内容发布更新时间 : 2024/5/18 14:09:48星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

低压无功补偿控制器设计原理及结构介绍

电力系统无功功率的平衡是电能质量的重要保证。在电力系统0.4kV低压电网中，采用无功补偿的方法来提高功率因数，减少无功损耗，是改善供电质量、减少损耗、提高设备利用率的重要手段之一。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。鉴于此，本文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 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。 1.2 系统主要功能单元

控制器系统原理如图1所示，主要由以下部分构成。

图1 控制器系统硬件原理框图

数据采集单元：电网的电压、电流分别通过电压、电流互感器，采用差分方式输入给ATT7022的电压通道和电流通道。电压和电流的采样输入回路如图2所示。电压信号的输入采用1：1的电流互感器方式，选用的是SPT204A，电流信号的输入采用电流单端采样方式，选用的是SCT254AK，每个输入通道均加入了抗混叠滤波器。