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[摘要]本测控仪的参数测量采用专用的电能计量芯片ATT7026，该芯片是一个高精度的三相电能计量芯片，避免了复杂的参数计算，简化了系统结构，缩短了开发周期，且价格低廉，工作可靠，有较高的实用价值。
[关键词]电流互感器 数据采集 无功补偿
中图分类号：TP2文献标识码：B文章编号：1671－7597(2008)0820042－01
本测控仪的参数测量采用专用的电能计量芯片ATT7026，该芯片是一个高精度的三相电能计量芯片，适用于三相三线或三相四线。它集成了六路二阶、参考电压电路及所有功率、能量、有效值、功率因数以及频率测量的数字信号处理等电路[1]。
一、硬件结构和功能
测控仪由CPU和存储器模块、数据采集计算模块、实时钟模块、输出控制及远程通信模块、键盘显示模块组成。
（一）数据采集计算模块
实时数据的采集计算由ATT7026芯片组完成。芯片组采用单+5Ｖ供电，精度高，接口灵活，具有参数校正、误差补偿功能。芯片组包括ATT7026和AT73C501（或AT73C502）两个芯片，AT73C501（502）是6路16位Ａ/Ｄ转换器，用于采集三相电压和三相电流信号，AT73C501是单端输入， AT73C502是双端输入。ATT7026是16位的DSP芯片，进行系统参数计算[2]。图2给出了数据采集计算模块的硬件联接。
ATT7026计算出各相的电压、电流、频率、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、电能及三相的各参数值，通过8位并行数据总线和CPU进行数据传送，每100ｍｓ刷新一次。数据以数据包的形式发送，共有六个数据包（package0～5），每个包含16个字节，前四个字节分别为同步SYNC（2个字节）、模式MODE和状态STATUS，同步字节指示当前传送的数据包序号、DSP是否等待校准数据等;模式字节传送ATT7026的当前工作模式;状态字节反映系统各相电流、电压值是否正常等信息，供单片机分析处理。
（二）CPU和数据存储模块
选用通用的8位微处理器AT89C51，价格低廉，资源丰富，扩展方便。用一片锁存器74LS373锁存低8位地址信号，扩展一片74LS138译码器，用作RAM及其他I/O口的片选[3]。为实现历史数据和运行状态的存储，扩展了32ｋ的非易失性的RAM，另外，还扩展了一片8ｋ的INTEL6264，用作系统各数据传输过程的缓存。
（三）实时钟模块
选用DS12C887实时钟芯片，构成系统的实时时钟，每隔1ｈ引发一次CPU中断，将当前系统运行的数据和状态及时间写入数据存储器，用于远程通信中历史数据的传输，为电力系统的分析、调度和管理提供依据。DS12C887除提供实时时钟外，还具有定时报警、方波输出等功能，内部含有128字节的非易失性ＲＡＭ，4字节用于状态和控制，11字节用于实时钟、日历和报警。DS12C887通过MOT引脚选择INTEL或MOTORLA总线接口时序，将MOT引脚接“低”，选择INTEL总线接口;89Ｃ51的ALE作为地址锁存信号AS;将RD作为数据锁存信号DS。通过编程设置其秒、时报警单元的状态，在整点时报警，引发中断IRQ1，与ATT7026的数据准备好DRDY信号一起，共同接至89Ｃ51的/INT1，在/INT1中断处理程序中，由软件读Ｉ/Ｏ口线P34、P35的状态来识别，转至不同的子程序处理。ＤＳ12Ｃ887内部的113字节非易失性ＲＡＭ，用来存储ATT7026的校准系数和其他系统参数。
（四）键盘显示模块系统
配备5位LED显示器，用于显示系统的实时数据、参数、报警信息及运行状态，四个按键用于设置系统参数、时间、查看实时数据等。扩展一片8255并行口，用于键盘扫描、
LED显示、输出控制等。5位LED显示采用动态刷新方式，用8255的PA口作段选码，PC0～。
PC4作位选，同时作键扫描，键输入通过双4位三态缓冲器74LS244(与ATT7026芯片组模式输入共用)的QB1读入。
（五）通信及控制输出模块
