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基于ARM和FPGA的低压无功补偿装置的设计

孙宇  
【摘要】:随着中国经济的不断发展,城乡电网中使用感性负荷越来越多。无功补偿引起了越来越多的重视。无功功率会导致电网的电压和功率因数降低,影响电网系统的电能传输质量,增加用电设备的电能损耗。无功功率补偿的技术和设备在低压电网中的作用越来越大。为此,本文设计了一种新型无功功率补偿控制器。 本文首先分析了无功功率补偿的补偿原理,分析比较各种补偿方法,研究其优点和缺点,设计一种基于ARM和FPGA的小型化、可靠性高的低压无功功率补偿控制器。 在硬件设计选择上,选择LPC2290做主控制芯片,CycloneⅡ做数据处理芯片。采用MAX197作为A/D转换芯片完成采集数据的转换。系统还具备实时监测和显示电网系统的电流、电压、无功功率和功率因数等参数。该文分析和比较了目前市场上的电容器投切控制方式并综合考虑,补偿装置的主电路采用晶闸管开关作为控制电容器组投切的执行部件,通过控制晶闸管的导通以确保电容器在最宜时间点并入线路起到抑制涌流的作用。为避免谐波的危害,系统采取串联电抗器的方法抑制谐波。 软件方面,介绍了VerilogHDL语言的特点和μC/OS-II系统的特点。系统软件主要是以模块化处理,然后调用子程序进行控制。系统程序首先要进行电流电压的信号采集,得到电压、电流等参数。在CycloneII里进行数据的运算和处理,处理数据的主要方法为FFT。控制程序主要完成无功功率的比较和电容组的投切。控制投切程序是以电压和无功功率为控制依据,判断无功功率是否越限,如果越限则需要计算补偿量,判断投切的电容量和投切的组数。系统还可以通过CAN总线进行通信。 经过实际运行,证明了本文设计的无功补偿控制器设计合理、响应快、可靠性高,达到了预期的要求。


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