集中式无功功率补偿器的硬件电路设计设计开题综述.docx

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集中式无功功率补偿器的硬件电路设计设计开题综述

BIYESHEJI

（二零届）

集中式无功功率补偿器的硬件电路设计

所在学院

专业班级测控技术与仪器

学生姓名学号

指导教师职称

完成日期年月

摘要

本课题以无功补偿原理为基础，设计了一种集中式无功功率补偿器。

该装置以电网所监测到的数据为依据，以城镇低压网220V电压的无功补偿为对象，对相应装置的感、容性进行判断，通过投切以完成无功功率的补偿。

本文主要研究了无功补偿对电网性能的改善，以及控制器的硬件的配置。

系统采用的是89C52单片机，89C52是INTEL公司MCS-51系列单片机中比较基本的产品，采用了INTEL公司可靠的CHMOS工艺技术制造的高性能8位单片机，是属于标准的MCS-51的HCMOS产品。

此软件使用C语言进行编译。

A/D转换采用了MAX197，MAX197是Maxim公司推出的具有12位测量精度的高速A/D转换芯片，他只需单一电源供电，而且转换时间很短（6ms），并且具有8路输入通道，还提供了标准并行接口——8位三态数据I/O口，可以和大部分的单片机直接接口，使用相当方便。

8255乃是Intel公司生产的可编程并行I/O接口芯片，它有3个8位并行I/O口。

而且具有3个通道3种工作方式的可编程并行接口芯片（40引脚）。

其各口的功能可由软件选择，使用相当灵活，通用性很强。

关键词：

无功补偿,单片机，A/D转换器，8255

TheDesignofHardwareCircuitofCentralizedReactivePowerCompensator

Abstract

Thistopicinreactivecompensationprincipleasthefoundation,designakindofcentralizedreactivepowercompensator.Thisdevicewithgridbasedonthedatatomonitor,220Vvoltageintownofreactivepowercompensationforobject,thecorrespondingdevicefeeling,capacitivejudge,throughthevotetoaccomplishthecuttingofreactivepowercompensation.Thisarticlemainlyresearchesforgridreactivepowercompensation,andimprovetheperformanceofthehardwareandsoftwareconfigurations.Controller

Systemthrough89C52.89C52istheINTELcorporation,in51seriesmicrocontrollerMCS-basicproducts,itUSEStheINTELcompanyreliableCHMOStechnologymanufacturinghighperformance8-bitmicrocontroller,belongstothestandardsoftheMCS-51HCMOSproducts.UsingClanguagesoftwarecompilation.A/DconversionMAX197,MaximMAX197isadoptedwith12outthemeasurementprecisionofthehighspeedA/Dconversionchip,justAsinglepowersupply,andtheconversiontimeisveryshort（6ms）,whichhaseightroadinputchannel,alsoprovidesstandardparallelinterface-eightthreestatesdataI/Oport,candirectlyinterface,withmostSCMissoeasytouse.TheIntelcompany8255isproductionprogrammableparallelI/Ointerfacechip,thereare3eightparalleltheI/Oport.Havethreechannels3kindsofmethodofworkingprogrammableparallelinterfacechip（40pins）.Itseachmouthfunctioncanbeusedbythesoftwareoptions,flexible,strongcommonality.

Keywords:

