CN204905875U

CN204905875U - 一种基于avr单片机和pc机的电网无功补偿装置

Info

Publication number: CN204905875U
Application number: CN201520651009.9U
Authority: CN
Inventors: 孟泽皓; 问澈; 李玲玲; 杨艳芳; 叶宝柱; 李华; 张惠娟
Original assignee: Hebei University of Technology
Current assignee: Hebei University of Technology
Priority date: 2015-08-26
Filing date: 2015-08-26
Publication date: 2015-12-23
Anticipated expiration: 2025-08-26

Abstract

本实用新型涉及一种基于AVR单片机和PC机的电网无功补偿装置，其主要特点是：包括静止无功发生器、信号采集装置、A/D转换装置、AVR单片机、PC机和光电隔离装置；静止无功发生器并联在电网需要补偿的节点上用于实时无功功率补偿；信号采集装置、A/D转换装置、AVR单片机、PC机和光电隔离装置所组成的控制装置用于对静止无功发生器无功补偿过程进行实时控制。本实用新型设计合理，其使用静止无功发生器作为无功功率补偿装置并通过无功补偿控制装置进行控制，具有快速、准确、连续无功功率补偿的特点，能满足当前电网对于无功功率补偿的需求。

Description

一种基于AVR单片机和PC机的电网无功补偿装置

技术领域

本实用新型属于电网无功补偿技术领域，尤其是一种基于AVR单片机和PC机的电网无功补偿装置。

背景技术

随着我国经济的快速发展，接入电网的用电设备数量也呈几何式的快速增长，使得电网中的无功功率需求大大增加。电网中无功功率的大量出现不仅会使整个供电系统的功率因数下降、电气设备的损耗增加，而且会造成电网中的电压损失加大，威胁用户的用电安全。基于上述原因，对配电网进行无功补偿是十分必要的。无功补偿技术经过近年来的发展，补偿装置也经历了一个从原始到先进的过程。SVG(静止无功发生器)是目前较为先进的无功补偿设备，但由于其对于控制的实时性和准确性要求很高，当前的控制系统往往不能满足SVG装置的需求。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于AVR单片机和PC机的电网无功补偿装置，解决现有无功补偿控制系统响应速度较慢、准确度有待提高的问题。

本实用新型解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种基于AVR单片机和PC机的电网无功补偿装置，包括静止无功发生器、信号采集装置、A/D转换装置、AVR单片机、PC机和光电隔离装置；所述静止无功发生器并联在电网需要补偿的节点上用于实时无功功率补偿；所述信号采集装置、A/D转换装置、AVR单片机、PC机和光电隔离装置所组成的控制装置用于对静止无功发生器无功补偿过程进行实时控制；所述信号采集装置通过A/D转换装置连接到AVR单片机的I/O口，所述AVR单片机通过电平转换芯片与PC机相连接，该AVR单片机产生PWM脉冲信号并通过光电隔离装置连接到静止无功发生器上并对其进行控制。

而且，所述静止无功发生器采用IGBT开关器件并采用三相电压型桥式电路，该静止无功发生器还包含有直流侧储能电容和交流侧电感。

而且，所述信号采集装置由电网电压信号采集装置、电网电流信号采集装置、SVG实际输出电流信号采集装置构成。

而且，所述电网电压信号采集装置由电压互感器和运算放大器连接构成；所述电网电流信号采集装置由电流互感器和运算放大器连接构成。

而且，所述电平转换芯片为MAX232E电平转换芯片。

而且，所述A/D转换装置采用AD7490型A/D转换芯片。

而且，所述AVR单片机由ATmega64单片机及其外围时钟电路、电源电路、复位电路、JTAG接口及外扩RAM连接构成；所述PC机由电脑主机、显示器、鼠标、键盘连接构成。

而且，所述光电隔离装置由6个TLP250型光电耦合芯片构成，AVR单片机产生的6路PWM脉冲信号分别通过TLP250型光电耦合芯片传送给静止无功发生器。

本实用新型的优点和积极效果是：

1、本无功补偿装置使用静止无功发生器(SVG)作为无功功率补偿装置，具有快速、准确、连续无功功率补偿的特点，能满足当前电网对于无功功率补偿的需求。

2、本无功补偿装置采用AVR单片机和PC机共同控制，AVR单片机负责信号的接收、处理及控制脉冲信号的产生；PC机负责对输入信号的分解和计算；两种装置共同作用加快了整个无功补偿系统运转的速度，提高了无功补偿的效率。

