單片機無功動態補償控制器的設計

摘　要：介紹一種以8031單片機為核心構成的無功動態補償控制器。該控制器采用先進的技術跟蹤配電線路無功功率的變化，對多級電容器組進行自動投切，實現對線路無功功率的實時補償。

為了提高供電系統及負載的功率因數，降低設備容量，減少電能損耗和穩定受電端電網電壓，在用戶側的低壓配電系統中均設有無功補償控制器。它根據檢測的功率因數或無功功率，按照一定的控制規則投／切電容器，實現對線路無功功率的實時補償。根據用戶的要求和依據電力部行業標準，我們研制開發了單片機無功動態補償控制器。該控制器可以控制八組電力移相電容器；具有反時限特性、過電壓保護功能和工作狀態指示等。

1　系統硬件設計

1．1　系統框圖和原理簡介

控制器以單片機為核心，其結構框圖見圖1所示。單片機通過電壓、電流取樣電路和A／D轉換電路測得負載電流、電網電壓以及電流、電壓的相位差，通過計算得到功率因數和需要補償的無功功率。然后根據每組電容器的容量、電網電壓和反時限特性進行判斷、決策，輸出控制信號至隔離、驅動電路，經電氣隔離和功率放大，控制電容器組的投運或者退運。狀態指示電路用于電容器組投切情況、電網過電壓和系統穩態等指示。自啟電路在單片機非正常運行時產生一個自復位信號，使單片機恢復運行正常程序。

1．2　各部分電路和控制功能的實現

控制器的電原理圖見圖2所示。D1、D2、D6構成一個基本的單片機系統：D6是MCS－51系列單片機8031，D1是外接程序存儲器，放置運行程序。Z、C13、C14是8031內部時鐘電路的外接元件。D17、V38及其外圍阻容元件構成一個受控振蕩器，單片機正常工作時，P3．5送出頻率約為2Hz的方波信號，使振蕩器停振，D17的輸出（引腳3）為低電平；而工作不正常或“死機”時，P3．5的輸出信號不同，將使振蕩器起振，產生的振蕩脈沖使單片機復位而恢復正常工作。

TA（變流和電氣隔離）、C6（去干擾）、R3（I／V轉換）、V2（半波整流和限壓）、R2和RP1（分壓）構成電流取樣電路，使交流大電流變成半波電壓信號，送給D3的“IN1”端。TV（降壓、電氣隔離）、C7（去干擾）、R4（限流）、V3（半波整流）、R5和RP2（分壓）構成電壓取樣電路，使交流大電壓變成半波小電壓信號，送給D3的“IN0”端。

A／D轉換器使用逐次逼近式A／D轉換器件0809，精度為8位，最快轉換速度100／μs，內有多路模擬開關，能對八路模擬信號實現分時A／D轉換。“B”端是多路開關的地址選擇線之一，為“0”時，對電壓信號（IN0）A／D轉換。為“1”時，對電流信號（IN1）A／D轉換。START是啟動轉換輸入線，下降沿啟動內部電路，開始A／D轉換。EOC為轉換完成輸出線，輸出“1”時表示轉換結束。OE為允許輸入輸出線，為“1”時把數據送往數據總線。啟動A／D轉換器可用指令：　

取數可用指令：
　　MOVX　A，＠R　（數據送A寄存器）