低压无功补偿终端控制器设计

黑龙江农业经济职业学院 毕业论文

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毕业论文

低压无功补偿终端控制器的设计

姓 名： 王宝磊

指导教师： 高福中

专 业： 机电一体化

班 级： 0 8 2

2010年07月18日

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黑龙江农业经济职业学院机电工程系毕业论文

目 录

摘 要 ····································· 1 前 言 ····································· 2 1 简述本设计特点 ································ 3 2 无功补偿理论简述 ······························· 3 3 电网参数计算 ································· 4 4 本设计方案选择 ································ 5

4.1 主控芯片选择······························· 5

4.2 无功补偿装置的选择 ···························· 5

4.3 并联电容器投切方式 ···························· 5

4.4 卸料橡胶的设计······························ 5

4.5 并联电容器接线方式 ···························· 6 5设计整体思路 ·································· 7

5.1 硬件的设计思想······························ 7

5.2 软件的设计思想······························ 8 结 论 ····································· 9 参考文献 ··································· 10 致 谢 ···································· 11

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低压无功补偿终端控制器的设计

摘要：本文首先介绍了无功补偿的目的、原理，然后从补偿方式，控制策略，投切方式等方面进行了详细的分析比较。硬件设计部分主要介绍了几个主要模块的组成，包括从信号的采集到信号的处理及通讯单元、存储单元、I2C总线、执行单元等，并针对可靠性所做的特殊设计。软件实现部分分析介绍了主要软件模块的实现和提高精度所采取的措施。系统软件的实现是以模块化设计阐述了变压器无功补偿控制终端的软件设计过程。实现了包括数据采集及处理、无功补偿、存储及通信等功能。并在提高系统稳定性和可靠性方面采取了措施。

关键词：无功补偿，430单片机，信号处理，IC总线

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前 言

用单片机控制专用交流接触器自动投切电容器进行无功补偿。采用三相分补，三相共补相结合的综合补偿方式，以无功功率作为主要控制参数，同时兼顾电压，电流以及谐波畸变率。系统软件的实现是以模块化设计阐述了变压器无功补偿控制终端的软件设计过程。实现了包括无功补偿、电能计量及通信等功能。而且系统具有较高的稳定性和可靠性。本设计主要以MSP430F449为主控芯片实现无功补偿装置控制的功能，硬件部分主要实现了包括电源模块，信号采集模块，通讯处理模块，接触器投切模块，具有I2C总线接口的外围模块等等，实现了从信号采集，处理到最后控制电容器投切装置的一系列硬件连接。软件主要实现了主控芯片对各个部分的控制功能，包括主程序，初始化模块，数据采集和处理模块，通讯模块等等，实现了软件上的连接，使整个系统成为一个整体，并根据设计的具体要求，采取必要的措施，使其更可靠，更稳定。

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1.简述本设计特点

［1］.低功耗设计，考虑到综合性价比，本设计采用高性能、低功耗的MSP430单片机，这种芯片处理速度较快，价格低，性价比较高，其他模块也都相应的采用低功耗的芯片。

［2］.硬件结构简单，系统采用的MSP430F449单片机内部集成了众多的外围模块，不仅使电路的设计变得简单，连接简单，提高了系统的稳定性；基于IC总线的外围模块的设计只占单片机2个管脚，便于以后系统的功能扩展，同时也简化了系统结构。

［3］.模块化设计，本系统的硬件和软件均都系统采用模块化的设计思想，使得思路更加清晰，设计目标明确。

［4］.可靠性较高，系统对输入输出的信号进行隔离；模拟信号的电磁隔离和数字信号光电隔离；以及数据通信中的光电隔离。都增强了系统的抗干扰能力。本系统具有内部看门狗，同时增设了外部看门狗电路，使系统死机后可重启，增加了系统的可靠性。 2

2.无功补偿理论简述

电力网中不但要负担用电负荷的有功功率P，还要负担无功功率Q，其中有功功率P,无功功率Q和视在功率S之间存在着如下关系

:

S?cos??P,定义为电力网的功率因数。 Q

下面简述一下并联电容器补偿无功功率的原理，

在实际电力系统中，大部分负载为电动机，变压器等，绝大部分电气设备的等效电路可看作电阻R与电感L串联的电路，

其功率因数为：cos??

式中XL?wL。给R、L电路并联接入C以后，电路如图1所示。

L

图1无功补偿原理图

???

RL该电路的电流方程为：I?I?IC

电容一旦投入后，它不随感性负载的变化而变化，因为当负载发生变化时，电网上可能出现超前的无功或滞后的无功，即所谓过补偿和欠补偿问题。根据电容C补偿的容量大小，并联电容后电压U与I的相位差变小了，即供电回路的功率因数提高了，此时供电电流I的相位滞后与电压U，这种情况称为欠补偿。若电容C的容量过大，使得供电电流I的相位超前于电压U，这种现象称为过补偿，通常不希望出现过补偿的情况，会使得电压升高，增加电能损耗，还会增大

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