動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償控制器的研究與設(shè)計(jì)

1、 *學(xué) 院SHANDONG INSTITUTE OF BUSINESS AND TECHNOLOGY畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))GRADUATIONTHESIS（DESIGN）論文（設(shè)計(jì)）題目 動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償控制器的研究與設(shè)計(jì) Title Of Thesis（Design） 分院（系別） 信息與電子工程學(xué)院 Department 專 業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化班 級(jí)電氣053班 SpecialityClass論文（設(shè)計(jì)）作者 * 論文完成日期2009年05月Author of Thesis（Design）Date論文（設(shè)計(jì)）指導(dǎo)教師 * 指導(dǎo)教師職稱 教授 AdvisorThe Title of Advisor

2、動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償控制器的研究與設(shè)計(jì)Study and Design Reactive Compensation Controller2009年 5 月20 日May 20, 2009評(píng)閱人意見評(píng)閱人姓名：職稱：選項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)： A很同意 B同意 C基本同意 D不同意分項(xiàng)評(píng)價(jià)評(píng)價(jià)項(xiàng)目ABCD選題質(zhì)量1選題符合專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，體現(xiàn)綜合訓(xùn)練基本要求2題目難易適度3題目工作量適當(dāng)4有理論意義或?qū)嶋H價(jià)值能力水平5查閱文獻(xiàn)資料能力強(qiáng)6綜合運(yùn)用知識(shí)能力強(qiáng)7研究方案的設(shè)計(jì)能力強(qiáng)8研究方法和手段的運(yùn)用能力強(qiáng)9外文應(yīng)用能力強(qiáng)成果質(zhì)量10文題相符11寫作水平高12寫作規(guī)范13篇幅適度14成果有理論或?qū)嶋H價(jià)值總體評(píng)價(jià)： 優(yōu) 良

3、中 及格 不及格 評(píng)閱人評(píng)語(yǔ) 評(píng)閱人簽字： 年 月 日動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償控制器的研究與設(shè)計(jì)摘要 針對(duì)電力系統(tǒng)中無(wú)功補(bǔ)償裝置發(fā)展的現(xiàn)狀，研制出了一種基于DSPTMS320LF2407控制的低壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置。作為無(wú)功補(bǔ)償控制器和電網(wǎng)監(jiān)測(cè)器的統(tǒng)一體，該裝置以實(shí)時(shí)的電網(wǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為依據(jù)，以城鎮(zhèn)低壓網(wǎng)（220V）的最佳無(wú)功補(bǔ)償為對(duì)象。本文主要研究了無(wú)功補(bǔ)償對(duì)電網(wǎng)性能的改善，無(wú)功補(bǔ)償裝置的控制方式及原理，和控制器的硬件設(shè)計(jì)。系統(tǒng)硬件上采用了TI公司的16位定點(diǎn)DSPTMS320LF2407控制，具有比傳統(tǒng)的單片機(jī)控制運(yùn)算速度高，實(shí)時(shí)性好的特點(diǎn)。采用晶閘管控制投切電容器，全數(shù)字化控制，全中文液晶顯示界面實(shí)時(shí)顯示

4、系統(tǒng)運(yùn)行狀況，完全實(shí)現(xiàn)了電容器的快速，無(wú)弧，無(wú)沖擊投切，具有優(yōu)良的性能。在投切原則上，與常見的功率因數(shù)控制方案相比較，采用無(wú)功功率控制，避免了輕載振蕩。為了實(shí)現(xiàn)裝置應(yīng)具有的功能，本文設(shè)計(jì)并制作了較為完整的控制電路及其外圍設(shè)備的硬件電路。它們包括觸發(fā)電路、采樣電路、顯示電路及通訊電路等。 在本文中，還介紹了電網(wǎng)諧波對(duì)補(bǔ)償裝置的影響，以及裝置在電網(wǎng)諧波含量超標(biāo)時(shí)采取的保護(hù)措施。最后，對(duì)無(wú)功補(bǔ)償裝置的發(fā)展和DSP 控制技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行展望。關(guān)鍵詞 無(wú)功補(bǔ)償 電力監(jiān)測(cè) 數(shù)字信號(hào)處理器Study and Design Reactive Compensation Controller Abstract Co

5、ntra-posing the developmental actuality of reactive power compensation system in power system, a DSP (Digital Signal Processor) system is designed based on TMS320LF2407 for reactive power dynamic compensation. As the combination of reactive power controller and electric power wires measurement, this

6、 devices working theory is based on the real-time data of the electric power wire and its intention is to complete the most felicitous compensation for the reactive power which exists in the 220V electric power wire.The paper mainly includes the followed parts: the ameliorating of the nets capabilit

7、y by the reactive power compensation, the control method and principle of reactive power compensation device and the hardware design of the device. The devices hardware core is the 16-bit fix point DSPTMS320LF2407 produced by TI corp ,which has many merits such as high operating speed and high real-

8、time. The system adopts thyristor as switch that connect capacitors to main circuit, numeralization control, and Chinese menu LCD. Interface displaying systems run-time Status momentarily. It actualizes the capacitors speediness, no arc, no percussion switching, and has superior performance. Mention

9、 of switching law, control method considering reactive power, comparing with familiar control method considering power factor, avoids oscillation on the condition of light loading. In order to realize systems required function, this paper designs and realizes comparatively integrate microcomputer co

10、ntrolled circuit and its peripherals circuit, including triggering circuit, sampling circuit, displaying circuit and communicating circuit. This paper also points out the influence of harmonics to the compensation system, and the protect measurement in the condition of high harmonics on the power ne

11、t. At last, the paper looks in to the future of the development of reactive power compensation and the technique of DSP controller.Keywords reactive power compensation monitor of electric power wire digital signal processor (DSP)目 錄第一章 緒論11. 1無(wú)功補(bǔ)償?shù)囊饬x11.1.1 無(wú)功功率的分布對(duì)電壓有決定性的影響11.1.2 無(wú)功功率在線路中的傳輸引起的損耗21.

