一種基于ATmega128單片機(jī)的無(wú)功補(bǔ)償控制器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種基于ATmega128單片機(jī)的無(wú)功補(bǔ)償控制器，屬于電力電子應(yīng)用設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】。技術(shù)方案是：采樣輸入模塊包含電流互感器（1）、電壓互感器（2）、低通濾波器一（3）和低通濾波器二（4），電流互感器（1）通過(guò)低通濾波器一（3）與ATmega128單片機(jī)（5）的輸入端互相連接，電壓互感器通過(guò)低通濾波器二（4）與ATmega128單片機(jī)（5）的輸入端互相連接，ATmega128單片機(jī)分別與人機(jī)交互模塊（6）、無(wú)功補(bǔ)償控制模塊（7）互相連接。本實(shí)用新型的有益效果是：以ATmega128單片機(jī)為控制器對(duì)電壓互感器與電流互感器采集的信息進(jìn)行分析，同時(shí)設(shè)計(jì)了采樣輸出模塊、無(wú)功補(bǔ)償模塊以及人機(jī)交互模塊，本實(shí)用新型能快速地做出補(bǔ)償，有效地降低了能耗，并具有良好的可靠性。
【專利說(shuō)明】—種基于ATmegaI28單片機(jī)的無(wú)功補(bǔ)償控制器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種基于ATmegal28單片機(jī)的無(wú)功補(bǔ)償控制器，屬于電力電子應(yīng)用設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，同時(shí)電力電子技術(shù)也迅速發(fā)展，各種電子設(shè)備不管是在電力系統(tǒng)，還是工業(yè)以及家庭等各行各業(yè)都廣泛的應(yīng)用。但大多數(shù)電子設(shè)備都是非純阻性負(fù)載，并且功率因數(shù)也很低，從而導(dǎo)致無(wú)功功率占有的比例很大。電力系統(tǒng)中由于無(wú)功電流的存在，使得整個(gè)線路的電流增大，這直接增加了設(shè)備和線路的損耗，使得有功功率大量損失，不僅浪費(fèi)電量，還影響電能質(zhì)量。若無(wú)功功率不能就地補(bǔ)償，意味著所有無(wú)功功率都要長(zhǎng)距離的配電設(shè)備供給，將導(dǎo)致輸電能力降低、縮短設(shè)備壽命、降低配電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
[0003]由于電網(wǎng)中絕大多數(shù)負(fù)載呈感性，因而并聯(lián)電容器組是一種有效的無(wú)功補(bǔ)償方法，它是通過(guò)控制并聯(lián)電容器組的投切來(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)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。
[0004]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)至IJ降低配電線路的線損、改善電網(wǎng)供電質(zhì)量的目的。目前，很多無(wú)功補(bǔ)償控制器都是以功率因數(shù)為控制目標(biāo)，由于功率因數(shù)高低并不能反映無(wú)功缺額大小，因此容易造成誤投切。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型目的是提供一種基于ATmegal28單片機(jī)的無(wú)功補(bǔ)償控制器，利用AVR作為控制器來(lái)控制晶閘管的過(guò)零投切，克服了沖擊電流影響，可以快速準(zhǔn)確的無(wú)功補(bǔ)償，提高了電能的利用率，解決【背景技術(shù)】中存在的上述問(wèn)題。
[0006]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:一種基于ATmegal28單片機(jī)的無(wú)功補(bǔ)償控制器，包含采樣輸入模塊、ATmegal28單片機(jī)、人機(jī)交互模塊和無(wú)功補(bǔ)償控制模塊,所述采樣輸入模塊包含電流互感器、電壓互感器、低通濾波器一和低通濾波器二，電流互感器通過(guò)低通濾波器一與ATmegal28單片機(jī)的輸入端互相連接，電壓互感器通過(guò)低通濾波器二與ATmegal28單片機(jī)的輸入端互相連接，ATmegal28單片機(jī)分別與人機(jī)交互模塊、無(wú)功補(bǔ)償控制模塊互相連接。
[0007]所述人機(jī)交互模塊包含鍵盤(pán)模塊和LCD (液晶顯示器)顯示模塊，鍵盤(pán)模塊為四按鍵式簡(jiǎn)單鍵盤(pán)或矩陣式鍵盤(pán)。
[0008]所述無(wú)功補(bǔ)償控制模塊包含光電隔離器、晶閘管驅(qū)動(dòng)器和電容組。
