一种基于ATmega128单片机的无功补偿控制器的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种基于ATmega128单片机的无功补偿控制器，属于电力电子应用设备【技术领域】。技术方案是：采样输入模块包含电流互感器（1）、电压互感器（2）、低通滤波器一（3）和低通滤波器二（4），电流互感器（1）通过低通滤波器一（3）与ATmega128单片机（5）的输入端互相连接，电压互感器通过低通滤波器二（4）与ATmega128单片机（5）的输入端互相连接，ATmega128单片机分别与人机交互模块（6）、无功补偿控制模块（7）互相连接。本实用新型的有益效果是：以ATmega128单片机为控制器对电压互感器与电流互感器采集的信息进行分析，同时设计了采样输出模块、无功补偿模块以及人机交互模块，本实用新型能快速地做出补偿，有效地降低了能耗，并具有良好的可靠性。
【专利说明】—种基于ATmegaI28单片机的无功补偿控制器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种基于ATmegal28单片机的无功补偿控制器，属于电力电子应用设备【技术领域】。
【背景技术】
[0002]随着我国经济的不断发展，同时电力电子技术也迅速发展，各种电子设备不管是在电力系统，还是工业以及家庭等各行各业都广泛的应用。但大多数电子设备都是非纯阻性负载，并且功率因数也很低，从而导致无功功率占有的比例很大。电力系统中由于无功电流的存在，使得整个线路的电流增大，这直接增加了设备和线路的损耗，使得有功功率大量损失，不仅浪费电量，还影响电能质量。若无功功率不能就地补偿，意味着所有无功功率都要长距离的配电设备供给，将导致输电能力降低、缩短设备寿命、降低配电系统的稳定性。
[0003]由于电网中绝大多数负载呈感性，因而并联电容器组是一种有效的无功补偿方法，它是通过控制并联电容器组的投切来进行无功补偿，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。
[0004]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，从而达至IJ降低配电线路的线损、改善电网供电质量的目的。目前，很多无功补偿控制器都是以功率因数为控制目标，由于功率因数高低并不能反映无功缺额大小，因此容易造成误投切。
实用新型内容
[0005]本实用新型目的是提供一种基于ATmegal28单片机的无功补偿控制器，利用AVR作为控制器来控制晶闸管的过零投切，克服了冲击电流影响，可以快速准确的无功补偿，提高了电能的利用率，解决【背景技术】中存在的上述问题。
[0006]本实用新型的技术方案是:一种基于ATmegal28单片机的无功补偿控制器，包含采样输入模块、ATmegal28单片机、人机交互模块和无功补偿控制模块,所述采样输入模块包含电流互感器、电压互感器、低通滤波器一和低通滤波器二，电流互感器通过低通滤波器一与ATmegal28单片机的输入端互相连接，电压互感器通过低通滤波器二与ATmegal28单片机的输入端互相连接，ATmegal28单片机分别与人机交互模块、无功补偿控制模块互相连接。
[0007]所述人机交互模块包含键盘模块和LCD (液晶显示器)显示模块，键盘模块为四按键式简单键盘或矩阵式键盘。
[0008]所述无功补偿控制模块包含光电隔离器、晶闸管驱动器和电容组。
[0009]本实用新型的有益效果是:以ATmegal28单片机为控制器对电压互感器与电流互感器采集的信息进行分析，同时设计了采样输出模块、无功补偿模块以及人机交互模块，根据傅里叶变换理论设计了无功补偿算法，最后借鉴模糊控制思想，设计无功补偿控制策略，本实用新型能快速地做出补偿，有效地降低了能耗，并具有良好的可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1是本实用新型的结构框图；
[0011]图2是本实用新型采样输入模块的电路图；
[0012]图3是本实用新型无功补偿控制模块中晶闸管驱动器的电路图；
[0013]图中:电流互感器I ;电压互感器2 ;低通滤波器一 3 ;低通滤波器二 4 ；ATmegal28单片机5 ;人机交互模块6 ;无功补偿控制模块7。
【具体实施方式】
[0014]以下结合附图，通过实施例对本实用新型作进一步说明。
[0015]—种基于ATmegal28单片机的无功补偿控制器,包含采样输入模块、ATmegal28单片机5、人机交互模块6和无功补偿控制模块7，所述采样输入模块包含电流互感器1、电压互感器2、低通滤波器一 3和低通滤波器二 4，电流互感器I通过低通滤波器一 3与ATmegal28单片机5的输入端互相连接，电压互感器2通过低通滤波器二 4与ATmegal28单片机5的输入端互相连接，ATmegal28单片机5分别与人机交互模块6、无功补偿控制模块7互相连接。
[0016]所述人机交互模块6包含键盘模块和IXD显示模块，键盘模块为四按键式简单键盘或矩阵式键盘。
[0017]所述无功补偿控制模块7包含光电隔离器、晶闸管驱动器和电容组。
