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电力体系无功功率的平衡是电能质量的首要确保。在电力体系0.4kV低压电网中，选用无功抵偿的办法来跋涉功率因数，削减无功损耗，是改进供电质量、削减损耗、跋涉设备运用率的首要办法之一。如今低压无功抵偿设备多选用MCU作为主处理器，经过A/D采样电网的电压、电流参数，实时核算电网的无功功率、无功电流或功率因数，依据相应的操控战略来操控电容器组的投切，完毕对电网的无功抵偿。这类操控器由于A/D采样精度不高，核算量较大，对CPU核算功用恳求高，软硬件计划杂乱且难度大，无功抵偿精度低，体系照料时刻比照长等，通常只能用于对无功抵偿动态照料速度恳求不高的场合。鉴于此，这篇文章提出一种依据专用电能计量芯片+MCU的新式动态无功抵偿操控器。
1 操控器作业原理及硬件计划
完毕高精度的无功抵偿的条件是能够准确的丈量电网的作业参数，包括对有功功率、无功功率、能量、电网的功率因数、谐波状况等参数的搜集和丈量。运用ATT7022A电能计量芯片能够得到这些参数的准确值，并且简化了软件的计划。在操控战略上，许多无功抵偿操控器以功率因数作为投切判据（实习上功率因数的凹凸并不能直接反映无功缺额的巨细），很简略构成在某些状况下再三误动。若选用无功电流判据，这比仅吃苦率因数作判据好些，但也不行完善。本计划选用无功缺额作为主判据，以功率因数和电压作为辅佐判据的概括判据，经过施行组织完毕抵偿电容器的循环投切，对无功抵偿电容的操控愈加合理。这篇文章选用ATT7022A电能计量芯片分配8位单片机ATMGAME168的计划计划，能够完毕对电网作业参数及时准确地丈量，完毕主动无功抵偿。
1.1 的构造及功用介绍
ATT7022A是一颗高精度三相电能专用计量芯片，具有l6位A/D改换精度，内嵌有专用DSP电路，集成了6路二阶sigma-delta ADC、参看电压电路以及悉数功率、能量、有用值、功率因数以及频率丈量的数字信号处理等电路。
能够丈量各相以及合相的有功功率、无功功率、视在功率、有功用量以及无功用量，一同还能丈量各相电流、电压有用值、功率因数、相角、频率等参数，并支撑全数字域的增益、相位校对，即纯软件校表。有功、无功频率校验输出CF1、CF2供应瞬时有功、无功功率信息，能够直接接到标准表，进行过失校对。ATT7022A供应一个SPI接口，便当与外部操控器之间进行计量参数以及校表参数的传递。
计量模块首要是将从电压、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对进行核算，得到需求的参数量，包括电压与电流有用值、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，经过SPI口将参数传给操控器。
1.2 体系首要功用单元
操控器体系原理如图1所示，首要由以下有些构成。
图1 操控器体系硬件原理框图
数据搜集单元：电网的电压、电流别离经过电压、电流互感器，选用差分办法输入给ATT7022的电压通道和电流转道。电压和电流的采样输入回路如图2所示。电压信号的输中选用1：1的电流互感器办法，选用的是SPT204A，电流信号的输中选用电流单端采样办法，选用的是SCT254AK，每个输入通道均参加了抗混叠滤波器。
图2 电压和电流的采样输入电路
操控单元：在概括思考单片机的安稳性、牢靠性、经济性的根底上，选定AVR系列ATmegal28L单片机作为主控芯片。ATmegal28L是一款高功用低功耗的8位微处理器，选用RISC体系构造，有53个可编程的I/O口，2个可编程的USART口，128K字节体系可编程Flash和4K字节的EEPROM，一同支撑片内调试，经过JTAG接口能够便本地对Flash、EEPROM、熔丝位和断定位进行编程。ATmegal28L经过SPI总线接口完毕与ATT7022的通讯，完毕校表数据的写入和寄存器作用的读出。
过零触发模块：操控单元经过对ATT7022的丈量作用剖析、区别，挑选是不是进行无功抵偿，即电容器的投切，由于电容器两头电压不能骤变，电网电压和电容器电压的差值较大时，触发晶闸管会发作很大的电流冲击，为了避免在投切电容器时的电流冲击，有必要在晶闸管两头电压为零时刻投切。所以挑选具有过零触发才调的芯片操控电容器的投切，本操控器选用的是Motorola公司的MOC3083晶闸管。其外部连线如图3所示。
图3 双向晶闸管过零触发电路
人机接口单元：人机接口包括键盘输入和液晶闪现。键盘有断定、退出、跋涉和撤退4个通用按键，可手动改动电容器的投切状况，可切换液晶闪现内容和设置时钟时刻；液晶闪现选用RT12864模块，首要闪现其时各相的电流、电压、功率因数、有功功率、无功功率、各电容器投切状况以及体系时刻等。
通讯单元：RS232/485串口通讯用于与上位机，首要用来进行电网作业参数和操控器作业状况的数据传输、铁电存储器中存储数据的输出及体系时刻的校准等。
数据存储单元：FM24C64为64K位FRAM铁电存储器，其支撑1012次写入，用于保留体系的某些初始值，低压电网作业参数的守时存储，体系缺点状况的存储等功用，以便监控主站随时查阅前史记载。
2 操控器的软件计划
低压电网作业的各项参数可经过ATT7022采样、核算得出，CPU不必进行A/D采样数据的处理，这使CPU的运算量大大下降，并且大大简化了软件程序计划，使体系的作业更为准确、牢靠。所以，软件计划的要害首要是完毕对从ATT7022所得到的各项参数的剖析，依托合理的操控战略，进而完毕愈加合理、牢靠地投切电容器和外围接口电路的软件计划等。
本设备选用的电容器投切的操控战略是以无功缺额为首要判据，并联络功率因数与电压的操控战略。剖析电网是不是过压和欠压，在确保电压安稳的条件下，剖析电网的无功功率，区别功率因数，与设定值比照，挑选是不是投切电容器以及如何投切愈加合理，最大或许的完毕对无功功率的抵偿。
体系主程序流程图中ATT7022的初始化，首要是体系的校准，它挑选了电网参数丈量的准确度，体系的校准包括相位抵偿设置、功率增益、相位校对、电压/电流校对、主张电流设置等。体系软件主程序流程如图4示。