12、1.3 負(fù)荷無(wú)功功率對(duì)系統(tǒng)電壓的影響21.2無(wú)功補(bǔ)償裝置的發(fā)展現(xiàn)狀21.2.1無(wú)功補(bǔ)償裝置的發(fā)展21.2.2 當(dāng)前無(wú)功補(bǔ)償裝置分類41.3無(wú)功補(bǔ)償裝置的選擇6第二章 控制方案的DSP實(shí)現(xiàn)82.1 引言82.2 設(shè)計(jì)任務(wù)82.3 主電路設(shè)計(jì)102.4主控制器芯片的選取112.5 硬件設(shè)計(jì)122.5.1 模擬信號(hào)輸入處理單元122.5.2 LF2407DSP系統(tǒng)模塊162.5.3 執(zhí)行單元192.5.4 顯示及通訊電路設(shè)計(jì)212.6 軟件設(shè)計(jì)222.6.1 主程序232.6.2 電容器投切原則252.6.3 中斷程序252.6.4 串行實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路讀寫程序272.7可靠性、抗擾性設(shè)計(jì)28第三章 總

13、結(jié)與展望29致 謝30參考文獻(xiàn)31附 錄第一章 緒論1. 1無(wú)功補(bǔ)償?shù)囊饬x電壓是衡量電能質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)。電壓質(zhì)量對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行，降低線路損耗，保證工農(nóng)業(yè)安全生產(chǎn)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低用電損耗等都有直接影響。因此，必須對(duì)系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)視和控制，使電壓水平維持在一個(gè)正常范圍內(nèi)。電力系統(tǒng)的各節(jié)點(diǎn)無(wú)功功率平衡決定了該節(jié)點(diǎn)的電壓水平，由于當(dāng)今電力系統(tǒng)的用戶中存在著大量無(wú)功功率頻繁變化的設(shè)備，如：軋鋼機(jī)、電弧爐、電氣化鐵路等；同時(shí)用戶中又有大量的對(duì)系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性有較高要求的精密設(shè)備，如：計(jì)算機(jī)，醫(yī)用設(shè)備等。因此迫切需要對(duì)系統(tǒng)的無(wú)功功率進(jìn)行補(bǔ)償。1.1.1 無(wú)功功率的分布對(duì)電壓有決定性的影響以圖1-1所

14、示的簡(jiǎn)單的輸電線為例加以說(shuō)明。圖1-1 簡(jiǎn)單輸電線路模型Figure 1-1 simple transmission line model 在不考慮輸電線的對(duì)地電容時(shí)，從節(jié)點(diǎn)i送到節(jié)點(diǎn)j的功率為P+jQ，節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j的電壓分別為和，節(jié)點(diǎn)i、j之間的支路阻抗為R十jX。 節(jié)點(diǎn)電壓的關(guān)系為： (1-1)在超高壓電力系統(tǒng)中，線路電抗遠(yuǎn)大于線路電阻，因而上式可寫成 (1-2)電壓還可以寫成： (1-3)式中為線路兩端電壓的相位角差。比較(1-2)、(1-3)可以得到：Q= (1-4)由式(1-4)，正常運(yùn)行時(shí)輸電線路兩端的電壓的相位角差比較小，可以認(rèn)為cos=1,這樣線路中傳輸?shù)臒o(wú)功功率大小就與線路

15、兩端電壓有效值之差成正比，無(wú)功功率將從節(jié)點(diǎn)電壓高的一端流向節(jié)點(diǎn)電壓低的一端。節(jié)點(diǎn)電壓有效值的變化，也將使流經(jīng)線路的無(wú)功功率隨之發(fā)生變化。因此電力網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)電壓的變化會(huì)引起無(wú)功功率潮流的變化。而且從上式可以看出，如果從遠(yuǎn)處電源經(jīng)輸電線路向負(fù)荷提供無(wú)功功率，會(huì)使沿線路各點(diǎn)電壓下降，甚至不能滿足質(zhì)量要求。1.1.2 無(wú)功功率在線路中的傳輸引起的損耗傳輸無(wú)功功率產(chǎn)生的功率損耗為=1， 可見經(jīng)電抗傳輸無(wú)功時(shí)產(chǎn)生的無(wú)功功率損耗有兩部分，一部分是因?yàn)檠仉娍箓鬏斢泄β?0)，這是不可避免的；另一部分是因?yàn)榻?jīng)聯(lián)絡(luò)阻抗傳輸了無(wú)功功率()?？梢姕p少線路無(wú)功功率的傳輸可以減少線路的無(wú)功功率損耗。從有功功率損耗公式可見

16、，當(dāng)有功功率和無(wú)功功率通過(guò)網(wǎng)絡(luò)電阻時(shí)，會(huì)造成有功功率損耗。當(dāng)輸送的有功功率一定時(shí)，總的有功網(wǎng)損主要取決于輸送的無(wú)功功率的數(shù)值2。1.1.3 負(fù)荷無(wú)功功率對(duì)系統(tǒng)電壓的影響在額定電壓附近，負(fù)荷從系統(tǒng)吸收的無(wú)功功率隨電壓上升而增加，隨電壓下降而減小,當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)無(wú)功功率缺額，亦即無(wú)功電源不能提供足夠的無(wú)功功率時(shí)，系統(tǒng)所接各負(fù)荷的電壓將下降，減少其向系統(tǒng)吸收的無(wú)功功率；當(dāng)系統(tǒng)無(wú)功過(guò)剩，無(wú)功吸收能力不足的情況下，系統(tǒng)電壓將普遍升高，如果利用發(fā)電機(jī)進(jìn)相吸收無(wú)功功率，當(dāng)吸收無(wú)功超過(guò)其最大吸收能力時(shí)，可能會(huì)引起系統(tǒng)暫態(tài)不穩(wěn)定3。1.2無(wú)功補(bǔ)償裝置的發(fā)展現(xiàn)狀1.2.1無(wú)功補(bǔ)償裝置的發(fā)展傳統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備有并聯(lián)電容

17、器、調(diào)相機(jī)和同步發(fā)電機(jī)等，圖1-2所示為一種最簡(jiǎn)單的無(wú)功補(bǔ)償。圖1-2中，M代表需要滯后無(wú)功功率的用電設(shè)備，和C是用于向M提供無(wú)功的無(wú)功補(bǔ)償裝置。當(dāng)閉合使M運(yùn)行時(shí)，M從電網(wǎng)吸取有功功率和無(wú)功功率。為減少電網(wǎng)中的無(wú)功水平，我們將閉合，用C中的超前電流補(bǔ)償M中的滯后電流，完成無(wú)功補(bǔ)償任務(wù)。由于C的補(bǔ)償容量是固定的，它不能隨著實(shí)際無(wú)功的變化而變化。因此，它適用于無(wú)功變化不大的場(chǎng)合。圖1-2 最簡(jiǎn)單的無(wú)功補(bǔ)償Figure 1-2 simple idle work compensation但在實(shí)際用電系統(tǒng)中，無(wú)功往往變化很大，圖1-2所示的補(bǔ)償裝置顯然無(wú)法滿足要求。由于并聯(lián)電容器阻抗固定，不能動(dòng)態(tài)的跟蹤

