址8BH)兩個8位計數(shù)器組成。每個定時器/計數(shù)器都有定時和計數(shù)兩種功能。外部事件的發(fā)生以輸入脈沖表示，因此計數(shù)功能的實質(zhì)就是對外脈沖進行計數(shù)。外部輸入的脈沖在負跳變時有效，進行計數(shù)器加1。如果前一個機器周期采樣為高電平，后一個機器周期采樣為低電平，即為一個有效計數(shù)脈沖。可見采樣計數(shù)脈沖是在2個機器周期進行的。③.定時功能定時器也是通過計數(shù)器的計數(shù)來實現(xiàn)的，不過此時的計數(shù)脈沖來自單片機的內(nèi)部，即每個機器周期產(chǎn)生一個計數(shù)脈沖。由于一個機器周期等于12個振蕩脈沖周期，因此計數(shù)頻率為振蕩頻率的1/12。即每微秒計數(shù)器加1。④.定時器2定時器2是一個16位定時器/計數(shù)器，它既可以作定時器，又可以做事件計數(shù)器。定時器2有三種工作模式:捕捉方式、自動重載(向上或向下計數(shù))和波特率發(fā)生器。定時器2有2個8位寄存器:TH2和TL2。由于一個機器周期由12個晶振周期構(gòu)成，因此，計數(shù)頻率就是晶振頻率的1/12。在這種方式下，每個機器周期的S5P2期間采樣外部輸入。在檢測到跳變的這個周期的S3P1期間，新的計數(shù)值出現(xiàn)在寄存器中。為了確保給定的電平在采樣前采樣到一次，電平應(yīng)該至少在一個完整的機器周期內(nèi)保持不變。每個中斷源都可以通過置位或清除特殊寄存器IE中的相關(guān)中斷允許控制位分別使得中斷源有效或無效。如表25所示。用戶軟件不應(yīng)給這些位寫1。定時器2可以被寄存器T2CON中的TF2和EXF2的或邏輯觸發(fā)。實際上，中斷服務(wù)程序必須判定是否是TF2或EXF2激活中斷。定時器0和定時器1標志位TF0和TF1在計數(shù)溢出的那個周期的S5P2被置位。然而，定時器2的標志位TF2在計數(shù)溢出的那個周期被置位，在同一個周期被電路捕捉下來。在三線電路中，我們所檢測的輸入信號為線電壓和線電流，如UCA和IB，或UBC和IA，或UAB和IC，這是它們之間的夾角θ和待測量角φ之間具有線性對用關(guān)系。 相角與關(guān)系為R性 相角與關(guān)系為L性 相角與關(guān)系為C性：純阻性時：φ=0，θ=90176。θ=90176。 純感性時：φ=90176。；容性時：φ=0～90176?！?176。 純?nèi)菪詴r：φ=90176。，θ角的大小又和UCA和IB同時為負的時間長短τ又具有線性對應(yīng)關(guān)系，并且可以得出：純阻性時：θ=90176。～180176。τ=0；容性時：θ=90176。τ=T/4～T/2 純?nèi)菪詴r：θ=0176。從以上分析可以知道：只要測量出時間τ，便可以間接測量出相角φ。為了測量時間τ，而又保證測量的φ角有一定的精度。計數(shù)脈沖是用8051的ALE脈沖四分頻后獲得。上述各點的波形及對應(yīng)關(guān)系已經(jīng)表示于圖8中。當UCA從正到負過零點時，對應(yīng)圖8中UC（）由0變1，兩個計數(shù)器T0、T1同時開始計數(shù)；當UCA到了由負到正過零點時，UC則由1變0，計數(shù)器T0與T1同時停止計數(shù)，設(shè)T0計數(shù)器計數(shù)值為N，T1計數(shù)器計數(shù)值為n，不難得出所測的相角φ可按下式（31）計算出： φ=90=90 （31）由8051很容易完成上述計算，若進一步再完成查表程序，按φ角查正弦或余弦表，即可得功率因數(shù)cosφ。用兩線同時觀測c和d點波形時，應(yīng)與圖8中UC和Ud的相對應(yīng)關(guān)系一致，即UC和Ud的后沿是對齊的，當θ角改變時，它們的后沿始終對齊，僅Ud的前沿隨θ角大小改變，表明線電壓、線電流間信號極性配合正確。 測量電路程序流程圖。cosφ在34H、35H中。 