1 引言

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，各種電力電子裝置在電力、工業(yè)、家庭等各種場(chǎng)合的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，因此而造成的諧波和無(wú)功對(duì)電網(wǎng)的污染日益嚴(yán)重。無(wú)功功率和諧波會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)功率因數(shù)和電壓降低，網(wǎng)絡(luò)傳輸能力下降，電網(wǎng)損耗增加，使電氣設(shè)備得不到充分的利用，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致設(shè)備的損壞。所以諧波抑制和無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)日益引起人們的關(guān)注。晶閘管投切電容器（tsc）由于控制簡(jiǎn)單，成本低廉，在實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用。

在無(wú)功補(bǔ)償裝置中，需要實(shí)時(shí)檢測(cè)電網(wǎng)的頻率，三相電壓、電流有效值，相位以及分析諧波含量；還有復(fù)雜的電容投切控制以及顯示鍵盤(pán)處理部分。如果只采用單個(gè)cpu，很難滿足其要求。因此，在本文采用一片dspic30f6014完成電網(wǎng)周期，三相電壓，每相負(fù)載電流檢測(cè)，以及有功電流，無(wú)功電流，無(wú)功功率的計(jì)算。然后由基于arm7的s3c44b0x完成對(duì)設(shè)備參數(shù)的調(diào)整、電容投切的控制、數(shù)據(jù)的備份、監(jiān)控、lcd顯示、按鍵處理等功能。由于上位機(jī)與下位機(jī)之間通信的數(shù)據(jù)量大，包括電網(wǎng)的頻率，各相電壓的有效值等，若采用中斷方式，過(guò)于頻繁，影響效率。本文采用dma的串行通訊方式，可以在不干涉其它任務(wù)的執(zhí)行的情況下，可靠的完成上位機(jī)與下位機(jī)的通訊，實(shí)踐證明這種方式具有更高的效率，而且補(bǔ)償效果良好。

2 無(wú)功補(bǔ)償裝置系統(tǒng)組成
無(wú)功補(bǔ)償控制器硬件電路設(shè)計(jì)主要包括以下兩個(gè)部分：基于dspic30f的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和以及s3c44b0x的主控系統(tǒng)。主要包括信號(hào)采樣調(diào)理電路、同步信號(hào)捕捉電路、實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路、歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路、輸出驅(qū)動(dòng)電路、控制接口電路、電源電路、通信電路等。整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

（1）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：完成對(duì)交流系統(tǒng)實(shí)時(shí)參數(shù)采集和計(jì)算的功能。信號(hào)調(diào)理電路將電網(wǎng)電壓，電流信號(hào)變?yōu)?～3.3v的交流小信號(hào)，并將電壓抬升1.65v，使之能被單片機(jī)采樣；dspic30f實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)參數(shù)的采集和運(yùn)算。
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件流程如圖2所示。以采集a相電壓和電流為例進(jìn)行討論，三相采集與單相相同，只是需要在6路ad通道之間做轉(zhuǎn)換，并且存儲(chǔ)更多的數(shù)據(jù)。為方便計(jì)算，數(shù)據(jù)采集時(shí)間間隔1.1ms，每個(gè)周期采集120個(gè)點(diǎn)。

圖2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件流程

系統(tǒng)初始化以后，整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)入到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主程序。為了能夠采集一個(gè)完整周期的a相電壓電流信號(hào)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)從a相電壓的過(guò)零點(diǎn)開(kāi)始采集，每次采集進(jìn)行l(wèi).1ms定時(shí)。為了保證無(wú)功電流計(jì)算的精度，每個(gè)周期采集120個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)^[4]。通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以得到電流信號(hào)的離散數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行余弦處理，采用查表法比較合適。每個(gè)周波采集120個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，將一個(gè)周波的120個(gè)采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)的cos(wt)的值求出存放在數(shù)組cos[120]中。進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，查表完成電流值采樣數(shù)據(jù)與余弦值的乘積。將計(jì)算的乘積結(jié)果存放在數(shù)組中，等待uart中斷服務(wù)程序的響應(yīng)，完成一個(gè)周波數(shù)據(jù)的傳送。
（2）主控系統(tǒng)：主控單元采用arm7集成芯片s3c44b0x組成硬件系統(tǒng)，完成交流開(kāi)關(guān)的驅(qū)動(dòng)控制，觸摸屏液晶顯示，歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能。包括s3c44b0x系統(tǒng)電路、外擴(kuò)存儲(chǔ)器模塊電路、觸摸屏和lcd顯示電路和執(zhí)行單元(驅(qū)動(dòng)模塊電路)等。
主控系統(tǒng)為補(bǔ)償裝置的上位機(jī)，負(fù)責(zé)整個(gè)裝置的軟硬件資源的調(diào)度和合理使用，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為補(bǔ)償裝置的下位機(jī)，兩者之間采用uart總線進(jìn)行通信聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)彼此間的數(shù)據(jù)傳輸，控制命令發(fā)送等功能，組成一個(gè)完整的智能動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置。

