基于单片机的电力补偿装置控制系统设计
发布时间:2008/5/27 0:00:00 访问次数:407
摘 要：以80c196kc单片机为核心的电力补偿控制系统，通过模拟输入电路对三相电压、电流进行采样，计算后通过输出单元控制电容器的投切，从而实现对电网无功功率的补偿。本文介绍了系统硬件和软件的设计方法。 为了保护a／d转换器，增加可靠性，在a／d通道的输入端，可采用如图2所示的输入接口电路。 其中2个二极管d1和d2起过载保护作用，当输入电压高于vref＋0．7 v左右时，d1导通，输入电平被箝位在vref＋0．7 v的水平上；当输入电压低于－0．7 v的水平上。这种过载往往是尖峰干扰，持续时间很短。mcs-96的技术条件规定模拟输入端对模拟地angnd的电压不能低于－0．3 v，这一点可靠输入端的低通滤波器r4和c1来保证。图中此滤波器的时间常数τ＝r4c1＝270×0．01＝2．7μs，若以－0．7 v作为此滤波器的阶跃输入，则此滤波器输出端（即80c196kc的模拟信号输入端）达到－0．3 v的电平需耗时： 1．3 输出单元 从80c196kc的输出管脚输出的信号电流只有几个μa，不足以驱动后边的光电耦合器，所以加一个ttl芯片5407作为电流驱动元件。moc3061是常用的双向晶闸管输出的光电耦合器，他的输出端是光敏双向晶闸管，当光电耦合器的输入端有15 ma电流流入时，晶闸管即导通。moc3061的输出端还配有过零检测电路，用于控制晶闸管过零触发，以减少用电器在接通时对电网的影响。
关键词：电力补偿；80c196kc；控制系统；单片机
电力补偿装置是对电网实施无功补偿，提高电网的功率因数，让无功功率基本就地平衡，降低线损，改善电压质量和提高线路及变压器的输送能力。目前在电力补偿系统中有多种补偿方法，本文中的补偿系统是根据寻优负序电流最小进行补偿的。系统计算需要对交流电一个周期20 ms内对单相电压u、电流i进行采样，要求一个周期内采样次数至少在100次以上。针对这一特点，设计了基于80c196kc的控制系统。intel公司的高性能16 b单片机80c196kc，其运算速度快，能够满足系统高速采样的要求。
1 系统硬件设计
本系统的硬件部分主要由采样输入电路、中央控制单元、程序存储单元、输出驱动电路4部分组成。系统总体框图如图1所示。
1．1 模拟输入电路
系统中数据采集所使用的传感器为电压互感器和电流互感器，需要分别采集三相的电压和电流，共需要六路输入。80c196kc内有一个逐次逼近型的a／d转换器，共有8个输入通道。其输入引脚ach0～ach7与p0．0～p0．7共享。内部的a／d转换器8 b／10 b可调，自带采样、保持电路，这样减少了外围电路，也减少了干扰和干扰源，增加了系统的稳定性和抗干扰性，并且减少了控制板的尺寸。在本系统中采用10 b转换方式。
t＝－τln（1－0．3／0．7）＝1．15μs
而通常这类尖峰噪声的峰值持续时间远小于上述时间，因此，这一输入电路可有效地起到过载保护作用。
1．2 中央控制单元
80c196kc是chmos高性能16 b单片机中的一个新分支，内部eprom／rom为16 b，内部ram为488 b，有24 b的专用寄存器。80c196kc中采用了“垂直窗口”结构，使得新增的256 b ram通过窗口映射同样可以作为通用寄存器来访问。80c196kc可以采用16 mhz的晶振，内部时钟是2分频，其运行速度比12 mhz的80c196kb快33％，比12 mhz的8096bh快1倍。最小电路是指能使单片机工作而所加的最少的外围设备，一般包括复位电路和晶振。80c196kc的最小电路如图3所示。
输出共有12路，其中p1．0～p1．3控制a相，p1．4～p1．7控制b相，hso．0，hso．1，p2．6，p2．7控制c相。输出经过光控可控硅moc3061进行隔离，又经一级双向晶闸管驱动后，加在双向晶闸管的控制级，控制双向晶闸管的导通，进而控制电容器的投切。输出电路如图4所示。
2 软件设计
系统的软件采用了高级语言pl/m-96嵌入汇编语言编写，采用模块化结构设计。对于实时性要求较高的
