基于单片机的无功补偿器设计

摘
（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）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
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
可靠、Ａ相１Ａ相电流１位差 — ’ 相检测位
．
＝＝爿Ａ相功率因数显示ｌＢ相功率因数显示Ｉ
Ｂ相电压Ｉ
互感器ｒ
差．卜 ’ 监
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互相感电器ｒ压１Ｃ相１位差
．．．．．．．．．．．．
Ｄｏｉ：１０．３９６９／Ｊ．ｉｓｓｎ．１００９－０１３４．２０１３．０１（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
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ＵＵ。通过３９３电压比较器将正弦波变成同频率的方波ｕ１、
到ＧＡＴＥ０，作为门控信号；Ａ０、Ａ１与７４ＬＳ３７３相
匐似
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。
值 — 机
数片＝＝爿ｃ相功率因数显示ｌ
－，ｔＲＳ－２３２￥￣Ｅ］
投切控制电路
Ｂ相电流ｌ、位差
互感器ｒＢ相－－）计
ｌ
互感器ｒ检测 — 算ｒ畜
盆
务ｌ
匐似
基于单片机的无功补偿器设计
Ｄｅｓｉｇｎｏｆｐａｓｓｉｖｅｐｏｗｅｒｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒｂａｓｅｄｏｎｓｉｎｇｌｅ－ｃｈｉｐｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ
孙立平，程耕国
ＳＵＮＬｉ．ｐｉｎｇ，ＣＨＥＮＧＧｅｎｇ．ｇｕｏ
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：１００９－０１３４（２０１３）Ｏｌ（Ｉ－）一０１０４ — ０３
计算，然后分析电网得出设定值，将采集信号的
图４Ａ相显不电路
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。
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。
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
¨ ２，经Ｄ触发器得到相位差Ｏ。Ｏ与Ｐ１．２相与接

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毕业设计---基于单片机的微机变压器保护装置的设计与实现

1.1 继电保护技术的发展及其微机继电保护的特.....................5 1.2 变压器保护的要求及特点.....................................6 1.2.1 变压器保护的要求.........................................6 1.2.2 计算机变压器保护的特点...................................6 1.2.3 变压器保护原理的分析......................................7 1.3 本论文研究的主要内容........................................8 2 微机保护及变压器微机保护特点.................................9 2.1.1 微机保护特点.............................................9 2.1.2 变压器微机保护的特点.....................................10
80C196KC microcomputer chip as the central processor. Hardware and software are designed in details. On the ways of hardware design, The new type of liquid crystal display, serial communication interface are so this device can meet the demand of Automatic control on power system. On the way of software design, the optimal fast algorithm, technology of menu in man-computer interface and function of self-diagnosis are combined .All these characters give the device great accuracy and reliability and make it easier to operate. The device that combines measurement with protection shows the modern

