低压无功补偿装置中控制器工作原理及软件设计
    

      目前低压无功补偿装置多采用MCU作为主处理器,通过A/D采样电网的电压、电流参数,实时计算电网的无功功率、无功电流或功率因数,根据相应的控制策略来控制电容器组的投切,实现对电网的无功补偿。这类控制器由于A/D采样精度不高,计算量较大,对CPU计算性能要求高,软硬件设计复杂且难度大,无功补偿精度低,系统响应时间比较长等,通常只能用于对无功补偿动态响应速度要求不高的场合。安徽华正电气有限公司提出一种基于专用电能计量芯片+MCU的新型动态无功补偿控制器。 
      1 控制器工作原理及硬件设计 
      实现高精度的无功补偿的前提是能够准确的测量电网的运行参数,包括对有功功率、无功功率、能量、电网的功率因数、谐波状况等参数的采集和测量。利用ATT7022A电能计量芯片可以得到这些参数的精确值,并且简化了软件的设计。在控制策略上,许多无功补偿控制器以功率因数作为投切判据(实际上功率因数的高低并不能直接反映无功缺额的大小),极易造成在某些情况下频繁误动。若采用无功电流判据,这比仅用功率因数作判据好些,但也不够完善。本设计采用无功缺额作为主判据,以功率因数和电压作为辅助判据的综合判据,通过执行机构实现补偿电容器的循环投切,对无功补偿电容的控制更加合理。本文选用ATT7022A电能计量芯片搭配8位单片机ATMGAME168的设计方案,可以完成对电网运行参数及时精确地测量,实现自动无功补偿。 
      1.1 控制器的结构及性能介绍 
      ATT7022A是一颗高精度三相电能专用计量芯片,具有l6位A/D转换精度,内嵌有专用DSP电路,集成了6路二阶sigma-delta ADC、参考电压电路以及所有功率、能量、有效值、功率因数以及频率测量的数字信号处理等电路。 
      能够测量各相以及合相的有功功率、无功功率、视在功率、有功能量以及无功能量,同时还能测量各相电流、电压有效值、功率因数、相角、频率等参数,并支持全数字域的增益、相位校正,即纯软件校表。有功、无功频率校验输出CF1、CF2提供瞬时有功、无功功率信息,可以直接接到标准表,进行误差校正。ATT7022A提供一个SPI接口,方便与外部控制器之间进行计量参数以及校表参数的传递。 
      计量模块主要是将从电压、电流采样通道来的数据进行数字高通滤波和移项滤波或相位校正进行计算,得到需要的参数量,包括电压与电流有效值、功率、频率、相位角等参数,并将这些参数存于计量参数寄存器中,通过SPI口将参数传给控制器。 

2 控制器的软件设计 
   
   低压电网运行的各项参数可通过ATT7022采样、计算得出,CPU不用进行A/D采样数据的处理,这使CPU的运算量大大降低,并且大大简化了软件程序设计,使系统的运行更为精确、可靠。所以,软件设计的重点主要是实现对从ATT7022所得到的各项参数的分析,依托合理的控制策略,进而实现更加合理、可靠地投切电容器和外围接口电路的软件设计等。 
   
   本装置采用的电容器投切的控制策略是以无功缺额为主要判据,并结合功率因数与电压的控制策略。分析电网是否过压和欠压,在保证电压稳定的前提下,分析电网的无功功率,判断功率因数,与设定值比较,决定是否投切电容器以及如何投切更加合理,最大可能的实现对无功功率的补偿。 
   
  系统主程序流程图中ATT7022的初始化,主要是系统的校准,它决定了电网参数测量的精确度,系统的校准包含相位补偿设置、功率增益、相位校正、电压/电流校正、启动电流设置等。

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    收录时间:2015年10月28日 21:19:45 来源:安徽华正电气有限公司 作者:匿名
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