【導(dǎo)讀】下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的。獲得及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉?jī)?nèi)容。在系統(tǒng)硬件上為了滿足比傳統(tǒng)的單片機(jī)控制運(yùn)算速度高，實(shí)時(shí)性好的特。點(diǎn)，采用了16位定點(diǎn)DSPTMS320LF2407作為主控制器。容器的快速，無(wú)弧，無(wú)沖擊投切。在投切原則上，與常見(jiàn)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。最后，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。

　　

【正文】 由 RS232接口與上位機(jī)進(jìn)行通訊，上傳數(shù)據(jù)，便于存儲(chǔ)和查詢。 3T O I O P F 2O R 1T O I O P F 4O R 3O R 2T O I O P F 3O R 4T O I O P F 5I O P F 47 4 F 3 27 4 F 3 2U 2 4 AU 2 5 A1212312U 2 6 A7 4 F 3 23 E X I N T 3 V 3 . 3P 3 01 . 5 KC 2 01 0 u FU 2 0 A7 4 L S 1 42 T O I O P F 2S SS W D P S T 圖 212 鍵盤電路 22 鍵盤有上、下、左、右四個(gè)按鍵，當(dāng)其中任何一個(gè)按下時(shí)，都會(huì)引發(fā)外部中斷，進(jìn)入中斷程序，在中斷程序中判 斷按鍵，并執(zhí)行相應(yīng)命令。 L C D D O 2L C D D 1L C D D 2L C D D 3L C D D 4L C D D 5L C D D 6L C D D 734567891 9U 2 8A 1A 2A 3A 4A 5A 6A 7A 8OES N 7 4 C B T 3 2 4 5 A D EB 1B 2B 3B 4B 5B 6B 7B 8N C11 11 21 31 41 51 71 61 8E L C D D 0E L C D D 1E L C S D 2E L C D D 3E L C D D 4E L C D D 5E L C D D 6E L C D D 7L C D D 0 D 7E L C D C S AE L C D C S BE L C D 0 O / IE L C D R / WE L C D EE L C D D 0E L C D D 1E L C S D 2E L C D D 3E L C D D 4E L C D D 5E L C D D 6E L C D D 71267891 11 31 21 41 51 6GND3C S AC S BO / IR / WED B 0D B 1D B 2D B 3D B 4D B 5D B 6D B 7C O M 1 2 4 0 AVCCVCCV 1 2 VV 3 . 3U 2 95 41 0 圖 213 液晶顯示電路 采用 128 64 的點(diǎn)陣式液晶顯示器，能顯示 40 個(gè)漢字，漢字庫(kù)預(yù)先存儲(chǔ)到程序存儲(chǔ)器中。液晶顯示器是通過(guò) DSP 的 I/O 口模擬 M6800 操作時(shí)序進(jìn)行控制。其中 PB0～ PB7為數(shù)據(jù)輸出，連接 DB0～ DB7，控制信號(hào) E,CSA,CSB,D/I 和 R/W 分別由 PEI～ PE5 控制。接口電路由圖 214 所示。 3. 通訊接口電路 J 1D B 959487654321C 7 4C 7 51234567891 01 11 21 31 41 51 6U 3 1C 1 +C 1 C 2 +C 2 V C CV a +V a G N DT 1 I NR 1 O U TT 2 I NR 2 O U TV C C + 5 VC 7 6C 7 7E S C I T X D / I O P A 0E S C I T X D / I O P A 1R 1 I NT 1 O U TT 2 I NT 2 O U TM A X 2 3 2 圖 214 RS232 通訊接口電路 該電路采用了符合 RS232 標(biāo)準(zhǔn)的驅(qū)動(dòng)芯片 MAX232，進(jìn)行串行通信。 MAX232 芯片功耗低、集成度高， +5V供電，具有兩個(gè)接收和發(fā)送通道。