無功補(bǔ)償控制器方案解析

3.2　系統(tǒng)各部分硬件設(shè)計(jì)

3.2.1　DSP基本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)以TMS320C240芯片為核心，充分利用它高速的運(yùn)算能力和先進(jìn)的體系結(jié)構(gòu)來完成有功功率和無功功率的快速檢測和處理，從而適時(shí)、有效地進(jìn)行無功補(bǔ)償。

DSP（TMS320C240）是一種為處理數(shù)字信號(hào)而專門設(shè)計(jì)的高速芯片，適用于大量的高速處理，與通用的微處理器相比，相同函數(shù)的DSP運(yùn)算可提高10倍甚至100倍。由于采用了硬件實(shí)現(xiàn)乘累加運(yùn)算及提供了特殊的位倒序操作指令及乘累加、位移累加等平行數(shù)據(jù)處理指令，使DSP非常適用于進(jìn)行快速傅立葉變換（FFT）。所以DSP作為本系統(tǒng)的控制器非常合適 。

由于TMS320F240內(nèi)含16K閃爍存儲(chǔ)器，所以不需外加EPROM，簡化了DSP的外圍電路（見圖2），而它內(nèi)含的544*16位片內(nèi)數(shù)據(jù)/程序雙口RAM，極大地提高了數(shù)據(jù)的處理速度。DSP的外圍電路由五部分組成：①模數(shù)轉(zhuǎn)換接口電路；②開關(guān)量輸入、輸出接口電路；③測頻輸入電路；④兩片高速RAM;⑤與上位機(jī)通信的接口電路。

3.2.2　數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

由于三相電網(wǎng)滿足關(guān)系式（4），只需采樣兩相的相電流和線電壓，即uac、ubc、ia、ib四路電網(wǎng)參量，通過電壓、電流變換，經(jīng)放大、濾波，使輸出電壓范圍在0～5V，再經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換（A/D）進(jìn)行離散采樣。每周期采樣64點(diǎn)，將其數(shù)字量送入 DSP，進(jìn)行FFT變換。完成一次數(shù)據(jù)采集的時(shí)間（包括多路開關(guān)的開關(guān)時(shí)間、采樣保持時(shí)間、A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間還有其他延遲時(shí)間）為：0. 02*1000000/（64*4）=75μs。

TMS320F240內(nèi)含兩組8路10位A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換速度達(dá)100kHz，每個(gè)A/D最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為6.6μs，而且可由多種采樣啟動(dòng)方式：① 程序啟動(dòng)方式；②時(shí)間管理器啟動(dòng)方式；③外部引腳觸發(fā)啟動(dòng)方式。本系統(tǒng)采用第三種方式，并網(wǎng)完成后即觸發(fā)，每次觸發(fā)后依次對(duì)模擬量進(jìn)行采樣。在讀取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)時(shí)，采用DSP的外部中斷方式。當(dāng)ADC轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)結(jié)束信號(hào)，以此信號(hào)引起DSP中斷，通知DSP把數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM。數(shù)據(jù)采集完成后，將每個(gè)通道數(shù)據(jù)逐點(diǎn)采集到內(nèi)存緩沖區(qū)中進(jìn)行處理。

3.2.3　補(bǔ)償電容器投切控制單元的設(shè)計(jì)

補(bǔ)償單元由交流接觸器和電力電容器組成。根據(jù)計(jì)算出來的有功功率和功率因素相結(jié)合作為投切電容器的判斷依據(jù)，即可算出所要補(bǔ)償?shù)?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/無功">無功分量的值，并轉(zhuǎn)化為10路補(bǔ)償開關(guān)的控制信號(hào)，將這些信號(hào)適當(dāng)放大，用以控制接觸器，從而投入或切除電容器，進(jìn)行適時(shí)、有效的補(bǔ)償。

在投切方式上，循環(huán)投和循環(huán)切程序是根據(jù)計(jì)算結(jié)果所給出的投切標(biāo)志，控制繼電器回路自動(dòng)投或自動(dòng)切電容器組，程序內(nèi)設(shè)有投切狀態(tài)記憶單元，當(dāng)一組電容器投（或切）之后按循環(huán)自動(dòng)投切，即“先投先切，后投后切”原則，找出下一組電容器的投切序號(hào)，以便于下一次的投切，從而均衡電容器的使用率和壽命，當(dāng)然這一功能是由DSP和驅(qū)動(dòng)電路來完成的。