基于单片机的无功补偿控制器(8)

刘德杰：基于单片机的无功补偿控制器硬件电路设计

中文译文：

AT89C51数据手册：

主要性能参数：

? 与MCS-51产品指令系统完全兼容； ? 4K字节可重擦写FLASH闪速存储器； ? 1000次擦写周期；

? 全静态工作：0Hz-24MHz； ? 三级程序存储器保密锁定； ? 128*8位内部RAM； ? 32条可编程I/O口线； ? 两个16位定时器/计数器； ? 6个中断源；

? 可编程串行通道；

? 低功耗的闲置和掉电模式； 功能特性概述：

AT89C51提供以下标准功能：4K字节FLASH闪速存储器。128字节内部RAM，32个I/O口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位。

引脚功能说明 Vcc：电源电压 GND：地

P0口：P0口是一组位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对断口写―1‖作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在FLASH编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时要求外接上拉电阻。

P1口：P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级驱动4个TTL逻辑门电路。对断口写―1‖，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。

FLASH编程和程序校验期间，P1接收低8位地址。 P2口：P2是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级驱动4个TTL逻辑门电路。对断口写―1‖，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。 在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（如执行MOVX @DPTR ）时， P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器（如执行MOVX @RI） 时，P2口线上的内容，在整个访问期间不改变。FLASH编程或校验时，P2也接收高位地址和其他高位信号。

P3口：P3是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级驱动4个TTL逻辑门电路。对断口写―1‖，他们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。作输入端时，

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被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流。P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是他的第二功能，如表所示： 端口引脚 第二功能 P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 INT0（外中断0） P3.3 INT1（外中断1） P3.4 T0（定时/计数器0） P3.5 T1（定时/计数器1） P3.6 WR（外部数据存储器写选通） P3.7 RD（外部数据存储器读选通） P3口还接收一些用于FLASH闪速存储器编程和程序校验的控制信号。 RST：复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。

ALE/PROG：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。即使不访问外部存储器，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据寄存器将跳过一个ALE脉冲。

对FLASH存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。

如有必要，可通过特殊功能寄存器（SRF）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令ALE才会被激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部外部程序时，应设置ALE无效。

PSEN：程序存储允许PSEN是输出外部存储器的读选通信号，当AT89C51由外部程序存储器取指令时每个机器周期PSEN有效，即输出两个脉冲。在次期间，当访问外部数据存储器，这两次有效的PSEN信号不出现。

EA/VPP：外部访问允许。欲使CPU仅访问外部存储器（地址为0000H-FFFFH），EA端必须保持低电平。需要注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时会锁存EA端状态。

如EA端为高电平，CPU则执行内部程序存储器的指令。

FLASH存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp.。

XTAL1：振荡器反向放大器及内部时钟发生器的输入端。 XTAL2：振荡器反向放大器输出端。

时钟振荡器：

89C51中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器。

外接石英晶体或陶瓷谐振器及电容C1、C2接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。对外接电容C1、C2虽没有十分严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程度及温度稳定性，如果使用石英晶体，我们推荐电容使用30Pf±10 Pf，而如使用陶瓷谐振器建议选择40Pf±10 Pf。

用户也可以采用外部时钟。这种情况下，外部时钟脉冲接到XTAL1端，即内部时

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钟发生器的输入端XTAL2则悬空。

掉电模式：

在掉电模式下，振荡器停止工作，进入掉电模式的指令是最后一条被执行的指令，片内RAM和特殊功能寄存器的内容在终止掉电模式前被冻结。推出掉电模式的唯一方法是硬件复位，复位后将重新定义全部特殊功能寄存器但不改变RAM中的内容，在Vcc恢复到正常工作电平前，复位应无效，且必须保持一定时间以使振荡器重启动并稳定工作。

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附录C 部分参考文献的题录及摘要

[1] 王兆安,刘进军,杨君,王跃.谐波抑制和无功功率补偿[M].北京：机械工业出版社,2005 【摘要】 抑制谐波和提高功率因数是涉及电力电子技术、电气传动自动化技术和电力系统的一个重大课题。随着电力电子技术的不断进展，新型有源谐波抑制技术和无功功率补偿技术得到迅速的发展。本书主要介绍电力有源滤波器、静止无功功率补偿装置、高功率因数整流器等谐波抑制技术和无功功率补偿技术，对有关谐波和无功功率的基础理论和分析方法，以及传统的无功功率补偿和滤波方法也作了必要的介绍。

