利用单片机技术的三相输电线路功率因数的采集原理介绍

1、利用单片机技术的三相输电线路功率因数的采集原理介绍胡志坤 曹立军 吴三川山东工程学院 山东 2550121 前 言三相输电线路的功率因数cos(cos=p/s)是电力传输的重要经济技术参数，关系到电力系统的稳定、损耗、输电质量等方面的问题。但是电力负荷本身需要有功和无功，无功的损耗降低了线路的功率因数，因此，只有给线路补偿无功才能达到提高功率因数的目的。最常用的方法是用并联电容器进行无功补偿。 怎样才能恰到好处地补偿呢?正确地求得三相输电线路的功率因数是补偿的关键问题。随着电子技术的不断发展，专用工业电脑芯片的不断问世，其可靠性、功能、体积等性能有大幅度提高，而价格有了大幅度的下降。我们使用的

2、CPU芯片(AT89C2051，20只管脚)与MCS51系列单片机兼容，内带有2K可编程闪速存储器E2ROM，5个中断源等功能，价格仅十元左右。因此，采用工业计算机芯片作为三相无功补偿器的核心部件具有线路简单，采样正确、控制灵活、成本低等优点。2 三相输电线路功率因数的数学表达三相输电线路的功因率数，实际上是任一相电压与该相电流之间夹角的余弦值。图1给出了三相输电线路的相电压、相电流的矢量图。图1 相电压、相电流矢量图如果考虑三相三线(如高压无功补偿控制器)的情况下，又如何求得输电线路的功率因数呢?实际上只要求得两相线电压与另一相的线电流之间的夹角就可以求得功率因数cos。如图2所示。图2 线

3、电压与另一相线电流矢量图在图2中，=u-v，因此/2-。这样线路的功率因数 uv比滞后/2，而uv比滞后，则=cos=cos(/2-)=sin由上式可见，线电流w与其他两相线电压uv夹角的正弦值sin即为三相输电线路的功率因数cos。通过PT(电压互感器)获得线电压信号，由CT(电流互感器)获得另一相线电流的信号。两信号的相位差的正弦值sin即为功率因数cos的值。见图3。图3 线电压与另一相线电流波形图3 利用电脑芯片获得线电压与另一相线电流的相位差和功率因数cos可以利用AT89C2051的两个外中断口的一个定时口完成求相位角的任务。 由电压互感器和电流互感器获得和的电压信号Uuv和UIW

4、经两只零比较器可获得两个方波信号U"uv、U"IW，则两个下降沿的相位差也为。见图4。图4 (a)方波的形式 (b)方波形成波形图若将两个方波信号U"IW和U"uv分别加到AT89C2051U"IWU"uv的下降沿获得另一个外部中断信号。两中断信号之间间隔的电角度即为角度数。 利用AT89C2051的定时中断可以产生1°一个脉冲，其脉冲的频率为f=50×360=18kHz。则定时器的周期t=1/f=1/18ms。如果在AT89C2051内部设定一个软计数器，将周期为1/18ms的定时器的中断作为计数输入，则软计数器

5、每增加1，说明增加1°。0，入中断信号出现时去读软计数器的即时计数值，则其读数就为的值。见图5所示。图5 利用定时器和外部中断获取CPU读取了值后，立即采用查表的方法求得sin，即三相输电线路的功率因数cos的值。4 硬件介绍图6给出了AT89C2051管脚定义图利用单片机AT89C2051作为核心的三相输电线路功率因数采集装置的电原理见图7。图6 AT89C2051管脚定义图 图7 三相输电线路功率因数采集电原理图 5 软件介绍5.1 初始化程序清单ORG 0000HAJMP STAR； ；初始化程序入口地址ORG 0003HAJMP INT0； ；外部中断0入口地址ORG 001

6、3HAJMP INT1 ；外部中断1入口地址ORG 000BHAJMP T1 ；定时中断1入口地址STAR：MOV TMOD，#25H ;送定时方式控制字(T1，8位自装入)MOV TL1，#0C8H；1°占用时间1/18ms，共占用定时次数为(1/18ms)/(1s)MOV TH1，#0C8H；(机器周期)=56，则自装入数为256-56=200=C8H SETB IT0；外中断0负跳变触发方式 SETB IT1；外中断1负跳变触发方式 SETB EX0；允许外部中断0中断 SETB EX1；允许外部中断1中断 SETB TR1；允许定时器1工作 SETB ET1；允许定时器1中断

7、 SETB PT1；定时器1的中断优先权MOV SP，#55H;设堆栈指针SETB EA；允许所有中断5.2 定时1的中断程序为：T1：PUSH PSWPUSH ACCMOV A，30H ;30H存放的十六进制角度值ADD A，#1 ；30H作为软计数器MOV 30H，APOP ACCPOP PSWRETI5.3 外中断0的中断程序为：INT0：PUSH PSWPUSH ACCMOV 30H，#00H；给软计数器清零POP ACCPOP PSWRETI5.4 外中断1的中断程序为：INT1：PUSH PSWPUSH ACCMOV 40H， 30H ；读软计数器的值放入40H存储单元中(十六进制

8、的值)POP ACCPOP PSWRETI5.5 主程序清单为：功率因数以十进制表示，存放在50H字节存储单元中，若50H的内容为98，说明其功率因数为0.98。而超前、滞后标志存放在20H单元中，20H内容为0，说明电流滞后，20H内容为1，说明电流超前。LOOP：CLR CMOV A，40H ；判断是否大于90°，若大于90°，说明 SUBB A，#90；电流超前于电压JNC CQ；90°，转走MOV A， 40HAJMP CBCQ：SETB 20H；90°，使超前、滞后标志位置1MOV A， 40HCB：MOV， DPTR，#TABMOVC A，

9、A+DPTR MOV 50H， ACT： ；补偿处理程序 LJMP LOOP；主程序返回TAB：DB 00 02 03 05 07 09 10 12 14 16 DB 17 19 21 22 24 26 28 29 31 33 DB 34 DB 50 DB 64 DB 77 DB 87 DB 94 DB 98 DB 99 DB 98 DB 93 DB 86 DB 75 DB 63 DB 48 DB 33 DB1636 37 52 53 66 67 78 79 87 88 95 95 99 99 99 99 98 97 93 92 85 84 74 73 62 60 47 45 31 29 141239 41 54 56 68 69 80 81 89 90 96 96 99 99 99 99 97 97 91 91 83 82 72 71 59 57 44 42 28 26 100942 44 57 59 71 72 82 83 91 91 97 97 99 99 99 99 96 96 90 89 81 80 69 68 56 54 41 39