測量電路程序流程圖4 三相功率因數(shù)顯示電路 LCD液晶顯示器在日常生活中，我們對液晶顯示器并不陌生。在單片機的人機交流界面中，一般的輸出方式有以下幾種：發(fā)光管、LED數(shù)碼管、液晶顯示器。其優(yōu)點主要有以下幾點：：由于液晶顯示器的每一個點在收到信號后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不像陰極射線管顯示器（CRT）那樣需要不斷刷新亮點。B．數(shù)字式接口：液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機系統(tǒng)的接口更加簡單可靠，操作更加方便。D．功耗低：相對而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動IC上，因而耗電量比其它顯示器要少得多。液晶顯示器具有厚度薄、適用于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動、易于實現(xiàn)全彩色顯示的特點。例如屏的第一行的亮暗由RAM區(qū)的000H——00FH的16字節(jié)的內(nèi)容決定，當（000H）=FFH時，則屏幕的左上角顯示一條短亮線，長度為8個點；當（3FFH）=FFH時，則屏幕的右下角顯示一條短亮線；當（000H）=FFH，（001H）=00H，（002H）=00H，……（00EH）=00H，（00FH）=00H時，則在屏幕的頂部顯示一條由8段亮線和8條暗線組成的虛線。字符的顯示：用LCD顯示一個字符時比較復(fù)雜，因為一個字符由68或88點陣組成，既要找到和顯示屏幕上某幾個位置對應(yīng)的顯示RAM區(qū)的8字節(jié)，還要使每字節(jié)的不同位為“1”，其它的為“0”，為“1”的點亮，為“0”的不亮。但對于內(nèi)帶字符發(fā)生器的控制器來說，顯示字符就比較簡單了，可以讓控制器工作在文本方式，根據(jù)在LCD上開始顯示的行列號及每行的列數(shù)找出顯示RAM對應(yīng)的地址，設(shè)立光標，在此送上該字符對應(yīng)的代碼即可。1602LCD的主要技術(shù)參數(shù)如下：顯示容量：162個字符；芯片工作電壓：—；工作電流：()；模塊最佳工作電壓：；字符尺寸：(WH)mm。： LCD與AT89C51連接接口電路圖本設(shè)計中LCD初始化程序為：void init_lcd(void){ write_mand(0x3c)； write_mand(0x06)； write_mand(0x01)； write_mand(0x0c)；}5 電容器組及其投切控制電路 無功補償方式的選擇電容器的補償容量與采用的補償方式有關(guān)。按電容器安裝的位置不同，低壓電網(wǎng)利用并聯(lián)電容器進行無功補償?shù)姆绞接腥N:低壓集中補償方式、分散補償方式和用戶終端就地補償方式。通常采用微機控制的低壓并聯(lián)電容器柜，容量在幾十至幾百干乏不等，根據(jù)用戶負荷水平的波動投入相應(yīng)數(shù)量的電容器進行跟蹤補償。將電容器組按需求的無功容量，分別裝設(shè)在相應(yīng)的母線上，或者直接與低壓干線相連，形成內(nèi)部的分散補償方式(如圖12中的方式2)。由于這部分無功功率不再通過線路向上傳送，從而使用戶上的變壓器和配電線路的無功功率損耗相應(yīng)地減少，當變壓器下用戶較多，用戶配電線路分路多而且距離較遠時，補償效益最高。這種方式既可提高為用電設(shè)備供電回路的功率因數(shù)，又能改善用電設(shè)備的電壓質(zhì)量，對中、小型設(shè)備十分適用。因為這種補償電容器組的容量只能按電動機的空載電流選擇，因而在電動機帶負荷運行時長期處于欠補償狀態(tài)，仍需由電源端向受電端輸送無功功率，配電網(wǎng)的無功損耗仍然存在。 無功補償容量及分組方式的確定由前面設(shè)定的10KV配電系統(tǒng)知，配電系