單片機在開機并網(wǎng)模擬系統(tǒng)中的應用

摘 要：針對基于模擬電路的直流調(diào)速勵磁裝置在開機并網(wǎng)模擬系統(tǒng)中應用時，難于實現(xiàn)跟計算機進行通信，維護調(diào)試困難，易受電網(wǎng)干擾，精度較低等問題，開發(fā)設計了基于STC89C52單片機的直流調(diào)速勵磁裝置，用性價比較高、技術資料較全的STC89C52單片機作為核心控制元件，做成數(shù)字觸發(fā)電路，利用軟件來實現(xiàn)移相。經(jīng)實踐，基于STC89C52單片機的直流調(diào)速勵磁裝置，不僅提高了精度，調(diào)試也比較方便，還能夠很容易的實現(xiàn)跟計算機進行通信。

關鍵詞：單片機 STC89C52 直流調(diào)速勵磁裝置 開機并網(wǎng)模擬系統(tǒng)

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）06（a）-0112-02

在電力系統(tǒng)中，開機并網(wǎng)操作是要求非常嚴格、技術含量較高的一項技能，其操作的好壞，會影響發(fā)電機的并網(wǎng)時間，甚至損壞電氣設備、影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。因此，電力系統(tǒng)的相關工作人員要非常熟練的進行開機并網(wǎng)操作，但是由于電能生產(chǎn)的特殊性，工作人員不能在電站中進行反復的練習，所以，在工作人員培訓和學生教學中需要一套開機并網(wǎng)模擬系統(tǒng)，本文談的開機并網(wǎng)模擬系統(tǒng)用0.38 kV的低壓來模擬發(fā)電機端的高壓。這里采用性價比較高、技術資料較全的STC89C52單片機作為核心控制元件。

1 開機并網(wǎng)模擬系統(tǒng)功能及組成

開機并網(wǎng)模擬系統(tǒng)可實現(xiàn)的操作有手動開機并網(wǎng)、自動開機并網(wǎng)一鍵操作、自動開機并網(wǎng)分步操作、發(fā)電機組檢修安全措施布置、發(fā)電機出口斷路器檢修安全措施布置等。該系統(tǒng)可以供電站職工培訓，在校學生學習以及電氣值班員考證使用。

開機并網(wǎng)模擬系統(tǒng)由動力模塊、發(fā)電機模塊、開關柜模塊、直流調(diào)速勵磁模塊、控制及同期模塊、通信模塊及微機控制模塊。動力模塊的核心設備是直流電動機，用直流電動機來模擬原動機。發(fā)電機模塊的核心設備是低壓的同步發(fā)電機，用其來模擬高壓同步發(fā)電機。開關柜模塊主要包括低壓隔離開關、低壓萬能斷路器、數(shù)字式互感器以及母線，其中母線能跟0.38 kV市電連接，用它們來模擬高壓設備?？刂萍巴谀K主要是進行手動準同期操作、自動準同期操作和控制，包括二次控制回路、手動同期裝置和相關儀表。計算機控制模塊包括操作軟件、主機、顯示器及外設。通信模塊主要是為了實現(xiàn)微機模塊跟開關柜模塊、控制及同期模塊、直流調(diào)速勵磁模塊之間的通信。

2 直流調(diào)速勵磁裝置硬件原理

直流調(diào)速勵磁模塊的核心是直流調(diào)速勵磁裝置。直流調(diào)速勵磁裝置主要有以下幾個功能；首先，驅動直流電動機旋轉，并且能夠調(diào)節(jié)其轉速；其次，給同步發(fā)電機提供勵磁電流，并能調(diào)節(jié)其端電壓。為了實現(xiàn)以上功能，采用三相半波可控整流電路將交流變換為直流，利用基于STC89C52單片機的控制系統(tǒng)對整流電路進行控制。

2.1 三相半波可控整流電路

三相半波可控整流電路的工作情況取決于負載的性質(zhì)，負載一般可分為純電阻和阻感兩種類型，而本文的情況是阻感負載，電路見圖1。下面分析這種情況下電路的工作情況。

如果負載為阻感負載，且L較R大得多，則整流電路ID的波形基本是平直的，流過晶閘管的電流接近矩形波。當α≤30°時，負載電流連續(xù)，。當α>30°時，例如α=60°時當U2過零時，由于電感的存在，阻止電流下降，因而VT1繼續(xù)導通，直到下一相晶閘管VT2的觸發(fā)脈沖到來，才發(fā)b生換流，由VT2導通向負載供電，同時向VT1施加反壓使其關斷。這種情況下ud波形中出現(xiàn)負的部分，若α增大，ud波形中負的部分將增多，至α=90°時，ud波形中政府面積相等，ud的平均值為零，可見阻感負載時α的移相范圍為90°[1]。

2.2 單片機系統(tǒng)

單片機系統(tǒng)原理框圖見圖2。電源是為了給系統(tǒng)提供直流電源。按鍵設置有五個，分別是電壓上升、電壓下降、轉速上升、轉速下降、復位鍵，通過五個按鍵來控制兩個整流電路控制角的移相。因為兩個整流電路的輸入都是0.38 kV的市電，而市電的中性點是直接接地的，可以認為三相之間相位差保持120°不變，所以同步電壓可以只選取A相，通過過零檢測電路檢測其過零點，作為移相的基準，如果為了更加精確，可以將三相電壓作為同步電壓。測速及通信用單片機不僅可以和STC89C52之間進行通信，還可以跟計算機進行通信，并且還具有測量直流電動機轉速的功能。光電隔離和觸發(fā)脈沖形成電路，輸出觸發(fā)脈沖，控制兩個整流電路的輸出。

3 單片機系統(tǒng)軟件原理

要對整流電路進行控制，必須利用單片機系統(tǒng)的軟件解決脈沖同步和移相的問題。軟件采用相對同步基準觸發(fā)方式，該方式僅需一個同步基準，當?shù)谝粋€脈沖由同步基準差生后，再以第一個脈沖作為下一個觸發(fā)脈沖的基準，以此類推[2]。移相的實現(xiàn)，是當同步信號正跳沿發(fā)生時，觸發(fā)STC89C52硬件定時器T0開始計時，同時中斷NT0產(chǎn)生中斷響應，將按當前按鍵要求計算的α值寫入軟件觸發(fā)定時器T1，并啟動定時器T1，當時間到了輸出觸發(fā)脈沖[3]。定時器T1中斷的中斷處理子程序如圖3[4]。主程序流程如下，當單片機啟動開始后就檢測同步電壓過零點，然后初始化控制角使兩個整流電流輸出值都為零，接下來判斷是否有轉速上升或下降的命令，以此來減小或增大控制角α1，如果沒有轉速控制命令就判斷是否有電壓上升或下降命令，以此來減小或增大控制角α2，調(diào)節(jié)完控制角后或者沒有檢測到轉速和電壓的控制命令，都要再次檢測同步電壓過零點，然后根據(jù)控制角α1和角α2的大小來調(diào)整輸出值，最后又返回判斷轉速和電壓控制命令，如此循環(huán)。

4 結語

基于STC89C52單片機的直流調(diào)速勵磁裝置，克服了模擬觸發(fā)電路，靠硬件實現(xiàn)移相觸發(fā)，精度較低，易受電網(wǎng)電壓影響的缺點。不僅提高了精度，程序修改、調(diào)試都比較方便，抗干擾能力也較強，還能夠實現(xiàn)跟計算機進行通信，更加適用于開機并網(wǎng)模擬系統(tǒng)。

參考文獻

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