18、負(fù)荷無(wú)功功率的變化：而調(diào)相機(jī)和同步發(fā)電機(jī)等補(bǔ)償設(shè)備又屬于旋轉(zhuǎn)設(shè)備，其損耗、噪聲都很大，而且還不適用于太大或太小的無(wú)功補(bǔ)償。所以這些設(shè)備已經(jīng)越來(lái)越不適應(yīng)電力系統(tǒng)發(fā)展的需要。20世紀(jì)70年代以來(lái)，隨著研究的進(jìn)一步加深出現(xiàn)了一種靜止無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)(Static Var Compensation)。這種技術(shù)經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展，經(jīng)歷了一個(gè)不斷創(chuàng)新、發(fā)展完善的過(guò)程。所謂靜止無(wú)功補(bǔ)償是指用不同的靜止開關(guān)電容器或電抗器，使其具有吸收和發(fā)出無(wú)功電流的能力，用于提高電力系統(tǒng)的功率因數(shù)，穩(wěn)定系統(tǒng)電壓，抑制系統(tǒng)振蕩等功能4。圖1-3 實(shí)用的無(wú)功補(bǔ)償裝置Figure 1-3 practical idle work com

19、pensation system 圖1-3所示電路中，當(dāng)無(wú)功變化時(shí)，控制器檢測(cè)到該變化，就根據(jù)該變化控制補(bǔ)償電容器組的投切，達(dá)到按實(shí)際需求的無(wú)功量進(jìn)行補(bǔ)償?shù)哪康?。無(wú)論是圖 1-2電路還是圖1-3電路，電容器組的投切都是靠開關(guān)(i=1,2,3,n)來(lái)完成的，目前這種靜止開關(guān)主要分為兩種，即斷路器或電力電子開關(guān)。斷路器開關(guān)由于受器件固有特性的限制，在控制器檢測(cè)到無(wú)功的變化需要投入或切除補(bǔ)償電容器組時(shí)，開關(guān)速度較慢，約為10-30ms，不能快速跟蹤負(fù)載無(wú)功功率的變化，而目前投切電容器時(shí)常會(huì)引起較為嚴(yán)重的沖擊涌流和操作過(guò)電壓，這樣在需要頻繁投切時(shí)，不但易造成接觸點(diǎn)燒焊，而且使補(bǔ)償電容內(nèi)部擊穿，所受應(yīng)力

20、大，維修量大。因此，采用斷路器作為開關(guān)的靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置也只適合于負(fù)荷變化不大，即相對(duì)穩(wěn)定的情況。為了能快速跟蹤補(bǔ)償電網(wǎng)中的無(wú)功變化，在現(xiàn)代電力電子器件和數(shù)字控制技術(shù)的支持下，具有瞬時(shí)投切能力的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置應(yīng)運(yùn)而生5。1.2.2 當(dāng)前無(wú)功補(bǔ)償裝置分類隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展及其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，交流無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)SCR 、GTR、GTO等的出現(xiàn)，將其作為投切開關(guān)速度可以提高500倍(約為10s)，對(duì)任何系統(tǒng)參數(shù)，無(wú)功補(bǔ)償都可以在一個(gè)周波內(nèi)完成，而且可以進(jìn)行單向調(diào)節(jié)6?，F(xiàn)今所指的無(wú)功補(bǔ)償裝置一般專指使用晶閘管的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，主要有以下三大類型：一類是具有飽和電抗器的無(wú)功補(bǔ)償裝置(SR：Satur

21、ated Reactor)；第二類是晶閘管控制電抗器(TCR：Thyristor Control Reactor)；第三類是晶閘管投切電容器(TSC：Thyristor Switch Capacitor)，后兩類裝置統(tǒng)稱為SVC( Static Var Compensator)7。以下對(duì)此三類無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)逐一介紹。1.具有飽和電抗器的無(wú)功補(bǔ)償裝置(SR)飽和電抗器分為自飽和電抗器和可控飽和電抗器兩種，相應(yīng)的無(wú)功補(bǔ)償裝置也就分為兩種。具有自飽和電抗器的無(wú)功補(bǔ)償裝置是依靠電抗器自身固有的能力來(lái)穩(wěn)定電壓，它利用鐵心的飽和特性來(lái)控制發(fā)出或吸收無(wú)功功率的大小8?？煽仫柡碗娍蛊魍ㄟ^(guò)改變控制繞組中的工作電流

22、來(lái)控制鐵心的飽和程度，從而改變工作繞組的感抗，進(jìn)一步控制無(wú)功電流的大小。這類裝置組成的無(wú)功補(bǔ)償裝置屬于第一批補(bǔ)償器9。但是由于這種裝置中的飽和電抗器造價(jià)高，約為一般電抗器的4倍，并且電抗器的硅鋼片長(zhǎng)期處于飽和狀態(tài)，鐵心損耗大，比并聯(lián)電抗器大23倍，另外這種裝置有振動(dòng)和噪聲，而且調(diào)整時(shí)間長(zhǎng)，動(dòng)態(tài)補(bǔ)償速度慢，由于具有這些缺點(diǎn)，所有飽和電抗器的無(wú)功補(bǔ)償器目前應(yīng)用的比較少，一般只在超高壓輸電線路才有使用。2.晶閘管控制電抗器兩個(gè)反并聯(lián)的晶閘管與一個(gè)電抗器相串聯(lián)，其單相原理圖如圖1-4所示。其三相多接成三角形，這樣的電路并入到電網(wǎng)中相當(dāng)于交流調(diào)壓器電路接電感性負(fù)載，此電路的有效移相范圍為90180。當(dāng)觸

23、發(fā)角= 90時(shí)，吸收的無(wú)功電流最大。根據(jù)觸發(fā)角與補(bǔ)償器等效導(dǎo)納之間的關(guān)系式可知,增大觸發(fā)角即可增大補(bǔ)償器的等效導(dǎo)納，這樣就會(huì)減小補(bǔ)償電流中的基波分量，所以通過(guò)調(diào)整觸發(fā)角的大小就可以改變補(bǔ)償器所吸收的無(wú)功分量，達(dá)到調(diào)整無(wú)功功率的效果。圖1-4 TCR型補(bǔ)償器原理圖 圖1-5 TSC型補(bǔ)償器原理圖Figure 1-4 TCR compensator schematic diagram Figure 1-5 TSC compensator schematic diagram在工程實(shí)際中，可以將降壓變壓器設(shè)計(jì)成具有很大漏抗的電抗變壓器，用可控硅控制電抗變壓器，這樣就不需要單獨(dú)接入一個(gè)變壓器，也可以不裝

24、設(shè)斷路器。電抗變壓器的一次繞組直接與高壓線路連接，二次繞組經(jīng)過(guò)較小的電抗器與可控硅閥連接。如果在電抗變壓器的第三繞組選擇適當(dāng)?shù)难b置回路，例如加裝濾波器，可以進(jìn)一步降低無(wú)功補(bǔ)償產(chǎn)生的諧波10。由于單獨(dú)TCR只能吸收無(wú)功功率，而不能發(fā)出無(wú)功功率，為了解決此問(wèn)題，可以將并聯(lián)電容器與TCR配合使用構(gòu)成無(wú)功補(bǔ)償器。根據(jù)投切電容器的元件不同，又可分為TCR與固定電容器配合使用的靜止無(wú)功補(bǔ)償器(TCR+FC)和TCR與斷路器投切電容器配合使用的靜止無(wú)功補(bǔ)償器(TCR+MSC)。這種具有TCR型的補(bǔ)償器反應(yīng)速度快，靈活性大，目前在輸電系統(tǒng)和工業(yè)企業(yè)中應(yīng)用最為廣泛11。由于固定電容器的TCR+FC型補(bǔ)償裝置在補(bǔ)

