为了提高供电系统及负载的功率因数，降低设备容量，减少电能损耗和稳定受电端电网电压，在用户侧的低压配电系统中均设有无功补偿控制器。它根据检测的功率因数或无功功率，按照一定的控制规则投/切电容器，实现对线路无功功率的实时补偿。根据用户的要求和依据电力部行业标准，我们研制开发了单片机无功动态补偿控制器。该控制器可以控制八组电力移相电容器;具有反时限特性、过电压保护功能和工作状态指示等。

 

    1　系统硬件设计

 

    1.1　系统框图和原理简介

 

    控制器以单片机为核心，其结构框图见图1所示。单片机通过电压、电流取样电路和A/D转换电路测得负载电流、电网电压以及电流、电压的相位差，通过计算得到功率因数和需要补偿的无功功率。然后根据每组电容器的容量、电网电压和反时限特性进行判断、决策，输出控制信号至隔离、驱动电路，经电气隔离和功率放大，控制电容器组的投运或者退运。状态指示电路用于电容器组投切情况、电网过电压和系统稳态等指示。自启电路在单片机非正常运行时产生一个自复位信号，使单片机恢复运行正常程序。

 

    单片机无功动态补偿控制器的设计

 

    1.2　各部分电路和控制功能的实现

 

    控制器的电原理图见图2所示。D1、D2、D6构成一个基本的单片机系统：D6是MCS-51系列单片机8031，D1是外接程序存储器，放置运行程序。Z、C13、C14是8031内部时钟电路的外接元件。D17、V38及其外围阻容元件构成一个受控振荡器，单片机正常工作时，P3.5送出频率约为2Hz的方波信号，使振荡器停振，D17的输出(引脚3)为低电平;而工作不正常或“死机”时，P3.5的输出信号不同，将使振荡器起振，产生的振荡脉冲使单片机复位而恢复正常工作。

 

    TA(变流和电气隔离)、C6(去干扰)、R3(I/V转换)、V2(半波整流和限压)、R2和RP1(分压)构成电流取样电路，使交流大电流变成半波电压信号，送给D3的“IN1”端。TV(降压、电气隔离)、C7(去干扰)、R4(限流)、V3(半波整流)、R5和RP2(分压)构成电压取样电路，使交流大电压变成半波小电压信号，送给D3的“IN0”端。

 

    A/D转换器使用逐次逼近式A/D转换器件0809，精度为8位，最快转换速度100/μs，内有多路模拟开关，能对八路模拟信号实现分时A/D转换。“B”端是多路开关的地址选择线之一，为“0”时，对电压信号(IN0)A/D转换。为“1”时，对电流信号(IN1)A/D转换。START是启动转换输入线，下降沿启动内部电路，开始A/D转换。EOC为转换完成输出线，输出“1”时表示转换结束。OE为允许输入输出线，为“1”时把数据送往数据总线。启动A/D转换器可用指令：

 

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