基于单片机电阻电容电感测量

基于单片机电阻电容电感测量基于单片机的电阻、电容和电感的测量是一种常见的电子设计任务，特别是在嵌入式系统和传感器应用中。

以下是简要的介绍，具体实现方式可能因应用、单片机型号和测量精度的要求而有所不同。

1. 电阻测量：使用单片机进行电阻测量的一种方法是通过构建电压分压电路，然后使用模拟输入通道或模数转换器（ADC）来测量分压后的电压。

基本步骤如下：•构建电压分压电路，将待测电阻与已知电阻串联。

•通过单片机的ADC模块测量分压电路的电压。

•使用欧姆定律和分压电路的关系计算待测电阻的阻值。

2. 电容测量：电容测量可以通过测量充放电时间常数来实现。

具体步骤如下：•将待测电容与已知电阻组成一个RC电路。

•使用单片机的定时器来测量电容充电或放电的时间常数。

•通过时间常数和电阻值计算电容值。

3. 电感测量：电感测量一般使用LC振荡电路来实现。

具体步骤如下：•将待测电感与已知电容组成LC振荡电路。

•通过单片机的定时器来测量振荡周期。

•通过振荡频率和已知电容值计算电感值。

注意事项：1.校准：对于精度要求较高的测量，建议在使用前进行校准。

2.信噪比：在测量中要注意信号质量和干扰，尤其是在电容和电感的测量中。

3.电源电压：确保单片机和测量电路的供电电压稳定。

4.选择合适的元件值：为了提高测量的精度，选择合适的已知电阻、电容和电感值。

5.滤波：可以在测量结果中引入滤波以降低噪声。

这仅仅是一个简要的概述，具体的实现可能因项目要求和硬件平台而有所不同。

在设计时，请仔细考虑电路的特性和单片机的性能。

无功补偿自控方案在电力设计中的应用比较

摘要简述了无功补偿的原因和意义、补偿途径和方式。研究了传统电子式自动补偿控制方案、基于单片机控制技术的无功补偿自控方案以及基于ＰＣ控制技术的无功补偿自控方案等设计结构和原理。并对其性能和电路结构特Ｌ点进行比较，为电力设计提供参考。
终端，由于用户负荷小，波动大，点分散，地无人管理，因此需开发一种新型低压终端无功补偿装置。根据补偿控制方式的不同又可分为：电子式自动控制补偿、片机控制补偿及ＰＣ控制补偿等多种。电力单Ｌ
和提高供电质量，长距离输电中提高输电稳定性和在输电能力以及平衡三相负载的有功和无功功率。根据补偿安排方式不同，功补偿可分为：中补无集偿、散补偿和就地补偿３种 … 。集中补偿装设在企分业或地方总变电所６— ５ｋ３Ｖ母线上，偿装置包括并补联电容器、同步调相机、止补偿器等，静目的是改善输电网的功率因数、高终端变电所的电压及补偿主变的提无功损耗。分散补偿装设在功率因数较低的车间或村镇电所的高压或低压母线上。这种方式与集中补偿有相同的优点，无功容量较小。分散补偿通常采用但１Ｖ户外并联电容器安装在架空线路的杆塔上或另０ｋ行架杆进行无功补偿，以提高配电网功率因数，到降达损升压目的。因其具有投资小，回收陕，效率高，补偿便于管理和维护等优点，用于功率因数较低且负荷较适

浅谈电力设计中无功补偿自控方案的应用

ＡＶＲ的信号处理过程主要为： ①由Ａ／Ｄ转换器对所属出
的信号予以采样；②在把所采集的信号通过ＦＦＴ算法予以有
效处理；（检查与判断电压为过压还是为欠压，电流是否为负
的６ — ３５ｋＶ的母线当中，而通常补偿装置具体包括以下几方
面，例如：并联电容器、静止补偿器以及同步调相机等，而安设理速度与功率消耗等方面的矛盾解决。另外，在单片机ＡＴ — 这些装置的根本目的是为进一步将电网功率因数予以改变和ｍｅｇａｌ６的内核中，有着非常丰富的指令，而且还有着３２个工补偿无功损耗等。但是，通常分散补偿装置在村镇的高低压母作寄存器．同时这些逻辑运算单元以及寄存器相互连接，进而线亦或是功率因数较低的车间当中设置．该方式与集中补偿使得指令可以在一个时钟周期同时访问两个不同的寄存器。方式有着一定的相似点，但其无功容量却非常之小。该结构装置可以促进代码效率的大幅度提升，并且与普通分散补偿装置所采用的主要为１０ｋＶ的并联户外型电容ＣＴＳＣ微控制器相比，数据吞吐率更高。器，并且将其设置到架空线路杆塔＇３中，－切实提高输电网的功１佩１些苎＾率因数．最终达到电能损耗的目的。由于此补偿方式有很多的优势，如：投资小、效率高、维护简单等，常将其安设到功率因数低，同时负荷偏大的长距离输电线３＇－中。除此之外，就地补

SVC无功补偿控制系统项目介绍

2.6 晶闸管阀的保护
当晶闸管接通或断开电流时，将会在晶闸管两端产生周期性的电压跃变，为了阻尼电压跃变及线路上的暂态电压，晶闸管阀均配有由电容器及电阻或非线性电阻构成的保护元件。另外晶闸管设有过电压保护、过电流保护、过负荷保护等。
2.7 晶闸管阀的冷却装置
晶闸管元件的冷却方式较多，但主要有下列几种：水冷、油冷、风冷及热管冷却。
2.4.2 工作原理：每周期采样32点，采用傅里叶算法计算电压、电流、功率因数；利用公式 Q 3UI sin 计算无功功率。 2.4.3 技术特点：抗干扰能力强，通过IECIII级干扰试验。可在较强谐波含量工况下，精确计算基波的电流、电压、无功，有功及功率因数。采用高性能单片机，集成度高，成本低，可靠性高。
2. 交流电流：将装置各电流回路端子顺极性串联并通入测量电流，要求各回路的测量范围和测量误差满足表2的规定；
表2各电流回路顺极性串联测试电流
输入电流测量误差 0.10 I e ≤10% 0.20 I e ≤2.5% 0.50 I e ≤2%
Ie
≤1%
1.1 I e ≤1%
1.3 I e ≤2.5%
21
22
23
24
25
26
采用德国SIEMENS公司的 SIMADYN-D控制系统
采用德国SIEMENS公司的SIMADYN-D控制系统在目前国内是一个广泛被接受的实践；全数字化控制响应速度快控制精度高但价格较高，约130万，但硬件仅30万，主要是软件
内存模块（MM3型）
◆ 额定补偿容量：50Kvar-10Mvar
◆ 电压测量精度：不大于1%
◆ 电流测量精度：不大于2.5% ◆ 有功测量精度：不大于5% ◆ 无功测量精度：不大于5% ◆ 控制系统动态响应时间小于10ms ◆ 模拟输入16路