由于 TMS320LF2407 采用 +供電。所以 MAX232 與 TMS320LF2407 之間加了電平匹配電路。 23 第 三 章 動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償控制器的 軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件為匯編語(yǔ)言編程，以提高編譯效 率 [21]。程序遵循模塊化設(shè)計(jì)原則，提高了系統(tǒng)的通用性和維護(hù)的簡(jiǎn)易程度。程序主要包括：初始化、采樣、各種電量的計(jì)算、顯示和控制輸出等子程序。 主程序 主程序的流程圖如圖 215 所示。 DSP 在一個(gè)工頻周期內(nèi)等間隔地采集 64 個(gè)瞬間電壓、電流數(shù)據(jù)后，經(jīng) DSP 處理計(jì)算出電網(wǎng)電壓、電流 (包括零序電流 )、功率因數(shù)、無(wú)功功率、有功功率、電壓電流、 1～ 32次諧波等負(fù)荷參數(shù)值，存儲(chǔ)并送參量到顯示單元顯示，同時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況通過(guò)控制器鍵盤設(shè)置參數(shù)來(lái)控制電容投切。控制器不斷地監(jiān)測(cè)電網(wǎng)負(fù)荷參數(shù)，根據(jù)用戶設(shè)置的參數(shù)情況，形成投切控制字，由輸出環(huán)節(jié)具體完成電容器的正確投切。將輸出的 9 路控制信號(hào)分成 3 組，每組有 3 路控制信號(hào)，可以實(shí)現(xiàn)最多 9 組分補(bǔ)或最多 9 組共補(bǔ)控制，也 可以實(shí)現(xiàn)分補(bǔ)、共補(bǔ)同時(shí)控制，分補(bǔ)、共補(bǔ)的數(shù)量取決于用戶配電參數(shù)設(shè)置和具體電網(wǎng)中電容器的連接情況。 1. 初始化程序：主要完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間的檢測(cè)和初始化、通訊方式的設(shè)置、液晶顯示方式設(shè)置、事件管理器工作方式設(shè)置 (設(shè)置定時(shí)器 )、中斷設(shè)置（中斷寄存器和中斷優(yōu)先級(jí)設(shè)置 )、啟動(dòng)硬件看門狗、禁止開(kāi)關(guān)動(dòng)作等。 2. 顯示方式設(shè)置：主要完成對(duì)液晶顯示的工作方式設(shè)置，初始化液晶顯示頁(yè)面。 3. 掃描鍵盤命令：主要是查詢 I/O 口查看命令輸入，修改系統(tǒng)的參數(shù)。 4. 數(shù)據(jù)處理程序：主要根據(jù)采樣得到的數(shù)據(jù)，應(yīng)用 FFT 算法計(jì)算各相有 效電流、電壓、有功功率、無(wú)功功率等參數(shù)。 5. 控制投切電容程序：根據(jù)計(jì)算得到的參數(shù)，運(yùn)用控制策略控制電容投切，達(dá)到補(bǔ)償無(wú)功功率的目的。 24 開(kāi) 始初 始 化系 統(tǒng) 自 檢延 時(shí) 處 理掃 描 鍵 盤測(cè) 量 頻 率計(jì) 算 采 樣 頻 率采 樣 A / D 轉(zhuǎn) 換存 儲(chǔ) 數(shù) 據(jù)數(shù) 據(jù) 處 理計(jì) 算 各 相 參 數(shù)控 制 投 切 電 容統(tǒng) 計(jì) 投 切 電 容量 及 投 切 后 的P , Q , S出 錯(cuò) 處 理存 儲(chǔ) 并 顯 示 結(jié)果 圖 215 系統(tǒng)流程圖 電容器投切原則 無(wú)功補(bǔ)償?shù)脑砭褪菧?zhǔn)確檢測(cè)三相電路無(wú)功功率 Q，然后根據(jù) Q 值的大小進(jìn)行電容器最優(yōu)投切，從而減小 Q 值，以達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。在被諧波污染的電網(wǎng)中投入電容器進(jìn)行 25 無(wú)功補(bǔ)償時(shí)，應(yīng)注意避免產(chǎn)生諧波的諧振。消除諧波的方法，一般是在電容器上串聯(lián)電抗，來(lái)防止電流的突變。本系統(tǒng)采用實(shí)時(shí)跟 蹤監(jiān)測(cè)電網(wǎng)中的諧波量的方法，在電網(wǎng)中的諧波量超出設(shè)定值時(shí)，停止投入電容器，并報(bào)警，以防止重大事故的發(fā)生。 