[0009]本實(shí)用新型的有益效果是:以ATmegal28單片機(jī)為控制器對(duì)電壓互感器與電流互感器采集的信息進(jìn)行分析，同時(shí)設(shè)計(jì)了采樣輸出模塊、無(wú)功補(bǔ)償模塊以及人機(jī)交互模塊，根據(jù)傅里葉變換理論設(shè)計(jì)了無(wú)功補(bǔ)償算法，最后借鑒模糊控制思想，設(shè)計(jì)無(wú)功補(bǔ)償控制策略，本實(shí)用新型能快速地做出補(bǔ)償，有效地降低了能耗，并具有良好的可靠性。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖；
[0011]圖2是本實(shí)用新型采樣輸入模塊的電路圖；
[0012]圖3是本實(shí)用新型無(wú)功補(bǔ)償控制模塊中晶閘管驅(qū)動(dòng)器的電路圖；
[0013]圖中:電流互感器I ;電壓互感器2 ;低通濾波器一 3 ;低通濾波器二 4 ；ATmegal28單片機(jī)5 ;人機(jī)交互模塊6 ;無(wú)功補(bǔ)償控制模塊7。
【具體實(shí)施方式】
[0014]以下結(jié)合附圖，通過(guò)實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0015]—種基于ATmegal28單片機(jī)的無(wú)功補(bǔ)償控制器,包含采樣輸入模塊、ATmegal28單片機(jī)5、人機(jī)交互模塊6和無(wú)功補(bǔ)償控制模塊7，所述采樣輸入模塊包含電流互感器1、電壓互感器2、低通濾波器一 3和低通濾波器二 4，電流互感器I通過(guò)低通濾波器一 3與ATmegal28單片機(jī)5的輸入端互相連接，電壓互感器2通過(guò)低通濾波器二 4與ATmegal28單片機(jī)5的輸入端互相連接，ATmegal28單片機(jī)5分別與人機(jī)交互模塊6、無(wú)功補(bǔ)償控制模塊7互相連接。
[0016]所述人機(jī)交互模塊6包含鍵盤(pán)模塊和IXD顯示模塊，鍵盤(pán)模塊為四按鍵式簡(jiǎn)單鍵盤(pán)或矩陣式鍵盤(pán)。
[0017]所述無(wú)功補(bǔ)償控制模塊7包含光電隔離器、晶閘管驅(qū)動(dòng)器和電容組。
[0018]采用AVR系列中的ATmegal28作為核心處理器，利用其10位的A / DU6MIPS的運(yùn)算速度、硬件乘法器以及先進(jìn)的結(jié)構(gòu)體系，來(lái)完成低壓的無(wú)功功率與功率因數(shù)的快速檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)目刂撇呗院团渥儥z測(cè)功能。
[0019]米樣輸入模塊有電流輸入模塊和電壓輸入模塊組成，由于外部電壓太高，需要經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換成能作為輸入系統(tǒng)。具體方法是將測(cè)量信號(hào)通過(guò)電流互感器電壓互感器變換后，再通過(guò)LF258放大器將信號(hào)放大，最后將提升了的信號(hào)經(jīng)過(guò)A / D得到所需信號(hào)。
[0020]采用TV31C作為電壓互感器，它是一種電流型的，因此在次級(jí)并聯(lián)個(gè)阻抗，將電流信號(hào)轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)。電流互感器同理。電路中R2和Cl構(gòu)成低通濾波器，DZ穩(wěn)壓管的作用是防止AVR單片機(jī)I / O電壓過(guò)高，起到保護(hù)AVR的作用。
[0021]無(wú)功補(bǔ)償控制器要求準(zhǔn)確的無(wú)振蕩的投切電容器組，采用晶閘管驅(qū)動(dòng)器來(lái)控制電容組的投切。晶閘管驅(qū)動(dòng)器是利用大功率雙向晶閘管光電耦合器并聯(lián)到交流電壓中來(lái)驅(qū)動(dòng)晶閘管的投切?？刂菩盘?hào)從單片機(jī)出來(lái)，先利用TLP521光電隔離器進(jìn)行隔離上下級(jí)信號(hào)，再通過(guò)驅(qū)動(dòng)晶閘管觸發(fā)器觸發(fā)晶閘管，從而實(shí)現(xiàn)電容組的投切。這樣減少了它的承受電壓，延長(zhǎng)了光電隔離器的壽命，同時(shí)提高的系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力。
[0022]晶閘管觸發(fā)模塊內(nèi)部有過(guò)零觸發(fā)模塊，它的K1、K2腳連接到雙向晶閘管的兩端，通過(guò)儉測(cè)過(guò)電流零點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)電容組在過(guò)零點(diǎn)進(jìn)行投切。這樣就可以避免電容器殘壓和放電時(shí)間對(duì)電路產(chǎn)生沖擊電流,從而有效的減輕對(duì)電網(wǎng)的沖擊。
[0023]為了抑制諧波在并聯(lián)電容器組串聯(lián)一個(gè)電抗器，可以使補(bǔ)償回路的阻抗在某次諧波相對(duì)于感性負(fù)載來(lái)說(shuō)呈感性，從而消除由于電路呈容性而帶來(lái)的諧波振蕩。同時(shí)，可以抑制由于投入電容組瞬間電流的突變，從而可以保護(hù)晶閘管。