3 dma通訊方式的實(shí)現(xiàn)
3.1 s3c44b0x串行通訊接口結(jié)構(gòu)
s3c44b0x的uart（通用異步收發(fā)器）單元提供兩個(gè)獨(dú)立的異步串行i/o端口，每個(gè)都可以在中斷和dma兩種模式下工作。它們支持的最高波特率為115.2kbps。每個(gè)uart通道包含兩個(gè)16位fifo（先進(jìn)先出）分別提供給接收和發(fā)送。
dma是direct memory access的縮寫(xiě)。意思是“存儲(chǔ)器直接訪問(wèn)”，它是一種高速的數(shù)據(jù)傳輸操作， 允許在外部設(shè)備和存儲(chǔ)器之間直接讀/寫(xiě)數(shù)據(jù)，即不通過(guò)cpu， 也不需要干預(yù)。整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸操作是在一個(gè)稱為“dma控制器”的控制下進(jìn)行的。cpu除了在數(shù)據(jù)傳輸開(kāi)始和結(jié)束時(shí)做一點(diǎn)處理外， 在傳輸過(guò)程中可以進(jìn)行其他的工作。這樣， 在大部分時(shí)間里,cpu和輸入/輸出設(shè)備都處于并行的操作狀態(tài)。dma的主要優(yōu)勢(shì)是，可在無(wú)cpu干涉的情況下傳送數(shù)據(jù)^[5]。
選定為dma模式，則接收f(shuō)ifo“滿”和發(fā)送fifo“空”的狀態(tài)信號(hào)也可以被連接，以產(chǎn)生dma請(qǐng)求信號(hào)。
3.2 無(wú)功補(bǔ)償裝置中dma通訊的設(shè)置實(shí)現(xiàn)
在無(wú)功補(bǔ)償裝置中，需要實(shí)時(shí)檢測(cè)電網(wǎng)的頻率，三相電壓、電流以及分析諧波含量；還有復(fù)雜的電容投切控制。因此需要上位機(jī)主控系統(tǒng)與下位機(jī)通信的可靠，快速。采用dma的通訊方式可以大大提高通信的可靠性，以及cpu的效率。
上位機(jī)與下位機(jī)的通訊硬件接口如圖3所示。

圖3 上位機(jī)與下位機(jī)的硬件連接

s3c44b0x與dspic30f6014之間的通信通過(guò)兩片max3232芯片，進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換后連接起來(lái)。
上位機(jī)與下位機(jī)通訊的軟件設(shè)計(jì)流程如圖4所示。波特率為9600bps，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無(wú)奇偶校驗(yàn)位。

圖4 dspic30f6014與s3c44b0x的通訊軟件流程圖

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
變壓器：額定容量1200kva、額定電壓0.4kv；
測(cè)試點(diǎn)：變壓器副邊補(bǔ)償裝置插入點(diǎn)前，電壓信號(hào)直接選取；
變比：pt＝1:1、ct＝400:1；
功率變比＝400:1。
補(bǔ)償前后測(cè)量結(jié)果如圖5，圖6所示。

圖5 投入前電壓電流波形

圖6 投入后電壓電流波形

圖5表明：未做補(bǔ)償時(shí)，電網(wǎng)電壓有畸變，電流波形畸變較嚴(yán)重。
圖6表明：補(bǔ)償裝置投入，電網(wǎng)電壓及電流波形趨于正弦化且功率因數(shù)接近1，達(dá)到良好的補(bǔ)償效果。

5 結(jié)束語(yǔ)
基于dspic30f6014的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和s3c44b0x的主控系統(tǒng)構(gòu)成的無(wú)功補(bǔ)償控制器，采用dma的方式實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和下位機(jī)的通訊，提高了cpu的利用率。結(jié)果表明，本無(wú)功補(bǔ)償控制器具有良好的補(bǔ)償效果。

作者簡(jiǎn)介
黃衛(wèi)平(1984-) 男 碩士，研究方向?yàn)殡娏﹄娮幼兞骷夹g(shù)。

參考文獻(xiàn)（略）