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基于87C196實現的快速無功電流檢測

時間:2023-02-20 23:44:32 電子通信論文 我要投稿
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基于87C196實現的快速無功電流檢測

摘要:提出了電力系統(tǒng)無功電流的ip-iq檢測方案,給出了用87C196單片機實現無功電流實時檢測的具體方法,該檢測系統(tǒng)不但可以快速準確地進行無功檢測,同時還可以配合TSC系統(tǒng)對系統(tǒng)無功電流進行動態(tài)補償。

    關鍵詞:ip-iq檢測法;無功補償;單片機;87C196

隨著電力系統(tǒng)對電能質量要求的日益提高,影響電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定的無功功率及其補償問題越來越受到重視。供電系統(tǒng)中已經有大量的無功補償裝置投入運行,這對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定起到了一定的作用。然而,在類似于軋鋼等無功功率動態(tài)變化的工業(yè)場所,由于無功功率的大小不但隨時間在不斷變化,而且變化的速度很快。為了獲取穩(wěn)定電壓,通常要求無功補償裝置能快速跟隨無功電流變化,這無疑對無功電流檢測的準確性和快速性提出了更高要求。本文提出了基于瞬時無功功率理論?1? 實現無功快速檢測,并將檢測算法在87C196KC單片機上實現的方法,試驗證明,該方法具有較高的檢測精度和較快的檢測速度,是動態(tài)無功補償裝置的較佳檢測方案。
(范文先生網www.panasonaic.com收集整理)
1 系統(tǒng)的硬件結構

無功電流檢測系統(tǒng)由模擬量變送器、模擬信號處理模塊、開關量輸入模塊、開關量輸出模塊、基于單片機的微處理系統(tǒng)、鍵盤與顯示單元等組成。若需要根據無功電流的大小來控制電容器的投切,以實現無功的快速補償,也可以增加相應模塊來控制電容器的投切,如由反并聯晶閘管組成的開關模塊、晶閘管的驅動控制電路、電容器補償回路等。整個控制系統(tǒng)硬件結構如圖1所示。

圖中,CPU模塊采用Intel公司生產的87C196KC單片機,該芯片內部有8位和10位可編程采集和轉換時間的A/D變換、16kB ROM以及488B寄存器RAM,它的主頻可運行到20MHz。87C196KC采用高速輸入/輸出(HISO)結構進行事件控制。HISO口有4個輸入、6個輸出,用兩個16位定時器/計數器作為系統(tǒng)時間基準。除此以外的相關硬件組成還有看門狗定時器、全雙工位串口(SIO)。以及外設事務服務器(PTS),它由微代碼處理中斷事件,類似于DMA通道方法,這樣可以大大減少CPU響應中斷服務的開銷。有關87C196KC的引腳功能、控制命令格式等詳細內容可參看參考文獻?2?。由于87C196KC集成了完全可編程、自校準、高精度的模擬數據采集系統(tǒng)。因此,用其組成無功檢測系統(tǒng)結構簡單,無需大量復雜外設及外圍電路。其簡單的硬件結構設計使得整個系統(tǒng)的工作可靠性和抗干擾能力大為提高。

2 無功電流的檢測原理

基于瞬時無功功率理論的ip-iq檢測法由于計算量少且有較好的實時性而得到廣泛應用?3?。在電力系統(tǒng)中,一般情況下,三相電網電壓都是對稱無畸變,假定負載電流是三相對稱的,考慮到負載電流可能含有諧波,因而其電壓、電流表達式可以表示為:

式中n=3k±1,其中k為整數(當k=0時,只。,即只。睿剑保,ω為電源角頻率,In、?n為各次電流的有效值和初相角(基波初相角即相對于基波電壓的相位差)。

將三相電流變換到α-β兩相正交坐標上可以得到瞬時電流iα和iβ。

式2中,C32為變換矩陣,其表達式為:

為了更方便地分解出電流的有功和無功分量,應將坐標系變換到與電源電壓同步旋轉的dq坐標系中,并使d軸與電源電壓同相位,這樣,變換后的d軸即為有功分量,q軸分量則是無功分量。假定由α-β坐標變換到dq坐標的變換矩陣為C,則有:

由式(5)可見,電流的有功分量和無功分量均是瞬時交變的,除了基波分量外,還含有諧波分量。若只考慮基波,則n=1時的基波電流為:

式說明,經過上述處理后,通過低通濾波獲得的直流分量ip和iq分別為基波電流有功電流分量和無功電流分量的√3 倍 。因此整個無功電流的檢測可按圖2的原理來實現。在變換矩陣C中sinωt及cosωt是與a相電壓ea同相的,可用鎖相環(huán)(PLL)和正余弦信號生成電路得到。在單片機中實現時,也可以通過同步過零檢測來用軟件計算獲取。

3 無功電流計算的程序流程

圖3是該控制器軟件流程,圖3(a)為主程序流程圖。系統(tǒng)上電后,首先進行初始化,以對寄存器和I/O端口進行設置,然后執(zhí)行自檢程序,自檢無誤后開放外部中斷,然后進行鍵掃描,如果有鍵按下則執(zhí)行鍵處理后再執(zhí)行顯示程序。沒鍵按下則直接執(zhí)行顯示程序。之后再回到主程序的鍵掃描步驟,如此不斷循環(huán),以等待同步檢測觸發(fā)的中斷子程序。

    圖3(b)為接收到同步檢測信號后觸發(fā)的中斷子程序流程圖。當接收到同步檢測信號后,程序進入相應的中斷子程序。首先對程序現場進行保護,再采樣電流電壓值。系統(tǒng)根據上述檢測法和電流電壓值,計算出無功電流的有效值,并依據該電流有效值計算哪些支路需要投切,并輸出投切指令。執(zhí)行完畢后退出中斷,等待下一個中斷。

4 結論

本文提出的檢測系統(tǒng)結構簡單,采用高集度度芯片進行硬件結構設計使得整個系統(tǒng)的工作可靠性和抗干擾能力均大為提高,運行可靠。同時又能快速、精確地檢測出無功電流。按照本文提出的檢測方法制作的硬件系統(tǒng)也已投入實際運行。實踐證明:該系統(tǒng)不但能在20ms以內完成無功電流的精確檢測,同時配合TSC系統(tǒng)還能在40ms內完成電容投切,此外還能實現動態(tài)無功補償。因而對改善電能質量、降低損耗具有重要作用,具有很好的推廣應用價值。


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