单片机实现电力补偿装置控制系统

以80C196KC单片机为核心的电力补偿控制系统，通过模拟输入电路对三相电压、电流进行采样，计算后通过输出单元控制电容器的投切，从而实现对电网无功功率的补偿。本文介绍了系统硬件和软件的设计方法。

　　引言

　　目前在电力补偿系统中有多种补偿方法，本文中的补偿系统是根据寻优负序电流最小进行补偿的。系统计算需要对交流电一个周期20 ms内对单相电压u、电流I进行采样，要求一个周期内采样次数至少在100次以上。针对这一特点，设计了基于80C196KC的控制系统。Intel公司的高性能16 b单片机80C196KC，其运算速度快，能够满足系统高速采样的要求。

　　1　系统硬件设计

　　本系统的硬件部分主要由采样输入电路、中央控制单元、程序存储单元、输出驱动电路4部分组成。系统总体框图如图1所示。

　　1.1　模拟输入电路

　　系统中数据采集所使用的传感器为电压互感器和电流互感器，需要分别采集三相的电压和电流，共需要六路输入。80C196KC内有一个逐次逼近型的A/D转换器，共有8个输入通道。其输入引脚ACH0～ACH7与P0.0～P0.7共享。内部的A/D转换器8 b/10 b可调，自带采样、保持电路，这样减少了外围电路，也减少了干扰和干扰源，增加了系统的稳定性和抗干扰性，并且减少了控制板的尺寸。在本系统中采用10 b转换方式。

　　

 

　　为了保护A/D转换器，增加可靠性，在A/D通道的输入端，可采用如图2所示的输入接口电路。

　　

 

　　其中2个二极管D1和D2起过载保护作用，当输入电压高于VREF+0.7 V左右时，D1导通，输入电平被箝位在VREF+0.7 V的水平上;当输入电压低于-0.7 V的水平上。这种过载往往是尖峰干扰，持续时间很短。MCS-96的技术条件规定模拟输入端对模拟地ANGND的电压不能低于-0.3 V，这一点可靠输入端的低通滤波器R4和C1来保证。图中此滤波器的时间常数τ=R4C1=270×0.01=2.7μs，若以-0.7 V作为此滤波器的阶跃输入，则此滤波器输出端(即80C196KC的模拟信号输入端)达到-0.3 V的电平需耗时：

　　t=-τln(1-0.3/0.7)=1.15μs

　　而通常这类尖峰噪声的峰值持续时间远小于上述时间，因此，这一输入电路可有效地起到过载保护作用。

　　1.2　中央控制单元

　　80C196KC是CHMOS高性能16 b单片机中的一个新分支，内部EPROM/ROM为16 b，内部RAM为488 b，有24 b的专用寄存器。80C196KC中采用了“垂直窗口”结构，使得新增的256 b RAM通过窗口映射同样可以作为通用寄存器来访问。80C196KC可以采用16 MHz的晶振，内部时钟是2分频，其运行速度比12 MHz的80C196KB快33%，比12 MHz的8096BH快1倍。最小电路是指能使单片机工作而所加的最少的外围设备，一般包括复位电路和晶振。80C196KC的最小电路如图3所示。