【導(dǎo)讀】控制的低壓動態(tài)無功補(bǔ)償裝置。作為無功補(bǔ)償控制器和電網(wǎng)監(jiān)測器的統(tǒng)一體，該裝置以實(shí)時。的電網(wǎng)監(jiān)測數(shù)據(jù)為依據(jù)，以城鎮(zhèn)低壓網(wǎng)的最佳無功補(bǔ)償為對象。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)時性好的特點(diǎn)。全中文液晶顯示界面實(shí)時顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀況，完全實(shí)現(xiàn)了電容器的快速，無弧，無沖擊投切，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)計并制作了較為完整的控制電路及其。它們包括觸發(fā)電路、采樣電路、顯示電路及通訊電路等。最后，對無功補(bǔ)償裝置的發(fā)展和DSP控制技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行展望。

　　

【正文】 式中 1K 為電壓裕度，一般選擇 ～ ； ZK 為電網(wǎng)電壓波動系數(shù)，一般選擇 ； U為電網(wǎng)電壓。 晶閘管電流值一般按式 (22)選擇： ***學(xué)院 2021 屆畢業(yè)論文 21 ??? CUI SCR ? (22) 式中 C 為電容量 (μF)。 顯示及通訊電路設(shè)計 本系統(tǒng)采用液晶顯示測量結(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)有鍵按下時會產(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程序。信號經(jīng)運(yùn)算處理后，可由液晶顯示器顯示結(jié)果，便于觀察，也可由 RS232 接口與上位機(jī)進(jìn)行通訊，上傳數(shù)據(jù)，便于存儲和查詢。 1. 鍵盤電路 圖 212 鍵盤電路 Figure 212 keyboard electric circuit 鍵盤有上、下、左、右四個按鍵，當(dāng)其中任何一個按下時，都會引發(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。 ***學(xué)院 2021 屆畢業(yè)論文 22 圖 213 液晶顯示電路 Figure 213 liquid crystal display electric circuit 采用 12864 的點(diǎn)陣式液晶顯示器，能顯示 40 個漢字，漢字庫預(yù)先存儲到程序存儲器中。液晶顯示器是通過 DSP 的 I/O 口模擬 M6800 操作時序進(jìn)行控制。其中 PB0～ PB7 為數(shù)據(jù)輸出，連接 DB0～ DB7，控制信號 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 圖 214 RS232 通訊接口電路 Figure 214 RS232 munication interface circuit 該電路采用了符合 RS232 標(biāo)準(zhǔn)的驅(qū)動芯片 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。 軟件設(shè)計 系統(tǒng)軟件為匯編語言編程，以提高編譯效率 [21]。程序遵循模塊化設(shè)計原則，提高了系統(tǒng)***學(xué)院 2021 屆畢業(yè)論文 23 的 通用性和維護(hù)的簡易程度。程序主要包括：初始化、采樣、各種電量的計算、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 在一個工頻周期內(nèi)等間隔地采集 64 個瞬間電壓、電流數(shù)據(jù)后，經(jīng) DSP 處理計算出電網(wǎng)電壓、電流 (包括零序電流 )、功率因數(shù)、無功功率、有功功率、電壓電流、 1～ 32 次諧波等負(fù)荷參數(shù)值，存儲并送參量到顯示單元顯示，同時根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況通過控制器鍵盤設(shè)置參數(shù)來控制電容投切?？刂破鞑粩嗟乇O(jiān)測電網(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 路控制信號分成 3 組，每組有 3 路控制信號，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)存儲空間的檢測和初始化、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)置定時器 )、中斷設(shè)置（中斷寄存器和中斷優(yōu)先級設(shè)置 )、啟動硬件看門狗、禁止開關(guān)動作等。 2. 顯示方式設(shè)置：主要完成對液晶顯示的工作方式設(shè)置，初始化液晶顯示頁面。 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 算法計算各相有效電流、電壓、有功功率、無功功率等參數(shù)。 5. 