【正文】 裝置的發(fā)展?fàn)顩r近 20 年來，世界各地（包括美國、法國、意大利、英國、俄羅斯、日本等國）發(fā)生的由電壓穩(wěn)定和電壓崩潰引發(fā)的大面積停電事故引起了各國的高度重視。在我國也曾多次發(fā)生電壓崩潰事故，如 1993 年和 1996 年南方電網(wǎng)的幾次事故，這些事故都促使人們采取各種措施以維持電網(wǎng)穩(wěn)定。至今并聯(lián)電容器仍是一種主要補(bǔ)償方式，應(yīng)用范圍廣泛，只是控制器在不斷的更新發(fā)展。但同步補(bǔ)償器成本高，安裝復(fù)雜，維護(hù)困難，使其推廣使用受到限制。在第一個(gè)工業(yè)用晶閘管出現(xiàn)之前，電子半導(dǎo)體由于功率過小，在直流傳動，交流傳動，電磁合閘，交流不間斷電源和無功補(bǔ)償?shù)阮I(lǐng)域內(nèi)一直沒有得到應(yīng)有的推廣使用。同樣電力電子技術(shù)對無功補(bǔ)償技術(shù)也帶來了新的發(fā)展鍥機(jī)。因?yàn)殡娏Π雽?dǎo)體開關(guān)的響應(yīng)時(shí)間短(PS級)，所以能夠選擇電容的投切角度，實(shí)現(xiàn)零電壓投切，避免了涌流的產(chǎn)生，提高了電容器使用的可靠性和電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。2．是作為無功輸出的調(diào)節(jié)開關(guān)。靜止型無功補(bǔ)償器是其中的代表。經(jīng)常用的是靜止調(diào)相機(jī)和有源濾波器。依據(jù)電力電子技術(shù)在無功補(bǔ)償中應(yīng)用的方式不同，現(xiàn)代無功補(bǔ)償裝置大致可分為以下幾種類型： 1． TSC (Thyristor Switched Cpacitor)型無功補(bǔ)償裝置，它屬于并聯(lián)型無功補(bǔ)償裝置。裝置根據(jù)無功電流的大小來決定投入電容組數(shù)。但它的優(yōu)點(diǎn)也明顯，即結(jié)構(gòu)簡單，控制方便，電容器利用率高，使用中不存在諧波污染等。其主回路如圖 12 所示。當(dāng)以電壓零相位為基準(zhǔn)時(shí)，調(diào)節(jié) TCR 中的可控硅的引燃角 ?。補(bǔ)償器的電流 LCii??，此電流可隨 角的變化而變化為感性或容性，這樣就改變了 FCTCR 的無功功率，并可連續(xù)均勻的調(diào)節(jié)。該裝置在電容和電感之間形成無功損耗，電容利用率低并且電抗器體積較大，成本高。它由于輸出電壓可超前或滯后系統(tǒng)電壓，因此可以和系統(tǒng)進(jìn)行有功、無功之間的交換。但該系統(tǒng)存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，控制難度大，制造和維護(hù)都不便，成本高等問題，不便在全國推廣使用。首先是對無功補(bǔ)償中一般問題進(jìn)行分析，其次是對無功補(bǔ)償計(jì)算方案的分析。文中對這種補(bǔ)償器的控制器的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)作了較詳盡的分析。磁場所具有的磁場能是由電源供給的。接在交流電網(wǎng)中的電容器，在一個(gè)周期內(nèi)上半周的充電功率與下半周的放電功率相等，這種充電功率叫做容性無功功率。無功功率在電力網(wǎng)元件中流動，將會在電力網(wǎng)元件中引起電壓損耗和功率損耗，降低電網(wǎng)的電壓質(zhì)量，增加電網(wǎng)的線損率。而由負(fù)荷的有功功率 2P在元件中引起的電壓損耗的計(jì)算公式為：CRUP2??。電網(wǎng)中的線損公式如下： )()(3221 jXRUQpjXRISC??????式中： jQPS??1， 22jP其中有功線損 的計(jì)算公式為： 221CUQP?????R，這其中由于無功功率在電網(wǎng)中流動而引起的有功線損 QP?的計(jì)算公式為：RPCQ2??由上述分析可見，要減少電力網(wǎng)中的電壓損耗和電網(wǎng)的線損率，提高用戶端的電壓質(zhì)量的重要措施之一，是減少電力網(wǎng)元件中的無功傳輸，可以從提高負(fù)荷的自然功率因數(shù)和進(jìn)行無功補(bǔ)償兩方面來解決這個(gè)問題。能量就在它們之間交換，即感性負(fù)荷(電動機(jī)、變壓器等)所吸收的無功功率，可由電容器所輸出的無功功率中得到補(bǔ)償。此外，同步電動機(jī)等也可以作為無功補(bǔ)償裝置。 S S39。Qc Q?39。例如一臺1000千伏安的變壓器，當(dāng)負(fù)荷的功率因數(shù) 時(shí)，可供700千瓦的有功負(fù)荷，可供900千瓦的有功功率。 )()(2jXRUQPjSC?????中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)9可見，因采用無功補(bǔ)償措施后，電源輸送的無功功率減少了，相應(yīng)的也使電網(wǎng)和變壓器中的功率損耗的下降，從而提高了供電效率。并聯(lián)電容器的無功補(bǔ)償作用和原理， 加以說明。當(dāng)并聯(lián)電容器投入運(yùn)行時(shí)，流入電容器的容性電流C與 方向相反，故可抵消一部分 QI使電感性電流分量 QI降低為CQII???，總電流由 I降為 ?，功率因數(shù)也由 ?cos提高到 ?cos。根據(jù)第一章的有功電流 )(tIR 與無功電流 )(tIX的定義，還可以用圖。這是完全的補(bǔ)償，線路上的電流 )(tIr是為產(chǎn)生負(fù)載實(shí)際功率(平均功率) 而攜帶能量最小的電流，因而在線路上造成的損失是最小的。2．2 低壓電網(wǎng)中的幾種無功補(bǔ)償?shù)姆绞?