25、償范圍從感性范圍延伸到容性范圍是要求電抗器的容量大于電容器的容量，另外當(dāng)補(bǔ)償器工作在吸收較小的無(wú)功電流時(shí)，其電抗器和電容器都已吸收了很大的無(wú)功電流，只是相互抵消而已。TSC+MSC型補(bǔ)償器通過(guò)采用分組投切電容器，在某種程度上克服了這種缺點(diǎn)。3.晶閘管投切電容器(TSC)為了解決電容器組頻繁投切的問(wèn)題，TSC裝置應(yīng)運(yùn)而生。其單相原理圖如圖1-5所示。兩個(gè)反并聯(lián)的晶閘管只是將電容器并入電網(wǎng)或從電網(wǎng)中斷開，串聯(lián)的小電抗器用于抑制電容器投入電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)可能產(chǎn)生的沖擊電流。現(xiàn)在普遍把這種可以快速補(bǔ)償電網(wǎng)無(wú)功功率的晶閘管投切電容器的無(wú)功補(bǔ)償裝置叫做動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償器。TSC用于三相電網(wǎng)中可以是三角形連接，也可以

26、是星形連接。一般對(duì)稱網(wǎng)絡(luò)采用星形連接，負(fù)荷不對(duì)稱網(wǎng)絡(luò)采用三角形連接。不是希望電容器級(jí)數(shù)越多越好，但考慮到系統(tǒng)的復(fù)雜性及經(jīng)濟(jì)性，一般用K-1個(gè)電容值為C的電容和個(gè)電容值為C/2的電容組成2K級(jí)的電容組數(shù)12。TSC的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題是投切電容器時(shí)刻的選取。經(jīng)過(guò)多年的分析與實(shí)驗(yàn)研究，其最佳投切時(shí)間是晶閘管兩端的電壓為零的時(shí)刻，即電容器兩端電壓等于電源電壓的時(shí)刻13。此時(shí)投切電容器，電路的沖擊電流為零。這種補(bǔ)償裝置為了保證更好的投切電容器，必須對(duì)電容器預(yù)先充電，充電結(jié)束之后再投入電容器。TSR補(bǔ)償器可以很好的補(bǔ)償系統(tǒng)所需的無(wú)功功率，如果級(jí)數(shù)分得足夠細(xì)化，基本上可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)14。1.3無(wú)功補(bǔ)償裝置的選

27、擇從當(dāng)前無(wú)功補(bǔ)償裝置的發(fā)展來(lái)看，目前廣泛應(yīng)用的幾種無(wú)功補(bǔ)償裝置，即第二節(jié)所介紹的幾種無(wú)功補(bǔ)償裝置，從控制投切裝置的不同來(lái)看可以分為兩類：一類是采用斷路器開關(guān)來(lái)控制；一類是采用晶閘管控制。這兩類無(wú)功補(bǔ)償裝置的特點(diǎn)在上一節(jié)中也有所介紹，總起來(lái)說(shuō)采用晶閘管控制投切的無(wú)功補(bǔ)償裝置在性能上比采用斷路器開關(guān)的無(wú)功補(bǔ)償裝置好，它動(dòng)作時(shí)間短，通常能在一個(gè)周波(即20ms)內(nèi)動(dòng)作；動(dòng)作時(shí)無(wú)火花，更安全可靠，壽命長(zhǎng)。而斷路器開關(guān)費(fèi)用上又優(yōu)于晶閘管，因此在工程應(yīng)用上也并沒(méi)有被晶閘管開關(guān)完全取代。這兩種裝置的特性比較見表1-1：表1-1 斷路器開關(guān)與晶閘管開關(guān)控制投切的無(wú)功補(bǔ)償裝置性能比較斷路器開關(guān)控制晶閘管控制投切

28、性能有火花壽命短無(wú)火花壽命長(zhǎng)動(dòng)作時(shí)間長(zhǎng)(約幾十毫秒)短(約幾十微秒)適應(yīng)的負(fù)荷相對(duì)穩(wěn)定的負(fù)荷可補(bǔ)償沖擊性負(fù)荷電壓穩(wěn)定性電壓有波動(dòng)通過(guò)控制投切時(shí)間，可消除電壓波動(dòng)價(jià)格低高任何一種智能無(wú)功補(bǔ)償裝置，都需要個(gè)控制器來(lái)完成電網(wǎng)參數(shù)的測(cè)量計(jì)算，控制電容組的投切。以斷路器作開關(guān)元件的無(wú)功補(bǔ)償裝置，控制器發(fā)出的是接點(diǎn)信號(hào)，控制接觸器的吸合或斷開。以晶閘管作開關(guān)元件的無(wú)功補(bǔ)償裝置，控制器器發(fā)出的是晶閘管的觸發(fā)信號(hào)。第二章 控制方案的DSP實(shí)現(xiàn)2.1 引言目前，無(wú)功補(bǔ)償裝置已在電力系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用。無(wú)功電源與有功電源一樣是維護(hù)電力系統(tǒng)穩(wěn)定、保證電能質(zhì)量和安全運(yùn)行必不可少的15。電網(wǎng)中存在的無(wú)功功率有感性的和容性

29、的兩種，由于一般的電網(wǎng)中負(fù)載多為感性，如：異步電機(jī)，變壓器等，傳統(tǒng)的就地?zé)o功補(bǔ)償裝置是通過(guò)單片機(jī)進(jìn)行控制實(shí)現(xiàn)電容器組的投切。但是，電網(wǎng)中存在諧波時(shí)，投切電容有可能發(fā)生電容把高次諧波量放大，更為嚴(yán)重的是如果電容與電網(wǎng)中的感性負(fù)載在某次諧波恰好發(fā)生諧振，電網(wǎng)電壓、電流有可能被無(wú)限放大，造成的后果不堪設(shè)想。因此，在無(wú)功補(bǔ)償?shù)耐瑫r(shí)，對(duì)電網(wǎng)中的諧波量進(jìn)行測(cè)量和消除是非常重要的，且對(duì)系統(tǒng)的無(wú)功進(jìn)行準(zhǔn)確補(bǔ)償也建立在對(duì)系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量的基礎(chǔ)上。然而，傳統(tǒng)的單片機(jī)作為控制器的系統(tǒng)由于受硬件資源與速度的限制，采樣精度不高，每周波的采樣點(diǎn)少，只自出選擇計(jì)算量小的算法，結(jié)果限制了測(cè)量的精度。故本系統(tǒng)采用TI公