[0024]鍵盤(pán)模塊主要是用來(lái)向系統(tǒng)輸入控制參數(shù)或控制命令，如:選擇系統(tǒng)運(yùn)行方式、電流系數(shù)和電壓系數(shù)等。根據(jù)所需按鍵個(gè)數(shù)可以分為簡(jiǎn)單鍵盤(pán)和矩陣式鍵盤(pán)，一般按鍵個(gè)數(shù)為I一4時(shí)采用簡(jiǎn)單鍵盤(pán)；4個(gè)以上一般采用矩陣式鍵盤(pán)，可以節(jié)約I / O端口。本系統(tǒng)只需要4個(gè)按鍵，采用簡(jiǎn)單鍵盤(pán)，相對(duì)矩陣鍵盤(pán)而言，其設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)勢(shì)。
[0025]IXD顯示模塊利用字符型HD44780作為控制系統(tǒng)的顯示器，其內(nèi)部含有控制器和驅(qū)動(dòng)器。HD44780的三根控制線:aE為使能信號(hào)，當(dāng)高電平時(shí)處于讀狀態(tài)，下降時(shí)處于寫(xiě)狀態(tài)。R/W讀寫(xiě)選擇信號(hào)，當(dāng)R/W=l芯片處于讀狀態(tài)，R/ff=0芯片處于寫(xiě)狀態(tài)。cRS寄存器選擇信號(hào)，RS為I時(shí)是數(shù)據(jù)寄存器，否則為指令寄存器。
[0026]無(wú)功補(bǔ)償控制策略:
[0027]—般控制策略不是以功率因數(shù)就是以無(wú)功電流作為投切判據(jù)，但這兩種方法都存在一些不足之處。由于功率因數(shù)高低并不能反映無(wú)功缺額大小，因此容易造成誤投切。相對(duì)比功率因數(shù)作判據(jù)而言，無(wú)功電流作判據(jù)好一些，同樣也存在不足。本系統(tǒng)利用無(wú)功電流缺額作為主要判據(jù)，同時(shí)，再利用功率因數(shù)作為輔助，這樣可以更準(zhǔn)確的補(bǔ)償電容組進(jìn)行控制。
[0028]目前大部分無(wú)功補(bǔ)償控制器都是采用功率因數(shù)作為控制目標(biāo)，因?yàn)楣β室驍?shù)越高，無(wú)功功率就降低了，從而提高了輸送功率。但是當(dāng)電路負(fù)荷越重，電力的無(wú)功功率就越大。本文利用無(wú)功功率作為控制目標(biāo)，這樣就可以克服以功率因數(shù)作為目標(biāo)的缺陷。具體方法是當(dāng)電力的無(wú)功功率一旦高于最小電容能補(bǔ)償?shù)墓β剩蛯?duì)其進(jìn)行補(bǔ)償。這樣可以將無(wú)功功率限制在一個(gè)比較低范圍，從而降低電力中的線路損耗。
[0029]無(wú)功補(bǔ)償主要是通過(guò)投切電容器來(lái)控制功率因數(shù)，本控制系統(tǒng)可以根據(jù)設(shè)定的參數(shù)來(lái)控制補(bǔ)償電容的組數(shù)和容量。在控制過(guò)程，控制系統(tǒng)是根據(jù)電路中實(shí)際的無(wú)功功率以及電容組來(lái)決定電容組的投切，還要兼顧諧波和電壓的影響。為了延長(zhǎng)整個(gè)無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)的壽命，在無(wú)功補(bǔ)償控制過(guò)程中將平均投切電容器的次數(shù)和時(shí)間。
【權(quán)利要求】
1.一種基于ATmegal28單片機(jī)的無(wú)功補(bǔ)償控制器,其特征在于:包含米樣輸入模塊、ATmegal28單片機(jī)(5)、人機(jī)交互模塊(6)和無(wú)功補(bǔ)償控制模塊(7)，所述采樣輸入模塊包含電流互感器(I)、電壓互感器(2)、低通濾波器一(3)和低通濾波器二(4)，電流互感器(I)通過(guò)低通濾波器一(3)與ATmegal28單片機(jī)(5)的輸入端互相連接，電壓互感器(2)通過(guò)低通濾波器二(4)與ATmegal28單片機(jī)(5)的輸入端互相連接,ATmegal28單片機(jī)(5)分別與人機(jī)交互模塊(6 )、無(wú)功補(bǔ)償控制模塊(7 )互相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于ATmegal28單片機(jī)的無(wú)功補(bǔ)償控制器，其特征在于:所述人機(jī)交互模塊(6)包含鍵盤(pán)模塊和LCD顯示模塊，鍵盤(pán)模塊為四按鍵式簡(jiǎn)單鍵盤(pán)或矩陣式鍵盤(pán)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于ATmegal28單片機(jī)的無(wú)功補(bǔ)償控制器，其特征在于:所述無(wú)功補(bǔ)償控制模塊(7)包含光電隔離器、晶閘管驅(qū)動(dòng)器和電容組。
【文檔編號(hào)】H02J3/18GK203722243SQ201420067679
【公開(kāi)日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年2月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月17日
【發(fā)明者】張曉光 申請(qǐng)人:保定天威保變電氣股份有限公司