基于ADuC812的智能无功补偿控制器的研制

任何输配电设备和用电装置都不可能是纯阻性负载，因此它们必然要占用一定的无功功率。无功电流的存在使线路总电流增大，因而增大了输配电线路的有功损耗，造成电压下降、电能浪费、恶化了电能质量。由于电网负载绝大多数呈感性，因而采用并联电容器组，通过对并联电容器组的投切控制来进行无功补偿是一种简单易于的措施并已得到广泛应用。传统方式采用固定电容补偿，但这种方式仅适用于用户负载固定、无功需求相对稳定的网络，不能动态跟踪系统的无功功率的变化，而且还有可能和系统发生并联振导致谐波放大，因而并联固定电容的方法目前正逐渐被淘汰。随着微机控制技术和功率半导体器件的发展，用微机进行实时检测、跟踪负荷的无功功率的变化并自动控制补偿电路的投切，可以实现准确，快速的动态无功补偿，从而达到降低配电线路的线损、改善电网供电质量的目的。这就是所为的静止无功补偿装置（Static Var Compensator），简称SVC。目前常用的SVC大多以接触器作为电容器投切的执行元件，投入时冲击电流大，切换时会产生过电压，自身触头易甚至熔焊，噪声大，而且投切时间长，在控制环节上基本不能满足分相、分级、快速及跟踪补偿的要求。也有少量的SVC以晶闸管作为执行元件，虽能达到快速、安全的补偿效果，但由于晶闸管元件价格昂贵且控制系统较复杂，使得这种系统的可靠性差，容量产生误动作。

2.1 系统的基本工作原理

控制器在上电初始化后即打开INT0中断，检测模块在A相电压正向过零时刻产生中断触发脉冲的下降沿，系统进入中断。系统在中断程序运动过程中测得电网无功电流及基波电压的有效值，从而计算出电网无功功率的盈缺量。系统以此盈缺量并辅之以电网电压作为投切判据，控制固态继电器动作，投入或切除补偿电容器，从而达到补偿无功功率的目。

2.2 无功电流的检测及补偿容量的确定

无功电流的检测原理很简单，负载电流il(t)=ip(t)+iq(t)，其中ip(t)和iq(t)分别是有功电流分量和无功电流分量。当ωt=2kπ时，il(2kπ)=Iqm，即只要测量在相电压正向过零时的负载电流，就知对应的无功电流的最大值IqM。将该IqM换算成有效值Iq即可计算出一相的无功分量进而得到总的无功分量。这种无功电流的检测方法简单、快速，各相在一个周期内只要采样一次即可满足基波动态补偿的要求。

系统对Iq的处理原理可借助于图2来说明：当某一电容器组被投入电网后，负载的电流就由网端电流is和电容器补偿电流ic共同承担。Ic为一纯无功电流，若能使ic=iq，则is=il-ic=ip，实现了无功功率的完全补偿。由无功补偿原理可知，全补偿所需投或切的电容器容量为

液晶显示电路采用串行输入的4字节数码显示器。在无按键按下时，显示电网的功率因数；有按键按下时根据其功能不同而显示不同的数据。

3 控制器的软件设计

控制器的软件由Franklin C51编译器编写而成，软件流程如图5所示。系统上电后，首先进行初始化，对寄存器和I/O端口进行设置，然后执行自检程序，自检测无误后开放外部中断，等待A相的正向过零中断信号和用户操作键盘的中断信号。当接收到过零中断时，系统按一定的时序检测无功电流和电压值，分别计算各相无功功率的盈缺量，得到各相的应该投切的电容量ΔC，驱动固态继电器投切电容器，执行完毕后退出中断，等待下一个中断循环。系统在每个中断循环内还把测得的电流值和电压值与设定的超限保护值进行比较，超限时报警并采取保护动作。当接收到键盘中断时，系统立即响应并根据按下的键执行相应的操作，完成后退出键盘中断程序。

由于系统软件采用中断方式，降低了对控制器中速度要求，又可以使信号的测量时序精确可靠。ADμ812具有在系统可编程的特点，不需要专用的编程器写入程序，只要用串行口电平转换芯片ADM202把它与计算机的串行口相连，运行下载程序就可以把程序写入ADμC812的闪速/电擦除程序存储器，因此可以进行在线程序调试。同时也可以将其作为后备资源，用来实现多机之间相互通讯或与上位机通讯。

4 系统的特点

（1）结构简单，采用高度集度芯片简化了电路，缩小了控制器的体积，便于加工安装。

（2）操作方便，使用四个按键，根据液晶显示器的提示就可以完成多种功能操作。

（3）运动可靠，抗干扰的能力强，不会产生误动作，在电网波动较大时有自保护功能。

（4）适用范围广，考虑三相不平衡情况，三相共补与三相分补相统一，不需改变硬件和软件的结构，只要根据实际需要进行设置并在外部接线方式上做简单改动即可实现。

本文设计的智能无功补偿器可以方便地用于低压变（配）