基于单片机的相位测量仪电路设计(完整版)

第
相位测量仪是电力部门、工厂和矿山、石油化工、冶金系统进行二次回路检查的理想的高精度仪表。尤其适用于电能计量、用电检查、继电保护、差动检测、电力建设和变送电工程等。是电力系统各部门的必备仪器之一。
1.1
在电子测量技术中，相位测量时最基本的测量手段之一，相位测量仪式电子领域的常用仪器。随着相位测量技术广泛应用于科学研究、实验、生产实践等各个领域，对相位测量技术的要求也向高精度高智能化方向发展，在低频范围内，相位测量在电力、机械等部门具有非常重要的意义。
矢量法：任何一个正弦函数都可以用矢量来表示，如各个正弦信号幅度相等、频率相同，运算器运用减法器合成得到矢量的模．矢量法用于测量小角度范围时，灵敏度较好，可行度也较高；但在180°附近灵敏度降低，读数困难且不准确．由于系统输出为一余弦或正弦函数，因此这种方法适用于较宽的频带范围。
上述3种测量相位的方法各有优势，从测量范围、灵敏度、准确度、频率特性和谐波的敏感性等技术指标来看，过零检测法的输出正比于相位差的脉冲数，且易于实现数字化和自动化，故本研究采用过零检测法。
XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2：来自反向振荡器的输出。
振荡器特性：XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。
第
本设计中，相位测量仪主要是对被测网络的输入、输出信号的相位差进行测量。这样的两路待测信号为同频不同相的正弦交流信号，频率范围为20Hz-20kHz，幅度为0V～500V。相位差测量的基本原理为：对信号波形的变换、比较及相关数学运算。即对于被测信号是同频不同相的两路正弦交流信号，为了准确地测量出该相位差，需要对输入信号的波形进行整形，本设计利用LM339组成整形电路，使输入信号变成矩形波信号，再经异或门组成的鉴相器电路，输出即为相位差信号，再结合单片机的数据处理功能，最后通过液晶即可显示出该相位差。由于单片机的工作电压在5V左右，所以在进行相位测量前，还需将被测信号进行分档降压处理。

无功补偿原理

无功补偿原理当电网电压的波形为正弦波，且电压与电流同相位时，电阻性电气设备如白炽灯、电热器等从电网上获得的功率P等于电压U和电流I的乘积，即：P=U×I。

电感性电气设备如电动机和变压器等由于在运行时需要建立磁场，此时所消耗的能量不能转化为有功功率，故被称为无功功率Q。

此时电流滞后电压一个角度f。

在选择变配电设备时所根据的是视在功率S，即有功功率和无功功率的几何和：S =（P2 + Q2）1/2无功功率为:Q=（S2 - P2）1/2有功功率与视在功率的比值为功率因数:cosf=P/S无功功率的传输加重了电网负荷，使电网损耗增加，故需对其进行就近和就地补偿。

并联电容器可补偿或平衡电气设备的感性无功功率。

当容性无功功率QC等于感性无功功率QL时，电网只传输有功功率P。

根据国家有关规定，高压用户的功率因数应达到0.9以上，低压用户的功率因数应达到0.85以上。

如果选择电容器功率为Qc，则功率因数为：cosf= P/ (P2 + (QL - QC)2)1/2在实际工程中首先应根据负荷情况和供电部门的要求确定补偿后所需达到的功率因数值，然后再计算电容器的安装容量：Qc = P(tanf1 - tanf2)式中:Qc一电容器的安装容量，kvarP一系统的有功功率，kWtanf1一补偿前的功率因数角tanf2一补偿后的功率因数角采用查表法也可确定电容器的安装容量。

无功补偿相关名词注释2008-05-25 11:08无功功率补偿无功功率补偿的基本原理是把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接在同一电路，当容性负荷释放能量时，感性负荷吸收能量；而感性负荷释放能量时，容性负荷却在吸收能量，能量在两种负荷之间互相交换。

