基于ARM和C8051的高压无功补偿控制系统的设计

论文摘要

本文在分析无功补偿的工作原理、方法和控制策略的基础上,基于国内电力市场的需求现状,考虑到无功补偿的实现条件和经济适应性,设计了一种以10KV配电网为补偿对象的高压无功补偿控制器。为满足现代无功补偿的快速性和精度要求,该文设计的高压无功补偿控制器采用了双CPU结构,控制器包括采集单元和控制单元两部分,采集单元以FLASH型8位单片机C8051F040为核心,控制单元以32位ARM7核LPC2290为核心,并且移植了uC/OS-II嵌入式操作系统。通过C8051F040的ADC12采集瞬时两相线电压和单相相电流信号,计算出了电压有效值和电流有效值,根据电路理论,计算电网的有功功率P,无功功率Q,视在功率S,功率因数COSφ等重要参数。在分析了各种无功补偿控制策略的基础上,采用母线电压和无功功率复合判据控制投切,在九区图控制策略基础上,进一步细分九区图,将容易产生震荡的临界区域划分出来,采取单独的控制策略控制。控制器扩展了256色的伪彩屏和触摸屏,使其有更好的人机交互界面,控制器的原始运行参数存储在扩展的256M的电子硬盘中,并且还可以存储大量的实时系统数据。控制器还扩展了以太网接口,方便控制器直接接入工业以太网,实现了控制器的远程控制和管理。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 无功补偿的发展趋势及现状
• 1.2.1 早期无功补偿技术
• 1.2.2 现代无功补偿技术
• 1.2.3 国内外补偿控制设备研究现状
• 1.3 本论文主要的研究内容
• 第2章 无功补偿基本原理
• 2.1 无功补偿基本概念
• 2.2 无功补偿原理
• 2.3 无功补偿容量的确定
• 2.3.1 从提高功率因数需要确定补偿容量
• 2.3.2 从降低线损需要确定补偿容量
• 2.3.3 从提高运行电压需要确定补偿容量
• 2.4 无功功率补偿方式
• 2.5 无功功率补偿的作用
• 2.6 本章小结
• 第3章 无功补偿控制器的总体设计
• 3.1 无功补偿控制器的功能特点
• 3.2 无功补偿控制器的硬件体系结构
• 3.3 无功补偿控制器的软件体系结构
• 3.4 本章小结
• 第4章 控制器硬件设计
• 4.1 控制单元硬件设计
• 4.1.1 芯片选型
• 4.1.2 电源电路
• 4.1.3 JTAG 接口电路
• 4.1.4 RS232 接口电路
• 4.1.5 RS485 接口电路
• 4.1.6 CAN-BUS 接口电路
• 4.1.7 以太网接口电路
• 4.1.8 控制输出电路
• 4.1.9 电容器投切电路
• 4.2 采集单元硬件设计
• 4.2.1 芯片选型
• 4.2.2 电源电路
• 4.2.3 CAN 总线接口电路
• 4.2.4 电流采样电路
• 4.2.5 电压采样电路
• 4.3 硬件电路抗干扰设计
• 4.3.1 电源的抗干扰设计
• 4.3.2 输入输出系统抗干扰设计
• 4.3.3 印刷电路板抗干扰设计
• 4.4 本章小结
• 第5章 控制器软件设计
• 5.1 控制单元软件设计
• 5.1.1 uC/OS-II 介绍
• 5.1.2 嵌入式操作系统uC/OS-II 移植
• 5.1.3 系统主任务功能及其流程
• 5.1.4 CAN 通讯任务功能及其流程
• 5.1.5 电网状态判断任务功能
• 5.1.6 并联电容器投切控制任务功能
• 5.1.7 人机交互任务功能
• 5.1.8 数据保存任务功能
• 5.1.9 通讯任务功能
• 5.2 采集单元软件设计
• 5.2.1 数据采集模块
• 5.2.2 数据计算模块
• 5.2.3 CAN 通讯模块
• 5.3 本章小结
• 第6章 CAN通讯
• 6.1 CAN 总线介绍
• 6.2 CAN 总线数据传输特点
• 6.3 LPC2290 CAN 控制器驱动开发
• 6.3.1 初始化CAN 控制器
• 6.3.2 数据接收与发送
• 6.3.3 中断及异常情况处理
• 6.3.4 ARMCAN 驱动函数
• 6.4 C8051F040 CAN 控制器驱动开发
• 6.4.1 报文对象初始化处理
• 6.4.2 发送对象的配置
• 6.4.3 CAN 初始化
• 6.4.4 发送程序
• 6.4.5 接收程序
• 6.5 本章小结
• 第7章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录1（硕士期间发表的论文）
• 附录2 个人简历