【文章摘要】

文章将无功功率作为主要的研究对象，对其在单片机中的补偿控制系统进行有效的设计，从而可以整体上提高电力系统的运行稳定性。

【关键词】

无功功率；单片机；补偿控制系统设计

0 引言

感性负载在生产中的大量使用，导致大量的无功功率在电网中流动，从而导致电压不稳定以及电能浪费，严重时还会造成设备损坏。无功功率对整个电力系统的稳定运行有着重要的影响，对单片机无功功率的补偿装置进行合理的设置，从而可以提高电力系统的运行稳定性。

1 无功功率

1.1 无功功率产生原因

交流电功率可分为无功功率和有功功率两种，在电力系统当中，有大量感性负荷，例如：相控交流电力调节装置以及相控整流器等电子装置中都有大量的感性负载，在有电流出现时就会形成交变磁场，投入到运行过程中时，基波电流的滞后电网电压，都需要耗损大量的无功功率。

1.2 无功功率补偿原理

在电力系统当中，把容性功率负荷设备和感性功率的负荷进行并联之后接入一个电路当中，让能量能在不同负荷之间进行交换，该情况下，感性负荷需要无功功率就能从容性负荷的输出无功功率补偿中得到，无功功率补偿的基本原理就是如此，对其进行设计的同时一定要以此原理为依据。

1.3 无功功率造成的影响

在电力系统当中，无功功率是有功功率的1.5 倍左右，对无功功率进行传输会使有功功率产生损耗，功率因数由此降低，传输的途径也会有很大压降产生，该系统会出现诸多负面的影响：首先，系统的无功功率不足，线路末端的电压不断降低，工作设备无法进行正常运行；其次，电动机工作时的效率会相对的降低；最后，系统总电流的增加导致电力系统中诸多元件的容量也随之增加，与之同时增加的还有设备尺寸和设备规格，投资的费用也跟着增加。

2 单片机无功功率装置的设计

2.1 控制方式选择

在控制方面，一般都是通过多变量综合控制、无功功率控制、基于瞬时无功功率理论以及功率因数控制这样四种，其中最为合理的补偿方法就是将补偿设备进行最大程度的利用，从而将电网功率因数进行提高，且避免过补偿的发生以及无投切振荡等现象。对多个方面的因素以及系统设计方面的需求进行综合性的考虑，对功率因数控制方式采取措施，通过电流过零时间差以及电网电压的测量，与此同时，过零时间差还能够对欠补偿以及过补偿进行准确的判断。

2.2 系统总设计和参数要求

在本次研究中，设计出的无功功率补偿控制系统装置有低发热量、安全可靠、冲击小、无触点、不用维护以及过零投切等诸多特点，能实现实时补偿、自动补偿等多项功能。系统将单片机作为主要控制核心，设计为大功率的晶闸管电路，从而使无功功率的自动补偿得以实现。核心的参数内容中包括了补偿之后的功率因数不小于0.95，与此同时，系统可以在20ms 为一周期的交流电中，对三相电流和三相电压进行≥ 100 次的采样。

2.3 投切方式选择

在投切的方法方面，主要的方式有这样几种：晶闸管反并联、二极管和晶闸管的反并联以及双向晶闸管这样三种。在上述提到的三种投切方式中，双向晶闸管的投切方式，它将其他两种投切方式的优点进行了有效的结合，不仅能够对系统可以获得良好的安全稳定性以及可靠程度提供了有效的保障，而且投入的设备数量少，对其进行控制的难度也适中，因此，本次的研究中，采用的投切方式就是双向晶闸管。

2.4 补偿方式选择

补偿的方式一般有三种，分别为：单相补偿、三相共补、共补和分补进行有效的结合这样三种，在设计之前，对系统在设计方面的需求进行详细的分析和探讨。在本次的设计当中，拟采用的补偿方式是三相共补的补偿方案，该补偿方案与其他两种相比较，显得较为简单，并且控制较为容易，同时，还可以将硬件资源需要投入的成本进行有效的减少从而避免了欠补偿和过补偿现象的发生，电容的容量可以得到节省补偿，让整个电力系统具有十分良好的经济性。

2.5 软件系统设计

软件系统是单片机自动控制补偿装置中最为主要的灵魂部分和核心部分。设计出来的软件系统效果，对整个电力系统的可控性以及稳定性都起到决定性的作用，因此，在设计方面，还需要对软件系统中存在的功能进一步进行分析和探讨，对软件系统在控制方面的策略以及系统设计方案进行详细的说明。首先，软件系统要具有十分良好的实时性，这也是软件系统在控制能力方面的判断标准；其次，软件系统要具有十分良好的可靠性，在该方面，主要包括了运行过程中故障避免发生能力和故障发生后排除和解决的能力；最后软件系统要具有十分良好的可读性，控制系统的程序采用模块化的形式进行设计。软件主程序设计图，如图一所示。

 　　图一 软件主程序设计图

2.6 硬件电路设计

根据电力系统在功能方面的要求以及核心技术方面的参数要求，另外还有补偿方式、控制方式以及投切方式的有效选择方法，这些都需要对系统的电路设计等诸多方面进行整体上的规划，从而达到采用最优电路和最少部件来实现最经济、功能最好的电路设计目的。在相关方面，需要进行解决的就是对软件设备和硬件设备的耦合度以及相关方面的关联性进行考虑，同时，对单元电路进行设计时力求合理简单，选用先进的技术等。硬件系统结构设计图，如图二所示。

3 结束语

对于整个电网的稳定运行以及安全性来说，无功功率的补偿问题有着不言而喻的重要意义。传统中使用的相关装置设备在可靠性和安全性方面较差，并且自动化的程度较低，没有办法实现自动化的投切，因此，有效的设计出安全稳定的无功功率补偿装置是十分重要的一项工作研究。

【参考文献】

[1] 陈玉燕, 范国伟, 刘一帆, 曹治敏. 基于单片机控制的智能动态无功补偿装置设计[J]. 安徽工业大学学报( 自然科学版). 2011,(01);19-21.

[2] 刘倩, 沈晓东, 吴刚, 王欣. 一种基于单片机的电网数据自动采集器[J]. 电工技术.2011,(10);36- 37.

图二 硬件系统结构设计图015