低壓動態無功補償智能控制器

文章摘要：現在多數廠家的控制器，運算單元多以51系列單片機為主，其缺點是：①硬件資源有限，指令功能、運算能力弱。要將信號采樣，電量計算，電網諧波分析，電容器投切，RS-485遠程通訊和近距離RS-232無線通訊功能都由51單片機來完成，存在很多困難；②其外擴芯片多，

現在多數廠家的控制器，運算單元多以51系列單片機為主，其缺點是：①硬件資源有限，指令功能、運算能力弱。要將信號采樣，電量計算，電網諧波分析，電容器投切，RS-485遠程通訊和近距離RS-232無線通訊功能都由51單片機來完成，存在很多困難；②其外擴芯片多，控制器整體結構復雜，可靠性降低；③控制策略單一，遙信能力弱：控制器控制策略是以功率因數為依據，或以無功控制為依據，這種簡單控制策略容易導致電網輕載時控制器誤動作，使線路過補；④控制器保護功能不完善，達不到電力行業標準DL/T597-1996<<低壓無功補償控制器訂貨技術條件>>中所規定的功能。（即控制器應具有過壓、欠壓、投切延時保護功能，電容器投入、切除門限功能，循環投切功能，面板應具有硬件或軟件閉鎖功能，防止小負載時電容器投切振蕩功能，抗干擾功能。）
     鑒于目前無功補償裝置的現狀，本文在比較了多種無功補償裝置的優缺點后，研制了一種基于數字信號處理器為核心的智能低壓無功補償裝置控制器。  
控制器采用TMS320LF2407A芯，該芯片是定點16位控制器中功能最全而又性能最好的。①其內部包含硬件乘法器、累加器、算術邏輯單元、輔助算術單元等多個處理單元，這些單元可以并列同時在一個指令周期內完成計劃任務；②可獨立訪問64K字節的程序存儲器與數據存儲器空間；③內部總線采用并行體系結構，系統中設置了程序讀總線、程序地址總線、數據讀總線、數據寫總線，由于總線是獨立的，故可以同時訪問程序和數據存儲器，同時為處理器提供數據和指令，從而提高了數據吞吐量；④特殊的DSP指令具有單周期乘、加運算；⑤FFT倒位序變址尋址能力以及單周期指令執行時間為25nS和豐富的集成外設接口，這些豐富的資源可以很好地解決51系列單片機難以解決的問題。
     控制器通過采集三相電壓、電流，利用FFT變換算法，得到電網三相功率因數、電壓、電流、有功功率、無功功率、2到13次諧波含量、有功電度、無功電度、電壓，電流畸變率；具有存儲每日整點功率因數、電壓，電流最大值、停電，來電時刻及累計停電時間功能；整點指定日諧波數據；數據存儲期為2個月；128X64大屏幕液晶顯示全中文操作界面、數據，便于用戶操作；具有RS-232、RS-485通訊物理接口，可實現遙信或近距離無線通訊，真正做到了無功補償自動控制與配電參數綜合測控一體化，為城網改造提出的配網自動化、遠程通訊、無人值守等奠定了軟、硬件基礎。 控制器硬件結構框圖如圖：

圖3  控制器硬件結構原理圖
 
軟件編制總體結構框圖和部分模塊流程圖如下：

圖4  軟件總體結構框圖

圖5  底層驅動模塊流程圖


無功補償裝置并聯電容器用的投切開關:在0.4kV級的配電網中，目前無功補償裝置投切電容器開關是用接觸器或晶閘管實現的。若用接觸器投切電容器，缺點是：①投入電容時，由于很難控制在電壓過零時投入，因此易產生涌流、觸點間打火、燒損觸頭；②切除電容器時又不易控制在電流過零切除，使觸頭粘聯

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