控制投切電容程序：根據(jù)計算得到的參數(shù)，運(yùn)用控制策略控制電容投切，達(dá)到補(bǔ)償無功功率的目的。 ***學(xué)院 2021 屆畢業(yè)論文 24 開 始初 始 化系 統(tǒng) 自 檢延 時 處 理掃 描 鍵 盤測 量 頻 率計 算 采 樣 頻 率采 樣 A / D 轉(zhuǎn) 換存 儲 數(shù) 據(jù)數(shù) 據(jù) 處 理計 算 各 相 參 數(shù)控 制 投 切 電 容統(tǒng) 計 投 切 電 容量 及 投 切 后 的P , Q , S出 錯 處 理存 儲 并 顯 示 結(jié)果 圖 215 系統(tǒng)流程圖 Figure 215 system flow chart ***學(xué)院 2021 屆畢業(yè)論文 25 電容器投切原則 無功補(bǔ)償?shù)脑砭褪菧?zhǔn)確檢測三相電路無功功率 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)行無功補(bǔ)償時，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，來防止電流的突變。本系統(tǒng)采用實(shí)時跟蹤監(jiān)測電網(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，停止投入電容器，并報警，以防止重大事故的發(fā)生。 讀 時 間 寄 存 器判 斷 是 否 第 一 次進(jìn) 入 中 斷計 算 頻 率判 斷 是 否 正 確退 出 中 斷置 標(biāo) 志 位存 儲 新 值捕 捉 中 斷 程 序YNYN 圖 216 頻率測量程序 Figure 216 frequency measurement procedure 中斷程序 1. 外部中斷 當(dāng)鍵盤有按鍵按下時就進(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，相對于系統(tǒng)設(shè)定值的偏差，按左鍵即加個單位，按右鍵則減一個單***學(xué)院 2021 屆畢業(yè)論文 26 位。在設(shè)定參數(shù)時，按下鍵即為確定，則進(jìn)入下一個參數(shù)的設(shè)定。 2. 定時器中斷程序 (頻率測量子程序 ) 定時器捕捉中斷程序由圖 217 所示。程序主要完成信號頻率的測量，當(dāng)測量值 44f56時為正確值并存儲新頻率值。 工頻信號的頻率是 50Hz，但是實(shí)際的電力系統(tǒng)電網(wǎng)信號由于受到各種月擾，電信號的頻率也 不可避免的出現(xiàn)波動?！峨娔苜|(zhì)量電力系統(tǒng)頻率允許偏差》 (GB/T1594595) 對頻率偏差的限制規(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，偏差值可放寬到土 。用戶沖擊負(fù)荷引起的系統(tǒng)頻率變動不得超過士 。即電力系統(tǒng)中電壓電流信號的頻率變化在 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，當(dāng)電網(wǎng)的頻率波動時，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)在每次采樣前測量出電網(wǎng)頻率，根據(jù)電網(wǎng)頻率 計算出采樣頻率，以保證同步采樣。 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 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 Figure 217 serial port interrupt routine ***學(xué)院 2021 屆畢業(yè)論文 27 串行口中斷程序主要完成測量量的上傳和上位機(jī)命令信號的接收。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)檢測到地址字節(jié)時才被中斷，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數(shù)據(jù)字節(jié)時都產(chǎn)生一個中斷，否則 SLEEP 位保持 1 以接收下一個地址 [23]。 串行實(shí)時時鐘電路讀寫程序 對日歷時鐘 PCF8583 的讀和寫是通過 CI2 總線來實(shí)現(xiàn)，下面就對 CI2 總線和對日歷時鐘的操作介紹如下 [22]。 CI2 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。接下來的 3 位為塊選擇位 (B2, B1, B0)用來選擇哪一塊 256 字節(jié)，由于日歷時鐘只有 256 字節(jié)，所以選B2=B1=B0=0?？刂谱值淖詈?位為讀 /寫方式選擇位。置 1 表示進(jìn)行讀操作，清 0 表示寫操作。 1 01 1 0 B2 B1 B0 R/W CI2 具有兩種寫操作 (字節(jié)寫、頁寫 )和 3 種讀操作 (現(xiàn)行地址讀、隨機(jī)讀、序列讀 )。日歷時鐘 PCF8583 對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)寫操作以一個啟動位 S 開始，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。