30、司生產(chǎn)的DSP TMS320LF2407作為總控制器，指令速度很決，達(dá)30MIPS,更加適合于處理多數(shù)據(jù)、運(yùn)算量大的系統(tǒng)16。同時(shí)具有強(qiáng)大的控制功能，因此使用TMS320LF2407作內(nèi)核帶電力監(jiān)測(cè)的低壓智能無(wú)功補(bǔ)償裝置能更好的滿足實(shí)時(shí)性和精確性的要求。2.2 設(shè)計(jì)任務(wù)1.輸入模擬量(1) 工作電壓及輸入電壓模擬量額定工作電源電壓及額定電壓模擬量220V或380V20%，電源正弦波形，總畸變率不大于5%。(2) 輸入電流模擬量額定輸入電流模擬量： 5A 50Hz 輸入端輸入阻抗： 不大于0.22. 測(cè)量及顯示精度(1) 電壓 各相電壓 0.5%(2) 電流 各相電流 0.5%(3) 有功功率

31、各相及總和 1.0%(4) 無(wú)功功率 各相及總和 1.0%(5) 視在功率 各相及總和 1.0%(6) 頻率 1.0%(7) 功率因數(shù) 1.0%3. 控制要求(1) 控制靈敏度 不大于0.2A(2) 過(guò)電壓保護(hù) 應(yīng)在105%120%之間可調(diào)，動(dòng)作回差6-12V(3) 延時(shí)時(shí)間 10120s可調(diào)(4) 過(guò)電壓分段總時(shí)限 不大于60s(5) 投切動(dòng)作時(shí)間間隔 不小于300s(6) 斷電后所有數(shù)據(jù)保持時(shí)間 不小于72h4.功能要求(1) 功能設(shè)置要求1) 能實(shí)現(xiàn)三線對(duì)稱補(bǔ)償和分相補(bǔ)償組合2) 投入、切除門限設(shè)定值3) 延時(shí)設(shè)定值4) 過(guò)壓保護(hù)設(shè)定值5) 諧波超值保護(hù)設(shè)定值6) 面板功能鍵操作應(yīng)具有容

32、錯(cuò)功能7) 面板設(shè)置應(yīng)具有硬件或軟件閉鎖功能(2) 顯示功能1) 工作電源工作顯示2) 超前、滯后顯示 3) 輸出回路工作狀態(tài)顯示4) 過(guò)壓保護(hù)動(dòng)作顯示5) 控制器應(yīng)具有電網(wǎng)即時(shí)運(yùn)行參數(shù)及設(shè)定值調(diào)顯功能6) 控制器應(yīng)具有監(jiān)測(cè)或統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)調(diào)顯功能7) 諧波超值保打動(dòng)作顯示8) 手動(dòng)、自動(dòng)指示顯示(3) 延時(shí)及加速功能:輸出回路動(dòng)作應(yīng)具有延時(shí)及過(guò)電壓加速動(dòng)作功能。(4) 程序投切功能:手動(dòng)或自動(dòng)投切選擇，自動(dòng)狀態(tài)時(shí)應(yīng)具有自動(dòng)循環(huán)投切。(5) 自檢復(fù)歸功能:控制器每次接通電源應(yīng)進(jìn)行自檢并復(fù)歸輸出回路(即輸出回路處在斷開狀態(tài))。(6) 投切振蕩閉鎖:在輕負(fù)荷時(shí)，控制器應(yīng)有防止投切振蕩的措施。(7) 閉鎖

33、報(bào)警:當(dāng)系統(tǒng)電壓大于或等于一定值(該值可調(diào))，閉鎖控制器投入回路；投切器內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)，閉鎖輸出回路并報(bào)警；執(zhí)行回路發(fā)生異常時(shí)，閉鎖輸出回路并報(bào)警。(8) 數(shù)據(jù)傳輸:用中間體(如抄表器)抄錄實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，用RS-232接口X485接口。2.3 主電路設(shè)計(jì)帶電力監(jiān)測(cè)的智能無(wú)功補(bǔ)償裝置的總電路圖如圖2-1所示。圖 2-1 帶電力監(jiān)測(cè)的無(wú)功補(bǔ)償裝置總電路圖Figure 2-1 charged strength monitor idle work compensation system total circuit diagram該裝置上電后，經(jīng)過(guò)一定延時(shí)，控制器再開始工作，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)三相電壓、三

34、相電流采樣，根據(jù)電壓、電流的值計(jì)算系統(tǒng)無(wú)功功率，并與用戶設(shè)定的投入門限、切除門限相比較，再考慮系統(tǒng)電壓幅值情況確定電容器組的投切，投切命令輸入到觸發(fā)電路，由觸發(fā)電路控制晶閘管在電壓正向峰值時(shí)投入電容器，按照“在保證電壓不越限的前提下，使變壓器從系統(tǒng)中吸收的無(wú)功最小”的原則對(duì)電容器組進(jìn)行控制，能有效改善電壓質(zhì)量，提高功率因數(shù)，降低網(wǎng)絡(luò)損耗?？紤]系統(tǒng)的復(fù)雜性及經(jīng)濟(jì)性，電容器分組采用二進(jìn)制方案，即采用（K-1）個(gè)電容值均為C的電容和一個(gè)電容值為(C/2)的電容，這樣的分組可使組成的電容值有2K級(jí)。最小電容量那一路作為單位電容量，它的大小決定了補(bǔ)償精度。本系統(tǒng)由TMS320LF2407DSP控制，實(shí)時(shí)

35、監(jiān)測(cè)電力系統(tǒng)無(wú)功功率和電壓并跟蹤系統(tǒng)無(wú)功功率的大小，采用晶閘管投切并聯(lián)電容器組的無(wú)功功率補(bǔ)償裝置。該裝置因響應(yīng)速度快、動(dòng)態(tài)性能好，所以能實(shí)現(xiàn)對(duì)決速變化的無(wú)功進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償。該裝置具備完整的顯示控制保護(hù)功能。根據(jù)需要可顯示功率因數(shù)、系統(tǒng)電壓、負(fù)載電流、無(wú)功功率等值。并可實(shí)時(shí)在線設(shè)置投入門限、切除門限、過(guò)壓值、欠壓值、延時(shí)值等參數(shù)。能延時(shí)可調(diào)、過(guò)壓自動(dòng)切除，能有效地提高功率因數(shù)改善電壓質(zhì)量、降低電能損耗、消除電壓波動(dòng)、濾除高次諧波，抑制電壓閃變，減少電壓不平衡，可廣泛應(yīng)用低壓配電系統(tǒng)及工礦企業(yè)，是老式補(bǔ)償裝置理想的更新?lián)Q代產(chǎn)品。2.4主控制器芯片的選取本系統(tǒng)采用T1公司的TMS320LF2407作為

