电力系统无功补偿智能电器控制

1、摘要在电力负荷中, 有相当一部分感性负载。它不仅消耗大量的有功功率, 也要吸收大量的无功功率, 从而造成功率因数下降, 导致无功电源不足, 系统电压降低, 损耗电能, 降低供电能力。为此电力部门要千方百计提高功率因数, 除了本身采取措施外, 还要求用户在使用的电源母线上进行功率因数补偿。目前补偿方法中, 最有效, 最简单的是在使用的电力线上并联一定数量的电力电容。用它产生容性无功功率, 平衡感性无功功率。然而负荷是在不断地变化,那就需要一个能按照电网变化而自动投入, 切除若干电力电容的装置。本文介绍8031单片机控制的无功功率补偿控制技术的原理与线路, 给出了设计新方法,克服了分立元件组成的补

2、偿器的一些缺点, 有较高的实用价值。abstractin the power load, there are quite a number of inductive load. it not only consumes large amounts of active power, but also wants to absorb a large number of reactive power, thus causes the loss of the power factor, which leads to the lack of reactive power, reduced system

3、voltage, power loss, lower power supply capacity. electricity sector will pay thousands of ways to improve the power factor, in addition to itself to take measures, also requires the power of the users in the use of power factor compensation on the bus. current compensation methods, the most effecti

4、ve, the most simple, is used for the power line of a certain quantity of electric power capacitor in parallel. it is used to produce capacitive reactive power, the inductive reactive power balance. load is in constant change, however, it requires a can change according to the power grid and automati

5、c input, to remove several power capacitor devices. the theory of control technique for reactive compensation based on 8031microprocessor is introduced. the method of designing in giving. the circuit overcomes some disadvantages in compensator constructed of discrete components, and has quite large

6、practical value.目录摘要i1.智能电器现状及发展趋势11.1 智能电器产品化11.2 智能电器电子化11.3 智能和通信化11.4 模块化22.智能无功功率自动补偿控制器基本原理32.1 无功补偿32.2 控制器采样42.3 控制程序42.4 控制器73. 结束语81.智能电器现状及发展趋势根据国内外电器产品和研究动态来看智能电器具有以下发展趋势：1.1 智能电器产品化将智能电器制成相对独立的通用性产品，使其适用范围不仅限于开关、保护作用。20世纪末。国际上一些著名的大公司基于cpu技术不断进步和发展，纷纷推出新一代的智能型可通信的低压断路器。比如施耐德公司的m、mt开关，西门

7、子公司的3wl3vl断路器，abb公司的f、emax等系列低压断路器。西门子公司推出的新一代断路器sentron wl，vl较以前产品有了很大的提高。特别是在网络连接方面，具有profibus-dp、cubicle bus、以太网、rs-232c等多种总线接口cubicle bus为断路器内部数据总线)。西门子通过模块化结构和内部数据总线使sentron可以方便灵活地配置和减少内部接线。施耐德公司的masterpct系列断路器支持modbus和batibus，同时还提供用于连接profibus和以太网的外置网络模块1。1.2 智能电器电子化随着半导体集成技术、微电子和计算机技术的迅猛发展，智能

8、电器的控制能力越来越强，将从常规的电压、电流、功率等电参数的智能化监测与控制方面，发展到对诸如触头材料磨损、灭弧室温升等非参数的监测li控制等方面2。1.3 智能和通信化电器中采用微处理器，从而具有应用软件，这样在硬件不变的情况下具备较大的适用性和升级能力，在电器中加入相关的监测、判断和通信等芯片或电路，使电器的各种状态和工作参数能通过传输媒质(如现场总线、串口线等)与线路的其他电器设备进行信息交流，以适应当前电器设备智能及网络化的发展趋势。目前一些主要断路器厂商虽然尚未在自己的产品中支持以太网技术，但都为用户提供连接以太网的解决方案，大多采用协议转接方法对以太网进行支持。西门子公司主推pro

9、fibus现场总线，断路器产品通过通信模块连接至profibus总线，然后通过profibus网络的主站连接至以太网3。断路器附件bda(断路器数据适配器)则起到远程，就地调校工作，不用于现场监控通信场合。施耐德公司通过egx或cm4000+ecc实现modbus协议与tc p协议的转换。在我国，电器通信的要求可体现为遥测、遥控、遥讯和遥调，这距离网络化还有很大的差距。我国低压断路器的可通信技术这几年也有了长足的发展，以上海电器科学研究所(集团)有限公司为主的研究机构正致力于现场总线技术的研究和开发。常熟开关制)造有限公司成功地运用modbus、profibus、devicenet等总线技术实

