【正文】 視在功率的減少可相應(yīng)減少供電線路的截面和變壓器的容量，降低供用電設(shè)備的投資。同一臺變壓器，因為負荷的功率因數(shù)的提高而可多供200千瓦負荷，是相當可觀的。由電壓損耗計算公式可知，采用無功補償措施后，因通過電力網(wǎng)無功功率的減少，降低了電力網(wǎng)中的電壓損耗，提高了用戶處的電壓質(zhì)量。 并聯(lián)電容器的補償電流向量圖圖中的用電負荷總電流可以分解為有功電流分量，和無功電流分量(電感性的)。這時，負荷所需的無功功率全部由補償電容供給，電網(wǎng)只需供給有功功率。 電力系統(tǒng)無功補償原理圖設(shè)負荷實際吸收的電流為，為了使輸電線路上流過純有功電流，則需要在負荷端接入一個無功補償器，補償器提供的電流為，則這里 的就是無功電流，這就是電力系統(tǒng)中進行無功補償?shù)囊c。此時，的波形和相同，即電壓和電流的相位相同。搞好低壓補償，不但可以減輕上一級電網(wǎng)補償?shù)膲毫?，而且可以提高用戶配電變壓器的利用率，改善用戶功率因?shù)和電壓質(zhì)量，并有效降低電能損失。 低壓無功補償?shù)哪繕耸菍崿F(xiàn)無功的就地平衡，通常采用地方式有三種： 隨機補償、隨器補償、跟蹤補償。隨機補償?shù)貎?yōu)點是：用電設(shè)備運行時，無功補償投入，用電設(shè)備停止運補償裝置也退出，不需要頻繁調(diào)整補償容量。為防止電機推出時產(chǎn)生自激過電壓，補償容量一般不大于電機的空載無功。有很多的低壓配電網(wǎng)中的變壓器，尤其是農(nóng)網(wǎng)配電變壓器，普遍存在負荷輕的現(xiàn)象。隨器補償由于補在低壓側(cè)，可有效地補償配變空載無功， 且連線簡單， 做到無功地就地補償。補償電容器組的固定連接可起到相當于隨器補償?shù)淖饔?，補償用戶的固定無功基荷；可投電容器組用于補償無功峰荷部分。此法對電容器的保護比前二種要更可靠。2．3 確定補償容量的幾種方法 2．3．1 從提高功率因數(shù)需要確定補償容量設(shè)電網(wǎng)的最大負荷月的平均有功功率為，補償前的功率因數(shù)為，補償后的功率因數(shù)為，則所需要的補償容量的計算公式為若要求將功率因數(shù)由提高的而小于，則補償容量計算為 2．3．2 從降低線路有功損耗需要來確定補償容量 設(shè)補償前線路中的電流為，相應(yīng)的有功電流為，無功電流為，補償無功后線路中的電流為，相應(yīng)的有功電流為，無功電流為，則 補償前的線路損耗為： 補償后的線路損耗為： 則補償后線損降低的百分值為： 若根據(jù)要求已經(jīng)確定，則可求得： 則補償容量可以按來計算 2．3．3 從提高運行電壓需要來確定補償容量 配電線路末端電壓較低，通常是通過無功補償來提高供電電壓的，因此，有時要從提高線路電壓來確定補償容量。 第三章 硬件設(shè)計在一系列的理論分析之后，本次設(shè)計將采用根據(jù)功率因數(shù)來確定補償容量的方法，再根據(jù)當前無功補償技術(shù)的發(fā)展狀況，我們采用TSC并聯(lián)電容器型的無功補償裝置。3．1 無功補償裝置的技術(shù)要求 3．1．1 補償控制應(yīng)符合技術(shù)條件 控制方式：可控硅與接觸器聯(lián)合控制，即在投切時采用可控硅，正常運行時采用接觸器的方式。 控制物理量：以無功功率電容器的投切。 保護功能： 過電壓快速切斷功能：當電網(wǎng)電壓大于高壓保護值時，自動切除全部電容器。 測量精度 電壓、電流： 有功功率、無功功率、功率因數(shù)： 控制器原理由以上功能，可得到控制器的機構(gòu)圖如下 控制器結(jié)構(gòu)原理圖3．2 硬件介紹 AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能的CMOS 8位單片機，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)，兼容標準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。 VCC：供電電壓。P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流，當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。 RST：復(fù)位輸入。 ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。 /EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。 3．2．2 A/D轉(zhuǎn)換器選型ADC0809是一種8路模擬輸入逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器，由于價格適中，與單片機的接口、軟件操作均比較簡單，目前在8位單片機系統(tǒng)中有著廣泛的使用。 8路模擬開關(guān)與輸入通道的關(guān)系表同入通道IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7A010101O1B00110011C00001111ADC0809芯片可以分時處理8路模擬量輸入信號，使用模擬開關(guān)切換。表1中C、B、A是三條通道的地址線。當ALE=0時，地址鎖存器處于鎖存狀態(tài)，模擬開關(guān)始終與剛才選中的輸入通道接通。只有當轉(zhuǎn)換啟動信號端START出現(xiàn)下降沿并延遲后，才啟動芯片進行A/D轉(zhuǎn)換，START的上升沿復(fù)位ADC0809。