36、主控制器，主要是考慮諧波測(cè)量的準(zhǔn)確性與無(wú)功補(bǔ)償是不可分割的。該芯片是TMS320C2000平臺(tái)下的一種定點(diǎn)DSP芯片，是一款專為控制設(shè)計(jì)的單片機(jī)。處理速度很決，達(dá)到30MIPS，在晶振頻率為20MHz時(shí)，計(jì)算一次64點(diǎn)的FFT運(yùn)算用時(shí)只有611s,特別適合于處理諧波分析。用到的數(shù)字濾波和傅立葉變換等運(yùn)算的微處理器。同時(shí)它又具有低成本、低功耗、高性能的處理能力17。TMS320 LF2407DSP結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)有以下幾個(gè)方面：1. 采用高性能靜態(tài)CMOS技術(shù)，使得供電電壓降為3.3V，減小了控制器的功耗；30MIPS的執(zhí)行速度使得指令周期縮短到33ns(30MHz)，從而提高了控制器的實(shí)時(shí)控制能力

37、。2. 片內(nèi)有高達(dá)32K字的FLASH程序存儲(chǔ)器，高達(dá)1.5K字的數(shù)據(jù)/程序RAM,544字雙口RAM(DARAM)和2K字的單口RAM (SARAM)。3. 兩個(gè)事件管理器模塊EVA和EVB，每個(gè)包括：兩個(gè)16位通用定時(shí)器；8個(gè)16位的脈寬調(diào)制(PWM)通道。他們能夠?qū)崿F(xiàn)：三相反向器控制；PWM的對(duì)稱和非對(duì)稱波形；3個(gè)捕獲單元；片內(nèi)光電編碼器接口電路；16通道A/D轉(zhuǎn)換器控制。4. 可擴(kuò)展的外部存儲(chǔ)器總共192K字：64K字程序存儲(chǔ)器；64K字?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)器；64KI/O尋址空間。5. 看門狗定時(shí)器模塊(WD1)。6. 高性能10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC)的轉(zhuǎn)換時(shí)間為500ns，提供多達(dá)16路的模擬輸

38、入，具有自動(dòng)排序功能，可以同時(shí)采集最多16路的模擬信號(hào)，克服了MCS196單片機(jī)不能同時(shí)采樣多路信號(hào)的缺點(diǎn)。7. 控制器局域網(wǎng)絡(luò)(CAN)2.0B模塊。8. 串行通信接口(SCI)。能與系統(tǒng)中的其他控制器進(jìn)行異步通信(RS232)。9. 16位的串行外設(shè)接口模塊(SPI)。10. 基于鎖相環(huán)的時(shí)鐘發(fā)生器。11. 高達(dá)40多個(gè)可單獨(dú)編程或復(fù)用的通用輸入/輸出引角(GPIO )。方便擴(kuò)展外設(shè)，滿足多數(shù)控制對(duì)像輸入輸出的需求。同時(shí)，它還具有一些特別適用于進(jìn)行大量數(shù)字信號(hào)處理的特點(diǎn)：1. 哈佛結(jié)構(gòu)：程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器獨(dú)立編址；取指和執(zhí)行重疊進(jìn)行；結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，高速緩存，高度并行，大大提高了運(yùn)算速度。

39、2. 硬件乘法器：乘法是DSP的重要組成部分。乘法的速度越快，DSP處理器的性能就越高。它能實(shí)現(xiàn)單指令乘加運(yùn)算和變址運(yùn)算。3. DSP指令：DSP芯片采用特殊的指令。它將多條指令進(jìn)行壓縮，如指令功能壓縮和指令周期縮短(200ns降到20ns以下)，可以在一個(gè)指令周期內(nèi)執(zhí)行多條指令，提高了處理器的速度。4. 流水線：四級(jí)流水線；并行處理；取指、譯碼、取操作數(shù)和執(zhí)行同時(shí)進(jìn)行。5. 在芯片內(nèi)設(shè)置了專門的硬件數(shù)據(jù)指針的逆序?qū)ぶ饭δ?。因頻譜分析的基礎(chǔ)是FFT，從而加快了頻譜分析的過(guò)程。綜合這幾方面原因，采用F2407做主控制器，既能滿足作為控制器的功能，它突出的計(jì)算能力又能快速準(zhǔn)確的分析諧波量，在諧波量

40、超標(biāo)的情況下，停止投入電容器，防止了重大事故的發(fā)生。2.5 硬件設(shè)計(jì)基于DSP的帶電力監(jiān)測(cè)的無(wú)功補(bǔ)償裝置的系統(tǒng)框圖如圖2-1所示。2.5.1 模擬信號(hào)輸入處理單元此模塊包括電壓電流信號(hào)形成回路、低通濾波回路(ALF) 、基準(zhǔn)電壓(VBASE)形成回路、同步方波形成回路。此模塊的作用是將電壓互感器(YH)和電流互感器(LH)二次輸出的電壓、電流模擬量經(jīng)過(guò)上述環(huán)節(jié)處理成大小與輸入量成正比、相位不失真的模擬量，輸入到DSP的A/D轉(zhuǎn)換通道進(jìn)行采樣，將其轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)能接受與識(shí)別的數(shù)字量，再進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及運(yùn)算。根據(jù)采樣定理，采用FFT測(cè)量諧波，若要求準(zhǔn)確測(cè)量2( n=1,2 ,3 )次諧波，則每周波采樣

41、點(diǎn)數(shù)應(yīng)最少為2個(gè)點(diǎn)?？紤]DSP的數(shù)字處理能力突出，適于進(jìn)行線性運(yùn)算的特點(diǎn)，以及測(cè)量精度的要求，取系統(tǒng)的采樣頻率為3200Hz，即每周波采樣64點(diǎn)，可準(zhǔn)確測(cè)量32次諧波量。信號(hào)調(diào)理電路包括信號(hào)衰減和模擬抗混疊濾波器。由互感器得到的電壓電流信號(hào)線性衰減成能輸入DSP的量程范圍，再經(jīng)抗混疊濾波器濾波，輸入DSP的A/D轉(zhuǎn)換器中進(jìn)行采樣和模數(shù)轉(zhuǎn)換。抗混疊濾波器的作用是把電力系統(tǒng)的信號(hào)進(jìn)行低通濾波，濾除高頻分量，使輸入DSP進(jìn)行處理的信號(hào)是滿足奈奎斯特采樣定律()要求的信號(hào)，消除混疊現(xiàn)象，提高FFT的運(yùn)算精度。1.電流信號(hào)形成回路電流互感器T1, T2和T3的原邊電流,為05A，互感器CT，變比為125

