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STM32与智能低压无功补偿

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楼主: 東南博士
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東南博士|  楼主 | 2019-1-26 13:31 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览

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東南博士|  楼主 | 2019-1-26 13:32 | 只看该作者

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東南博士|  楼主 | 2019-1-26 13:32 | 只看该作者

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東南博士|  楼主 | 2019-1-26 13:32 | 只看该作者

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東南博士|  楼主 | 2019-1-26 13:33 | 只看该作者
    (4)内置2块1M的数据闪存。
    当智能补偿电容器综合模块作为主控制器时,首先使用瑞萨单片机10位的A心口采集电
压电流值,通过FFT计算各个电网参数,经过计算得到需要投切的电容量,投切电容器;在
投切电容器时,先使用过零检测电路检测电压过零点,然后使用复合开关进行相应操作;在
数码管上显示电网参数、报警灯、电容量、变比等等,使用按键进行翻页。当无功补偿控制
器作为主控制器时,则智能补偿电容器综合模块根据接收到的指令进行投切。
    由于智能补偿电容器综合模块要对三相电容器进行控制,为了减小所占的空间,将电路
板设计成长条形,放在三相电容器上方。
    在设计智能补偿电容器综合模块的PCB板时,由于复合开关需要直接接380V的高压将
电容投切到电网上去,为了防止高压对SV的直流电压产生干扰,需要把过零检测和复合开
关控制投切电路单独做在一块小板上。由于一台智能补偿电容器综合模块需要同时控制两台
三相电容器,因此一共有四块这样的投切小板分别对电容器进行投切控制。此外,由于在晶
闸管处有大电流流过,所以在晶闸管接出来的3个引脚上需要焊宽度为1 cm左右厚度较厚的
焊锡,防止温度过高烧坏板子。

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東南博士|  楼主 | 2019-1-26 13:34 | 只看该作者

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東南博士|  楼主 | 2019-1-26 13:34 | 只看该作者

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東南博士|  楼主 | 2019-1-26 13:35 | 只看该作者

    MOC3083的输入和输出主要采用光电隔离,其内部具有过零检测电路【34]。当检测到电网
电压和电容器存储的电压相等时,MOC3083会发出触发脉冲给晶闸管。
    投入电容时,首先单片机给MOC3083触发信号启动过零检测,即将引脚F A设置为低
电平,此时MOC3083就会检测过零时刻。当过零时刻来临时,MOC3083的4脚或者6脚发
出触发脉冲给晶闸管,使其导通投入电容器;此时单片机通过光藕器件PC817检测到晶闸管
导通的信号,在一定时间内闭合磁保持继电器,将晶闸管短路,由磁保持继电器代替晶闸管
承载电容器正常工作电流;之后单片机再向MOC3083撤除晶闸管触发信号。由于磁保持继
电器是一种无功耗开关器件[[35],内部的接触电阻远小于晶闸管导通时候的电阻,因此可以减
少电能的损耗,并且延长电容器的使用寿命。
    切除电容器时,单片机给MOC3083触发信号启动过零检测,使晶闸管在过零点接收到触
发脉冲而导通;然后发出指令关闭磁保持继电器,此时由晶闸管承载电容器正常工作电流;
最后单片机撤出向MOC3083发出的触发信号,则晶闸管在电流过零点切除电容器,达到无
电弧和无过压的目的。
    磁保持继电器是一种无功耗开关器件,越来越得到广泛应用,但是磁保持继电器的线圈
阻抗极低,在推动磁钢瞬间要求电流大,脉冲宽度足够才能可靠驱动,这样的大功率线圈会
对线路提出高功率的要求,增加了产品的成本。这里我们设计了一种利用电解电容的充放电
特性,通过电路的特殊处理,解决了磁保持继电器驱动瞬间功耗高,对电源冲击大的问题。
    如图5.14所示,当单片机把信号输入三极管基极时,三极管导通,12V电源通过继电器
使得它的3, 4脚导通,此时对电解电容充电,同时电流按顺时钟流过磁保持继电器,使其闭
合。当单片机信号退出时,由于电解电容中充满电,此时最右端的三极管导通,电流从电解
电容中流出,按逆时针通过磁保持继电器,使其断开。

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東南博士|  楼主 | 2019-1-26 13:36 | 只看该作者

    通过以上将晶闸管和磁保持继电器并接形成的复合开关,既实现电压过零导通和电流过
零切除,使得导通和断开的瞬间具有可控硅开关的优点,而且在正常接通期间又具有接触器
无功耗开关的优点。
    设计中,我们还在晶闸管旁边并联一个电容和电阻,对电路进行阻容吸收,防止380V
电压对电路冲击过大。此外,由于MOC3083所承受的最大电压为240V,因此采用串联两个
MOC3083的方法,并且并联两个1M的电阻进行分压。