廣大市電低壓電網(wǎng)處于電網(wǎng)的最末端，因此補(bǔ)償?shù)蛪簾o功負(fù)荷是電網(wǎng)補(bǔ)償?shù)年P(guān)鍵。低壓補(bǔ)償對用戶及供電部門都有利。 隨機(jī)補(bǔ)償就是將低壓電容器組與電動機(jī)并聯(lián)，通過控制、保護(hù)裝置與電機(jī)共同投切。且具有投中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)11資少，配置靈活，維修簡單等優(yōu)點(diǎn)。隨器補(bǔ)償是指將低壓電容器通過低壓保險(xiǎn)接在配電變壓器二次側(cè)，以補(bǔ)償配電變壓器空載無功的補(bǔ)償方式。在負(fù)荷時(shí)接近空載，此時(shí)配電變壓器的空載無功是電網(wǎng)無功負(fù)荷的主要部分。跟蹤補(bǔ)償是指以無功補(bǔ)償投切裝置作為控制保護(hù)裝置，將低壓電容。由于用戶負(fù)荷有一定的波動性，故推薦選用自動投切方式。上述三種補(bǔ)償方式均可對特定種類無功負(fù)荷實(shí)現(xiàn)“就地平衡”的無功補(bǔ)償，降損節(jié)能效果好。 設(shè)補(bǔ)償前線路電源電壓為 1U，線路末端電壓為 2U，線路輸送的有功功率為 P，無功功率為 Q，電阻為 R，電抗為 X，則212QP???補(bǔ)償無功 c后，線路末端電壓升為 U?則中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)13212)(UXQPRc?????所以投入無功補(bǔ)償后末端電壓增量 ?為 22c????故補(bǔ)償容量 XUQc???2若為三相線路，則所需的補(bǔ)償容量為 lc?2式中 lU?——三相線路的線電壓增量，KV l2?——三相線路的線電壓，KV2．4 本章小結(jié) 本章主要介紹了無功補(bǔ)償?shù)幕驹?，本次設(shè)計(jì)的裝置主要是面向低壓電網(wǎng)的，可以采用從提高功率因數(shù)需要來確定無功補(bǔ)償，同時(shí)又可取標(biāo)準(zhǔn)電壓作為電容器切除標(biāo)準(zhǔn)，這樣既考慮到功率因數(shù)的需要，又考慮到穩(wěn)定電網(wǎng)電壓質(zhì)量的要求。它具有連線和控制方式簡單，電容使用效率高及不產(chǎn)生諧波污染等優(yōu)點(diǎn)。 工作方式：動態(tài)跟蹤，邏輯判斷，自動及時(shí)補(bǔ)償容量。 補(bǔ)償方式：采用三相共補(bǔ) 自動延時(shí)功能：電容器投切延時(shí)至少10秒，同組電容器的投切間隔時(shí)間大于5分鐘 。短路保護(hù)：由快速熔斷器和空氣開關(guān)雙重保護(hù)。中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)15 3．1．2 測量精度電壓、電流：有功功率、無功功率、功率因數(shù)： 3．1．3 控制器原理由以上功能，可得到控制器的機(jī)構(gòu)圖如下電壓互感器電流互感器A / D轉(zhuǎn)換A T 8 9 C 5 1單片機(jī)控制部分L C D顯示信號處理電容器組 控制器結(jié)構(gòu)原理圖3．2 硬件介紹 3．2．1 CPU AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能的CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4K bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲（PEROM）和128bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM） ，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS—51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元。GND：接地。P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/ 地址的第八位。 P1口： P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O 口，P1 口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。P2 口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號和控制信號。當(dāng)P3口寫入 “1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。P3口也可作為AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示：口管腳 備選功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷0） /INT1（外部中斷1） T0（記時(shí)器0外部輸入） T1（記時(shí)器1外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)18沖。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。如想禁止ALE 的輸出可在 SFR8EH地址上置0。另外，該引腳被略微拉高。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲器。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。振蕩器特性: XTAL1和XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對外部時(shí)鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。