每個字節(jié)發(fā)送完，從機(jī)要回送一個應(yīng)答信號 A。 隨機(jī)讀是按指定的字節(jié)地址讀出一個字節(jié)數(shù)據(jù)的操作。由于要寫入字節(jié)地址，故要先送***學(xué)院 2021 屆畢業(yè)論文 28 一個字節(jié)地址寫操作，然后重復(fù) 起始狀態(tài)，讀入個數(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 n NA P 隨機(jī)讀字節(jié)操作以啟動位開始，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) ,隨后再啟動一個啟動條件和發(fā)送控制字選擇讀操作 (SLAR)，LF2407 讀取數(shù)據(jù)后發(fā)送一個停止條件 ,不回送應(yīng)答信號。 LF2407 的 IOPF0 和 IOPF1 引腳作為實(shí)施 CI2 總線協(xié)議的引腳，這兩個引腳配置為 I/O 口，且通過配置 IOPF1(SDA)為輸出或輸入方式，就可以完成啟動、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、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完成。 可靠性、抗擾性設(shè)計 在設(shè)計電路過程中，要考慮至 }產(chǎn)品以后的應(yīng)用環(huán)境，通常應(yīng)作最壞打算，因此，在設(shè)計過程中，可靠性、抗擾性是系統(tǒng)設(shè)計中必須考慮的關(guān)鍵問題，需要在設(shè)計過程中盡量考慮有可能產(chǎn)生的干擾源，并依據(jù)產(chǎn)生干擾源的類型，來采取相應(yīng)的措施。對本系統(tǒng)，由于用到了DSP 種高頻器件，其工作頻率為 20MHz，與工頻電網(wǎng)信號之間的干擾是明顯 的。因此，在對本系統(tǒng)的設(shè)計過程中，主要采取了以下的硬件和軟件措施： 1. 硬件設(shè)施： (1) 提高印刷版的質(zhì)量。本系統(tǒng)采用了模擬信號與數(shù)字信號分別布線的方法，即輸入模擬信號處理與 DSP 控制部分分為兩個 PCB 板，中間通過一點(diǎn)接地，以減小模擬信號與數(shù)字信號的干擾。 (2)設(shè)置看門狗電路來進(jìn)行硬件復(fù)位。 (3)采樣系統(tǒng)中，對輸入信號進(jìn)行模擬濾波，去除了頻率大于二分之一采樣頻率的信號，避免產(chǎn)生 “頻率混疊 ”現(xiàn)象。 (1)程序自檢措施； (2)使用軟件陷阱，即在程序的孔隙處、轉(zhuǎn)移指令之后和程序存儲器中的空 白區(qū)設(shè)置引導(dǎo)失控程序進(jìn)入指定的指令操作，使失控程序最終回復(fù)到系統(tǒng)程序入口處 [24]。 ***學(xué)院 2021 屆畢業(yè)論文 29 第三章 總結(jié)與展望 本文介紹了目前無功補(bǔ)償裝置的發(fā)展?fàn)顩r，分析了目前應(yīng)用廣泛的幾種無功補(bǔ)償裝置的原理、性能及適用場合，在此基礎(chǔ)上，為了滿足電力系統(tǒng)對實(shí)時性更高的要求，提出了采用DSP 進(jìn)行控制的動態(tài)無功補(bǔ)償裝置，并進(jìn)行了系統(tǒng)軟硬件設(shè)計。 具體的工作總結(jié)如下： 1. 對電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償原理作了分析，提出諧波測量的精度決定了電網(wǎng)參數(shù)測的精度，因此選用計算精確性高和計算量小的算法來測量諧波 量是關(guān)鍵。 2. 分析了無功補(bǔ)償裝置的發(fā)展現(xiàn)狀，對目前流行的幾種無功補(bǔ)償裝置在原理、性能、使用場所等方面進(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功補(bǔ)償裝置既能快速地補(bǔ)償無功功率，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 控制的智能無功補(bǔ)償裝置的軟硬件設(shè)計 。 通過半學(xué)期的研究，取得了一定的成果，但工作中還有一些不足之處，采用 DSP 進(jìn)行控制的無功補(bǔ)償裝置在系統(tǒng)抗干擾性的研究還需進(jìn)一步深入，爭取在今后的工作中將理論上的一些新成果應(yīng)用到電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償裝置中。 ***學(xué)院 2021 屆畢業(yè)論文 30 致 謝 在 完成論文的過程中 ，很多人給予了我關(guān)心、支持和幫助。在論文將要完成之際，我對他們表示衷心的感謝 ！ 首先，我要感謝的是我的 指導(dǎo)老師龐 教授！在我的學(xué)習(xí)生活中，始終得到了 龐 老師的悉心指導(dǎo)和熱情關(guān)懷。 老師 嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)、求實(shí)、創(chuàng)新的工作作風(fēng)，淵博的知識和坦誠正直的優(yōu)秀品格，給我