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基于87C196的快速無功電流檢測方案實現(xiàn)

作者: 時間:2012-05-06 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

摘要:提出了電力系統(tǒng)的ip-iq,給出了用單片機實現(xiàn)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)進行動態(tài)補償。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/193932.htm

隨著電力系統(tǒng)對電能質(zhì)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(jīng)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(xiàn)無功快速檢測,并將檢測算法在87C196KC單片機上實現(xiàn)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

1 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

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(guān)量輸入模塊、開關(guān)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(jù)無功電流的大小來控制電容器的投切,以實現(xiàn)無功的快速補償,也可以增加相應(yīng)模塊來控制電容器的投切,如由反并聯(lián)晶閘管組成的開關(guān)模塊、晶閘管的驅(qū)動控制電路、電容器補償回路等。整個控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖中,CPU模塊采用Intel公司生產(chǎn)的87C196KC單片機,該芯片內(nèi)部有8位和10位可編程采集和轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)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(shù)器作為系統(tǒng)時間基準。除此以外的相關(guān)硬件組成還有看門狗定時器、全雙工位串口(SIO)。以及外設(shè)事務(wù)服務(wù)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(yīng)中斷服務(wù)的開銷。有關(guān)87C196KC的引腳功能、控制命令格式等詳細內(nèi)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(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。因此,用其組成無功檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,無需大量復雜外設(shè)及外圍電路。其簡單的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)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(yīng)用?3?。在電力系統(tǒng)中,一般情況下,三相電網(wǎng)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(shù)(當k=0時,只取+號,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(yīng)將坐標系變換到與電源電壓同步旋轉(zhuǎn)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(jīng)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(xiàn)。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(xiàn)時,也可以通過同步過零檢測來用軟件計算獲取。

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