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二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

2、使用的 CPU 芯片 （AT89C2051 ， 20 只管脚 ） 与 MCS 51 系列单片机兼容，内带有 2K 可编程闪速存 储器E眾0M, 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。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a就可

3、 以求得功率因数cos。如图2所示。图 2 线电压与另一相线电流矢量图在图2中，q二斗-比，因此斗比匚!w滞后 /2,而q比比滞后a，贝昨=n /2-a。这样线路的功率因数cos 二cos（n /2-a ）=sina由上式可见,线电流q与其他两相线电压qv夹角a的正弦值sina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sina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利用电脑芯片获得线电压与另一相线电流的相位差a和功率因数cos可以利用AT89C2051的两个外中断口的一

4、个定时口完成求相位角a的任务。 由电压互感器和电流互感器获得qv和1的电压信号u uv和uiw经两只零比较器可获得两个方波信号U、U，则两个下降沿的相位差也为a:见图4。uv IW图 4 (a) 图 4 (a) 方波的形式若将两个方波信号U和U分别加到AT89C2051的外部中断口I和IWuv匚Z3,二3每uiw的下降沿获得一个外部中断信号，同时，二3每次Uuv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a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 X360=18kHz。则定时器的周期t=1/f=1/18ms。如果在AT89C205

5、1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，则软计数器每增加 1 ，说明增加 1 。将外部中断匚二输入的中断信号使该软计数器置0，再将外部中断匚二的输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a的值。见图5 所示。图5利用定时器和外部中断获取a外部中断匚二I中断CPU读取了a值后，立即采用查表的方法求得sina，即 三相输电线路的功率因数cos的值。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

6、采集电原理图软件介绍初始化程序清单ORG 0000HAJMP STAR；ORG 0003HAJMP INT0；ORG 0013HAJMP INT1ORG 000BHAJMP T1；初始化程序入口地址；外部中断 0入口地址；外部中断 1 入口地址；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l/18ms，共占用定时次数为(l/18ms)/(l M s)MOV TH1，#0C8H； (机器周期)=56，则自装入数为 256-56=200=C8HSETB IT0；外中断0负跳变触发方式SETB IT

7、1；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 PSWRETI外中断0的中断程序为：INT0：PUSH PSWPUSH ACCMOV 30H, #00H；给软计数器清零PO

8、P ACCPOP PSWRETI外中断1的中断程序为：INT1：PUSH PSWPUSH ACCM0V40H,30H；读软计数器的值放入40H存储单元中（十六进制的a值）POP ACCPOP PSWRETI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a是否大于90，若大于90，说明SUBB A， #90；电流超前于电压JNC CQ； a 90。，转走MOV A，40HAJMP CBCQ

9、：SETB 20H； a 90，使超前、滞后标志位置 1MOV A，40HCB：MOV， DPTR，#TABMOVC A， A+DPTRMOV 50H， ACT：；补偿处理程序LJMP LOOP ；主程序返回TAB： DB00020305070910121416DB17192122242628293133DB34363739414244454748DB50525354565759606263DB64666768697172737475DB77787980818283848586DB87878889909191929393DB94959596969797979898DB98999999999999999999DB99999999999999999998DB98989797979696959594DB9393929