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基于STC12C5A60S2和ATT7026A的无功补偿控制器设计--《电气应用》2014年19期
基于STC12C5A60S2和ATT7026A的无功补偿控制器设计
【摘要】:通过对无功补偿原理的分析研究,提出了一种基于低功耗高性能的单片机STC12C5A60S2和高准确度计量芯片ATT7026A的无功补偿控制器的实现方案,给出了电路组成、功能以及软件流程。该控制器通过对功率因数的计算可以精确控制电容器组的投切,提高补偿准确度,并能通过USB或转接口与上位机进行各种数据的通信。
【作者单位】:
【关键词】:
【分类号】:TM761.12【正文快照】:
阻感负载作为主要的负载使电网产生感性无功电流,无功电流产生无功功率,给电网带来额外的负担并且影响着供电质量。因此,无功补偿是保证电网质量良好运行的主要方式之-。在无功补m方式中采川并联|a容补偿h式时,电容器的容量有所限制’并联电容器容量过大,会导致线路功率因数为
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京公网安备74号低压无功补偿控制器的研究与设计--《湖南大学》2009年硕士论文
低压无功补偿控制器的研究与设计
【摘要】:
随着现代工业的飞速发展,对电能的质量要求越来越高,无功功率的平衡是电能质量的重要保证。由于用电设备中感性负载设备用电量占整个用电量的三分之二以上。显然,针对感性负载设备就近提供无功功率对降低线损、降低供电设备容量、改善供电线路的功率因数以及稳定电力系统的电压等方面都起着至关重要的作用。在电网中感性负载设备就近处安装并联电容器装置可以减少无功功率在电网中的流动,从而降低输电线路因输送无功功率造成的输电损耗。
在低压供电系统中,低压无功补偿装置的功能就是向感性负载设备就近提供无功功率。低压无功补偿控制器是该装置的核心,它通过检测电压电流计算出功率因数、无功电流、无功功率,按照一定的控制规律投切电容器组,实现无功补偿。
本文首先介绍了无功补偿的概念,阐述了无功补偿的发展与现状,分析了目前无功补偿控制器的不足,并在此基础上提出了具有高精度的智能型低压无功补偿控制器的设计思想,着重阐述了系统的总体设计方案,分析了系统功能和设计思路,提供了低压无功补偿控制系统的硬件、软件模块以及具体电路。
该无功补偿控制器硬件上采用一款高精度三相电能专用计量芯片ATT7022B测量电网运行参数,保证了无功补偿控制器系统的稳定性及抗干扰性,而且简化了软件设计;存储设备采用铁电存储器FM3164,提高了数据存储的可靠性,容量能满足保存最近60天内的历史数据的要求;控制单元采用AVR系列单片机ATmega128作为主控芯片,这种芯片包含有与计量芯片相连接的SPI总线和与铁电存储器连接的I2C总线。电容投切采用循环队列的运算方法,实现了无功的自动跟踪和电容器组的自动循环投切。控制器与上位机以GPRS无线通道相互通信,实现电网运行参数和系统状态的数据传输与远程监测。同时,采用RS-232/485通讯口与现场计量装置连接,这样控制器除了有电容器投切控制的功能外还具有远程抄表功能。另外,为方便工作人员随时到现场进行对控制器的数据读取和参数设置,控制器中还设计USB接口电路。控制器的软硬件设计上都采取了抗干扰措施。
本文给出了智能型无功补偿控制器各模块的电路原理图及软件设计流程,并且在全文总结的基础上探讨了基于现有系统设计的进一步改进设想,为后续的进一步研究提出展望。
【关键词】:
【学位授予单位】:湖南大学【学位级别】:硕士【学位授予年份】:2009【分类号】:TM761.1【目录】:
ABSTRACT6-11
第1章 绪论11-18
1.1 课题的研究目的及意义11-12
1.2 无功补偿发展与现状12-13
1.3 无功补偿技术背景13-16
1.3.1 无功补偿概述13
1.3.2 无功补偿原则13-14
1.3.3 无功补偿方式14-16
1.4 本文的主要研究内容和创新16-18
第2章 系统的总体设计18-23
2.1 设计的基本思想18-19
2.2 系统的构成与设计方案19-21
2.2.1 系统硬件结构19-20
2.2.2 系统软件结构20-21
2.3 系统基本功能和性能指标21-23
2.3.1 系统基本功能21-22
2.3.2 性能指标22-23
第3章 控制器硬件设计23-47
3.1 主控芯片ATMEGA128 简介23-25
3.1.1 ATmega128 的功能简介23-24
3.1.2 ATmega128 的最小系统设计24-25
3.2 测量模块设计25-29
3.2.1 计量芯片ATT7022B 简介26
3.2.2 ATT7022B 硬件电路设计26-29
3.3 电容器状态输入模块设计29-30
3.4 投切控制模块设计30-33
3.4.1 过零触发原理31
3.4.2 投切控制电路设计31-33
3.5 电源模块设计33-34
3.6 存储器模块设计34-37
3.6.1 铁电存储芯片FM3164 简介36
3.6.2 铁电存储芯片FM3164 与主控芯片接口设计36-37
3.7 人机接口模块设计37-39
3.7.1 LED 显示电路设计37-39
3.7.2 键盘电路设计39
3.8 通讯模块设计39-45
3.8.1 GPRS 无线通讯电路设计40-42
3.8.2 RS-232 通讯电路设计42
3.8.3 RS-485 通讯电路设计42-43
