【正文】 在論文將要完成之際，我對(duì)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。 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。 2. 分析了無功補(bǔ)償裝置的發(fā)展現(xiàn)狀，對(duì)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。 ***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(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)無功補(bǔ)償裝置，并進(jìn)行了系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)。 (3)采樣系統(tǒng)中，對(duì)輸入信號(hào)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(hào)，避免產(chǎn)生 “頻率混疊 ”現(xiàn)象。本系統(tǒng)采用了模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)分別布線的方法，即輸入模擬信號(hào)處理與 DSP 控制部分分為兩個(gè) PCB 板，中間通過一點(diǎn)接地，以減小模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的干擾。對(duì)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(hào)之間的干擾是明顯 的。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完成。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(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 n NA P 隨機(jī)讀字節(jié)操作以啟動(dòng)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(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)。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。日歷時(shí)鐘 PCF8583 對(duì)所有的讀寫方式都要用到。置 1 表示進(jìn)行讀操作，清 0 表示寫操作。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(shí)鐘只有 256 字節(jié)，所以選B2=B1=B0=0。 CI2 控制字如下圖所示。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(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]。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(jì)算出采樣頻率，以保證同步采樣。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)。當(dāng)系統(tǒng)容量較小時(shí)，偏差值可放寬到土 。 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)。 2. 定時(shí)器中斷程序 (頻率測量子程序 ) 定時(shí)器捕捉中斷程序由圖 217 所示。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***學(xué)院 2021 屆畢業(yè)論文 26 位。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。本系統(tǒng)采用實(shí)時(shí)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(shí)，停止投入電容器，并報(bào)警，以防止重大事故的發(fā)生。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(shí)，應(yīng)注意避免產(chǎn)生諧波的諧振。 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)償無功功率的目的。 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)。 1. 初始化程序：主要完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(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、禁止開關(guān)動(dòng)作等?？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。 主程序 主程序的流程圖如圖 215 所示。程序遵循模塊化設(shè)計(jì)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。所以 MAX232 與 TMS320LF2407 之間加了電平匹配電路。 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。接口電路由圖 214所示。液晶顯示器是通過 DSP 的 I/O 口模擬 M6800 操作時(shí)序進(jìn)行控制。 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(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。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程序。 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)。由于光耦雙向晶閘管的內(nèi)部帶有過零檢測電路，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)償電容器的無過渡過程投切。圖 212 給出的是單相觸發(fā)電路。 1. 驅(qū)動(dòng)電路 本系統(tǒng)中采用了先進(jìn)的過零觸發(fā)電路，以電壓過零型 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)，簡化了觸發(fā)控制電路的結(jié)構(gòu)：同時(shí)，由于無需考慮與系統(tǒng)電壓的同步問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。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。只在電流過零時(shí)刻切除，防止產(chǎn)生過電壓。 圖 210 串行實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片接線圖 Figure 210 serial realtime clock chip wiring diagram 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，在投切過程中由于電容器極性的存在產(chǎn)生涌流，難以實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償?shù)膬?yōu)化運(yùn)行，且經(jīng)常發(fā)生過補(bǔ)償。如圖 211 所示，為串型實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片接線圖。 由于 TMS320LF2407 沒有專用的 CI2 時(shí)序引腳，所以本設(shè)計(jì)用軟件來模擬 CI2 總線時(shí)序，實(shí)現(xiàn)了 CI2 串行日歷時(shí)鐘 芯片 PCF8583與 DSP芯片的接口電路及應(yīng)用。 PCF8583 具有寬的工作電壓范圍 ()； RAM 的數(shù)據(jù)保持電源電壓范圍 1V6V；最大工作電流 150181。在這里，我們選用的是 PCF8583，其特點(diǎn)如下所述。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； LM25765 穩(wěn)壓輸出 +5V 電平； TPS7333 將 +5V 電平轉(zhuǎn)換為 + 電平輸出提供 DSP系統(tǒng)需要。 4. 電 源管理電路 圖 29 電源管理電路 Figure 29 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)換成 DSP 需要的 電平，并有電平監(jiān)控的功能，當(dāng) OUT 腳輸出電平小于 時(shí)， RESET 就輸出 200ms 的低電平以重啟 DSP[19]。 PLL 采用外部濾波環(huán)電路來消除抖動(dòng)。 A0～ A14 為地址線的低 15 位， A15 接 DS，即 SRAM 的 0000h7FFFh 為數(shù)據(jù)空間，8000hFFFFh 為程序空間。選用的外部存儲(chǔ)器為 CYPRESS 公司的CY7C102l，是 64K l6 SRAM。將 2407 的MCMP\ 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。 圖見附錄一。 SCITXD 和 SCIRXD 接口作為通訊線， CAP1 為事件管理器 1 的捕捉引角，用來捕捉方波信號(hào)的上升沿，從而測量電網(wǎng)信號(hào)的周期。 ADCIN00～ ADCIN5 為 AD 轉(zhuǎn)換器的模擬量輸入，其中 ADCIN00, 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。 LF2407***學(xué)院 2021 屆畢業(yè)論文 17 具有 16 位數(shù)據(jù)線和 16 位地址線。 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。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。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)。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，保證測量精確性。輸出6316263 )1( RIRRV ADre f ???,將數(shù)據(jù)代入得 VVref ? 。系統(tǒng)放大增益 12 ????? RRA up ,濾波電路輸入信號(hào)為 ，輸出為 士 的正弦信號(hào) LF2407 的 A/D 輸入應(yīng)在 0～ 之間，濾波放大電路的輸出能夠滿足 DSP 的要求。 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)確測量，根據(jù)奈奎斯 特采 樣定 律 ( hs ff 2? ) ，系 統(tǒng)的 采樣 頻率 為周 波采樣 64 點(diǎn) ，采 樣頻率***學(xué)院 2021 屆畢業(yè)論文 15 Hzf s 32021450 ??? ，因此輸入 DSP 的信號(hào)最高頻率應(yīng)為 Hzff sh 16002 ?? ，即低通濾波器應(yīng)將大于 1600Hz 的信號(hào)濾除。 ***學(xué)院 2021 屆畢業(yè)論文 14 圖 23 電壓信號(hào)形成回路 Figure 23 voltage signal loopingin 3. ALF 低通濾波電路 圖中 Dl, D2 將輸出信號(hào)鉗制在 ，保證輸入 LF2407A / D 轉(zhuǎn)換口的電壓在 0～ 之間，以保證其 AD 轉(zhuǎn)換的正常工作。 電流互感器 T1, T2 和 T3 的原邊電流 1I ,為 0～ 5A，互感器 CT，變比為 12500/1，則refVIRV ?? 1250011160 ，其中 ref 為交流地，對(duì)應(yīng)的直流電平為 。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。考慮 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)確測量 32 次諧波量。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***學(xué)院 2021 屆畢業(yè)論文 13 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。 硬件設(shè)計(jì) 基于 DSP 的帶電力監(jiān)測的無功補(bǔ)償裝置的系統(tǒng)框圖如圖 21 所示。因頻譜分析的基礎(chǔ)是 FFT，從而加快了頻譜分析的過程。 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。 3. DSP 指令： DSP 芯片采用特殊的指令。乘法的速度越快， DSP 處理器的性能就越高。 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。 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 )。 9. 16 位的串行外設(shè)接口模塊 (SPI)。 8. 串行通信接口 (SCI)。 ***學(xué)院 2021 屆畢業(yè)論文 12 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)。 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。