當ADC0809用于AT89C51單片機系統(tǒng)時，若AT89C51采用6MHz的晶振，則ADC0809的時鐘信號可以由AT89C51的ALE經(jīng)過一個二分頻電路獲取。ADC0809常用的時鐘電路如圖： ADC0809常用的時鐘電路圖 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后，A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果(8位數(shù)字量)送到三態(tài)鎖存輸出緩沖器，此時A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果還沒有現(xiàn)在DB0DB7八條數(shù)字量輸出線上，單片機不能獲取之。 單片機讀取A／D轉(zhuǎn)換結(jié)果的方法有三種： (1)延遲法單片機啟動ADC0809后，延時130uS以上，可以讀到正確的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。單片機啟動ADC0809后，延遲10uS，檢測EOC，若EOC=0則A/D轉(zhuǎn)換沒有結(jié)束，繼續(xù)檢測EOC直到EOC=1。 (3)中斷法EOC必須經(jīng)過非門接到AT89C51的中斷請求輸入線INT0或INT1上，AT89C51的中斷觸發(fā)方式為下降沿觸發(fā)。 3．2．3 看門狗本系統(tǒng)采用MAXIM公司的低成本微處理器監(jiān)控芯片MAX813L構(gòu)成硬件狗[7]，與AT89C51的接口電路如圖3．3所示。該監(jiān)控電路的主要功能如下：（1）系統(tǒng)正常上電復(fù)位：電源上電時，RESET端輸出200ms的復(fù)位信號，使系統(tǒng)復(fù)位。 （3）看門狗定時器被清零，WDO維持高電平；當程序跑飛或死機時，“喂狗”信號，WDO跳變?yōu)榈碗娖?，由于MR端有一個內(nèi)部250mA的上拉電流，D導通MR獲得有效低電平，RESET端輸出復(fù)位脈沖，單片機復(fù)位，看門狗定時器清零，WDO又恢復(fù)成高電平。 MAX813L與89c51接口圖 3．2．4 LCD顯示 本次設(shè)計采用1602型LCD顯示，現(xiàn)在的字符型液晶模塊已經(jīng)是單片機應(yīng)用設(shè)計中最常用的信息顯示器件了。 1602型LCD可以顯示2行16個字符，有8位數(shù)據(jù)總線D0~D7和RS，R/W，EN三個控制端口，工作電壓為5V，并且具有字符對比度調(diào)節(jié)和背光功能。 AT89C51與DM162接口電路3．3 模擬信號調(diào)理電路 3．3．1 互感器信號轉(zhuǎn)換及電流—電壓轉(zhuǎn)換電路 在此用到的是北京星格公是司研制的精密電壓互感器SPT204A和電流互感器SCT254AK。使用時需要將電壓信號變換成電流信號。副邊電路是電流/電壓變換電路，當需要電壓輸出時采用。電容C2是400至1000pF的小電容，用來濾波。此處選用的是BB公司的高精度運放OPA2277。而且軌至軌的特性使其輸出電壓的范圍能跟隨電源工作范圍，這就能在保證輸出電壓的大小的前提下，盡可能的減少工作電壓，達到節(jié)能的目的。 互感器的次級連接是電流轉(zhuǎn)電壓電路，該電路是將互感器的電流輸出信號變換成電壓信號，以符合CPU采樣信號是電壓信號的特性。 選擇合適的電阻R，通常采用電阻串接電位器的結(jié)構(gòu)，可以使輸出電壓在之間變化。當需要將電流輸出信號變換成電壓信號時，推薦使用電路和電壓互感器使用電路類似。電容C2是400至1000pF的小電容，用來去A和濾波。主回路的電流互感器的變比視實際使用中變壓器輸出的電流而定。 3．3．2 電壓、電流采樣及信號處理電路用電流互感采樣得到交變的電流信號，在通過以下電路把電流信號轉(zhuǎn)變?yōu)榘氩妷盒盘枺?電流采樣調(diào)理電路 電容主要起抗干擾和濾波的作用，前個運放可實現(xiàn)轉(zhuǎn)換，根據(jù)： ，—輸入和輸出腳間的跨接電阻， 調(diào)節(jié)滑動變阻器，使在 變化； 第二個運放對電壓進行取反，得到輸出電壓，從而使采樣得到的電壓于實際電流同向。 3．4 輸出控制電路 控制電路采用光電隔離電路、驅(qū)動電路，控制繼電器，再控制電容器組投切的形式。 光電隔離及驅(qū)動電路 這部分電路的設(shè)計采用單片機的I/O口灌電流的方法控制可控硅實現(xiàn)開關(guān)與繼電器控制，用光電耦合器MOC3021作為可控硅的驅(qū)動器，同時實現(xiàn)強、弱電的隔離。當管腳輸出為低電平時，將會封鎖住MOC3021，則繼電器釋放，發(fā)光二級管熄滅，電容器組退出電路。第四章 軟件設(shè)計 在軟件設(shè)計上我們采用匯編語言，用匯編語言用來編制系統(tǒng)軟件和過程控制軟件，其目標程序占用內(nèi)存空間少，運行速度快，有著高級語言不可替代的用途。隨器補償應(yīng)以配變?nèi)萘康?%～8%選擇電容器容量效果較好，因為這大約相當于配電變壓器空載時的無功功率，又電容器補償容量可近似， 則本次設(shè)計一共設(shè)了3組容量為25FP電容器組，方便控制和調(diào)節(jié)補償容量，采用三相共同補償。當檢測到的三相電壓大于標準電壓時（通常取400V），即電網(wǎng)處于容性狀態(tài)，無功補償過量，則立即切除第三組電容；繼續(xù)檢測電壓，若電壓仍然高于標準的話，則切除第二組電容器組，以