基于87C196實(shí)現的快速無(wú)功電流檢測

　　摘要：提出了電力系統無(wú)功電流的ip－iq檢測方案，給出了用87C196單片機實(shí)現無(wú)功電流實(shí)時(shí)檢測的具體方法，該檢測系統不但可以快速準確地進(jìn)行無(wú)功檢測，同時(shí)還可以配合TSC系統對系統無(wú)功電流進(jìn)行動(dòng)態(tài)補償。

    關(guān)鍵詞：ip－iq檢測法；無(wú)功補償；單片機；87C196

　　隨著(zhù)電力系統對電能質(zhì)量要求的日益提高，影響電力系統電壓穩定的無(wú)功功率及其補償問(wèn)題越來(lái)越受到重視。供電系統中已經(jīng)有大量的無(wú)功補償裝置投入運行，這對電力系統的穩定起到了一定的作用。然而，在類(lèi)似于軋鋼等無(wú)功功率動(dòng)態(tài)變化的工業(yè)場(chǎng)所，由于無(wú)功功率的大小不但隨時(shí)間在不斷變化，而且變化的速度很快。為了獲取穩定電壓，通常要求無(wú)功補償裝置能快速跟隨無(wú)功電流變化，這無(wú)疑對無(wú)功電流檢測的準確性和快速性提出了更高要求。本文提出了基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論１ 實(shí)現無(wú)功快速檢測，并將檢測算法在８７Ｃ１９６ＫＣ單片機上實(shí)現的方法，試驗證明，該方法具有較高的檢測精度和較快的檢測速度，是動(dòng)態(tài)無(wú)功補償裝置的較佳檢測方案。

１　系統的硬件結構

　　無(wú)功電流檢測系統由模擬量變送器、模擬信號處理模塊、開(kāi)關(guān)量輸入模塊、開(kāi)關(guān)量輸出模塊、基于單片機的微處理系統、鍵盤(pán)與顯示單元等組成。若需要根據無(wú)功電流的大小來(lái)控制電容器的投切，以實(shí)現無(wú)功的快速補償，也可以增加相應模塊來(lái)控制電容器的投切，如由反并聯(lián)晶閘管組成的開(kāi)關(guān)模塊、晶閘管的驅動(dòng)控制電路、電容器補償回路等。整個(gè)控制系統硬件結構如圖１所示。

　　圖中，ＣＰＵ模塊采用Ｉｎｔｅｌ公司生產(chǎn)的８７Ｃ１９６ＫＣ單片機，該芯片內部有８位和１０位可編程采集和轉換時(shí)間的Ａ／Ｄ變換、１６ｋＢ ＲＯＭ以及４８８Ｂ寄存器ＲＡＭ，它的主頻可運行到２０ＭＨｚ。８７Ｃ１９６ＫＣ采用高速輸入／輸出（ＨＩＳＯ）結構進(jìn)行事件控制。ＨＩＳＯ口有４個(gè)輸入、６個(gè)輸出，用兩個(gè)１６位定時(shí)器／計數器作為系統時(shí)間基準。除此以外的相關(guān)硬件組成還有看門(mén)狗定時(shí)器、全雙工位串口（ＳＩＯ）。以及外設事務(wù)服務(wù)器（ＰＴＳ），它由微代碼處理中斷事件，類(lèi)似于ＤＭＡ通道方法，這樣可以大大減少ＣＰＵ響應中斷服務(wù)的開(kāi)銷(xiāo)。有關(guān)８７Ｃ１９６ＫＣ的引腳功能、控制命令格式等詳細內容可參看參考文獻２。由于８７Ｃ１９６ＫＣ集成了完全可編程、自校準、高精度的模擬數據采集系統。因此，用其組成無(wú)功檢測系統結構簡(jiǎn)單，無(wú)需大量復雜外設及外圍電路。其簡(jiǎn)單的硬件結構設計使得整個(gè)系統的工作可靠性和抗干擾能力大為提高。

２ 無(wú)功電流的檢測原理

　　基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論的ｉｐ－ｉｑ檢測法由于計算量少且有較好的實(shí)時(shí)性而得到廣泛應用３。在電力系統中，一般情況下，三相電網(wǎng)電壓都是對稱(chēng)無(wú)畸變，假定負載電流是三相對稱(chēng)的，考慮到負載電流可能含有諧波，因而其電壓、電流表達式可以表示為：

　　式中ｎ＝３ｋ