電網無功功率補償控制系統的設計

1前言

在電力系統中，電壓是衡量電能質量的一個重要指標，保證用戶處的電壓接近額定值是電力系統運行調整的基本任務之，而無功與電壓有著極為密切的關系。一方面，電壓變化時無功負荷的變化遠遠大于有功負荷的變化;另一方面，無功負葆引起的電壓波動也遠大于有功負荷的變化。如果電力系統的無功電源比較充足，就能滿足較高水平下無功平衡的需要，系統也將具有較高的運行電壓水平，反之，無功不足就反映為運行電壓水平偏低，可能造成電壓崩潰，從而破壞電力系統的安全運行和運行穩定性。因此，電壓和無功的合理調整在提高電能質量、降低網損、操作電網運行的穩定性和安全性等方面具有極為重要的意義。

調整無功的方法就是根據無功功率的大小來調整電網補償電容器的大小。因為無功功率傳輸損耗大，不宜長距離輸送，因此，負荷所需的無功應盡量做到就地供應。

2系統硬件設計

本電網無功功率補償控制系統的硬件組成框圖如圖1所示。它主要有單片機系統(由80196單片機、74LS373、FLASH MEMERY 29C256組成的自復位電路)、鍵盤顯示電路、輸入電路、輸出電路和通信接口電路MAX232等部分組成。

2.1單片機系統

該系統的核心部分一片80196KB微處理器，80196KB為MCS-96系列16位處理器;其強大的功能，豐富的資源和高效率等優點，為整個系統的快速、實時運轉奠定了基礎。

2.2輸入電路

輸入電路由電壓、電流的相位差檢測電路和電壓、電流有效值檢測電路兩部分組成。電壓、電流相位差檢測電路由PT(電壓互感器)、CT(電流互感器)和過零檢測電路組成。PT可用于將電網上的高壓轉變成低壓信號，并經過過零檢測轉變成方波信號。CT則可將電網上的電流轉變成電壓信號，同時經過過零檢測也轉變成方波。CPU通過檢測這個方波的上升沿計算出時間差Δt，然后與其測得的周期T相比較即得到相位差φ，即：

φ=2πΔt/T

電壓電流有效值檢測電路由PT、CT、V/F電路和計數器8254組成。V/F電路采用交流V/F電路，這種V/F電路具有以下優點：

●加快了對被測量變化的跟蹤速度。

●減少了中間環節，從而減少了誤差和干擾源。

●簡化了安裝和配線。

●減少了對變送器的硬件投資。

●可以通過軟件在采樣速度和精度之間作出合理選擇。

8254芯片為計數器，通過它的定時計數，可以得到一系列電壓、電流信號的瞬時值，然后利用軟件及一系列算法得到電壓、電流的有效值。常見的算法有全波傅氏算法、半波傅氏算法、兩點乘積算法、導數算法等。本系統采用全波傅氏算法，因為該算法比其它算法的精度要高，便其所需的數據窗較長，計算過程較慢，因此，考慮到系統的速度和精度，筆者選用了精度較高的算法。

全波傅氏算法的思想是建立在傅里葉級數的基礎上的，因為電壓、電流信號是一個周期性函數，因而可分解為直流分量、基波和次諧波的無窮級數。即：

由此可得到基皮電流：

本系統采用13點算法，即N=13.