3.8.4 USB 通讯电路设计43-45
3.9 其他外围电路设计45-47
3.9.1 实时时钟电路设计45
3.9.2 报警电路设计45
3.9.3 外部复位电路设计45-47
第4章 控制器软件设计47-62
4.1 无功补偿控制策略47-48
4.2 主程序设计48-49
4.3 子程序设计49-62
4.3.1 测量模块设计49-52
4.3.2 投切控制模块设计52-54
4.3.3 人机接口模块设计54-55
4.3.4 数据存储模块设计55-58
4.3.5 通讯模块设计58-62
第5章 运行和调试62-66
5.1 硬件调试62-63
5.2 软件调试63
5.3 整机调试63-64
5.3.1 初试63
5.3.2 整机运行调试63-64
5.4 误差分析64-66
第6章 系统抗干扰设计66-70
6.1 常见的干扰源66-67
6.2 系统抗干扰分析67
6.3 系统抗干扰设计67-70
6.3.1 硬件抗干扰设计67-68
6.3.2 软件抗干扰设计68-70
总结与展望70-72
参考文献72-75
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录75-76
附录B 硬件电路图和PCB 板图76-81
附录C 系统部分程序81-84
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基于STC12C5A60S2和ATT7026A无功补偿控制器设计
【摘要】:随着工业技术的快速发展,电力电子装置的广泛应用,对电能质量的要求越来越高。在工业和生活用电负载中,大多负荷为阻感负载,它在电网中能够产生感性无功电流,无功电流又会产生无功功率,这样就给电网带来了额外的负担并且影响着供电质量。因此,无功补偿就成为保证电网质量良好运行的主要方式之一。在感性负载附近安装并联电容器,从而减少了无功功率在电网中的流动,使输电线路上因输送无功功率而造成的损耗得到降低,提高供电系统的功率因数以及保持电力系统电压的稳定。
在低压供电系统中,向感性负载提供无功功率,改善电能质量。基于国内电力市场的需求现状,考虑到无功补偿实现的条件和经济实用性,在本控制器中采用的是电能参数计量芯片ATT7026A,此芯片对电网运行数据进行实时采集,以单片机STC12C5A60S2为控制器的核心,用晶闸管来控制电容器的投切,实现电容器的快速,无电流冲击投切,具有优良的性能,提高了功率因数,保证电能质量。
在本文中介绍了无功补偿的目的与意义,阐述了国内外无功补偿的现状与发展趋势,但是在本文中主要研究了TSC无功补偿装置的基本原理,补偿方式,分析系统功能和设计思路,提供了低压无功控制系统的硬件和软件模块及流程。
【关键词】:
【学位授予单位】:北方工业大学【学位级别】:硕士【学位授予年份】:2014【分类号】:TM761.12【目录】:
摘要3-4ABSTRACT4-71 引言7-12 1.1 课题背景及研究意义7-8 1.2 无功补偿技术研究现状及发展趋势8-10 1.3 本文主要研究内容10-122 TSC无功补偿的工作原理12-20 2.1 无功补偿概述和原理12-14
2.1.1 并联电容器补偿电路及相量图13-14 2.2 无功补偿一般方式14 2.3 TSC组成及结构14-15 2.4 TSC控制器的控制方式15-16
2.4.1 功率因数型15-16
2.4.2 无功功率型16
2.4.3 电压控制型16 2.5 电容器组的联接方式16-18 2.6 补偿电容器容量的确定18-19 2.7 本章小结19-203 TSC装置中关键技术研究20-34 3.1 TSC投入时刻的选择20-24
3.1.1 电容器不同时刻的投入对比20-24 3.2 TSC投入时的暂态过程分析24-25 3.3 电容器合闸涌流分析25-29
3.3.1 晶闸管电流参数的选择28
3.3.2 晶闸管电压参数的选择28-29 3.4 电容器的分组方式29-31 3.5 放电电阻的计算31-32 3.6 补偿电容器的保护措施32-33
3.6.1 过流保护32-33
3.6.2 过压保护33
3.6.3 欠压保护33
3.6.4 零序保护33 3.7 本章小结33-344 基于功能芯片的TSC无功补偿装置硬件设计34-45 4.1 控制器原理和硬件总框图34-35 4.2 ATT7026A芯片简介35-37
4.2.1 ATT7026A的系统复位36-37
4.2.2 采用功能芯片的优点37 4.3 系统电压电流采集电路设计37-38 4.4 过零检测电路38-39 4.5 驱动电路设计39-42 4.6 电源模块设计42-43 4.7 硬件电路抗干扰设计43-44 4.8 本章小结44-455 TSC无功补偿装置控制器软件设计45-55 5.1 软件设计要求45 5.2 主程序设计45-47 5.3 电网参数采集处理模块47-50 5.4 电容器投切控制模块50-54 5.5 显示模块流程图54 5.6 本章小结54-556 TSC无功补偿控制系统实验研究55-64 6.1 无功补偿装置(TSC)主电路模型55-56 6.2 无功补偿装置的TSC电路模型56-60 6.3 TSC系统实物实验分析60-63 6.4 本章小结63-64结论64-65参考文献65-68申请学位期间的研究成果及发表的学术论文68-69致谢69
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