通过485总线和上位机通信，实现系统的远程实时监控和历史数据记录的传输。扩展一片MAX202和AT89Ｃ51的串行输入RXD、输出TXD直接相连，由8255的PC7控制传送方向。平时PC7为“低”，使串口工作于中断方式的接收状态。8255的ＰＢ口用于无功补偿的控制，经输出驱动电路，可控制8组电容器的投切，采用无功功率和电压综合判据，实现无功功率的动态补偿，并具有故障报警功能。
二、补偿电容器的投切策略
（一）晶闸管无冲击投切电容器
目前其它采用晶闸管或固态继电器投切电容器的装置大多都专门加装了限流电抗器，其缺点是：(1)容易引发谐振，降低可靠性；(2)加大功率损耗；(3)易造成电容器过电压；(4)增加了装置的制造成本、复杂程度及故障率等[4]。从原理上分析，并不是一种解决投切冲击的好方法。本装置的投切原理如下：当检测到电容器两端电压与电网电压大小相等、极性一致时，利用同步相位控制技术瞬时投入电容器，电流过零时晶闸管自然关断，不需要专门的放电电阻或对电容预充电即可随时再投入电容器，从原理上实现了无过渡过程的投切。长期的运行结果表明此方法有效地避免了电流冲击，显著地延长了电力电容器的使用寿命，克服了投切电容对电网产生的扰动，提高了电能质量。
（二）避免投切振荡和过分频繁投切的措施
本测控仪不采用功率因数而采用无功功率作为控制变量，按负荷实际所需无功自动分级投切电容器组，同时设置独特的自适应梯级死区，一次调节到位，不仅避免了投切振荡，还避免了电容器组不必要的频繁投切。
三、结论
该测控仪是目前实现配电系统电压无功自动化控制的理想设备，其原理先进、可靠性高、抗干扰能力强。在降低网损的同时，有效的提高了配电系统的电压质量，该装置已在河南省电力公司部分配电网上进行试运行，运行结果良好。
参考文献：
[1]孙华东，配电系统电压无功智能动态补偿及监测系统[Ｄ].济南：山东大学，2007，20-21.
[2]林海雪，电力系统的三相不平衡[M].北京：中国电力出版社，2003，56-57.
[3]罗璇、干敏梁，基于PIC单片机的智能监控仪的设计[G]，南京航空航天大学第六届研究生学术会议，2004，10，32-34.
[4]罗璇、干敏梁，电能计量芯片ATT7026及应用[J]，中国仪器仪表，2004，12，45-47.
[关键词]电流互感器 数据采集 无功补偿
中图分类号：TP2文献标识码：B文章编号：1671－7597(2008)0820042－01
本测控仪的参数测量采用专用的电能计量芯片ATT7026，该芯片是一个高精度的三相电能计量芯片，适用于三相三线或三相四线。它集成了六路二阶、参考电压电路及所有功率、能量、有效值、功率因数以及频率测量的数字信号处理等电路[1]。
一、硬件结构和功能
测控仪由CPU和存储器模块、数据采集计算模块、实时钟模块、输出控制及远程通信模块、键盘显示模块组成。
（一）数据采集计算模块
实时数据的采集计算由ATT7026芯片组完成。芯片组采用单+5Ｖ供电，精度高，接口灵活，具有参数校正、误差补偿功能。芯片组包括ATT7026和AT73C501（或AT73C502）两个芯片，AT73C501（502）是6路16位Ａ/Ｄ转换器，用于采集三相电压和三相电流信号，AT73C501是单端输入， AT73C502是双端输入。ATT7026是16位的DSP芯片，进行系统参数计算[2]。图2给出了数据采集计算模块的硬件联接。
ATT7026计算出各相的电压、电流、频率、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、电能及三相的各参数值，通过8位并行数据总线和CPU进行数据传送，每100ｍｓ刷新一次。数据以数据包的形式发送，共有六个数据包（package0～5），每个包含16个字节，前四个字节分别为同步SYNC（2个字节）、模式MODE和状态STATUS，同步字节指示当前传送的数据包序号、DSP是否等待校准数据等;模式字节传送ATT7026的当前工作模式;状态字节反映系统各相电流、电压值是否正常等信息，供单片机分析处理。
（二）CPU和数据存储模块
