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　　關(guān)鍵詞：ADμC812單片機(jī) 無(wú)功補(bǔ)償 固態(tài)繼電器

　　任何輸配電設(shè)備和用電裝置都不可能是純阻性負(fù)載，因此它們必然要占用一定的無(wú)功功率。無(wú)功電流的存在使線路總電流增大，因而增大了輸配電線路的有功損耗，造成電壓下降、電能浪費(fèi)、惡化了電能質(zhì)量。由于電網(wǎng)負(fù)載絕大多數(shù)呈感性，因而采用并聯(lián)電容器組，通過(guò)對(duì)并聯(lián)電容器組的投切控制來(lái)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償是一種簡(jiǎn)單易于的措施并已得到廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)方式采用固定電容補(bǔ)償，但這種方式僅適用于用戶負(fù)載固定、無(wú)功需求相對(duì)穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)，不能動(dòng)態(tài)跟蹤系統(tǒng)的無(wú)功功率的變化，而且還有可能和系統(tǒng)發(fā)生并聯(lián)振導(dǎo)致諧波放大，因而并聯(lián)固定電容的方法目前正逐漸被淘汰。隨著微機(jī)控制技術(shù)和功率半導(dǎo)體器件的發(fā)展，用微機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)、跟蹤負(fù)荷的無(wú)功功率的變化并自動(dòng)控制補(bǔ)償電路的投切，可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確，快速的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償，從而達(dá)到降低配電線路的線損、改善電網(wǎng)供電質(zhì)量的目的。這就是所為的靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置(Static Var Compensator)，簡(jiǎn)稱SVC。目前常用的SVC大多以接觸器作為電容器投切的執(zhí)行元件，投入時(shí)沖擊電流大，切換時(shí)會(huì)產(chǎn)生過(guò)電壓，自身觸頭易甚至熔焊，噪聲大，而且投切時(shí)間長(zhǎng)，在控制環(huán)節(jié)上基本不能滿足分相、分級(jí)、快速及跟蹤補(bǔ)償?shù)囊�求。也有少量的SVC以晶閘管作為執(zhí)行元件，雖能達(dá)到快速、安全的補(bǔ)償效果，但由于晶閘管元件價(jià)格昂貴且控制系統(tǒng)較復(fù)雜，使得這種系統(tǒng)的可靠性差，容量產(chǎn)生誤動(dòng)作。

　　本文介紹一種基于ADμC812單片機(jī)的智能無(wú)功補(bǔ)償控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、工作可靠、適用性強(qiáng)。

　　1 ADμC812單片機(jī)簡(jiǎn)介

　　ADμC812單片機(jī)是美國(guó)AD公司新推出的具有真正意義上的完整的數(shù)據(jù)采集芯片。其組成為：一個(gè)8通道5μs轉(zhuǎn)換時(shí)間且精度自校準(zhǔn)的12位逐次逼近A/D轉(zhuǎn)換器、兩個(gè)12位的D/A轉(zhuǎn)換器、8KB的閃速/電擦除程序存儲(chǔ)器、640字節(jié)閃速/電擦除數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、80C52單片機(jī)的內(nèi)核。其它的一些重要功能模塊包括：一個(gè)看門狗定時(shí)器和電源監(jiān)控器、A/D轉(zhuǎn)換器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器之間的DMA電路、存儲(chǔ)保護(hù)電路、SPI和I2C總線接口。ADμC812優(yōu)點(diǎn)之一是集成了一個(gè)完全可編程的、自校準(zhǔn)、高精度的模擬數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。ADμC812另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它采用了閃速/電擦除存儲(chǔ)器，輔之以內(nèi)含的加載器和調(diào)試軟件，使系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、編程、調(diào)試簡(jiǎn)便。另外，它的靜CPU操作以及空閑和掉電方式，對(duì)于電池供電的測(cè)控設(shè)備來(lái)說(shuō)都是至關(guān)重要的性能。有關(guān)ADμC812的引腳功能、控制命令格式等詳細(xì)內(nèi)容可參看參考文獻(xiàn)[2]。

　　2 控制器的硬件設(shè)計(jì)