讀 時(shí) 間 寄 存 器判 斷 是 否 第 一 次進(jìn) 入 中 斷計(jì) 算 頻 率判 斷 是 否 正 確退 出 中 斷置 標(biāo) 志 位存 儲(chǔ) 新 值捕 捉 中 斷 程 序YNYN 圖 216 頻率測(cè)量程序 中斷程序 1. 外部中斷 當(dāng)鍵盤有按鍵按下時(shí)就進(jìn)入外部中斷，執(zhí)行外部中斷子程序。此子程序主要完成鍵盤的掃描和執(zhí)行相應(yīng)于不同按鍵的命令。 其中 ,上、下按鍵控制液晶顯示器顯示內(nèi)容翻頁(yè)和控制光標(biāo)指示的作用。左、右鍵相當(dāng)于 +和 ，即在設(shè)定參數(shù)時(shí)，相對(duì)于系統(tǒng)設(shè)定值的偏差，按左鍵即加個(gè)單位，按右鍵則減一個(gè)單位。在設(shè)定參數(shù) 時(shí)，按下鍵即為確定，則進(jìn)入下一個(gè)參數(shù)的設(shè)定。 2. 定時(shí)器中斷程序 (頻率測(cè)量子程序 ) 定時(shí)器捕捉中斷程序由圖 217 所示。程序主要完成信號(hào)頻率的測(cè)量，當(dāng)測(cè)量值44f56 時(shí)為正確值并存儲(chǔ)新頻率值。 工頻信號(hào)的頻率是 50Hz，但是實(shí)際的電力系統(tǒng)電網(wǎng)信號(hào)由于受到各種月擾，電信號(hào)的頻率也不可避免的出現(xiàn)波動(dòng)?！峨娔苜|(zhì)量電力系統(tǒng)頻率允許偏差》 (GB/T1594595) 對(duì)頻率偏差的限制規(guī)定為：電力系統(tǒng)正常頻率偏差允許值 。當(dāng)系統(tǒng)容量較小時(shí)，偏差值可放寬到土 。用戶沖擊負(fù)荷引起的系統(tǒng)頻率變動(dòng)不得超 過(guò)士 。即電力系統(tǒng)中電壓電流信號(hào)的頻率變化在 50 士 Hz 的范圍內(nèi)。 FFT 運(yùn)算又要求采樣點(diǎn)數(shù)必須是 2 的整數(shù)次冪個(gè)，當(dāng)電網(wǎng)的頻率波動(dòng)時(shí)，采樣的頻率也應(yīng)該隨之改變，否則將產(chǎn)生頻譜泄漏。故本系統(tǒng)在每次采樣前測(cè)量出電網(wǎng)頻率，根據(jù)電網(wǎng)頻率計(jì)算出采樣頻率，以保證同步采樣。 26 串 行 口 中 斷讀 地 址 位地 址 相 同讀 命 令 字接 收 中 斷 ?數(shù) 據(jù) 接 受 處 理通 訊 校 驗(yàn) 處 理接 收 發(fā) 送 ?串 口 中 斷 退 出出 錯(cuò) 處 理數(shù) 據(jù) 發(fā) 送 處 理置 標(biāo) 志 位YYNYN 圖 217 串行口中斷程序 串行口中斷程序主要完成測(cè)量量的上傳和上位機(jī)命令信號(hào)的接收。通訊波特率最大為9600，數(shù)據(jù)格式為： 起始位 數(shù)據(jù)或指令位 較驗(yàn)位 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 要正確實(shí)現(xiàn) DSP 與上位機(jī)的通信，除一般串行通信設(shè)置外，還必須正確設(shè)置 SLEEP位 (SCICTLI 寄存器第 2 位 )，即將所有參與多機(jī)通信的 DSP 的 SLEEP 位都設(shè)成 1，使得他們僅當(dāng)檢測(cè)到地址字節(jié)時(shí)才被中斷，在中斷服務(wù)程序里，將接收到的地址與相應(yīng)軟件設(shè)置的地址 (本機(jī)地址 )相比較，若相同則用戶程序清除 SLEEP 位 ,確保串行通信接口在收到每個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)時(shí)都產(chǎn)生一個(gè)中斷，否則 SLEEP 位保持 1 以接收下一個(gè)地 址 [23]。 串行實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路讀寫程序 對(duì)日歷時(shí)鐘 PCF8583 的讀和寫是通過(guò) 總線來(lái)實(shí)現(xiàn)，下面就對(duì) 總線和對(duì)日歷時(shí)鐘的操作介紹如 下 [22]。 控制字如下圖所示?？刂谱止?jié)的前四位為 1010，在這里是固定的。