CN102611120B - 一种功率因数监测与补偿系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种的功率因数监测与补偿系统，由上位机和下位机组成，上位机主要由实时数据库和组态软件核心组成，下位机主要由微处理器（1），电流、电压互感器（2），信号放大电路（3），比较整形电路（4），相位差脉宽信号产生电路（5），键盘输入模块（6），液晶显示电路（7），电容器投切控制电路（8），LED报警指示灯（9），Flash存储器（10）组成，下位机通过RS232接口与上位机进行通信位机进行通信。该发明实用新型具有电路结构简单，控制精度高，分布式应用方便的特点。

Description

一种功率因数监测与补偿系统

技术领域

本发明是关于电力电气设备的，具体来说是关于电力系统功率因数监测与无功补偿的。

背景技术

在电力系统中，很多感性负载在消耗有功的同时也消耗一部分无功，当电力系统无功消耗过多时，会使电力系统电压发生波动，不稳定的电压会影响系统整体供电质量，损坏对无功较敏感的贵重用电设备，严重时还会导致整个系统电压崩溃瓦解，造成大面积停电事故。因此，人们提出了很多解决上述问题的方法措施，专利公开号为200510122300.8，名为“基于微处理器1和组态电容器投切监控系统”的发明专利，公开了一种监控补偿系统，由上位机和下位机组成，下位机负责测量，监控电网信息，控制电容器投切，上位机提供可视化人机界面，提供组态软件控制。其缺点是没有选择合适的微处理器1芯片和电容器投切控制芯片，导致外围电路较为复杂，且下位机没有可视化人机界面，需用上位机进行参数设定和基本控制，使得分布式应用受到限制，另外还大大增加了产品的成本。本发明是对该专利的改进，合理选择了C8051F系列微处理器1芯片，简化了电路结构，避免了外部干扰，提高了精度；采用了电容器投切控制芯片MOC3081，使得控制精度更加精准；增加了下位机的可视化人机控制界面，增添了下位机的一些实时控制功能，增强了下位机独立工作的能力。

发明内容

本发明的目的此方案简单，快捷，极其方便易行。

本发明的目的是通过以下技术方案予以实现。

一种功率因数监测与补偿系统，由上位机和下位机组成，上位机主要由实时数据库和组态软件核心组成，下位机主要由微处理器1，电流、电压互感器2，信号放大电路3，比较整形电路4，相位差脉宽信号产生电路5，键盘输入模块6，液晶显示电路7，电容器投切控制电路8，LED报警指示灯9，Flash存储器10组成，其特征在于：

所述的比较整形电路4和相位差脉宽信号产生电路5由两个电压比较器LM339，一个反相器CD4069，一个与门CD4081BE构成，两个LM339的同向输入端都接一个8.2K的电阻，负向输入端接低电平，电源VCC端接 +5V电压，电源VCC端与输出端之间接一个10K的电阻，A相输出端经反相器CD4096接到CD4081BE上，B相输出端直接与CD4081BE输入端连接，PORTA、PORTB接入主电路的两个端点，PORTC  为接微处理器（1）的I/O口的端点。

  为了简化电路结构，避免在补偿电容器的投入与切除过程中产生的涌流冲击现象，所述的下位机的电容器投切控制电路8采用过零触发芯片MOC3081控制双向晶闸管，MOC3081的引脚1通过电阻R1和LED二极管D1串接到微处理器（1）的I/O口，引脚2接低电平，引脚4接双向晶闸管的门极，并通过电阻R3与双向晶闸管的第一阳极连接，MOC3081的引脚6通过串联电阻R2与双向晶闸管的第二阳极连接， 电容器C1和电阻R4构成RC回路与双向晶闸管并联，然后通过投切电容器C2接到主电路中。

微处理器1对信号检测产生中断来启动定时计数器，从而测得相位差和电源频率；微处理器1在一个工频周期内等间隔地采集瞬间电压和电流数据后经过微处理器1处理，计算出电网电压、电流、功率因数、无功功率、有功功率各项负荷参数值，存储并送到液晶显示单元显示，同时通过程序来判断供电系统是否需要进行无功补偿。

本发明的积极效果是：电路结构简单，测量精度高，实时性、独立工作能力强。

附图说明

图1为本发明电路结构图。

图2为本发明比较整形和相位差产生电路。

图3 为本发明电容器投切电路。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

 在图1中，可见此功率因数监测与补偿系统下位机主要由微处理器1，电流、电压互感器2，信号放大电路3，比较整形电路4，相位差脉宽信号产生电路5，键盘输入模块6，液晶显示电路7，电容器投切控制电路8，LED报警指示灯9，Flash存储器10组成，下位机通过RS232接口与上位机进行通信位机进行通信。下位机具有可视化人机界面，可进行简单的参数设置和基本控制，上位机由实时数据库和组态软件核心组成，可连接多个下位机，进行复杂控制、组态分析等。