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東南博士|  楼主 | 2019-1-26 13:36 | 只看该作者
    和无功补偿控制器一样,智能补偿电容器综合模块嵌入式软件的设计也采用模块化的程
序设计,其组成模块主要有:A/D转换、电网参数计算、复合开关控制投切电容、数码管显
示、按键扫描和485通信等等。
    智能补偿电容器综合模块的软件流程如图5.15所示:开机之后首先设置ID号和所控制的
电容量,然后进行初始化,之后再选择是否将智能补偿电容器综合模块作为主控制器使用。
若不作为控制器,则开启485通信,通过接收的信息控制复合开关投切电容器;若作为主控
制器,选择自动或者手动投切电容器。选择手动投切后进入手动子程序,手动投切主要用在
电容器出厂时检测是否能够顺利投入到电网中,补偿无功功率;选择自动投切时则进入计算
模块,通过对功率因数等电网参数的计算,快速投切电容器,并将电压控制在合理范围内。
当有故障产生时,自动切除电容器组,并点亮相应的故障报警灯。

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東南博士|  楼主 | 2019-1-26 13:37 | 只看该作者
    当智能补偿电容器综合模块作为主控制器时,其电容器的自动投切逻辑采用与无功补偿
控制器相同的自动投切逻辑,在第四章已经详细说明,在此不再重复。
    由于在智能无功补偿系统的简化架构中没有用到无功补偿控制器,因此需要智能补偿电
容器综合模块自行计算出电网的电压、电流、有功功率、无功功率、频率等各个电网参数值,
以供出厂调试或者用户观察,以下主要介绍将电压电流瞬时值转换成电压电流有效值的计算、
自动投切逻辑需要的功率因数及其他电网参数的计算的软件设计实现。
    另外,也将介绍复合开关控制(投切电容)的软件设计实现。

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東南博士|  楼主 | 2019-1-26 13:37 | 只看该作者

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東南博士|  楼主 | 2019-1-26 13:37 | 只看该作者

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東南博士|  楼主 | 2019-1-26 13:38 | 只看该作者

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東南博士|  楼主 | 2019-1-26 13:38 | 只看该作者

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東南博士|  楼主 | 2019-1-26 13:39 | 只看该作者
    复合开关软件控制流程图如图5.18所示,当智能补偿电容器综合模块在串口中断接收到
投入电容器信号后,首先将投切标志位置1,然后控制MOC3083的引脚设置为低电平,使其
在电网电压和电容器存储电压相等的过零点发出触发脉冲给晶闸管;之后在定时器中断中每
隔8ms检测PC817的输出管脚是否为高电平,当连续3次以上出现高电平时表明晶闸管导通、
电容器已经从晶闸管处投入电网中;再次验证投切标志位,如果为1则闭合磁保持继电器,
使电容器投入到电网中,如果为。则撤除MOC3083触发信号。
    当从串口中断接收到切除电容器信号后,首先将投切标志位置0,然后检测晶闸管是否导
通,若导通则闭合磁保持继电器;之后再撤除MOC3083的触发信号,则电容器在电流过零
点切除。

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東南博士|  楼主 | 2019-1-26 13:39 | 只看该作者

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東南博士|  楼主 | 2019-1-26 13:40 | 只看该作者

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東南博士|  楼主 | 2019-1-26 13:40 | 只看该作者
    电网的状况好坏主要由电压和功率因数来评判,当380V低压电网中投入电容器组时,电
网的功率因数提高,电压升高,但是两者没有比例关系,是一个模糊的概念,所以投入电容
时,既要考虑将电压控制在合理范围内,同时也要将功率因数提高到最佳值,因此我们需要
设计一个双输入单输出的模糊控制系统,以电压和无功功率作为输入量,以需要投切的无功
量作为输出量,将人为的操作经验和知识放入到规则库中去,使得电压和功率因数达到最优
解,同时还要避免电容器来回振荡投切。控制系统如图6.2所示。

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東南博士|  楼主 | 2019-1-26 13:41 | 只看该作者
    手动控制就是人们通过手动投切某一组电容器,观察电网中电压、功率因数、无功功率
等参数的变化,从而积累一系列的经验和知识,通过综合分析得到策略。模糊控制规则就是
根据这种手动控制策略得出的结论,它将语言归纳的手动控制策略上升为数值运算,采用控
制芯片代替人们的手动控制[[47]。例如,当投入电容器时,无功功率减小,电压和功率因数都
增加。当切除电容器时,无功功率增加,电压和功率因数都减少。
    模糊规则的形式一般为:IF X1 AND X2 THEN Y2}4g}。例如无功功率偏差正大,电压偏差
正大,则此时需要切除多组电容器,可表示为IF X1 is PB AND X2 is PB THEN Y1 is PB。本
文中由于电压偏差有7种状态,无功功率有7种状态,因此一共可以采用49种模糊控制规则
对电容状态进行控制。根据手动投切电容后,对电网各参数的变化进行观察可得到模糊控制
规则表6.3 0

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