(1广东技术师范大学天河学院 广东省广州市 510540;2国网新乡供电公司 河南省新乡市 453000)
摘要：随着大量非线性负载的接入，导致电网功率因数降低、大量谐波的产生等现象出现，使电网的电能质量达不到设备运行要求，降低设备寿命。为改善电能质量，投入大量的基于智能控制开关来的投切电容，而对电网运行参数的快速准确采集则至关重要。本文是针对智能控制开关的低压电网电能质量综合调节系统中的数据采集系统进行研究。
关键字：电流采样、电压采样、ADuC7026、控制系统
引言：
目前非智能电容器的无功补偿方式一般都采用交流接触器来进行投切，因而投切时间范围较大，而投切前后的电能质量的数据情况一般情况下不通过实时测量计算等手段，不能及时发现电网质量参数，因此，本次专门对智能控制开关的低压电网电能质量综合调节系统中的数据采集系统进行研究。主要采用ADuC7026嵌入式芯片作为主要的数据处理芯片，采用电流互感器和电压互感器对电网中的电流电压进行采集，采集到的数据通过抬升电路接入到ADuC7026嵌入式芯片。
1 基于智能控制开关的低压电网电能质量综合调节系统
图1为基于智能控制开关的低压电网电能质量综合调节系统的原理图，其主要包括主控芯片、三相电流电压采集模块、数据储存模块、时钟电路、液晶显示屏、控制键盘、通讯模块构成。而调节器受低压电网电能质量综合调节系统的控制，进而对电容器组进行投切控制。整个调节系统的工作原理：三相电流电压采集模块将采集到的数据送入到主控芯片，通过对主控芯片进行编程，使其计算出低压电网的电流电压有效值、有功功率、无功功率以及功率因数等参数，根据调节系统的调节策略判断此时是否需要补偿无功。倘若需要，则主控芯片通过I/O口对某个或多个控制不同电容组的调节器进行投切控制。调节器含有过零检测电路，在需要投入电容器组时，可以通过单片机输出信号触发晶闸管，使其在过零时投入电网，从而完成电容器组的投入；在需要切除电容器组时，主控芯片对调节器发出切除信号，调节器使单片机取消晶闸管的触发信号，从而达到切除电容器组的效果。
图1
该系统的主控芯片采用ADuC7026嵌入式芯片，需要采集到三相电流电压才能计算出低压电网的电流电压有效值、有功功率、无功功率以及功率因数等参数，因此需要研究设计一个三相电流电压采集系统。
2 电流、电压采集系统
一般在不清楚负载的具体情况下，电网电流需要先经过一级CT转换成5A以内的电流信号，然后在经过二级CT转换；而电网电压为220V，在此就选型而言，用一级PT转换即可。二级CT和PT分别选用ZMCT103C型精密电流互感器和ZMPT101B电流型电压互感器。因为ADuC7026嵌入式芯片只能采集到正半波的电压信号，而互感器转换后仍为交流信号。为此需设计一种抬升电路和反向电路，因此选用LMV324I芯片。LMV324I芯片为四运算放大器，具有一定的输出摆幅能力，能在2.7V~5V的电源下工作。因此只需两片即可对三相电流电压进行采样，且因为其封装比其他一般的芯片要小一半，因此能节省PCB的空间以便于布线。
2.1电流采样电路
图2为电流采样电路，由于此前已经对整个系统进行了一个定位，输入的电流不会超过5A，因此电流的采样采用ZMCT103C型电流互感器，该互感器的输入电流为0~5A，经转换后输出0~5mA的电流。经过采样电阻R1变为输入的电压Uin，经过LMV324I芯片将电压Uin抬升并对负电压进行取反，调整电压在ADuC7026嵌入式芯片能接收的范围内，输入A/D接口。
图2
2.2电压采样电路
图3为电压采样电路，电压的采样采用ZMPT101B电流型电压互感器，该互感器输入端的额定电流为2mA，因此要先在互感器前面串联一个限流电阻。然后再经过采样电阻R1变为输入的电压Uin。之后与电流采样电路一样，在经过LMV324I芯片将电压Uin抬升并对负电压进行取反，调整电压在ADuC7026嵌入式芯片能接收的范围内，输入到A/D接口。
图3
为了能够准确获得电能质量的数据，对ADuC7026嵌入式芯片进行编程，以采样周期为0.02s对采集到的电流电压信号，每隔10个周期计算一次平均值。根据采集到的三相电流、电压数据，计算出其有功功率、无功功率以及功率因数。
3结束语
本文首先简要介绍了基于智能控制开关的低压电网电能质量综合调节系统的整个构架和原理。主要阐述了基于智能控制开关的低压电网电能质量综合调节系统中的数据采集系统的电路设计，并给出了采样数据的处理以及主控芯片对该部分的控制算法。
（资金支持：2018国家大创项目201812668001基于智能控制开关的低压电网电能质量综合调节系统 通信作者：李凯 研究方向：电力系统运行与控制，联系方式：823288626@qq.com）
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论文作者:刘桂桦1,李凯1,程汉湘1,丁文龙2,常静2
论文发表刊物:《电力设备》2019年第9期
论文发表时间:2019/10/16
标签：电压论文; 电网论文; 电流论文; 芯片论文; 电能论文; 低压论文; 电路论文; 《电力设备》2019年第9期论文;