1.1  选题背景

中国国民经济在不断快速发展，在这个过程中，我国的电力工业取得了很大的进步，这个进步在平常的生活中是显而易见的。并且电网的无功功率补偿问题也逐渐吸引了广泛的关注，特别是我国的电力行业，这是由于电力技术和各种电力电子装置的快速发展，并且它们在电力系统、生产业、服务业及家庭中的运用越来越普遍，因为这些技术和装置让这些过程越来越简单。但是大多数电力电子装置在运行的时候功率因数都比较低、他们消耗了大部分的无功功率，并且这些功率在电力系统占了很大的比例。而且消耗无功功率的增加将会使电流和当前的设备及线路损耗也一起增加，从而会失去大量的有功能量。接下来就使功率因数降低，系统的电压下降，在严重的情况下可能会导致系统电压完全的崩溃，造成大面积停电的情况。

电力系统的阻抗元件主要是感性的，所以，为了提供有效的有功功率，就会需要传输端和电气终端的电压有一个相位差，它可以实现在较宽的范围里面，为了提供无功功率，则需要端电压有一个幅值差，但是这实现范围很窄。并且不仅大多数的元件需要消耗无功功率，大多数的负载同样也需要消耗无功功率，因此，最大的不合理的地方就是这么多的无功功率如果都让发电设备供给并让它长距离的输送，而且通常这种情况也不大可能。

很多人都知道以前的无功功率补偿装置为并联电容器和同步调相机，但是同步调相机属于旋转类的设备，它的噪音和损耗在运行中都是比较大的，并且运行和维护复杂，而且反应慢，很难满足要求的快速动态补偿。但并联电容器就简单多了，它的经济性、灵活性、方便性都是不错的，唯一不好的地方是它的阻抗是一定的，不能够按照负载无功功率需求变化，也就是说无法实现动态无功功率补偿。

随着电力电子器件快速的发展，无功补偿控制器在某种意义上也展现了不同的发展阶段。无功补偿控制器己由基于SCR的静止无功补偿器、晶闸管控制串联电容补偿器发展到基于GTO的静止无功发生器、静止同步串联补偿器。

针对以上背景，以及现有产品的一些缺陷，本文提出一种新型简单的技术方案以实现基于51单片机无功功率补偿装置，以51单片机为主控芯片，控制继电器组控制补偿电容的大小，然后通过功率因数检测电路，电压电流检测电路，模数转换电路，液晶显示电路，键盘控制电路，数据储存电路构成的补偿装置，实现电网的功率因数补偿，这种补偿具有简单，灵活，不容易引起电网的震荡。

1.2  本设计的要求

 本次设计所需要做的工作是：在无功功率补偿装置要求和电网（220,100A）情况下，设计了基于51单片机 的无功功率补偿装置。本系统的硬件设计内容包括：功率因数检测电路，电容自动投切电路，模数转换电路，控制电路单元和人机交互单元的设计六个部分。其中控制系统采用STC89C52作为核心控制器。软件系统包括人机交互界面设计以及功率因数检测，电容投切等三大部分程序设计。最后，通过系统仿真测试系统的使用性。

本设计的详细任务要求是：

（1）了解51单片机的特点，使用方法以及相关应用系统开发技术；

（2）掌握无功补偿装置的工作原理；

（3）设计出基于单片机的无功功率补偿电路，设计出装置的总体方案；

（4）该电路能实现对电路的功率因数检测，控制电容组投切功能；

（5）该电路能实现对电路的电压电流测量，测量数据存储功能