接下來(lái)的 3 位為塊選擇位 (B2, B1, B0)用來(lái)選擇哪一塊 256 字節(jié)，由于日歷時(shí)鐘只有 256 字節(jié)，所以選B2=B1=B0=0。控制字的最后 位為讀 /寫方式選擇位。置 1 表示進(jìn)行讀操作，清 0 表示寫 27 操作。 1 01 1 0 B2 B1 B0 R/W 具有兩種寫操作 (字節(jié)寫、頁(yè)寫 )和 3 種讀操作 (現(xiàn)行地址讀、隨機(jī) 讀、序列讀 )。日歷時(shí)鐘 PCF8583 對(duì)所有的讀寫方式都要用到。 字節(jié)寫是指向指定片內(nèi) RAM 單元寫入一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù) data 的操作，其數(shù)據(jù)操作格式如下： S SLAW A WORDARD A DATA A P 字節(jié)寫操作以一個(gè)啟動(dòng)位 S 開(kāi)始，主機(jī)發(fā)出控制字選擇寫操作 (SLAW)，然后主機(jī)發(fā)送要寫數(shù)據(jù)的地址單元（ WORDADR)停止位 P 用于中止接收。每個(gè)字節(jié)發(fā)送完，從機(jī)要回送一個(gè)應(yīng)答信號(hào) A。 隨機(jī)讀是按指定的字節(jié)地址讀出一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)的操作。由于要寫入字節(jié)地址，故要先送一個(gè)字節(jié)地址寫操作，然后重復(fù)起始狀態(tài)，讀入個(gè)數(shù) 據(jù)字節(jié)，其數(shù)據(jù)操作格式如下： S SLAW A WORDARD A S SLAR A DATA NA P 隨機(jī)讀字節(jié)操作以啟動(dòng)位開(kāi)始，主機(jī)發(fā)送控制字選擇寫操作 (SLAW)，然后主機(jī)發(fā)送要讀數(shù)據(jù)的地址單元 (WORDADR) ,隨后再啟動(dòng)一個(gè)啟動(dòng)條件和發(fā)送控制字選擇讀操作(SLAR)， LF2407 讀取數(shù)據(jù)后發(fā)送一個(gè)停止條件 ,不回送應(yīng)答信號(hào)。 LF2407 的 IOPF0 和 IOPF1 引腳作為實(shí)施 總線協(xié)議的引腳，這兩個(gè)引腳配置為 I/O口，且通過(guò)配置 IOPF1(SDA)為輸出或輸入方式，就可以完成啟動(dòng)、停止、應(yīng)答功能 及實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)送和接收。讀寫操作由不同的啟動(dòng)、停止、應(yīng)答、接收和發(fā)送組成，這些功能都可以由一系列子程序來(lái)完成。 28 第 四 章 總結(jié)與展望 本文介紹了目前無(wú)功補(bǔ)償裝置的發(fā)展?fàn)顩r，分析了目前應(yīng)用廣泛的幾種無(wú)功補(bǔ)償裝置的原理、性能及適用場(chǎng)合，在此基礎(chǔ)上，為了滿足電力系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性更高的要求，提出了采用 DSP 進(jìn)行控制的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置，并進(jìn)行了系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)。 具體的工作總結(jié)如下： 1. 對(duì)電力系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償原理作了分析，提出諧波測(cè)量的精度決定了電網(wǎng)參數(shù)測(cè)的精度，因此選用計(jì)算精確性高和計(jì)算量 小的算法來(lái)測(cè)量諧波量是關(guān)鍵。 2. 分析了無(wú)功補(bǔ)償裝置的發(fā)展現(xiàn)狀，對(duì)目前流行的幾種無(wú)功補(bǔ)償裝置在原理、性能、使用場(chǎng)所等方面進(jìn)行了比較，提出了采用 DSP 進(jìn)行控制并采用晶閘管控制投切的無(wú)功補(bǔ)償裝置既能快速地補(bǔ)償無(wú)功功率，既滿足電能質(zhì)量的要求，成本又較低，在目前的電網(wǎng)改造中前途廣大。 3. 完成了用 DSP 控制的智能無(wú)功補(bǔ)償裝置的軟硬件設(shè)計(jì)。 通過(guò)半學(xué)