利用單片機技術(shù)的三相輸電線路功率因數(shù)的采集原理介紹

1、利用單片機技術(shù)的三相輸電線路功率因數(shù)的采集原理介紹胡志坤 曹立軍 吳三川山東工程學(xué)院 山東 2550121 前 言三相輸電線路的功率因數(shù)cos(cos=p/s)是電力傳輸?shù)闹匾?jīng)濟(jì)技術(shù)參數(shù)，關(guān)系到電力系統(tǒng)的穩(wěn)定、損耗、輸電質(zhì)量等方面的問題。但是電力負(fù)荷本身需要有功和無功，無功的損耗降低了線路的功率因數(shù)，因此，只有給線路補償無功才能達(dá)到提高功率因數(shù)的目的。最常用的方法是用并聯(lián)電容器進(jìn)行無功補償。 怎樣才能恰到好處地補償呢?正確地求得三相輸電線路的功率因數(shù)是補償?shù)年P(guān)鍵問題。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，專用工業(yè)電腦芯片的不斷問世，其可靠性、功能、體積等性能有大幅度提高，而價格有了大幅度的下降。我們使用的

2、CPU芯片(AT89C2051，20只管腳)與MCS51系列單片機兼容，內(nèi)帶有2K可編程閃速存儲器E2ROM，5個中斷源等功能，價格僅十元左右。因此，采用工業(yè)計算機芯片作為三相無功補償器的核心部件具有線路簡單，采樣正確、控制靈活、成本低等優(yōu)點。2 三相輸電線路功率因數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)三相輸電線路的功因率數(shù)，實際上是任一相電壓與該相電流之間夾角的余弦值。圖1給出了三相輸電線路的相電壓、相電流的矢量圖。圖1 相電壓、相電流矢量圖如果考慮三相三線(如高壓無功補償控制器)的情況下，又如何求得輸電線路的功率因數(shù)呢?實際上只要求得兩相線電壓與另一相的線電流之間的夾角就可以求得功率因數(shù)cos。如圖2所示。圖2 線

3、電壓與另一相線電流矢量圖在圖2中，=u-v，因此/2-。這樣線路的功率因數(shù) uv比滯后/2，而uv比滯后，則=cos=cos(/2-)=sin由上式可見，線電流w與其他兩相線電壓uv夾角的正弦值sin即為三相輸電線路的功率因數(shù)cos。通過PT(電壓互感器)獲得線電壓信號，由CT(電流互感器)獲得另一相線電流的信號。兩信號的相位差的正弦值sin即為功率因數(shù)cos的值。見圖3。圖3 線電壓與另一相線電流波形圖3 利用電腦芯片獲得線電壓與另一相線電流的相位差和功率因數(shù)cos可以利用AT89C2051的兩個外中斷口的一個定時口完成求相位角的任務(wù)。 由電壓互感器和電流互感器獲得和的電壓信號Uuv和UIW

4、經(jīng)兩只零比較器可獲得兩個方波信號U"uv、U"IW，則兩個下降沿的相位差也為。見圖4。圖4 (a)方波的形式 (b)方波形成波形圖若將兩個方波信號U"IW和U"uv分別加到AT89C2051U"IWU"uv的下降沿獲得另一個外部中斷信號。兩中斷信號之間間隔的電角度即為角度數(shù)。 利用AT89C2051的定時中斷可以產(chǎn)生1°一個脈沖，其脈沖的頻率為f=50×360=18kHz。則定時器的周期t=1/f=1/18ms。如果在AT89C2051內(nèi)部設(shè)定一個軟計數(shù)器，將周期為1/18ms的定時器的中斷作為計數(shù)輸入，則軟計數(shù)器

