1 引言
隨著電力電子技術的發展，各種電力電子裝置在電力、工業、家庭等各種場合的應用越來越廣泛，因此而造成的諧波和無功對電網的污染日益嚴重。無功功率和諧波會導致系統功率因數和電壓降低，網絡傳輸能力下降，電網損耗增加，使電氣設備得不到充分的利用，嚴重時還會導致設備的損壞。所以諧波抑制和無功補償技術日益引起人們的關注。晶閘管投切電容器（tsc）由于控制簡單，成本低廉，在實際中得到了廣泛的應用。
在無功補償裝置中，需要實時檢測電網的頻率，三相電壓、電流有效值，相位以及分析諧波含量；還有復雜的電容投切控制以及顯示鍵盤處理部分。如果只采用單個cpu，很難滿足其要求。因此，在本文采用一片dspic30f6014完成電網周期，三相電壓，每相負載電流檢測，以及有功電流，無功電流，無功功率的計算。然后由基于arm7的s3c44b0x完成對設備參數的調整、電容投切的控制、數據的備份、監控、lcd顯示、按鍵處理等功能。由于上位機與下位機之間通信的數據量大，包括電網的頻率，各相電壓的有效值等，若采用中斷方式，過于頻繁，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的執行的情況下，可靠的完成上位機與下位機的通訊，實踐證明這種方式具有更高的效率，而且補償效果良好。
2 無功補償裝置系統組成
無功補償控制器硬件電路設計主要包括以下兩個部分：基于dspic30f的數據采集系統和以及s3c44b0x的主控系統。主要包括信號采樣調理電路、同步信號捕捉電路、實時時鐘電路、歷史數據存儲電路、輸出驅動電路、控制接口電路、電源電路、通信電路等。整個系統的結構組成如圖1所示。
圖1 系統硬件結構圖
（1）數據采集系統：完成對交流系統實時參數采集和計算的功能。信號調理電路將電網電壓，電流信號變為0～3.3v的交流小信號，并將電壓抬升1.65v，使之能被單片機采樣；dspic30f實現電網參數的采集和運算。
數據采集系統的軟件流程如圖2所示。以采集a相電壓和電流為例進行討論，三相采集與單相相同，只是需要在6路ad通道之間做轉換，并且存儲更多的數據。為方便計算，數據采集時間間隔1.1ms，每個周期采集120個點。
圖2 數據采集系統的軟件流程
系統初始化以后，整個系統進入到數據采集系統的主程序。為了能夠采集一個完整周期的a相電壓電流信號，數據采集系統從a相電壓的過零點開始采集，每次采集進行l.1ms定時。為了保證無功電流計算的精度，每個周期采集120個點的數據[4]。通過數據采集系統可以得到電流信號的離散數據，對其進行余弦處理，采用查表法比較合適。每個周波采集120個數據點，將一個周波的120個采樣點對應的cos(wt)的值求出存放在數組cos[120]中。進行數據處理時，查表完成電流值采樣數據與余弦值的乘積。將計算的乘積結果存放在數組中，等待uart中斷服務程序的響應，完成一個周波數據的傳送。
（2）主控系統：主控單元采用arm7集成芯片s3c44b0x組成硬件系統，完成交流開關的驅動控制，觸摸屏液晶顯示，歷史數據存儲等功能。包括s3c44b0x系統電路、外擴存儲器模塊電路、觸摸屏和lcd顯示電路和執行單元(驅動模塊電路)等。
主控系統為補償裝置的上位機，負責整個裝置的軟硬件資源的調度和合理使用，數據采集系統為補償裝置的下位機，兩者之間采用uart總線進行通信聯系，實現彼此間的數據傳輸，控制命令發送等功能，組成一個完整的智能動態無功補償裝置。
3 dma通訊方式的實現
3.1 s3c44b0x串行通訊接口結構
s3c44b0x的uart（通用異步收發器）單元提供兩個獨立的異步串行i/o端口，每個都可以在中斷和dma兩種模式下工作。它們支持的最高波特率為115.2kbps。每個uart通道包含兩個16位fifo（先進先出）分別提供給接收和發送。
dma是direct memory access的縮寫。意思是“存儲器直接訪問”，它是一種高速的數據傳輸操作， 允許在外部設備和存儲器之間直接讀/寫數據，即不通過cpu， 也不需要干預。整個數據傳輸操作是在一個稱為“dma控制器”的控制下進行的。cpu除了在數據傳輸開始和結束時做一點處理外， 在傳輸過程中可以進行其他的工作。這樣， 在大部分時間里,cpu和輸入/輸出設備都處于并行的操作狀態。dma的主要優勢是，可在無cpu干涉的情況下傳送數據[5]。
選定為dma模式，則接收fifo“滿”和發送fifo“空”的狀態信號也可以被連接，以產生dma請求信號。
3.2 無功補償裝置中dma通訊的設置實現
在無功補償裝置中，需要實時檢測電網的頻率，三相電壓、電流以及分析諧波含量；還有復雜的電容投切控制。因此需要上位機主控系統與下位機通信的可靠，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。
上位機與下位機的通訊硬件接口如圖3所示。
圖3 上位機與下位機的硬件連接
s3c44b0x與dspic30f6014之間的通信通過兩片max3232芯片，進行電平轉換后連接起來。
上位機與下位機通訊的軟件設計流程如圖4所示。波特率為9600bps，8位數據位，1位停止位，無奇偶校驗位。
圖4 dspic30f6014與s3c44b0x的通訊軟件流程圖
4 實驗結果
變壓器：額定容量1200kva、額定電壓0.4kv；
測試點：變壓器副邊補償裝置插入點前，電壓信號直接選取；
變比：pt＝1:1、ct＝400:1；
功率變比＝400:1。
補償前后測量結果如圖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：未做補償時，電網電壓有畸變，電流波形畸變較嚴重。
圖6表明：補償裝置投入，電網電壓及電流波形趨于正弦化且功率因數接近1，達到良好的補償效果。
5 結束語
基于dspic30f6014的數據采集系統和s3c44b0x的主控系統構成的無功補償控制器，采用dma的方式實現上位機和下位機的通訊，提高了cpu的利用率。結果表明，本無功補償控制器具有良好的補償效果。
作者簡介
黃衛平(1984-) 男 碩士，研究方向為電力電子變流技術。
參考文獻（略）
：鞏經理
：13915946763
：南京塞姆泵業有限公司