[2] 毛盾,徐清山,权永军.基于可变电压源的混合式电网无功功率连续补偿新方法[J].吉林电力,2003，04：32-34

【摘 要】介绍了一种电网无功功率连续补偿的新方法,即用可变电压源与固定的电容或电感串联接入电网,通过改

变电压源电压来连续改变补偿电流,以实现无功功率的最佳补偿。配合采用分组投切的方式,可实现大容量电网的

无功功率连续调节。该方法可提供容性或感性无功功率,且不产生谐波污染;所需电压源容量小,控制简单,能实现

自动投切,并能通过控制投切角,实现对固定电容器的无冲击电流的过零投切,从而更好地对电容器进行保护。

[3] 许海斌,许敏,周谦之.基于开关线性复合功率变换技术的新型无功补偿装置[J].电气传动自动化,2004，26 (1):39-42

【摘要】介绍了一种新型的无功补偿技术,它可连续调节补偿无功功率,并最大限度地利用原有无功补偿装置。采用了开关线性复合功率变换技术的具体实现方式。

[4] 刘丹,黄玉水，周其明.一种基于TL494的PWM控制技术[J].通信电源术, 2007，24（06）：39-41

【摘要】介绍了一种由TL494 为控制核心的脉宽调制技术,并将其应用于直流电动机控制系统。分析了该系统的工作原理、实现电路以及PWM 控制芯片的结构和具体应用。仿真结果表明该系统具有结构简单、节能以及工作稳定可靠等优点。

[5] 罗安.电网谐波治理和无功功率补偿技术及装备[M].北京：中国电力出版社，2006 【摘要】 本书以电网谐波治理和无功补偿技术与装备为核心，面向工程应用背景，围绕混合型有源电力滤波器的结构、谐波检测和控制方法及工程实现技术等方面，展开讨论了电网谐波治理和无功补偿的诸多理论和技术问题，介绍了无源滤波器的优化设计、三相互感对滤波性能的影响，讨论了谐波和无功的快速检测方法，从工程应用的角度出发，给出了几种典型混合有源电力滤波器的数学模型并分析其谐波治理性能，阐述了两种实用的谐波治理闭环调节方法，并描述了混合有源电力滤波器和无功补偿装置及基于IGBT的STATCOM的具体实现技术。

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[6] 罗国颖,鄢峰,张迁,卢超.数控开关电压源的设计与制作[J].电子元器件应用,2010,12（04）：66-72

【摘要】给出了使用TL494芯片产生的PWM信号来控制开关的通断，并采用单片机AT89C52来控制D/A转换输出信号，再经运算放大后给TL494提供基准电压来控制输出电压的数控开关电源的设计方法。该电源和输出电压可调范围为5-30V，并使用12864液晶显示输入电压和实际的电压值，最大输出功率为75W。适用于对输出电流和输出功率要求较大的电子设备。

[7] 姜宁,王春宁,董其国.无功电压与优化技术问答[M].北京：中国电力出版社，2006 【摘要】本书从电力科学技术的普及和应用角度，围绕着无功电压与优化的知识，以问答的形式，介绍了无功电压与优化技术的概念和一些新技术应用方面的内容。本书分无功电压技术与管理、无功电压优化、无功电压控制装置与系统三大篇，共八章。主要内容包括无功电压与优化的相关概念、无功电压技术、无功电压管理、技术与管理优化、无功电压装置优化、无功电压优化控制、控制装置与系统概述、装置与系统介绍。同时，还通过附录给出部分地区无功优化的措施和示例。

[8] 凌志斌,邓超平,郑益慧. 新型连续无功调节控制器的研制[J].电气技工杂志,2003, 08：48-51 【摘要】描述了一种适用于三相对称电网的连续无功补偿的补偿方法,并设计了适用于该方案的无功控制器。详细描述了功率因数测量的原理及其校正技术。最后给出了控制器硬件设计方案和软件设计流程。

[9] 顾学群,刘建峰.单片机无功动态补偿控制器[J].仪表技术,2004，04：32-34

【摘要】介绍一种以8031单片机为核心构成的无功动态补偿控制器。该控制器采用先进的技术跟踪配电线路无功功率的变化,对多级电容器组进行自动投切,实现对线路无功功率的实时补偿。

[10] Jayabarathi. R.a and Devarajan. N.b. ANN Based DSPIC Controller for Reactive Power Compensation[J]. American Journal of Applied Sciences 4 (7): 508-515, 2007

【Abstract】In India with a power shortage of about 10% of installed capacity, the transmission and distribution losses are relatively high. One of the reasons for the large loss is the excessive reactive loads on the primary distribution feeder. With the right amount of reactive power compensation, as system load varies, line losses can be considerably reduced. The application of Artificial Neural Network (ANN) is an emerging area where a properly trained ANN can be advantageously used for sufficient amount of reactive power compensation under varying load conditions. This paper describes the methodology adopted for training an ANN network for reactive power compensation without human intervention. The ANN is implemented using a DSPIC 30F2010 (Digital Signal Peripheral Interface Controller) and verified on a simulated laboratory network . The results obtained are satisfactory.

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