電力系統(tǒng)無功功率的平衡是電能質(zhì)量的重要保證。在電力系統(tǒng)0.4kV低壓電網(wǎng)中，采用無功補(bǔ)償的方法來提高功率因數(shù)，減少無功損耗，是改善供電質(zhì)量、減少損耗、提高設(shè)備利用率的重要手段之一。目前低壓無功補(bǔ)償裝置多采用MCU作為主處理器，通過A/D采樣電網(wǎng)的電壓、電流參數(shù)，實(shí)時(shí)計(jì)算電網(wǎng)的無功功率、無功電流或功率因數(shù)，根據(jù)相應(yīng)的控制策略來控制電容器組的投切，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)的無功補(bǔ)償。這類控制器由于A/D采樣精度不高，計(jì)算量較大，對(duì)CPU計(jì)算性能要求高，軟硬件設(shè)計(jì)復(fù)雜且難度大，無功補(bǔ)償精度低，系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間比較長(zhǎng)等，通常只能用于對(duì)無功補(bǔ)償動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度要求不高的場(chǎng)合。鑒于此，本文提出一種基于專用電能計(jì)量芯片+MCU的新型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償控制器。

 

    1 控制器工作原理及硬件設(shè)計(jì)

 

    實(shí)現(xiàn)高精度的無功補(bǔ)償?shù)那疤崾悄軌驕?zhǔn)確的測(cè)量電網(wǎng)的運(yùn)行參數(shù)，包括對(duì)有功功率、無功功率、能量、電網(wǎng)的功率因數(shù)、諧波狀況等參數(shù)的采集和測(cè)量。利用ATT7022A電能計(jì)量芯片可以得到這些參數(shù)的精確值，并且簡(jiǎn)化了軟件的設(shè)計(jì)。在控制策略上，許多無功補(bǔ)償控制器以功率因數(shù)作為投切判據(jù)(實(shí)際上功率因數(shù)的高低并不能直接反映無功缺額的大小)，極易造成在某些情況下頻繁誤動(dòng)。若采用無功電流判據(jù)，這比僅用功率因數(shù)作判據(jù)好些，但也不夠完善。本設(shè)計(jì)采用無功缺額作為主判據(jù)，以功率因數(shù)和電壓作為輔助判據(jù)的綜合判據(jù)，通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償電容器的循環(huán)投切，對(duì)無功補(bǔ)償電容的控制更加合理。本文選用ATT7022A電能計(jì)量芯片搭配8位單片機(jī)ATMGAME168的設(shè)計(jì)方案，可以完成對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)及時(shí)精確地測(cè)量，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)無功補(bǔ)償。

 

    1.1 的結(jié)構(gòu)及性能介紹

 

    ATT7022A是一顆高精度三相電能專用計(jì)量芯片，具有l(wèi)6位A/D轉(zhuǎn)換精度，內(nèi)嵌有專用DSP電路，集成了6路二階sigma-delta ADC、參考電壓電路以及所有功率、能量、有效值、功率因數(shù)以及頻率測(cè)量的數(shù)字信號(hào)處理等電路。

 

    能夠測(cè)量各相以及合相的有功功率、無功功率、視在功率、有功能量以及無功能量，同時(shí)還能測(cè)量各相電流、電壓有效值、功率因數(shù)、相角、頻率等參數(shù)，并支持全數(shù)字域的增益、相位校正，即純軟件校表。有功、無功頻率校驗(yàn)輸出CF1、CF2提供瞬時(shí)有功、無功功率信息，可以直接接到標(biāo)準(zhǔn)表，進(jìn)行誤差校正。ATT7022A提供一個(gè)SPI接口，方便與外部控制器之間進(jìn)行計(jì)量參數(shù)以及校表參數(shù)的傳遞。

 

    計(jì)量模塊主要是將從電壓、電流采樣通道來的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字高通濾波和移項(xiàng)濾波或相位校正進(jìn)行計(jì)算，得到需要的參數(shù)量，包括電壓與電流有效值、功率、頻率、相位角等參數(shù)，并將這些參數(shù)存于計(jì)量參數(shù)寄存器中，通過SPI口將參數(shù)傳給控制器。

 

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