　　整個(gè)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，如圖1所示，

　　主要芯片有ADμC812、8255和ADM202，而且串行口電平轉(zhuǎn)換芯片ADM202在程序?qū)懭氩⒄{(diào)試成功后可以取掉。簡(jiǎn)單的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使得整個(gè)系統(tǒng)的工作可靠性的抗干擾能力均大為提高。另一方面，電容器的投切控制元件采用大功率的過(guò)零型固態(tài)繼電器SSR，由于該元件本身封裝有過(guò)零觸發(fā)模塊且自行工作不需CPU控制，既滿足了補(bǔ)償電容無(wú)沖擊電流投切的要求，同時(shí)也有效地克服了執(zhí)行元件采用晶閘管控制模塊所帶來(lái)的控制復(fù)雜及易受干擾而產(chǎn)生誤動(dòng)作的弊端，提高了系統(tǒng)的可靠性。

　　2.1 系統(tǒng)的基本工作原理

　　控制器在上電初始化后即打開(kāi)INT0中斷，檢測(cè)模塊在A相電壓正向過(guò)零時(shí)刻產(chǎn)生中斷觸發(fā)脈沖的下降沿，系統(tǒng)進(jìn)入中斷。系統(tǒng)在中斷程序運(yùn)動(dòng)過(guò)程中測(cè)得電網(wǎng)無(wú)功電流及基波電壓的有效值，從而計(jì)算出電網(wǎng)無(wú)功功率的盈缺量。系統(tǒng)以此盈缺量并輔之以電網(wǎng)電壓作為投切判據(jù)，控制固態(tài)繼電器動(dòng)作，投入或切除補(bǔ)償電容器，從而達(dá)到補(bǔ)償無(wú)功功率的目。

　　2.4 鍵盤和液晶顯示電路

　　本系統(tǒng)控制器的鍵盤采用中斷工作方式，這四個(gè)按鍵分別是“設(shè)置”、“加”、“減”和“切換”，

　　通過(guò)“與”門電路把這些低電平觸發(fā)信號(hào)合成一起輸入到ADμC812單片機(jī)的INT1端口。有鍵按下時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入鍵盤中斷服務(wù)程序，判斷哪個(gè)鍵被按下，并執(zhí)行相應(yīng)的操作。通過(guò)按“設(shè)置”鍵可以查詢系統(tǒng)的工作狀態(tài)、電流和電壓的超限保護(hù)值、電網(wǎng)參數(shù)及系統(tǒng)的工作模式(即根據(jù)電網(wǎng)的實(shí)際情況，設(shè)置為三相共補(bǔ)或分相補(bǔ)償)等;按“切換”鍵可進(jìn)行手動(dòng)/自動(dòng)補(bǔ)償切換;相應(yīng)時(shí)刻按“加”、“減”鍵可以修改電流和電壓的保護(hù)值，以及投切電容。

　　液晶顯示電路采用串行輸入的4字節(jié)數(shù)碼顯示器。在無(wú)按鍵按下時(shí)，顯示電網(wǎng)的功率因數(shù);有按鍵按下時(shí)根據(jù)其功能不同而顯示不同的數(shù)據(jù)。

　　3 控制器的軟件設(shè)計(jì)

　　控制器的軟件由Franklin C51編譯器編寫而成，軟件流程如圖5所示。系統(tǒng)上電后，首先進(jìn)行初始化，對(duì)寄存器和I/O端口進(jìn)行設(shè)置，然后執(zhí)行自檢程序，自檢測(cè)無(wú)誤后開(kāi)放外部中斷，等待A相的正向過(guò)零中斷信號(hào)和用戶操作鍵盤的中斷信號(hào)。當(dāng)接收到過(guò)零中斷時(shí)，系統(tǒng)按一定的時(shí)序檢測(cè)無(wú)功電流和電壓值，分別計(jì)算各相無(wú)功功率的盈缺量，得到各相的應(yīng)該投切的電容量ΔC，驅(qū)動(dòng)固態(tài)繼電器投切電容器，執(zhí)行完畢后退出中斷，等待下一個(gè)中斷循環(huán)。

　　系統(tǒng)在每個(gè)中斷循環(huán)內(nèi)還把測(cè)得的電流值和電壓值與設(shè)定的超限保護(hù)值進(jìn)行比較，超限時(shí)報(bào)警并采取保護(hù)動(dòng)作。當(dāng)接收到鍵盤中斷時(shí)，系統(tǒng)立即響應(yīng)并根據(jù)按下的鍵執(zhí)行相應(yīng)的操作，完成后退出鍵盤中斷程序。