摘 要：以80c196kc单片机为核心的电力补偿控制系统，通过模拟输入电路对三相电压、电流进行采样，计算后通过输出单元控制电容器的投切，从而实现对电网无功功率的补偿。本文介绍了系统硬件和软件的设计方法。 为了保护a／d转换器，增加可靠性，在a／d通道的输入端，可采用如图2所示的输入接口电路。 其中2个二极管d1和d2起过载保护作用，当输入电压高于vref＋0．7 v左右时，d1导通，输入电平被箝位在vref＋0．7 v的水平上；当输入电压低于－0．7 v的水平上。这种过载往往是尖峰干扰，持续时间很短。mcs-96的技术条件规定模拟输入端对模拟地angnd的电压不能低于－0．3 v，这一点可靠输入端的低通滤波器r4和c1来保证。图中此滤波器的时间常数τ＝r4c1＝270×0．01＝2．7μs，若以－0．7 v作为此滤波器的阶跃输入，则此滤波器输出端（即80c196kc的模拟信号输入端）达到－0．3 v的电平需耗时： 1．3 输出单元 从80c196kc的输出管脚输出的信号电流只有几个μa，不足以驱动后边的光电耦合器，所以加一个ttl芯片5407作为电流驱动元件。moc3061是常用的双向晶闸管输出的光电耦合器，他的输出端是光敏双向晶闸管，当光电耦合器的输入端有15 ma电流流入时，晶闸管即导通。moc3061的输出端还配有过零检测电路，用于控制晶闸管过零触发，以减少用电器在接通时对电网的影响。
关键词：电力补偿；80c196kc；控制系统；单片机
电力补偿装置是对电网实施无功补偿，提高电网的功率因数，让无功功率基本就地平衡，降低线损，改善电压质量和提高线路及变压器的输送能力。目前在电力补偿系统中有多种补偿方法，本文中的补偿系统是根据寻优负序电流最小进行补偿的。系统计算需要对交流电一个周期20 ms内对单相电压u、电流i进行采样，要求一个周期内采样次数至少在100次以上。针对这一特点，设计了基于80c196kc的控制系统。intel公司的高性能16 b单片机80c196kc，其运算速度快，能够满足系统高速采样的要求。
1 系统硬件设计
本系统的硬件部分主要由采样输入电路、中央控制单元、程序存储单元、输出驱动电路4部分组成。系统总体框图如图1所示。
1．1 模拟输入电路
系统中数据采集所使用的传感器为电压互感器和电流互感器，需要分别采集三相的电压和电流，共需要六路输入。80c196kc内有一个逐次逼近型的a／d转换器，共有8个输入通道。其输入引脚ach0～ach7与p0．0～p0．7共享。内部的a／d转换器8 b／10 b可调，自带采样、保持电路，这样减少了外围电路，也减少了干扰和干扰源，增加了系统的稳定性和抗干扰性，并且减少了控制板的尺寸。在本系统中采用10 b转换方式。
t＝－τln（1－0．3／0．7）＝1．15μs
而通常这类尖峰噪声的峰值持续时间远小于上述时间，因此，这一输入电路可有效地起到过载保护作用。
1．2 中央控制单元
80c196kc是chmos高性能16 b单片机中的一个新分支，内部eprom／rom为16 b，内部ram为488 b，有24 b的专用寄存器。80c196kc中采用了“垂直窗口”结构，使得新增的256 b ram通过窗口映射同样可以作为通用寄存器来访问。80c196kc可以采用16 mhz的晶振，内部时钟是2分频，其运行速度比12 mhz的80c196kb快33％，比12 mhz的8096bh快1倍。最小电路是指能使单片机工作而所加的最少的外围设备，一般包括复位电路和晶振。80c196kc的最小电路如图3所示。
输出共有12路，其中p1．0～p1．3控制a相，p1．4～p1．7控制b相，hso．0，hso．1，p2．6，p2．7控制c相。输出经过光控可控硅moc3061进行隔离，又经一级双向晶闸管驱动后，加在双向晶闸管的控制级，控制双向晶闸管的导通，进而控制电容器的投切。输出电路如图4所示。
2 软件设计
系统的软件采用了高级语言pl/m-96嵌入汇编语言编写，采用模块化结构设计。对于实时性要求较高的
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