3、本无功补偿装置采用AVR单片机作为控制核心，相对于使用DSP控制的无功补偿系统，本系统使用的AVR单片机具有驱动能力强、与其他芯片连接方式简单等优势。

4、本无功补偿装置采用PC机作为运算核心，不仅提高了无功补偿控制系统的运算速度，而且还可通过外接的键盘鼠标进行有效的人机交互，在整个无功补偿过程中都能够进行人为管控，防止意外情况的发生。

5、本实用新型设计合理，不仅实现了快速、精确、连续的无功功率补偿功能，而且具有电路设计简单、元件数量少、制造成本低等特点。

附图说明

图1是本实用新型的无功补偿控制装置的电路方框图；

图2是本实用新型的A/D转换装置电路图；

图3是本实用新型的AVR单片机和PC机电路方框图；

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型实施例做进一步详述：

一种基于AVR单片机和PC机的电网无功补偿装置，包括静止无功发生器(SVG)、信号采集装置、A/D转换装置、AVR单片机、PC机和光电隔离装置。所述的静止无功发生器(SVG)并联在电网的公共节点上，用于进行实时的无功功率补偿；所述的信号采集装置、A/D转换装置、AVR单片机、PC机和光电隔离装置所组成的控制装置用于对电网电压和电流信号的采集、处理和计算以及发出PWM脉冲信号对静止无功发生器(SVG)进行控制，实现无功功率的实时补偿功能。本无功补偿系统还可通过PC机进行有效的人机交互，便于人员掌握当前无功补偿装置的工作状态。以下对静止无功发生器(SVG)和信号采集装置、A/D转换装置、AVR单片机、PC机和光电隔离装置所组成的控制装置分别进行说明：

静止无功发生器(SVG)采用IGBT作为开关器件，连接方式为三相电压型桥式电路，其中，静止无功发生器中还包含有直流侧储能电容和交流侧电感。

如图1所示,信号采集装置、A/D转换装置、AVR单片机、PC机和光电隔离装置所组成的控制装置的具体工作过程为信号采集装置连接到A/D转换装置上对信号进行A/D转换。A/D转换装置将转换后的信号送往AVR单片机的I/O口。AVR单片机将接收到的数据通过一个电平转换芯片连接到PC机的COM上。经分析和计算后，PC机将计算结果通过电平转换芯片传回AVR单片机，由AVR单片机产生PWM脉冲信号并通过光电隔离装置对静止无功发生器(SVG)进行控制。同时PC机外接显示器、键盘和鼠标，可进行有效的人机交互。

信号采集装置包括电网电压信号采集装置、电网电流信号采集装置和SVG实际输出电流信号采集装置。

电网电压信号采集装置由电压互感器、运算放大器组成。其中电压互感器选用HPT302型电压互感器，运算放大器选用LM324型运算放大器。从电网中获取的电压信号经HPT302型电压互感器变为一个幅值很小的交流信号，再经LM324型运算放大器构成的信号整理电路变为A/D转换芯片所能接收的信号。电网电流信号采集装置(采用WBV511D0模块)、SVG实际输出电流信号采集装置的原理及结构与电网电压信号采集装置基本相同，且为本专业人员所熟知，故不再具体描述。

如图2所示，A/D转换装置主要由A/D转换芯片组成。A/D转换芯片选择AD7490型A/D转换芯片，AVR单片机选择ATmega64单片机。A/D转换芯片将信号采集装置采集到的电网电压、电流的模拟信号转换成AVR单片机I/O口所能接收的数字信号。A/D转换装置的具体电路连接方式为：电网电压信号采集装置的输出端接到AD7490芯片的模拟输入引脚VIN0；AD7490芯片的REFIN引脚接参考电压，VDD引脚和VDRIVE引脚接+5V电源，引脚接ATmega64单片机的PB0引脚，DIN引脚接ATmega64单片机的PB2引脚，SCLK引脚接ATmega64单片机的PB1引脚，DOUT引脚接ATmega64单片机的PB3引脚。