选用通用的8位微处理器AT89C51，价格低廉，资源丰富，扩展方便。用一片锁存器74LS373锁存低8位地址信号，扩展一片74LS138译码器，用作RAM及其他I/O口的片选[3]。为实现历史数据和运行状态的存储，扩展了32ｋ的非易失性的RAM，另外，还扩展了一片8ｋ的INTEL6264，用作系统各数据传输过程的缓存。
（三）实时钟模块
选用DS12C887实时钟芯片，构成系统的实时时钟，每隔1ｈ引发一次CPU中断，将当前系统运行的数据和状态及时间写入数据存储器，用于远程通信中历史数据的传输，为电力系统的分析、调度和管理提供依据。DS12C887除提供实时时钟外，还具有定时报警、方波输出等功能，内部含有128字节的非易失性ＲＡＭ，4字节用于状态和控制，11字节用于实时钟、日历和报警。DS12C887通过MOT引脚选择INTEL或MOTORLA总线接口时序，将MOT引脚接“低”，选择INTEL总线接口;89Ｃ51的ALE作为地址锁存信号AS;将RD作为数据锁存信号DS。通过编程设置其秒、时报警单元的状态，在整点时报警，引发中断IRQ1，与ATT7026的数据准备好DRDY信号一起，共同接至89Ｃ51的/INT1，在/INT1中断处理程序中，由软件读Ｉ/Ｏ口线P34、P35的状态来识别，转至不同的子程序处理。ＤＳ12Ｃ887内部的113字节非易失性ＲＡＭ，用来存储ATT7026的校准系数和其他系统参数。
（四）键盘显示模块系统
配备5位LED显示器，用于显示系统的实时数据、参数、报警信息及运行状态，四个按键用于设置系统参数、时间、查看实时数据等。扩展一片8255并行口，用于键盘扫描、
LED显示、输出控制等。5位LED显示采用动态刷新方式，用8255的PA口作段选码，PC0～。
PC4作位选，同时作键扫描，键输入通过双4位三态缓冲器74LS244(与ATT7026芯片组模式输入共用)的QB1读入。
（五）通信及控制输出模块
通过485总线和上位机通信，实现系统的远程实时监控和历史数据记录的传输。扩展一片MAX202和AT89Ｃ51的串行输入RXD、输出TXD直接相连，由8255的PC7控制传送方向。平时PC7为“低”，使串口工作于中断方式的接收状态。8255的ＰＢ口用于无功补偿的控制，经输出驱动电路，可控制8组电容器的投切，采用无功功率和电压综合判据，实现无功功率的动态补偿，并具有故障报警功能。
二、补偿电容器的投切策略
（一）晶闸管无冲击投切电容器
目前其它采用晶闸管或固态继电器投切电容器的装置大多都专门加装了限流电抗器，其缺点是：(1)容易引发谐振，降低可靠性；(2)加大功率损耗；(3)易造成电容器过电压；(4)增加了装置的制造成本、复杂程度及故障率等[4]。从原理上分析，并不是一种解决投切冲击的好方法。本装置的投切原理如下：当检测到电容器两端电压与电网电压大小相等、极性一致时，利用同步相位控制技术瞬时投入电容器，电流过零时晶闸管自然关断，不需要专门的放电电阻或对电容预充电即可随时再投入电容器，从原理上实现了无过渡过程的投切。长期的运行结果表明此方法有效地避免了电流冲击，显著地延长了电力电容器的使用寿命，克服了投切电容对电网产生的扰动，提高了电能质量。
（二）避免投切振荡和过分频繁投切的措施
本测控仪不采用功率因数而采用无功功率作为控制变量，按负荷实际所需无功自动分级投切电容器组，同时设置独特的自适应梯级死区，一次调节到位，不仅避免了投切振荡，还避免了电容器组不必要的频繁投切。
三、结论
该测控仪是目前实现配电系统电压无功自动化控制的理想设备，其原理先进、可靠性高、抗干扰能力强。在降低网损的同时，有效的提高了配电系统的电压质量，该装置已在河南省电力公司部分配电网上进行试运行，运行结果良好。
参考文献：
[1]孙华东，配电系统电压无功智能动态补偿及监测系统[Ｄ].济南：山东大学，2007，20-21.
[2]林海雪，电力系统的三相不平衡[M].北京：中国电力出版社，2003，56-57.
[3]罗璇、干敏梁，基于PIC单片机的智能监控仪的设计[G]，南京航空航天大学第六届研究生学术会议，2004，10，32-34.
[4]罗璇、干敏梁，电能计量芯片ATT7026及应用[J]，中国仪器仪表，2004，12，45-47.