这样，感性负荷所吸收的无功功率可由容性负荷输出的无功功率中得到补偿，这就是无功功率补偿的基本原理。

力率电费是指电力用户感性负载无功消耗量过大，造成功率因数低于国家标准，从而按电费额的百分比追收的电费（详细了解力率电费调整办法）。

静止无功补偿系统的建模与仿真

静止无功补偿系统的建模与仿真摘要：在配电网中，为了提高供电质量，减少负荷对电网的不利影响，传统的做法时在被补偿的节点上安装电容器、电抗器或者两者组合来向系统注入或吸收无功功率，这些电容器、电抗器是采用传统的机械开关来控制投入或退出的。

静止无功补偿装置（SVC）是一种能够快速、可靠地控制线路电压的装置。

SVC通常会在正常稳态和意外情况下将电压调节和控制到所需的设定值，从而在系统意外情况后提供动态、快速响应的无功功率。

此外，SVC还可以提高输电能力，减少损耗，减轻有功功率振荡，防止失载时的过电压。

关键词：静止无功补偿，SVC，TCR、TSC1 SVC的原理和特性SVC的构成形式比较多样，但基本元件为晶闸管控制的电抗器（TCR）和晶闸管投切的电容器（TSC）。

下图为常用SVC原理图，图中的降压变压器是为了降低SVC造假，而图中的滤波器的作用是吸收SVC装置所产生的谐波电流。

图1 SVC原理图其中，TCR支路由电感器和两个反向并联的晶闸管串联组成；TSC支路由电容器和两个反向并联的晶闸管串联组成，晶闸管起主要的控制作用。

TCR支路的等值基波电抗是晶闸管导通角β或触发延迟角α相关的函数，可以利用β和α值的变化来实现系统等值电抗的平滑调整。

若L为电抗器的电感值，那么TCR吸收的无功功率可以表示为与TCR不同，每个TSC支路在电力电子器件的控制下，只有两种运行状态：即电容器并联在系统内运行，或是电容器完全退出。

TSC的优势体现在由于电容器的切投是由电力电子器件控制完成的，它比传统的机械切投的电容器相应更加迅速，其动态特性可以满足控制系统的需要。

若C为电容器的电容值，当TSC支路投入到系统中后，其输入系统的无功功率可以表示为SVC装置整体向系统输入的无功功率可以由（1）式和（2）式表示为由此可见，当时，连续、平滑的调节向系统输入的无功功率是可以实现的。

同时，可以通过在SVC装置中增加TSC之路的数量，从而扩大SVC的可调节范围，也兼顾了这种调节的连续性。

基于单片机的DC_DC升压电路设计与仿真

基于单片机的DC_DC升压电路设计与仿真DC/DC升压电路是一种常见的电子电路，用于将低电压直流输入信号转换为高电压直流输出信号。

本文将介绍基于单片机的DC/DC升压电路的设计与仿真。

首先，我们需要确定所需的电压转换倍数。

例如，如果需要将3V的低电压转换为5V的高电压，转换倍数为5/3=1.67、根据转换倍数，我们可以选择合适的电源变压器和电感。

在设计DC/DC升压电路时，有几个关键元件需要考虑。

首先是电源变压器。

电源变压器用于将输入信号从低电压转换为高电压。

其次是电感。

电感是一种电子元件，用于储存电能和调节电流。

电容器也是一个重要的元件，用于储存电能和调节电压。

最后是开关管。

开关管用于控制输入信号的开关和关断。

为了实现电路的控制和调节，我们可以使用单片机来控制开关管的开关和关断。

我们可以编写一段代码来控制单片机的GPIO引脚，从而实现对开关管的控制。

例如，当需要输出高电压时，单片机可以将GPIO引脚设置为高电平，从而打开开关管；当需要输出低电压时，单片机可以将GPIO引脚设置为低电平，从而关闭开关管。

在设计DC/DC升压电路时，还需要考虑电流和功率的问题。

合理选择电源变压器、电感、电容器和开关管，可以确保电路的稳定性和效率。

在完成电路设计后，我们可以使用仿真软件进行仿真。

仿真可以帮助我们验证电路设计的正确性和性能。

例如，我们可以使用PSpice或LTSpice等仿真软件来模拟电路的工作情况，从而评估电压、电流和功率等参数。

在进行仿真时，我们可以通过调整电源电压、电流和负载电阻等参数，来观察电路的工作情况。

如果电路存在问题，我们可以根据仿真结果进行修改和优化。

总之，基于单片机的DC/DC升压电路的设计与仿真是一个复杂的过程，需要考虑多个因素。

通过合理选择元件，使用单片机进行控制和调节，并进行仿真测试，可以确保电路的稳定性和效率。