10、现了低压cw1万能式断路器、cm1z智能型可通信塑壳断路器的可通信。我国自行研制的第3代万能式断路器dw45系列中常熟开关制造有限公司生产的cw1智能型万能式断路器是典型产品。该系列产品以智能型控制器为核心，具有三段保护功能，并可通过rs-485进行通信，实现“遥测、遥控、遥调、通信”等4大功能4。1.4 模块化模块式结构给产品设计、制造及市场适应能力带来了许多好处诸如降低产品设计、制造和新产品开发的复杂性，增强了功能扩展维护更加方便。智能电器具有的这些功能和特点， 一方面可以在同一台电器上实现多种功能；另一方面，使电器实现与中央控制计算机双向通讯，构成智能化的监控、保护、信息网络系统， 使电

11、器从基本保护功能发展到智能化的保护功能6。2.智能无功功率自动补偿控制器基本原理无功功率补偿装置在电子供电系统中所承担的作用是提高电网的功率因数，降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境。所以无功功率补偿装置在电力供电系统中处在一个不可缺少的非常重要的位置。合理的选择补偿装置，可以做到最大限度的减少网络的损耗，使电网质量提高。反之，如选择或使用不当，可能造成供电系统，电压波动，谐波增大等诸多因素。2.1 无功补偿无功补偿,就是借助无功补偿设备提供必要、及时、准确的无功功率。这个无功功率来源就是依靠投入电力电容的容量, 投入要恰到好处, 多为过补偿, 少为欠补偿, 因此, 如何

12、掌握份量是很重要的。当功率因数变化时, 必然要引起电网的电压、电流变化, 如将这个变化取出来, 就可以通过计算机进行比较、运算、放大、输出送给执行机构, 进行投切不同数量的电容,对电网进行无功补偿。基本原理见图1所示。前级分别由集成运算放大器提取电网中的二相的线电压和一相的相电流变化, 并将它们波形合成,送入单片机, 再由它输出控制执行机构6。图1 基本原理框图2.2 控制器采样控制器采样来自低压电网的线电压及相电流。设和间的相位差角为,和之间相位角为。可知=90+或=-90。若负载为感性, 且变化是从纯阻性变为纯感性, 滞后于,或超前于。并且从0变至90, 则从90变至180。可知通过测量角

13、可得到角。及经放大后进行波形合成, 最后得到一个方波送,反相后送出。显然, 合成方波的宽度(以时间表示)就是角(以时间表示)。单片机8031测量, 下降沿到下降沿的这段时间, 通过换算可得到角, 从而可得到角, 利用角直接查表计算出cos。2.3 控制程序控制程序由主程序和若干子程序组成。(1)主程序主程序主要完成过补偿,过电压的判别及处理。(2)子程序按功能要求编制。值检测,它是通过中断程序来实现的,及经波形合成后,得到了一个方波,其宽度就是角对应的时间。当程序允许中断后, 方波的前沿(下降沿)使引起中断, 进入中断处理程序。中断处理程序的主要功能是初始化定时器, 启动允许中断, 允许中断。

14、整定为每1(对应于)中断一次。在中断处理程序中, 设立一个计数器, 中断一次计数器加1,计数器中的值就是度数。 当方波的后沿(方波反相后的下降沿), 使中断, 则停止计数, 这时计数器中的值就是方波对应的度数。 把计数器中的值取出并存入缓冲区中,作为一次检测值的数据。增量(投入)和减量(切出)子程序, 在主程序中, 当大于原设定值时, 表示欠补偿; 当小于原设定值时, 表示过补偿。欠补偿时需投入电容, 过补偿时需切出电容。投入和切除按循环进行, 即先投入的电容先切出, 后投入的电容后切出, 这对控制器和电容的使用寿命有好处。这两个子程序见图2、图3。为了实现上述控制要求,程序中设立三个寄存器,

15、 输出寄存器(开始为0), 投入寄存器(开始为1), 切除寄存器(开始为feh)。欠补偿时调用图2投入子程序, 过补偿时调用图3切除子程序7。在投入中, 首先使投入寄存器和输出寄存器内容相或,结果存入输出寄存器并输出, 然后使投入寄存器左移一位。在切出中, 首先使切除寄存器和输出寄存器相与, 结果存入输出寄存器并输出, 同样也使切除寄存器左移一位。 图2 投入子程序流程图 图3 切除子程序流2.4 控制器控制器为适应不同情况, 可随机变换内存, 使控制器在滞后0. 5至超前0.5之间任何值控制。 例如要求cos保持在大于0.95而小于0.99这个范围内, 计算机将定时(如5s)测量值(从而知道cos值), 并与内存cos值相比较, 是否大于0.95, 若是则不投入电容, 若不是计算机就发出投入电容命令。 当测量值与内存0.950.99值相同, 计算机则保持沉默状态。3. 结束语综上所述,利用单片微机进行无功补偿是可行的,也是一种发展方向。经过对上述方案的试验,证明