务ｌ 匐 似 基于单片机的无功补偿器设计 Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｐａｓｓｉｖｅ ｐｏｗｅｒ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｓｉｎｇｌｅ－ｃｈｉｐ ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ 孙立平，程耕国 ＳＵＮ Ｌｉ．ｐｉｎｇ，ＣＨＥＮＧ Ｇｅｎｇ．ｇｕｏ （武汉科技大学信息科学与工程学院高级运动控制研究室，武汉４３００８１） 摘要：功率因数是电力系统正常运行的重要因素之一。为了实现配电网无功补偿，设计了自动分相补 偿方案，以ＡＴ８９０５２为核心，通过检测电路获得电压与电流的相位差，并依据九域图确定是否 投切电容，使功率因数接近设定值，提高电力系统的供电质量和经济运行。经试验证明，该方 案简单可靠，有应用价值。 关键词：相位检测；ＡＴ８９０５２；无功补偿 中囝分类号：ＴＰ２７３ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１ ００９－０１ ３４（２０１ ３）Ｏｌ（Ｉ－）一０１ ０４—０３ Ｄｏｉ：１ ０．３９６９／Ｊ．ｉｓｓｎ．１ ００９－０１ ３４．２０１ ３．０１（上）．３０ ０引言 随着信息技术的不断发展，居民用电量的急 速上升，电力系统中的无功功率无法得到平衡， 影响了系统的正常运行，严重的甚至还会导致设 备烧坏，系统瘫痪，造成用电的不便¨卫】。针对以 上问题，本文采用基于ＡＴ８９Ｃ５２的自动补偿系统 进行补偿，从而降低线损，稳定电压，保证系统 可靠运行。 Ａ相电压ｌ、互感器ｒ Ａ相 １ Ａ相电流１位差 —’ 相 检测 位 ． ＝＝爿Ａ相功率因数显示ｌ Ｂ相功率因数显示Ｉ Ｂ相电压Ｉ 互感器ｒ 差 ．卜’ 监 值 — 机 数 片 ＝＝爿ｃ相功率因数显示ｌ －，ｔ ＲＳ－２３２￥￣Ｅ］ 投切控制电路 Ｂ相电流ｌ、 位差 互感器ｒ Ｂ相 －－） 计 ｌ互感器ｒ 检测 — ｒ 算 畜 盆 １系统总体设计及原理 电力系统中，各设备的参数变量基本相同，通 过对某一参数的分析，便可以得到整个设备的运行 情况，从而基本实现对整个系统的自动控制 。由 ｃ互感器ｒ Ｃ相电压１ 位差 相 １ ．．．．．．．．．．．． 相 Ａ 相 Ｂ 相 Ｃ 电 电 Ｃ相电流ｌ 检测 电 互感器ｒ 容 图１系统框架图 容 容 于现在电网系统中三相不平衡的情况很多，三相动 态补偿已无法解决不平衡的问题，因此，采用动态 和分相相结合的补偿方式。其框架图如图１所示。 系统由ＡＴ８９Ｃ５２、相位差检测电路、投切控制模 块、显示模块和串行通信等组成。其中，互感器是 将采集的线路信号转换成小信号供给相位差检测电 路；相位差检测则是检测信号的功率因数；投切控 制则负责电容的投切，稳定电压；显示电路进行数 据的实时显示。此外，还有ＲＳ２３２接口等。 图２相位差检测电路图 ２系统的硬件设计 ２．１相位差检测电路 相位差检测电路如图２所示。 如图２所示，为了便于分析，输入的Ｕ Ｕ。通 过３９３电压比较器将正弦波变成同频率的方波ｕ１、 收稿日期：２０１２－０５—１１ 作者简介：孙立平（１９８５－），女，山东泰安人，硕士研究生，研究方向为控制理论及应用。 ［１０４］ 第３５卷第１期２０１３—０１（Ｉ－） ｌ 匐 似 ¨２，经Ｄ触发器得到相位差 Ｏ。 Ｏ与Ｐ１．２相与接 到ＧＡＴＥ０，作为门控信号；Ａ０、Ａ１与７４ＬＳ３７３相 连锁存地址；ＣＬＫ与ＡＬＥ相连，用于时钟信号计 数；ＣＳ、ＷＲ、ＲＤ等对８２５３进行读写，当ＣＳ高电 平时，计数结束通过ＯＵＴ输出。 ２．２投切电容模块 电力系统中，电压是衡量电能质量的一个重 要指标，而且电压和无功的关系十分密切，互相 影响，因此可以根据电压的变化和无功的分布， 对电网进行调节。首先对采集的信号进行判断并 计算，然后分析电网得出设定值，将采集信号的 参数与设定值比较，最后依据九域图口 判断是否 投切电容或升、降电压，保证接近设定值。九域 图原理如图３所示。 