reactivepowercompensation,A/Dconversion,8255

摘要III

AbstractIV

1绪论1

1.1研究背景1

1.2无功功率补偿的发展状况2

1.3课题研究的主要内容4

2设备方案设计与总体设计5

2.1无功功率补偿的原理5

2.2系统总体框图7

3硬件设计8

3.1硬件设计框图及说明8

3.2单片机芯片选择9

3.3电压互感器、电流互感器10

3.3.1电压互感器10

3.2.2电流互感器11

3.2A/D转换器MAX197与单片机接口电路11

3.3可编程并行接口芯片8255接口电路13

3.3.18255与单片机接口电路13

3.3.18255与数码管接口电路14

3.3.18255与发光二极管接口电路15

3.4外部数据存储器扩展15

3.5地址锁存器74LS373、译码器74HC13816

3.5.1地址锁存器74LS37316

3.5.2译码器74HC13817

4软件设计18

4.1设计核心18

4.2程序流程图18

4.2.1判断电压过零点18

4.2.2检测电流信号、确定功率因数及负载特性19

4.3查表程序代码19

结论21

参考文献22

致谢24

附录25

附录图1查询表表一I1为正，I2为负25

附录图2查询表表二I1为正，I2为正27

附录图3系统硬件连线图30

1绪论

1.1研究背景

目前，我国的大部分电网，普遍存在着功率因数低、电网线损大的情况。

然而导致此现象的主要原因就在于是功率因数较低，而功率因数又是由于众多的感性负载用电设备设计落后。

比如我国的电动机消耗的电能占全部发电量的70%，而功率因数一般却只有cosΦ=0.7左右。

我国的互联电网已然进入了大电网、大机组的时代，对电网的质量和系统的稳定的要求也日益地提高，对于解决终端用户的无功补偿设备综合控制的问题也越显紧要。

然而目前我国绝大部分终端用户依然采用传统的补偿装置，控制方式落后，无法达到远距离和总体控制的要求，所以提高补偿设备整体性、效率和灵活性成了工作重点。

通过智能化电网的建设，利用现代化的通信技术，整合用户资源，实现终端无功平衡，可有效地提高系统的功率因数，有效降低损耗，从而改善电网质量。

提高功率因数，合理选择用电设备以提高自然功率数，广泛采用并联电容性负载的方法补偿无功功率。

以前传统的方法是采用固定电容补偿的方法，但是它仅使用于负载相对固定、无功功率相对稳定的静态用电装置；随着微机控制技术以及半导体器件的发展，利用电脑对电网进行实时的检测、控制，并根据无功功率的变化，自动切换补偿电容，能够准确且快速地实现动态的无功补偿，达到降低消耗、改善供电质量的目的。

往往在这种情况下，采用无功补偿的节能技术，对于提高电能质量和挖掘电网潜力是相当必要的，世界各国都把无功补偿当作电网规划的重要组成部分。

综上所述，无功补偿不仅具有节省投资、节省电力、节省燃煤以及污染等等作用，同时还能够提高电力系统设备的供电能力，提高电压的质量，减少用户用电费用等等作用。

无功补偿技术的发展，他存在以下意义。

（1）补偿无功功率,能够使电网中有功功率的比例常数增加；

（2）能够减少供电设备的设计容量,从而减少投资,例如当功率因数cosΦ=0.8增加到cos4=0.95时,装有1Kvar电容器可以节省设备容量达到0.52KW之多;相反,增加0.52KW.对原有设备来说,相当于增大了供电设备的容量。

所以,对于新建以及改建的工程.应当充分考虑到无功补偿,因为这样可以减少设计的容量,从而减少投资.（3）有效降低线损,从公式△P%=（1-cosΦ’/cosΦ）X100%中可以得出cosΦ’是补偿后的功率因数,cosΦ是补偿前的功率因数，可得cosΦ’>cosΦ,所以提高功率因数后,线损率也相对下降了不少。

因此减少设计的容量,减少投资,增加电网中有功功率的输送比例,及降低线损都直接影响了供电企业的经济效益，也起到决定性的作用。

所以说,功率因数是考核经济效益的一项重要指标,实施无功补偿是符合时代要求的一种技术。

在第一个晶闸管出现以前，电子半导体因为功率过小，所以在直流传动，交流传动，电磁合闸，交流不间断电源以及无功补偿等领域内一直没有得到相应的推广使用。

晶闸管的诞生标志着电力电子技术的出现，并因此为起点，随着半导体制造技术和变流技术的相应发展，新型的电力电子器件不断出现，由此引发了很多行业的变革，比如交流变频调速技术的发展。

同样，电力电子技术对于无功补偿技术也同样带来了新的发展契机。

1.2无功功率补偿的发展状况

近20年以来，世界各地所发生的由电压稳定以及电压崩溃引发的大面积停电事故引起了各国（包括美国、法国、意大利、英国、俄罗斯、日本等国）的高度重视。

曾经持续了短短72 小时的8.14 美加大停电给美国造成了巨大的经济损失，产生了不良的社会影响，这次事故提醒了大家，电网运行要有足够的无功备用容量，无功不能仅仅靠着远距离的传输，在电力市场的环境下，必须制定一个统一的法规以激励独立发电商和运营商从维护整个系统安全性的角度提供充足的无功备用。

在我国也曾多次发生电压崩溃的事故，比如说1993 年和1996 年的南方电网的几次严重事故，这些事故都警告人们要采取各种措施来维持电网的稳定。

随着近代电力电子技术的出现和发展，无功补偿技术也随之发展。

在第一个工业用晶闸管出现之前，电子半导体由于功率过小，在直流传动，交流传动，电磁合闸，交流不间断电源和无功补偿等领域内一直没有得到应有的推广使用。

晶闸管的出现标志着电力电子技术的诞生，并以此为起点，随着半导体制造技术和变流技术的发展，新型的电力电子器件不断问世，由此引发了众多行业的变革，如交流变频调速技术的蓬勃发展。

同样电力电子技术对无功补偿技术也带来了新的发展契机。

早期的无功补偿装置为并联电容器和同步补偿器，多用在系统的高压侧进行集中补偿。

至今并联电容器仍是一种主要补偿方式，应用范围广泛，只是控制器在不断的更新发展。

同步补偿器的实质是同步电机，当励磁电流发生改变时，电动机可随之平滑的改变输出无功电流的大小和方向，对电力系统的稳定运行有好处。

但同步补偿器成本高，安装复杂，维护困难，使其推广使用受到限制。

无功补偿技术和电力电子技术的结合主要有以下三方面：

1．是引入电力电子变流技术，将变流器作为无功电源来调节无功的输入和输出，起到补偿负载无功的作用。

经常用