5、每增加1，說明增加1°。0，入中斷信號出現(xiàn)時去讀軟計數(shù)器的即時計數(shù)值，則其讀數(shù)就為的值。見圖5所示。圖5 利用定時器和外部中斷獲取CPU讀取了值后，立即采用查表的方法求得sin，即三相輸電線路的功率因數(shù)cos的值。4 硬件介紹圖6給出了AT89C2051管腳定義圖利用單片機AT89C2051作為核心的三相輸電線路功率因數(shù)采集裝置的電原理見圖7。圖6 AT89C2051管腳定義圖 圖7 三相輸電線路功率因數(shù)采集電原理圖 5 軟件介紹5.1 初始化程序清單ORG 0000HAJMP STAR； ；初始化程序入口地址ORG 0003HAJMP INT0； ；外部中斷0入口地址ORG 001

6、3HAJMP INT1 ；外部中斷1入口地址ORG 000BHAJMP T1 ；定時中斷1入口地址STAR：MOV TMOD，#25H ;送定時方式控制字(T1，8位自裝入)MOV TL1，#0C8H；1°占用時間1/18ms，共占用定時次數(shù)為(1/18ms)/(1s)MOV TH1，#0C8H；(機器周期)=56，則自裝入數(shù)為256-56=200=C8H SETB IT0；外中斷0負(fù)跳變觸發(fā)方式 SETB IT1；外中斷1負(fù)跳變觸發(fā)方式 SETB EX0；允許外部中斷0中斷 SETB EX1；允許外部中斷1中斷 SETB TR1；允許定時器1工作 SETB ET1；允許定時器1中斷

7、 SETB PT1；定時器1的中斷優(yōu)先權(quán)MOV SP，#55H;設(shè)堆棧指針SETB EA；允許所有中斷5.2 定時1的中斷程序為：T1：PUSH PSWPUSH ACCMOV A，30H ;30H存放的十六進(jìn)制角度值A(chǔ)DD A，#1 ；30H作為軟計數(shù)器MOV 30H，APOP ACCPOP PSWRETI5.3 外中斷0的中斷程序為：INT0：PUSH PSWPUSH ACCMOV 30H，#00H；給軟計數(shù)器清零POP ACCPOP PSWRETI5.4 外中斷1的中斷程序為：INT1：PUSH PSWPUSH ACCMOV 40H， 30H ；讀軟計數(shù)器的值放入40H存儲單元中(十六進(jìn)制

8、的值)POP ACCPOP PSWRETI5.5 主程序清單為：功率因數(shù)以十進(jìn)制表示，存放在50H字節(jié)存儲單元中，若50H的內(nèi)容為98，說明其功率因數(shù)為0.98。而超前、滯后標(biāo)志存放在20H單元中，20H內(nèi)容為0，說明電流滯后，20H內(nèi)容為1，說明電流超前。LOOP：CLR CMOV A，40H ；判斷是否大于90°，若大于90°，說明 SUBB A，#90；電流超前于電壓JNC CQ；90°，轉(zhuǎn)走M(jìn)OV A， 40HAJMP CBCQ：SETB 20H；90°，使超前、滯后標(biāo)志位置1MOV A， 40HCB：MOV， DPTR，#TABMOVC A，

9、A+DPTR MOV 50H， ACT： ；補償處理程序 LJMP LOOP；主程序返回TAB：DB 00 02 03 05 07 09 10 12 14 16 DB 17 19 21 22 24 26 28 29 31 33 DB 34 DB 50 DB 64 DB 77 DB 87 DB 94 DB 98 DB 99 DB 98 DB 93 DB 86 DB 75 DB 63 DB 48 DB 33 DB1636 37 52 53 66 67 78 79 87 88 95 95 99 99 99 99 98 97 93 92 85 84 74 73 62 60 47 45 31 29 141239 41 54 56 68 69 80 81 89 90 96 96 99 99 99 99 97 97 91 91 83 82 72 71 59 57 44 42 28 26 100942 44 57 59 71 72 82 83 91 91 97 97 99 99 99 99 96 96 90 89 81 80 69 68 56 54 41 39