42、00/1，則，其中為交流地，對(duì)應(yīng)的直流電平為1.65V。圖2-2 電流信號(hào)形成回路Figure 2-2 electric current signal looping-in2.電壓信號(hào)形成回路電壓互感器的變比為1:1,原邊電阻相對(duì)于110K可以忽略，因此。圖2-3 電壓信號(hào)形成回路Figure 2-3 voltage signal looping-in3. ALF低通濾波電路圖中Dl, D2將輸出信號(hào)鉗制在0-3.3V，保證輸入LF2407A / D轉(zhuǎn)換口的電壓在03.3V之間，以保證其AD轉(zhuǎn)換的正常工作。圖2-4 ALF低通濾波電路Figure 2-4 ALF low-pass filter

43、ing electric circuit令R40=R41=R,C40=C41=C，R42=R1,R43=R2，則：，其中,將數(shù)據(jù)帶入上式，可以算出截止頻率為。由于需計(jì)算到工頻信號(hào)的30次諧波，即需對(duì)50x30= 1500Hz的信號(hào)進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，根據(jù)奈奎斯特采樣定律()，系統(tǒng)的采樣頻率為周波采樣64點(diǎn)，采樣頻率，因此輸入DSP的信號(hào)最高頻率應(yīng)為，即低通濾波器應(yīng)將大于1600Hz的信號(hào)濾除。根據(jù)計(jì)算結(jié)果看出此低通濾波器能滿足要求。系統(tǒng)放大增益,濾波電路輸入信號(hào)為1.65士0.02V的正弦信號(hào)，輸出為1.65士1.5V的正弦信號(hào)LF2407的A/D輸入應(yīng)在03.3V之間，濾波放大電路的輸出能夠滿足D

44、SP的要求。4.基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生回路選用LM117產(chǎn)生穩(wěn)壓電路。輸出,將數(shù)據(jù)代入得。圖2-5 基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生回路Figure 2-5 the voltage reference has the return route5. 同步方波產(chǎn)生回路圖2-6 同步方波產(chǎn)生回路Figure 2-6 The synchronized square-wave has the return route為模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)低通濾波之后的信號(hào)，運(yùn)放起了電壓比較的作用，VAPULSE為03.3V的方波信號(hào)，送入DSP的捕捉引角，通過(guò)DSP的定時(shí)器測(cè)出兩個(gè)上升沿之間的時(shí)間，即通過(guò)測(cè)出正弦信號(hào)過(guò)零點(diǎn)之間的時(shí)間,而得出電網(wǎng)信號(hào)的周期。

45、再由采樣點(diǎn)數(shù)計(jì)算出采樣頻率，以保證同步采樣，消除非同步采樣引起的頻譜泄漏，保證測(cè)量精確性。6. 模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)模數(shù)轉(zhuǎn)換器我們采用LF2407自帶的帶內(nèi)置采樣和保持的A/D轉(zhuǎn)換器，具有10位精度，轉(zhuǎn)換速度最快達(dá)到500ns，并且可以同時(shí)采樣16路信號(hào)。有多個(gè)觸發(fā)源可以啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)換，包括軟件啟動(dòng)、EVA，EVB和外部觸發(fā)(ADCSOC)。模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的排序器包括兩個(gè)獨(dú)立的最多可選擇8個(gè)模擬轉(zhuǎn)換通道的排序器(SEQI和SEQ2)，這兩個(gè)排序器可被級(jí)聯(lián)成個(gè)最多可選擇16個(gè)轉(zhuǎn)換模擬通道的排序器(SEQ)。在這兩種工作方式下，ADC模塊都能夠?qū)σ恍蛄修D(zhuǎn)換進(jìn)行自動(dòng)排序。轉(zhuǎn)換后的數(shù)值結(jié)果保存在該通道相應(yīng)

46、的結(jié)果寄存器中，這樣用戶可以對(duì)同一個(gè)通道進(jìn)行多次采樣，即對(duì)某一通道實(shí)行“過(guò)采樣”，這樣得到的采樣結(jié)果比傳統(tǒng)的采樣結(jié)果分辨率高。2.5.2 LF2407DSP系統(tǒng)模塊該模塊包括LF2407DSP電路，存儲(chǔ)器(SRAM)電路，電源保護(hù)電路，上電復(fù)位電路和串行實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路。1. TMS320LF2407電路LF2407DSP是哈佛結(jié)構(gòu)，程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分別尋址，可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)尋址。LF2407具有16位數(shù)據(jù)線和16位地址線。2407的指令執(zhí)行速度為30MIPS，外部時(shí)鐘選擇10MHz的石英晶振，再通過(guò)內(nèi)部2倍頻得到20MHz的工作頻率。ADCIN00ADCIN5為AD轉(zhuǎn)換器的模擬量輸入，其中AD

47、CIN00, ADCINI、ADCIN2為三相電壓輸入，ADCIN3, ADCIN4,ADCIN5為三相電流量輸入，將三相電壓電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。雙向IO口PC07和PE6,PE7作為控制量(數(shù)字量)輸出和數(shù)字信號(hào)輸入接口，既可以用來(lái)輸出控制晶閘管導(dǎo)通的控制信號(hào)，又可以作為晶閘管導(dǎo)通狀態(tài)輸入接口。SCITXD和SCIRXD接口作為通訊線，CAP1為事件管理器1的捕捉引角，用來(lái)捕捉方波信號(hào)的上升沿，從而測(cè)量電網(wǎng)信號(hào)的周期。IO口PA47作為控制器狀態(tài)顯示，分別代表通訊自動(dòng)、諧波超值保護(hù)、故障、通訊狀態(tài)。圖見附錄一。2. 存儲(chǔ)器電路LF2407自帶32K的Flash，外部可擴(kuò)展64K數(shù)字存儲(chǔ)器和

48、64K程序存儲(chǔ)器。將2407的引角接地，即2407工作在微控制器方式下，即從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器(FLASH EEPROM)的0000h開始程序執(zhí)行，外部擴(kuò)展的存儲(chǔ)器地址分配到8000h開始的地址空間。DS-和PS-分別接2407的DS和PS引角，它們分別為數(shù)據(jù)空間選通引角和程序空間選通引腳，當(dāng)它們?yōu)榈碗娖綍r(shí)，分別表示選通數(shù)據(jù)空間和程序空間。選用的外部存儲(chǔ)器為CYPRESS公司的CY7C102l，是64Kl6 SRAM。其中32K空間擴(kuò)展為程序存儲(chǔ)器，32K空間擴(kuò)展為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。A0A14為地址線的低15位，A15接DS-，即SRAM的0000h-7FFFh為數(shù)據(jù)空間，8000h-FFFFh為程序空

