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摘 要：本文針對我國大部分城鄉(xiāng)電網(wǎng)功率因數(shù)偏低的現(xiàn)狀，研制了基于單片機控制并使用新型的智能電表芯片作為數(shù)據(jù)采集的高壓無功動態(tài)補償裝置。論述了控制策略，設計了系統(tǒng)的硬件和軟件。
關鍵詞： 戶外柱上 無功動態(tài)補償 單片機 無線通信
相對于發(fā)達國家，我國大部分的城鄉(xiāng)電網(wǎng)功率因數(shù)偏低。因此提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，改善電壓質(zhì)量，提高電能的傳輸效率，便成了電力系統(tǒng)的一個重要課題。將電容器與網(wǎng)絡感性負荷并聯(lián)是補償無功功率的傳統(tǒng)方法，在國內(nèi)外獲得了廣泛的應用。而如何實現(xiàn)無功功率的動態(tài)補償，特別是在戶外柱上實現(xiàn)動態(tài)無功補償，仍是國內(nèi)外同行關注的熱點。
電壓和無功功率綜合控制就是利用電壓、無功兩個判別量進行綜合控制，以保證電壓在合格范圍內(nèi)，同時實現(xiàn)無功基本平衡。當按電壓無功綜合控制時，電壓和無功兩個目標函數(shù)存在互相沖突的區(qū)域，在負荷較重時也存在電容投切頻繁的問題。本裝置采取的控制策略如圖2-1所示
1.運行點在0區(qū)，即電壓合格，無功也合格，不動作;
2.運行點在1區(qū)，即電壓越上限，控制策略為切電容;
3.運行點在2區(qū)，即電壓合格但接近于上限，與電壓上限的距離小于ΔUC，無功越上限，此時控制策略為不動作;
4.運行點在3區(qū)，即電壓合格，無功越上限，此時應進一步考慮功率因數(shù)的值，如果功率因數(shù)小于功率因數(shù)下限，則投電容，否則，不動作，這樣做主要是為了防止負荷較大時投切頻繁;
5.運行點在4區(qū)，即電壓越下限，控制策略為投電容;
6.運行點在5區(qū)，即電壓合格但接近于下限，與電壓下限的距離小于UC，無功越下限，此時控制策略為不動作;
7.運行點在6區(qū)，即電壓合格且遠離下限，無功越下限，控制策略為切電容。
四、 控制系統(tǒng)的實現(xiàn)
4.1硬件總體結構
4.2軟件總體結構
在單片機軟件設計中采用了結構化和模塊化的設計方法，如圖4-2所示為單片機軟件的主程序流程圖。初始化程序中，除了對寄存器賦值，還要讀取E2PROM中的數(shù)據(jù)判斷電容器在上次掉電前是否發(fā)生故障，如存在故障則不進行控制。單片機采樣數(shù)據(jù)，是從測量芯片中讀取計算好的電壓、電流、有功等有效數(shù)據(jù)。為保證電容器切后充分放電，設計了10分鐘保護函數(shù)，在此間不進行控制。在程序設計時，側(cè)重電容器的保護，實現(xiàn)的保護功能有：欠壓保護、過壓保護、過流保護和缺相保護。從軟件上保證了裝置的安全運行。
軟件采用C語言和匯編混合編程，在軟件設計中采用了定時中斷存儲歷史數(shù)據(jù)，串行通信中斷上傳，下傳實時數(shù)據(jù)及歷史數(shù)據(jù)，硬件中斷接受鍵盤命令察看參數(shù)或修改參數(shù)。其多任務結構如圖4-3。
主循環(huán)
定時中斷
按鍵中斷
參考文獻
1)何立民. MCS-51系列單片機應用系統(tǒng)設計系統(tǒng)配置與接口技術.北京航空航天大學出版社，1994
2)胡國根譯.電力系統(tǒng)無功功率控制.水利電力出版社，1990
3)王錫凡.電力工程基礎.西安交通大學出版社，1998
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