ADC0809由8路模擬開頭、地址鎖存與譯碼器、8位A/D轉(zhuǎn)換器和三態(tài)輸出鎖存緩沖器組成。在某一時(shí)刻，模擬開關(guān)只能與一路模擬量通道接通，對該通道進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。當(dāng)?shù)刂匪嫘盘朅LE為高電平時(shí)，C 、B 、 A 三條線上的數(shù)據(jù)送入 ADC0809內(nèi)部的地址鎖存器中，經(jīng)過譯碼器譯碼后選中某一通道。選中通道的模擬量到達(dá)A/D轉(zhuǎn)換器時(shí)，A/D轉(zhuǎn)換器并未對其進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。ADC0809的A/D轉(zhuǎn)換過程是在時(shí)鐘信號的協(xié)調(diào)下進(jìn)行的，ADC0809的時(shí)鐘信號由CLOCK端送入，其最高頻率為640MHz，在這個(gè)最高頻率下ADC0809的A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間為100uS左右。這時(shí)ADC0809 的時(shí)鐘頻率為中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)20500KHz，A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間為130uS。單片機(jī)要想讀到A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果，必須使ADC0809 的允許輸出控制端OE 為高電平，打開三態(tài)輸了鎖存器， A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果出現(xiàn)在DB0DB7上。 (2)查詢法 EOC必須接到AT89C51的一條I/O線上。當(dāng)EOC=1 時(shí)，A/D 轉(zhuǎn)換已經(jīng)結(jié)束，單片機(jī)讀取 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。單片機(jī)啟動A/D 轉(zhuǎn)換后中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)21可以做其它工作，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，EOC由0—1經(jīng)過非門傳到INT端，AT89C51收到中斷請求信號，若AT89C51開著中斷，則進(jìn)入中斷服務(wù)程序，在中斷服務(wù)程序中單片機(jī)讀取A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果。MR 與 WDO 經(jīng)過一個(gè)二極管連接起來，WDI 接單片機(jī)的 口，RESET 接單片機(jī)的復(fù)位輸入腳 RESET，MR 經(jīng)過一個(gè)復(fù)位按鈕接地。 （2）對+5V 電源進(jìn)行監(jiān)視：當(dāng)+5V 電源正常時(shí)，RESET 為低電平，單片機(jī)正常工作；當(dāng)+5V 電源電壓降至+ 以下時(shí)，RESET 輸出高電平，對單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位。（4）手動復(fù)位：如果需要對系統(tǒng)進(jìn)行手動復(fù)位，只要按下手動復(fù)位按鈕，就能對系統(tǒng)進(jìn)行有效的復(fù)位。1602 型 LCD 顯示模塊具有體積小，功耗低，顯示內(nèi)容豐富等特點(diǎn)。中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)231．外型尺寸：80X36X13 （LXWXH）2．接口信號說明1602 型 LCD 的接口信號說明如表 所示：表 1602 型 LCD 接口信號說明編號符號 引腳說明 編號 符號 引腳說明1 VSS 電源地 9 D2 Data I/O2 VDD 電源正極 10 D3 Data I/O3 VL 液晶顯示偏壓信號 11 D4 Data I/O4 RS 數(shù)據(jù)/命令選擇端（H/L）12 D5 Data I/O5 R/W 讀寫選擇端（H/L） 13 D6 Data I/O6 E 使能信號 14 D7 Data I/O7 D0 Data I/O 15 BLA 背光源正極8 D1 Data I/O 16 BLK 背光源負(fù)極3．主要技術(shù)參數(shù)表 1602 型 LCD 的主要技術(shù)參數(shù)顯示容量 16X2 個(gè)字符芯片工作電壓 ~工作電流 （）模塊最佳工作電壓 中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)24字符尺寸 (WXH)mm4．與 8051 接口電路M162 液晶顯示模塊可以和單片機(jī) AT89C51 直接接口，電路如圖3．4 所示。其特性分別如下：SPT204 實(shí)際上一款毫安級精密電流互感器，輸入額定電流為2mA,額定輸出電流為2mA。圖中，R1是限流電阻，不論額定輸入電壓多大，調(diào)整R1的值，使額定輸入電流接近為2mA，就滿足使用條件。調(diào)整圖中反饋電阻R和r的值可得到所需要的電壓輸出。電流互感器rR 1R運(yùn)放C 2輸出 V 電壓互感器的I—U轉(zhuǎn)換 運(yùn)算放大器視精度要求使用，使用性能較好的運(yùn)算放大器較容易達(dá)到較高的精度和較好的穩(wěn)定性。它具有以下特點(diǎn):