基于LPC2220低壓無功補償控制器設計

　　歷史數(shù)據(jù)的存儲可以對控制器運行狀況進行自我監(jiān)測，對其進行后臺分析后可以用來確定無功補償裝置的性能，分析該地區(qū)電網(wǎng)的實際負荷量以及負荷變化曲線，對于今后的電網(wǎng)維護及其改造均有著很重要的參考價值。控制器需要存儲運行三個月內(nèi)的整點數(shù)據(jù)、投切數(shù)據(jù)和報警數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)量較大，類型也比較多。LPC2220 訪問外部存儲器時必須通過其外部存儲器控制器( EMC) 。EMC 是一個AMBA- AHB 總線上的從模塊, 它為AMBA-AHB 系統(tǒng)總線和外部存儲器提供了一個接口。該模塊可同時支持多達4 組獨立配置的外部存儲器，每組支持M、ROM、Flash(閃存)、Burst ROM等，最大存儲容量為16MB，并通過編程可將數(shù)據(jù)總線寬度配置為8、16、32 位。SST39LF/VF160是一個1M×16的CMOS多功能并行Flash器件，可進行快速擦除(扇區(qū)、塊、芯片)和字編程，具有軟、硬件寫保護功能，掉電數(shù)據(jù)保持時間大于100年。因此，該芯片常應用在大容量數(shù)據(jù)存儲的場合，尤其適用于要求程序、配置或數(shù)據(jù)存儲器可方便和低成本地更新的應用[4]。具體接線方法是LPC2220的CS0接至SST39VF160的CE端。LPC2220的Pin90接的讀信號OE; LPC2220的WE(Pin29)接寫信號SST39VF160的WE端;16位數(shù)據(jù)總線[D0～D15]與LPC2220的[D0～D15]連接; LPC2220外部存儲器的引腳地址輸出線[A1～A20]與SST39VF160芯片的[A0～A19]連接。

　　人機接口單元負擔裝置與操作人員之間的信息交換工作。友好的人機接口對于裝置的使用和維護都是非常重要的[5]。液晶顯示部分可以采用分段式液晶屏，常用256段(32×8)液晶屏控制芯片HT1622，它與主控制器通信只需要4條線，接口非常方便。

　　低壓無功補償控制器工作于變壓器副邊(低壓側)，220V電壓是控制器最易獲得的電源，由電源適配器輸入12V以上的直流電源，經(jīng)7912等器件便可得到穩(wěn)定的12V直流電壓，用于復合開關的控制信號?？紤]到開關電源的高效節(jié)能特點，而內(nèi)部電路工作在高頻開關狀態(tài)，所以自身消耗的能量很低，電源效率可達80%左右，比普通線性穩(wěn)壓電源提高近一倍?？刂破鞲鱾€模塊需要5V、3.3V、12V。MC34063本身包含了DC/DC變換器所需要的主要功能，且價格便宜。它由具有溫度自動補償功能的基準電壓發(fā)生器、比較器、占空比可控的振蕩器，R-S觸發(fā)器和大電流輸出開關電路等組成，能輸出l.5A的開關電流。它能使用最少的外接元件構成開關式升壓變換器、降壓變換器和電源反向器。由MC34063將電壓降到5V，部分提供給外設，同時由REG1117可將電壓降至3.3V和1.8V。

　　控制器與上位機遠程通訊功能可通過使用UART外擴LQ-8100型GPRS傳輸模塊。該模塊具有RS-232數(shù)據(jù)接口，可實現(xiàn)串口透明的無線傳輸，實時穩(wěn)定可靠高速、配置簡單。LQ-8100采用的GPRS技術，實現(xiàn)數(shù)據(jù)分組發(fā)送和接收，用戶永遠在線且按流量計費，迅速降低了服務成本。LQ-8100與終端接線如圖4。

　　無功補償控制器軟件設計

　　軟件設計須在硬件、軟件功能劃分的基礎上進行?？刂破魇莻€多任務、對實時性和可靠性要求比較高的系統(tǒng)。μC/OS-Ⅱ作為嵌入式實時操作系統(tǒng)，具有源代碼公開、可移植、可固化、可裁剪、多任務、任務堆棧、系統(tǒng)服務、中斷管理等特點[6]。在LPC2220上嵌入μC/OS-Ⅱ實時操作系統(tǒng)。μC/OS-Ⅱ進行任務調(diào)度的時候，會把當前任務的CPU寄存器存放到任務的堆棧中，然后當從另一個任務退出時，堆?；謴驮瓉淼墓ぷ骷拇嫫鳎^續(xù)運行原來的任務。控制器軟件體系結構框圖如圖5。底層驅動程序需完成鍵盤讀取、LCD顯示、以及接口的讀寫等底層功能，把代碼封裝成函數(shù)，供上層調(diào)用。操作系統(tǒng)層可將多個“同時”發(fā)生的事件劃分為相對獨立的“任務”，確保事件得到適時處理。用戶任務按照系統(tǒng)所需管理的任務來模塊化地編寫程序。按系統(tǒng)功能可分為采集模塊、計算模塊、投切控制模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、通訊模塊等。整個系統(tǒng)的工作過程是，系統(tǒng)開機數(shù)據(jù)初始化，讀取電網(wǎng)參數(shù)，進行相應計算判斷是否投切電容，輸出控制信號。當整個過程中出現(xiàn)中斷，如修改設定參數(shù)、記錄歷史數(shù)據(jù)等，μC/OS-Ⅱ操作系統(tǒng)可以對中斷進行及時反應，執(zhí)行相應任務。

　　無功補償控制量的選擇直接關系到無功補償?shù)男ЧＲ怨β室驍?shù)為控制量是無功補償?shù)膫鹘y(tǒng)方法之一。但僅以功率因數(shù)作為投切判據(jù)并不能直接反映無功缺額的大小，可能會出現(xiàn)實際無功的總量已經(jīng)很大但功率因數(shù)卻仍在“合理”范圍內(nèi)的情況。所以僅由功率因數(shù)作為投切判據(jù)構成的自動投切裝置無功補償效果較差，甚至在某些負荷狀態(tài)下存在頻繁誤動作的缺陷[7]。如果以無功功率作為投切判據(jù)，由于檢測量與控制目標一致，能夠真正實現(xiàn)無功功率缺多少補多少，超多少切多少的目的，既可避免投切振蕩，又可實現(xiàn)電容器組的一次投切到位，避免了反復試投切對電網(wǎng)和電容器的影響[8]。綜合兩種控制量的優(yōu)缺點，及實際中適用的環(huán)境可能有所不同，在設計無功補償控制器時可采用軟件的方法，設定不同的控制量，或復合控制。電容投切采用三相共補和三相分補相結合的方式，先比較三相無功功率的最小量，由三相共補進行補償，然后再由三相分補的方式補償剩下的無功功率。控制方案軟件框圖如圖6。