49、間。圖2-7 存儲(chǔ)器電路Figure 2-7 memory electric circuit3. 時(shí)鐘電路圖2-8 時(shí)鐘電路Figure 2-8 clock circuit無(wú)源晶振采用10MHZ，經(jīng)內(nèi)部時(shí)鐘定位(PLL)2倍頻得到2407的主頻為20MHz。PLL采用外部濾波環(huán)電路來(lái)消除抖動(dòng)。如圖2-9所示，濾波環(huán)由C41, C42和R1418組成，與2407接口為PLLF和PLLF2。4. 電源管理電路圖2-9 電源管理電路Figure 2-9 power source management electric circuit電源監(jiān)控芯片選擇了TI公司的TPS7333Q，此芯片可將5V電壓轉(zhuǎn)換

50、成DSP需要的3.3V電平，并有電平監(jiān)控的功能，當(dāng)OUT腳輸出電平小于2.9V時(shí)，RESET就輸出200ms的低電平以重啟DSP19。本系統(tǒng)共有4種不同的電平，+12V、-12V,+5V和+3.3V。它們都由220V電壓供電，由變壓器輸出+12V、-12V, +5V三種不同的電平信號(hào)，再由7912和7812穩(wěn)壓輸出+12V和-12V電平；LM2576-5穩(wěn)壓輸出+5V電平；TPS7333將+5V電平轉(zhuǎn)換為+3.3V電平輸出提供DSP系統(tǒng)需要。5. 串型實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路由于無(wú)功補(bǔ)償控制器要有歷史記錄，所以在系統(tǒng)中必須有實(shí)時(shí)時(shí)間基準(zhǔn)，即時(shí)鐘芯片。在這里，我們選用的是PCF8583，其特點(diǎn)如下所述。PC

51、F8583為帶總線接口的日歷時(shí)鐘芯片，其中還有256字節(jié)的靜態(tài)RAM，由于作為日歷時(shí)鐘器件配有電池供電，可作為RAM的保護(hù)電源，故256字節(jié)的RAM可視為非易失性RAM。 PCF8583具有寬的工作電壓范圍(2.5-6V)；RAM的數(shù)據(jù)保持電源電壓范圍1V-6V；最大工作電流150A()：24或12小時(shí)格式，時(shí)基32.768kHz或50Hz；具有可編程的鬧鐘、定時(shí)和中斷功能。由于TMS320LF2407沒(méi)有專用的時(shí)序引腳，所以本設(shè)計(jì)用軟件來(lái)模擬總線時(shí)序，實(shí)現(xiàn)了串行日歷時(shí)鐘芯片PCF8583與DSP芯片的接口電路及應(yīng)用。其中PCF8583的SCL、SDA分別接F2407的IOPF0和IOPF1引

52、腳。如圖2-11所示，為串型實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片接線圖。由于DSP 用3.3V供電，電池為3.6V，所以設(shè)計(jì)中采用了三個(gè)二極管解決在掉電情況下電池只對(duì)PCF8583供電，而在不掉電情況下PCF8583由3.3V供電，而且電池處于浮充狀態(tài)。圖2-10 串行實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片接線圖Figure 2-10 serial real-time clock chip wiring diagram2.5.3 執(zhí)行單元由于傳統(tǒng)機(jī)械觸頭動(dòng)作速度與工頻電壓和電流的變化速度不匹配，在投切過(guò)程中由于電容器極性的存在產(chǎn)生涌流，難以實(shí)現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償?shù)膬?yōu)化運(yùn)行，且經(jīng)常發(fā)生過(guò)補(bǔ)償。本系統(tǒng)選用晶閘管控制投切電容器，可以10ms的速度將補(bǔ)償投入電

53、網(wǎng)，并嚴(yán)格控制在各相電壓最高點(diǎn)時(shí)合閘，無(wú)涌流沖擊。只在電流過(guò)零時(shí)刻切除，防止產(chǎn)生過(guò)電壓。可以頻繁投切，不損壞電容器。晶閘管的觸發(fā)脈沖由專門的觸發(fā)電路提供，嚴(yán)格保證相序正確。設(shè)有觸發(fā)延時(shí)可調(diào)控制，具備循環(huán)投切功能20。1. 驅(qū)動(dòng)電路本系統(tǒng)中采用了先進(jìn)的過(guò)零觸發(fā)電路，以電壓過(guò)零型光渦雙向晶閘管取代了由分立元件組成的功放電路及脈沖變壓器等脈動(dòng)環(huán)節(jié)，簡(jiǎn)化了觸發(fā)控制電路的結(jié)構(gòu)：同時(shí)，由于無(wú)需考慮與系統(tǒng)電壓的同步問(wèn)題且控制電路與主電路實(shí)現(xiàn)了光電隔離，因而提高了裝置的可靠性。本文中采用MOTOROLA公司生產(chǎn)的MOC3083芯片設(shè)計(jì)三相晶閘管觸發(fā)電路，動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間小于20ms。圖2-12給出的是單相觸發(fā)電路

54、。圖2-11 單級(jí)觸發(fā)電路示意圖Figure 2-11 single stage triggering circuit schematic drawing從理論上講，為了使補(bǔ)償電容器的投入與切除過(guò)程中不引發(fā)主電路的涌流沖擊，即在這一過(guò)程中當(dāng)電容器上的電流始終保持整周期流動(dòng)而沒(méi)有過(guò)渡過(guò)程，必須滿足以下3個(gè)條件，即保持準(zhǔn)備投入的電容器上的電壓為電網(wǎng)線電壓的正或負(fù)峰值；投入選擇在電網(wǎng)線電壓和電容器上的電壓極性相同、峰值相等的時(shí)刻；切除時(shí)只要撤銷觸發(fā)信號(hào)即可，開關(guān)在電流過(guò)零之后會(huì)自行關(guān)斷。由于光耦雙向晶閘管的內(nèi)部帶有過(guò)零檢測(cè)電路，因此由它組成的SCR觸發(fā)電路能夠在不附加同步電路的情況下實(shí)現(xiàn)上述補(bǔ)償電容器的無(wú)過(guò)渡過(guò)程投切。2.晶閘管的選擇晶閘管的電壓值選擇要考慮電網(wǎng)上的電壓，一般按式(2-1)選擇： (2-1)式中為電壓裕度，一般選擇1.11.2； 為電網(wǎng)電壓波動(dòng)系數(shù)，一般選擇1.15； U為電網(wǎng)電壓。晶閘管電流值一般按式(2-2)選擇： (2-2)式中C為電容量(F)。2.5.4 顯示及通訊電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用液晶顯示測(cè)量結(jié)果，并由鍵盤輸入命令，液晶顯示和鍵盤都是由F2407的通用I/O口擴(kuò)展。當(dāng)有鍵按下時(shí)會(huì)產(chǎn)生外部中斷，DSP執(zhí)行中斷程序，即鍵盤掃描和顯示器顯示