ｌ ２ ３ ＱＨ ５ ９ ４ ＱＬ ６ ７ ８ 图３九域图原理 工作在１区，Ｕ＞Ｕ ，Ｑ＞ＱＨ，切除电容器组， ￣ｔｌｌＵ＞＞ＵＨ则降压；在２区时，Ｕ稳定，Ｑ＞ＱＨ，切 除电容器组；在３区时，Ｕ＜ＵＬ，Ｑ＞Ｑ ，电压升 压，如Ｑ＞＞Ｑ 则切除电容器组；在４区时，Ｑ稳 定，Ｕ＜Ｕ Ｌ，升压；在５区时，Ｑ正常，Ｕ＞ＵＨ， 降压；在６区时Ｕ＞Ｕ ，Ｑ＜ＱＬ，先降压，如电压 稳定后Ｑ＜＜Ｑ 则投切电容器组；在７区时，ｕ稳 定，Ｑ＜ＱＬ，则投切电容器组；在８区时，Ｕ＜Ｕ ， Ｑ＜ＱＬ，先投切电容，￣ｌｌＵ＜＜Ｕ ，则升压；工作在９ 区，Ｕ稳定，Ｑ稳定，维持现状，不调节。 ２．３显示模块 ＬＥＤ显示器分为静态显示器和动态显示器。 本设计采用静态显示器对系统参数变量实时显 示，了解系统运行状况，及时发现故障。所谓静 态显示就是显示某个字符时，相对应的字符一直 导通或截止，并被锁存直到显示其他字符为止 。 以Ａ相为例，其显示电路如图４所示。 图４ Ａ相显不电路 Ａ相显示电路由并行接口８２５５Ａ、ＬＥＤ、 ７４ＬＳ３７３和ＡＴ８９Ｃ５２组成。将ＬＥＤ０、ＬＥＤ１、 ＬＥＤ２的共阳极与＋５Ｖ相连。 ８２５５Ａ作为接口电路： 一方面将ＰＡ、ＰＣ、ＰＢ口分别连接到三个ＬＥＤ 的代码段，将Ａ０、Ａ１与锁存器的输出Ｑ０、Ｑ１相 连实现显示的锁存； 另一方面ＣＳ、ＷＲ、ＲＤ等与单片机相连完成 片选、读写等操作。 ２．４串行通信模块 计算机之间或计算机和终端之间的通信主要采 用串行和并行接口通信。ＲＳ一２３２Ｃ作为人机接口［６］， 在计算机通信中起着十分重要的作用，其主要负 责计算机与现场控制器的数据传输。其ＲＳ一２３２Ｃ电 路如图５所示。 图５ ＲＳ一２３２Ｃ电路 ３系统的软件设计 软件设计采用Ｃ编写。首先进行系统初始 【下转第１２７页】 第３５卷第１期２０１３—０１（上） ［１０５１ ＳＤＢ３ １．ＤＢＸ２９．５ 功能，随着市场的发展，将越来越多的应用在机 械设备中，为产品的更新和升级发挥力量。 操作步骤： １）把轴进给倍率拨到０位置； ２）操作方式处于轴回参考点方式； ３）选择同步轴； ４）按一下一向键或＋向键； 参考文献： 【１】赵全锦．龙门式数控机床的多轴同步驱动（西门子 ８４０Ｄ／８１０Ｄ ＧＡＮＴＲＹ功能的应用）【Ｊ】．制造技术与机 床，２００２，（５）：４３—４５． 【２】化春雷，徐兆成，等．同步轴在数控机床中的应用及调整 ［Ｊ］．制造技术与机床，２０１０，（９）：９６—９８． ５）控制轴进给倍率＝１或２，从动轴自动移 动，主动轴不动，达到两轴同步； ６）不同步报警信号消失后，同步操作结束。 ［３】朱孝峰．自动钻铆机数控托架控制系统设计开发［Ｄ】．南 京航空航天大学，２０１１：５１—５５． ５结束语 西门子８４０Ｄ数控系统的龙门轴功能实现同步 ［４】唐建明，陆志华．西门子８４０Ｄ／８１０Ｄ功能在龙门式 数控机床多轴同步驱动的应用【Ｊ】．机械工人（冷加 工），２００５，（３）：６６．６８． 运动，控制精度高，可靠性强。在龙门铣床和一 些双主轴加工中心等机械设备中成了不可缺少的 ●蠡‘●■●●‘● ＾‘ ‘●●蠢‘ 童‘ ‘Ｉ●蠡Ｉ●蠡● 童‘●矗Ｉ●蠡●ｊ矗Ｉ 量‘ 矗Ｉ 蠡● 童‘． ｜‘． 蠡‘ ． 蠡● 童‘ 矗‘ 【上接第１０５页】 化，确定控制对象并采集测试信号，然后计算并 显示，将Ｕ、Ｑ与额定值比较看是否位于９区，如 ４结束语 本文设计了以单片机与计算机相结合的智能 无功补偿器的总体方案。该系统以ＡＴ８９Ｃ５２为核 心，其硬件结构简单，功能强大，并采用了九域 图原理提高了系统的功率因数，使系统达到了最 优控制。 位于则结束程序；否则计算投切电容的容量并投 切。软件流程图如图６所示。 但由于设计者水平有限，设计比较简单，存 在一系列问题，有待进一步改善。 参考文献： 【１】项莉萍．电力系统的无功优化和无功补偿【Ｊ】．金华职业技 术学院学报，２００３，３（３）：１０—１２． ［２】刘文华，刘炳，王志泳，等．基于ＩＧＢＴ￣－电平逆变器的 ＤＳＴＡＴＣＯＭ［Ｊ］．电力系统自动化，２００２，１０（２）：７０．７３． 【３】董鹏飞，李建华，李盛．智能无功补偿器的设计和实现［Ｊ】． 自动化仪表，２０１０，３１（１２）：６５—７１． 【４】王荟全，张丽丽，毕学利，等．基于九域图原理的桓台电网 电压无功投切方案设计【Ａ】．２００７年中国城市供电学术年 会［Ｃ】，２００７． 【５】邬芝权，李骐．基于５１系列单片机的ＬＥＤ显示屏开发技术 ［Ｍ】．北京：北京航空航天大学出版社，２００９． ［６】张国忠，吴俊，刘毅，等．基于ＧＳＭ／ＧＰＢＳ的配电变压器实 时监测系统【Ｊ】．自动化仪表，２００９，３０（１）：４２．４４． 图６软件流程图 第３５卷第１期２０１３—０１（Ｉ－） ［１２７１