[0018]采用AVR系列中的ATmegal28作为核心处理器，利用其10位的A / DU6MIPS的运算速度、硬件乘法器以及先进的结构体系，来完成低压的无功功率与功率因数的快速检测，实现动态无功补偿的控制策略和配变检测功能。
[0019]米样输入模块有电流输入模块和电压输入模块组成，由于外部电压太高，需要经过转换成能作为输入系统。具体方法是将测量信号通过电流互感器电压互感器变换后，再通过LF258放大器将信号放大，最后将提升了的信号经过A / D得到所需信号。
[0020]采用TV31C作为电压互感器，它是一种电流型的，因此在次级并联个阻抗，将电流信号转化成电压信号。电流互感器同理。电路中R2和Cl构成低通滤波器，DZ稳压管的作用是防止AVR单片机I / O电压过高，起到保护AVR的作用。
[0021]无功补偿控制器要求准确的无振荡的投切电容器组，采用晶闸管驱动器来控制电容组的投切。晶闸管驱动器是利用大功率双向晶闸管光电耦合器并联到交流电压中来驱动晶闸管的投切。控制信号从单片机出来，先利用TLP521光电隔离器进行隔离上下级信号，再通过驱动晶闸管触发器触发晶闸管，从而实现电容组的投切。这样减少了它的承受电压，延长了光电隔离器的寿命，同时提高的系统的稳定性和抗干扰能力。
[0022]晶闸管触发模块内部有过零触发模块，它的K1、K2脚连接到双向晶闸管的两端，通过俭测过电流零点，从而实现电容组在过零点进行投切。这样就可以避免电容器残压和放电时间对电路产生冲击电流,从而有效的减轻对电网的冲击。
[0023]为了抑制谐波在并联电容器组串联一个电抗器，可以使补偿回路的阻抗在某次谐波相对于感性负载来说呈感性，从而消除由于电路呈容性而带来的谐波振荡。同时，可以抑制由于投入电容组瞬间电流的突变，从而可以保护晶闸管。
[0024]键盘模块主要是用来向系统输入控制参数或控制命令，如:选择系统运行方式、电流系数和电压系数等。根据所需按键个数可以分为简单键盘和矩阵式键盘，一般按键个数为I一4时采用简单键盘；4个以上一般采用矩阵式键盘，可以节约I / O端口。本系统只需要4个按键，采用简单键盘，相对矩阵键盘而言，其设计简单、成本低等优势。
[0025]IXD显示模块利用字符型HD44780作为控制系统的显示器，其内部含有控制器和驱动器。HD44780的三根控制线:aE为使能信号，当高电平时处于读状态，下降时处于写状态。R/W读写选择信号，当R/W=l芯片处于读状态，R/ff=0芯片处于写状态。cRS寄存器选择信号，RS为I时是数据寄存器，否则为指令寄存器。
[0026]无功补偿控制策略:
[0027]—般控制策略不是以功率因数就是以无功电流作为投切判据，但这两种方法都存在一些不足之处。由于功率因数高低并不能反映无功缺额大小，因此容易造成误投切。相对比功率因数作判据而言，无功电流作判据好一些，同样也存在不足。本系统利用无功电流缺额作为主要判据，同时，再利用功率因数作为辅助，这样可以更准确的补偿电容组进行控制。
[0028]目前大部分无功补偿控制器都是采用功率因数作为控制目标，因为功率因数越高，无功功率就降低了，从而提高了输送功率。但是当电路负荷越重，电力的无功功率就越大。本文利用无功功率作为控制目标，这样就可以克服以功率因数作为目标的缺陷。具体方法是当电力的无功功率一旦高于最小电容能补偿的功率，就对其进行补偿。这样可以将无功功率限制在一个比较低范围，从而降低电力中的线路损耗。
[0029]无功补偿主要是通过投切电容器来控制功率因数，本控制系统可以根据设定的参数来控制补偿电容的组数和容量。在控制过程，控制系统是根据电路中实际的无功功率以及电容组来决定电容组的投切，还要兼顾谐波和电压的影响。为了延长整个无功补偿系统的寿命，在无功补偿控制过程中将平均投切电容器的次数和时间。
【权利要求】
1.一种基于ATmegal28单片机的无功补偿控制器,其特征在于:包含米样输入模块、ATmegal28单片机(5)、人机交互模块(6)和无功补偿控制模块(7)，所述采样输入模块包含电流互感器(I)、电压互感器(2)、低通滤波器一(3)和低通滤波器二(4)，电流互感器(I)通过低通滤波器一(3)与ATmegal28单片机(5)的输入端互相连接，电压互感器(2)通过低通滤波器二(4)与ATmegal28单片机(5)的输入端互相连接,ATmegal28单片机(5)分别与人机交互模块(6 )、无功补偿控制模块(7 )互相连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于ATmegal28单片机的无功补偿控制器，其特征在于:所述人机交互模块(6)包含键盘模块和LCD显示模块，键盘模块为四按键式简单键盘或矩阵式键盘。
3.根据权利要求1所述的一种基于ATmegal28单片机的无功补偿控制器，其特征在于:所述无功补偿控制模块(7)包含光电隔离器、晶闸管驱动器和电容组。
【文档编号】H02J3/18GK203722243SQ201420067679
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年2月17日 优先权日:2014年2月17日
【发明者】张晓光 申请人:保定天威保变电气股份有限公司