冯志宏
金华电力开关有限公司 浙江 金华 321018
0 概述
跟着现代工业的翻开，对电能质量的恳求也越来越高。如今电力网中的电力负荷如感应式异步电动机、变压器等，大有些归于理性负载，在作业进程中需求向这些设备供应相应的无功功率，构成电网的功率因数偏低。在电网中设备并联电容器能够供应理性电抗耗费的有些无功功率，削减电网电源向理性负载供应的无功功率，以及削减无功功率在电网中的活动，然后下降输电线路因运送无功功率构成的输电损耗，改进电网的作业条件，因而无功功率抵偿操控器一向有着宽广的运用商场。如今商场上该类商品较多，但大大都为低端商品，对电容组投切都依据功率因数或无功电流，而关于过压切除和欠流的处理比照照照粗糙，更不必说具有无功束缚功用了；少量商品为高端商品，其功用健壮但报价较高。因而，假定能开宣告既具有高端商品的功用，一同又具有低端商品报价的抵偿操控器，将有着首要的含义。这篇文章所述的低压无功功率抵偿操控器的首要功用有：
（1）相序主动辨认。
（2）电压采样0．5级、电流采样和功率因数1级、契协作业规范。
（3）具有过压免除、欠流闭锁、无功束缚功用。
（4）简直悉数参数都可键盘设定，如功率因数门限、投入延时、过压门限、欠流门限、过压加快切除时刻、欠流时刻、同组切投时刻延时等。
1 作业原理
采样三相电中一相的电流（如A相）以及别的两相（如B、C相）电压之间的相位差，得到相应的功率因数；该功率因数与设定的投切门限（按规范功率因数滞后为0.95；超前为0.98）进行比照：若在门限内，则不予动作；若超出门限，则相应采纳投切办法，力求坚持功率因数在设定的限带内。在作业进程中若呈现过压，则按设守时刻加快切除，若欠流超出必守时刻，则也予以加快切除；若无功小于一组电容的无功时，不予投入。因为对电压和电流都进行采样且满意必定的精度恳求，因而过压免除和欠流闭锁以及无功束缚能够处理得比照准确。
因为三相电的接线有各种纷歧样的接法（共有12种），纷歧样接法的功率因数核算和超前滞后的差异有所纷歧样，因而关于纷歧样接法相序的主动差异将很有含义，下面临其原理作一简略介绍：　　
设三相的电压别离为Ua、Ub、Uc，则它们的表达式能够标明如下：
Ua＝Umsinωt
Ub＝Umsin（ωt－120°）
Uc＝Umsin（ωt－240°）
由此得：
Ub=Ub-Uc=3Umsin（ωt－90°）

若负载为纯阻性，则A相电流与电压同相，Ubc电压滞后A相电流90°；若A相负载为容性，假定A相电流超前电压α（0≤α≤90）角，则Ubc电压滞后A相电流90°＋α；若A相负载为理性，假定A相电流滞后电压α（0≤α≤90）角，则Ubc电压滞后A相电流90°－α。在电路计划中，若把A相电流和Ubc电压的采样信号拓宽后通过过零比照器，即可得到反映相位的方波信号；查看两个方波信号上升沿的时刻差，即可得到反映两者相位差的时刻。假定线电压的两个相邻周期的上升沿的时刻差为T（即周期），相电流与线电压的上升沿的时刻差为τ，则α＝｜τ／T×360°－90°｜。
因为三相有纷歧样的接法，怎么差异超前和滞后泥？咱们能够参照上面办法，能够得到悉数接法的状况，并且能够分红以下两品种型：
Ⅰ型：0≤τ＜T／4，超前；T／4≤τ＜T／2，滞后；α＝｜τ／T×360°－90°｜。
Ⅱ型：3T／4≤τ＜T，超前；T／2≤τ＜3T／4，滞后；α＝｜τ／T×360°－270°｜
由上剖析，咱们能够依据τ和T的联络，差异出该接法归于何种型式，然后差异是超前仍是滞后，并算出超前滞后角α。
2 硬件计划
操控器的CPU选用ATMEL公司的89C52，硬件计划首要包含电源监督和掉电维护电路、键盘接口电路、LED显现电路、继电器输出电路、A／D采样电路以及信息处理有些。电源监督和掉电维护电路选用X25045芯片，该芯片接口电路简略，一同具有上电复位、电源监督、硬件看门狗电路的功用，并且还有512字节的flashrom，能够供应操控器设置参数的掉电维护功用；键盘接口、LED显现、继电器输出等电路比照简略，选用74LS245、74LS373以及CPU自身具有的一些I／O口线即可结束；A／D选用ADC0809芯片，因其只需8位精度，因而电压和电流信号拓宽到±5 V的计划，然后选用采样半波的办法即可满意电压采样0．5级的精度恳求；信号处理有些见图1。

　　相电流转过互感器得到初始信号IS。IS首要通过低通滤波，然后进行拓宽得到－5～5 V的信号。该信号通过过零比照，得到规范的方波信号Fi。用Fi作为操控信号，使IS的正半周送至A／D采样芯片进行采样，这么能够用较小的价值取得较高的精度。US的处理进程与IS如出一辙，这么能够确保电路对两者的影响彻底相同而不至于影响功率因数的精度。为了尽或许削减硬件本钱，直接把Fu和Fi送到80C52的接连引脚X0和X1，通过软件编程依照前面原理所示直接差异超前或滞后，并核算超前滞后角。
3 软件计划
操控器的软件计划首要包含初始化模块、键盘处理模块、A/D采样模块、显现模块、时钟调度模块、操控模块、自检模块等。除了自检模块，简直悉数模块都有时钟调度模块进行处理，下面咱们对时钟调度模块作一具体介绍。
低压无功抵偿操控器简直悉数的操作都依据时钟，咱们把操作称之为使命，这么时钟调度也就变为使命调度。悉数时钟调度模块的程序流程见图2。

因为操控器速度恳求不是很高，因而在程序流程上能够处理得比照简略。主程序循环只作一些简略处理，如硬件的自检、参数象征的查看、一些要害状况位的校验等作业。简直悉数要害的使命都放到时钟调度程序中按次第施行。占用时刻不多的A/D采样在每次时钟接连中都予以施行，而其它使命则在时刻到（本操控器取0.5s）时才施行一次。因为许多使命的施行需占用较多时刻，为了不影响A/D的采样，在主使命的施行时选用接连假回来的技能进行处理，即开释接连本钱，程序流程进入主使命处理，主使命处理完后，需收拾接连的仓库一同以RET回来主程序。关于其它程序模块，限于篇幅，在这儿不逐一介绍，下面就怎么前进采样精度作一简略阐明。
电压和电流的采样精度直接联络到功率因数操控器的功用，为此，咱们对软硬件都采纳了一些办法，首要有：（1）对电压和电流的处理电路确保如出一辙，以避免采样电路对功率因数的影响；（2）对电压和电流结束过零比照转化为方波，使波形的畸变对功率因数的采样简直无任何影响；（3）直接采样波形的周期，消除电网周期的不坚定对功率因数的影响；（4）用16位守时器来丈量周期和相位差，再通过必定的抵偿办法和滤波算法，使功率因数的丈量抵达恰当准确的境地；（5）电压和电流的采样值通过滤波算法，然后用均方根核算其有用值，能够较大程度消除波形畸变对采样精度的影响，然后使采样精度抵达计划恳求。

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