無(wú)功補償控制器方案解析

3.2　系統各部分硬件設計

3.2.1　DSP基本系統的設計

本系統以TMS320C240芯片為核心，充分利用它高速的運算能力和先進(jìn)的體系結構來(lái)完成有功功率和無(wú)功功率的快速檢測和處理，從而適時(shí)、有效地進(jìn)行無(wú)功補償。

DSP（TMS320C240）是一種為處理數字信號而專(zhuān)門(mén)設計的高速芯片，適用于大量的高速處理，與通用的微處理器相比，相同函數的DSP運算可提高10倍甚至100倍。由于采用了硬件實(shí)現乘累加運算及提供了特殊的位倒序操作指令及乘累加、位移累加等平行數據處理指令，使DSP非常適用于進(jìn)行快速傅立葉變換（FFT）。所以DSP作為本系統的控制器非常合適 。

由于TMS320F240內含16K閃爍存儲器，所以不需外加EPROM，簡(jiǎn)化了DSP的外圍電路（見(jiàn)圖2），而它內含的544*16位片內數據/程序雙口RAM，極大地提高了數據的處理速度。DSP的外圍電路由五部分組成：①模數轉換接口電路；②開(kāi)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　數據采集系統的設計

由于三相電網(wǎng)滿(mǎn)足關(guān)系式（4），只需采樣兩相的相電流和線(xiàn)電壓，即uac、ubc、ia、ib四路電網(wǎng)參量，通過(guò)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(guò)數模轉換（A/D）進(jìn)行離散采樣。每周期采樣64點(diǎn)，將其數字量送入 DSP，進(jìn)行FFT變換。完成一次數據采集的時(shí)間（包括多路開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)時(shí)間、采樣保持時(shí)間、A/D轉換時(shí)間還有其他延遲時(shí)間）為：0. 02*1000000/（64*4）=75μs。

TMS320F240內含兩組8路10位A/D轉換器，轉換速度達100kHz，每個(gè)A/D最大轉換時(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(jìn)行采樣。在讀取轉換數據時(shí)，采用DSP的外部中斷方式。當ADC轉換結束時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)結束信號，以此信號引起DSP中斷，通知DSP把數據存入數據存儲器RAM。數據采集完成后，將每個(gè)通道數據逐點(diǎn)采集到內存緩沖區中進(jìn)行處理。

3.2.3　補償電容器投切控制單元的設計

補償單元由交流接觸器和電力電容器組成。根據計算出來(lái)的有功功率和功率因素相結合作為投切電容器的判斷依據，即可算出所要補償的無(wú)功分量的值，并轉化為10路補償開(kāi)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(jìn)行適時(shí)、有效的補償。

在投切方式上，循環(huán)投和循環(huán)切程序是根據計算結果所給出的投切標志，控制繼電器回路自動(dòng)投或自動(dòng)切電容器組，程序內設有投切狀態(tài)記憶單元，當一組電容器投（或切）之后按循環(huán)自動(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，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和驅動(dòng)電路來(lái)完成的。