本无功补偿装置采用AVR单片机和PC机作为整个无功补偿控制装置的核心，AVR单片机和PC机通过电平转换芯片连接在一起，如图3所示。AVR单片机选择ATMEL公司的ATmega64单片机，用于对输入信号的处理以及产生SVG装置所需的PWM脉冲信号。AVR单片机与PC机之间串口通讯所需的电平转换芯片选择MAX232E电平转换芯片。ATmega64单片机所接收到的输入信号为经过处理和A/D转换后的电网采集信号，ATmega64将这些信号经电平转换芯片送往PC机。PC机对这些信号进行分析和计算后，将结果通过电平转换芯片传回ATmega64单片机。ATmega64根据PC机的计算结果输出PWM控制脉冲信号。在实现上述功能时，ATmega64单片机还需要一些外围电路的支持。ATmega64的外围电路主要包括复位电路、电源电路、时钟电路、JTAG接口和外扩RAM。PC机外围设备包括显示器、键盘、鼠标等，显示器用于显示当前电网和静止无功发生器的状态；键盘鼠标可在装置发生异常时，由人员对整个无功补偿系统进行指令控制，防止意外的发生。

光电隔离装置主要由6个光电耦合芯片构成。光电耦合芯片选择TLP250型光电耦合芯片。ATmega64单片机经计算产生6路PWM脉冲信号分别传送给6个TLP250光电耦合芯片进行光电隔离，TLP250芯片再将处理后的信号传送给SVG装置。其具体连接方式为：AVR单片机ATmega64的6个PWM输出引脚分别与6个TLP250光电耦合芯片的CATHODE引脚相连。TLP250的ANODE引脚均接5V电源，其输出引脚OUT经过一个电阻R接到SVG装置上，实现对无功补偿的实时控制。

本实用新型使用静止无功发生器(SVG)作为无功补偿器件进行无功功率补偿。同时，以AVR单片机和PC机为核心的无功补偿控制装置则用来对电网电压电流信号进行收集、分析和计算，产生PWM脉冲信号对静止无功发生器进行控制，从而使得本无功补偿控制系统能够根据电网的变化，实时地对电网进行快速、连续、准确的无功功率补偿。本实用新型还可通过PC机进行有效的人机交互，实时监测显示当前电网和静止无功发生器的状态，当发生异常时也可由人员进行手动控制。

需要强调的是，本实用新型所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本实用新型包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本实用新型的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本实用新型保护的范围。

Claims

1.一种基于AVR单片机和PC机的电网无功补偿装置，其特征在于：包括静止无功发生器、信号采集装置、A/D转换装置、AVR单片机、PC机和光电隔离装置；所述静止无功发生器并联在电网需要补偿的节点上用于实时无功功率补偿；所述信号采集装置、A/D转换装置、AVR单片机、PC机和光电隔离装置所组成的控制装置用于对静止无功发生器无功补偿过程进行实时控制；所述信号采集装置通过A/D转换装置连接到AVR单片机的I/O口，所述AVR单片机通过电平转换芯片与PC机相连接，该AVR单片机产生PWM脉冲信号并通过光电隔离装置连接到静止无功发生器上并对其进行控制。

2.根据权利要求1所述的一种基于AVR单片机和PC机的电网无功补偿装置，其特征在于：所述静止无功发生器采用IGBT开关器件并采用三相电压型桥式电路，该静止无功发生器还包含有直流侧储能电容和交流侧电感。

3.根据权利要求1所述的一种基于AVR单片机和PC机的电网无功补偿装置，其特征在于：所述信号采集装置由电网电压信号采集装置、电网电流信号采集装置、SVG实际输出电流信号采集装置构成

4.根据权利要求3所述的一种基于AVR单片机和PC机的电网无功补偿装置，其特征在于：所述电网电压信号采集装置由电压互感器和运算放大器连接构成；所述电网电流信号采集装置由电流互感器和运算放大器连接构成。

5.根据权利要求1所述的一种基于AVR单片机和PC机的电网无功补偿装置，其特征在于：所述电平转换芯片为MAX232E电平转换芯片。

6.根据权利要求1所述的一种基于AVR单片机和PC机的电网无功补偿装置，其特征在于：所述A/D转换装置采用AD7490型A/D转换芯片。

7.根据权利要求1所述的一种基于AVR单片机和PC机的电网无功补偿装置，其特征在于：所述AVR单片机由ATmega64单片机及其外围时钟电路、电源电路、复位电路、JTAG接口及外扩RAM连接构成；所述PC机由电脑主机、显示器、鼠标、键盘连接构成。

8.根据权利要求1所述的一种基于AVR单片机和PC机的电网无功补偿装置，其特征在于：所述光电隔离装置由6个TLP250型光电耦合芯片构成，AVR单片机产生的6路PWM脉冲信号分别通过TLP250型光电耦合芯片传送给静止无功发生器。