电流电压互感器输出端需并接精密电阻将电流信号转变成电压信号，电压互感器和电流互感器二次输出的电压、电流模拟量经过信号放大电路后处理成大小与输入量成正比、相位不失真的模拟量，输入到微处理器1的A /D转换通道进行采样，将其转化为计算机能接受与识别的数字量，实现电压和电流的测量。

图2为比较整形和相位差产生电路，比较整形电路采用电压比较器LM339，两路信号分别接两个比较器同相输入端，将反相输入端接地，即构成过零比较电路。两比较器输出即转换为脉冲信号。将其中一路脉冲通过反相器CD4069取反后与另一路信号通过与门CD4081BE相与，可得一等脉宽的脉冲信号，此脉宽即记载着两输入信号之间的相位差。将此相位差脉冲输入微处理器1比较器，触发外部中断进行计数，从而测出相位差，同时两比较器其中一组输出的信号直接输入微处理器1，从而测出电源频率。

微处理器1在一个工频周期内等间隔地采集瞬间电压和电流数据后经过微处理器1处理，计算出电网电压、电流、功率因数、无功功率、有功功率等负荷参数值，存储并送到液晶显示单元显示，同时通过程序来判断供电系统是否需要进行无功补偿，一般情况下，即COSφ的值是否大于0.95，如果小于0.95，则需要控制电容器投切电路进行电容的投切。

图3 为本发明电容器投切控制电路，电容器投切控制电路采用过零触发电路，晶闸管无触点开关两端电压经电阻降压送MOC3081过零触发器，当系统电压与电容器电压相等时晶闸管两端电压为零，这时过零触发器可输出触发信号，触发对应的晶闸管导通，电容器便投入运行。晶闸管导通后两端电压接近为零，只要微处理器1输出的投入信号存在，过零触发器就一直有触发信号输出，保证了晶闸管可靠导通。当微处理器1输出的投入信号撤消时，便停发触发信号，晶闸管则在电流过零时关断，直到微处理器1下次发出投入指令才选择电压过零点重新投入。

本发明的下位机系统软件有以下模块构成：主程序、键盘程序、液晶显示程序、LED报警程序、投切电容程序，主程序主要完成系统初始化、装置自检、数据采集处理等任务，键盘程序用来完成控制参数的输入，液晶显示程序用于显示电压、电流、电源频率、功率因数、有功功率和无功功率各项参数，LED报警程序用来驱动LED指示灯，投切电容程序用于对电容器投切控制电路8进行控制，当微处理器1检测到的功率因数较小，一次投切电容器较多时，还可采用延时程序，把电容器分多次投切，以避免对电网电流造成大的冲击。 

Claims (2)

1.一种功率因数监测与补偿系统，其特征在于：

所述功率因数监测与补偿系统包括上位机和下位机；

所述上位机包括实时数据库和组态软件核心；

所述下位机包括微处理器（1），电流、电压互感器（2），信号放大电路（3），比较整形电路（4），相位差脉宽信号产生电路（5），键盘输入模块（6），液晶显示电路（7），电容器投切控制电路（8），LED报警指示灯（9），Flash存储器（10）；

所述的比较整形电路（4）和相位差脉宽信号产生电路（5）由两个电压比较器LM339，一个反相器CD4069，一个与门CD4081BE构成，两个LM339的同向输入端都接一个8.2K的电阻，负向输入端接低电平，电源VCC端接 +5V电压，电源VCC端与输出端之间接一个10K的电阻，A相输出端经反相器CD4096接到CD4081BE上，B相输出端直接与CD4081BE输入端连接； 

所述电容器投切控制电路(8)采用过零触发芯片MOC3081控制双向晶闸管，MOC3081的引脚1通过电阻R1和LED二极管D1串接到微处理器（1）的I/O口，引脚2接低电平，引脚4接双向晶闸管的门极，并通过电阻R3与双向晶闸管的第一阳极连接，MOC3081的引脚6通过串联电阻R2与双向晶闸管的第二阳极连接， 电容器C1和电阻R4构成RC回路与双向晶闸管并联，然后通过投切电容器C2接到主电路中；

PORTA、PORTB接入主电路的两个端点；

PORTC  为接微处理器（1）的I/O口的端点。

2.根据权利要求1所述的功率因数监测与补偿系统，其通过微处理器（1）对信号检测产生中断来启动定时计数器，从而测得相位差和电源频率；微处理器（1）在一个工频周期内等间隔地采集瞬间电压和电流数据后经过单片机处理，计算出电网电压、电流、功率因数、无功功率、有功功率各项负荷参数值，存储并送到液晶显示单元显示，同时通过程序来判断供电系统是否需要进行无功补偿。