基于LPC2220低壓無功補償控制器設計

　　歷史數據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)電網的實際負荷量以及負荷變化曲線，對于今后的電網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的整點數據、投切數據和報警數據。數據量較大，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，并通過編程可將數據總線寬度配置為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，掉電數據保持時間大于100年。因此，該芯片常應用在大容量數據存儲的場合，尤其適用于要求程序、配置或數據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位數據總線[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數據接口，可實現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，實現數據分組發(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?？刂破鬈浖w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，供上層調用。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、數據存儲模塊、通訊模塊等。整個系統(tǒng)的工作過程是，系統(tǒng)開機數據初始化，讀取電網參數，進行相應計算判斷是否投切電容，輸出控制信號。當整個過程中出現中斷，如修改設定參數、記錄歷史數據等，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的效果。以功率因數為控制量是無功補償的傳統(tǒng)方法之一。但僅以功率因數作為投切判據并不能直接反映無功缺額的大小，可能會出現實際無功的總量已經很大但功率因數卻仍在“合理”范圍內的情況。所以僅由功率因數作為投切判據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，由于檢測量與控制目標一致，能夠真正實現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，又可實現電容器組的一次投切到位，避免了反復試投切對電網和電容器的影響[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?？刂品桨杠浖驁D如圖6。