無功補償控制器方案解析

3.2　系統(tǒng)各部分硬件設(shè)計

3.2.1　DSP基本系統(tǒng)的設(shè)計

本系統(tǒng)以TMS320C240芯片為核心，充分利用它高速的運算能力和先進的體系結(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、有效地進行無功補償。

DSP（TMS320C240）是一種為處理數(shù)字信號而專門設(shè)計的高速芯片，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運算可提高10倍甚至100倍。由于采用了硬件實現(xiàn)乘累加運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與上位機通信的接口電路。

3.2.2　數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計

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）進行離散采樣。每周期采樣64點，將其數(shù)字量送入 DSP，進行FFT變換。完成一次數(shù)據(jù)采集的時間（包括多路開關(guān)的開關(guān)時間、采樣保持時間、A/D轉(zhuǎn)換時間還有其他延遲時間）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100kHz，每個A/D最大轉(zhuǎn)換時間為6.6μs，而且可由多種采樣啟動方式：① 程序啟動方式；②時間管理器啟動方式；③外部引腳觸發(fā)啟動方式。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)后依次對模擬量進行采樣。在讀取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)時，采用DSP的外部中斷方式。當ADC轉(zhuǎn)換結(jié)束時，產(chǎn)生一個結(jié)束信號，以此信號引起DSP中斷，通知DSP把數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)存儲器RAM。數(shù)據(jù)采集完成后，將每個通道數(shù)據(jù)逐點采集到內(nèi)存緩沖區(qū)中進行處理。

3.2.3　補償電容器投切控制單元的設(shè)計

補償單元由交流接觸器和電力電容器組成。根據(jù)計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)，即可算出所要補償?shù)?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/無功">無功分量的值，并轉(zhuǎn)化為10路補償開關(guān)的控制信號，將這些信號適當放大，用以控制接觸器，從而投入或切除電容器，進行適時、有效的補償。

在投切方式上，循環(huán)投和循環(huán)切程序是根據(jù)計算結(jié)果所給出的投切標志，控制繼電器回路自動投或自動切電容器組，程序內(nèi)設(shè)有投切狀態(tài)記憶單元，當一組電容器投（或切）之后按循環(huán)自動投切，即“先投先切，后投后切”原則，找出下一組電容器的投切序號，以便于下一次的投切，從而均衡電容器的使用率和壽命，當然這一功能是由DSP和驅(qū)動電路來完成的。