基于DSP的无功补偿装置的研究与及设计

页绪论1.1DSP无功补偿的意义电压是衡量电能质量的一个重要指标，因此，必须对系统的各个节点进行监控，使电压水平维持在一个正常的范围以内。电力系统的各节点无功功率平衡决定了该节点的电压水平，由于当今电力系统的用户中存在着大量无功功率频繁变化的设备，如轧钢机、电弧炉、电气化铁路等；同时用户中又有大量的对系统电压稳定性有较高要求的精密设备，如计算机、医用设备等。因此迫切需要对系统的无功功率进行补偿。1.2DSP无功补偿装置的发展现状1.2.1无功补偿装置的发展图1.1所示是最简单的无功补偿图。图1.1中，M电机为要滞后无功功率设备，K2和C是向M提供无功的无功补偿装置。Kl闭合使M运行，M从电网吸取有功功率和无功功率。为减少电网中的无功水平将K2闭合，用C中的超前电流补偿M中的滞后电流完成无功补偿任务。图1.1最简单的无功补偿图由于C的补偿容量是固定的，它不能随着实际无功的变化而变化。因此，它适用于无功变化不大的场合[1]。1.2.2当前无功补偿装置分类随着电力电子技术的发展及其在电力系统中的应用，交流无触点开关SCR、GTR、GTO等的出现，将其作为投切开关速度可以提高500倍(约为10μs)，对任何系统参数，无功补偿都可以在一个周波内完成，且可以进行单向调节。现今所指的无功补偿装置一般专指使用晶闸管的无功补偿设备，主要有以下三大类型：一类是具有饱和电抗器的无功补偿装置(SR：SatulatedReactor)；第二类是晶闸管控制电抗器(TCR：TyristorControlReactor)；第三类是晶闸管投切电容器(TSC：ThyristorSwitchCaPacitor)。这后两类晶闸管装置被统称为SVC(StaticVarCompensator)。1.3DSP无功补偿装置的选择1.3.1控制投切装置的选择目前，广泛应用的几种无功补偿装置，即第二节所介绍的几种无功补偿装置，从不同的角度对装置的控制开关可以分为两类：一是断路器控制开关；二是晶闸管控制的开关。这两种无功补偿装置，总体说晶闸管控制开关的性能比断路器开关无功补偿装置好，它操作时间短，通常在一个周波（20ms）动作；行动没有火花，更安全可靠寿命长。但是断路器开关成本优于晶闸管，因此在工程中应用上也并没有被晶闸管开关完全取代。这两种装置的特性比较见表1.1所示。表1.1断路器开关与晶闸管开关控制投切的无功补偿装置性能比较装置断路器开关控制晶闸管控制投切性能有火花寿命短无火花寿命长动作时间长（约几十毫秒）短（约几十微秒）适应的负荷相对稳定的负荷可补偿冲击性负荷电压稳定性电压有波动通过控制投切时间，可消除电压波动价格低高1.3.2控制方式的选择在控制器的控制规律上又可以分为功率因数控制和无功电流控制。功率因数控制和无功电流控制的对比见下表1.2所示。表1.2功率因数控制与无功功率控制无功补偿装置性能比较装置功率因数控制的无功补偿装置无功电流控制的无功补偿装置补偿效果重负荷时无功仍较大重负荷时功率因数可达0.99稳定性轻载时易发生震荡无震荡控制功能满足需要无法满足参数调节现场细调工厂调节（1）了解负载的性质，以决定是否选择由断路器开关还是晶闸管开关控制投切无功补偿装置。对于住宅、写字楼、商场、电子、化工企业等负载变化平稳、周期长的场合，所以接触器的动作次数很少，使用寿命不再是主要问题。从既要满足补偿需要，又节省费用的选择原则来讲，由断路器开关控制的无功补偿装置完全可以作为首选。若供电线路负荷很大，同时上面又挂有较重要的设备，则还是以选择由晶闸管控制的无功补偿装置为宜。对于有电焊机、频繁起停的机械加工设备等负载变化快、变化幅度大的场合，由断路器开关控制的无功补偿装置显然无法满足要求。因此，应选择由晶闸管控制的无功补偿装置。（2）根据重要程度及自动化水平，选择控制功能。无功电流控制的无功功率补偿装置，除基本的控制功能外，附加功能也很多，如一般都有的：四象限操作、自动手动切换、自动识别各路电容器组的功率、自动根据负载调节切换时间、过电压报警及保护、线路谐振报警、电压电流畸变率测量及功率因数、电压、电流、有功功率、无功功率、电网频率的测量及显示等。1.4DSP无功补偿装置的应用实例以大连港为例，仅装机容量200kw以上的门机就有110多台，且无补偿功率因数在0.6左右，无功线损较大。对于门机这种动态负荷变化较大，经常重复起动的设备，若使用有触点的补偿装置，则需要投入电容器组时不能及时投入，不需补偿时不能及时切除，而且补偿时不能一步达到最佳补偿容量，必然会造成过补和欠补。大连港和北京科能电气有限责任公司联合开发了采用定相位触发可控硅技术的新一代动态无功补偿装置器，投入运行后，补偿效果很好。第2章无功补偿原理2.1无功补偿的原理及实现无功补偿装置包括执行装置，模拟量输入，开关量输入、开关量输出模块，CPU模块。无功补偿装置是采用微处理器检测电网上的实时模拟电压、电流信号，进行数字化处理并计算电网所需的无功功率，根据计算结果投入和切除电容补偿系统需要的无功功率[2]。如图2.1为无功补偿原理图。开关量输出模块开关量输入模块模拟量输入模块开关量输出模块开关量输入模块模拟量输入模块交流计量回路CPU交流计量回路CPU模块SCRSCR电路控制回路状态检测电路控制回路 动作命令现场图2.1无功补偿原理图从无功补偿器的原理可以看出，无功补偿的精确性依赖于对电网信号的测量与计算的精确性。数字信号处理方法，作为电力系统信号处理的主要方法，在本系统中起着十分重要的作用。电网信号频率为50Hz周期信号。无功补偿的具体实现方式：把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接在同一电路，能量在两种负荷之间相互交换。这样，感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输出的无功功率来补偿。2.2无功功率计算和无功补偿2.2.1无功功率计算在三相对称电路中，各相电压、电流均是对称的，功率因数也相同。三相电路总的功率因数就等于各相功率因数。由于存在的谐波分量，相电压和相电流只能用各谐波分量的集合来定义。即：(2.1)(2.2)通过测量三相电压和电流，计算谐波可以得到和。当采样频率fs2fh的情况下对经过预处理的电网的电压和电流信号进行N点等间隔同步采样，构成复序列x(k)=u(k)+ji(k)(0kN-1)，对x(k)进行复序列FFT运算，X(n)=FFT[x(k)]，电压和电流的频谱分别为：(2.3)(2.4)n=0，1……N-1利用公式求出波形畸变情况下的三相有效电压和电流：(2.5)(2.6)其中，，分别表示各相有效电压和电流。i表示A，B，C相。电压、电流的总谐波畸变率和：(2.7)(2.8)有功功率和无功功率：(2.9)(2.10)以上各式中，i代表相别(A，B，C)，n表示皆波次数(n=1、2、3.……)。2.2.2电容对谐波的放大作用电容器与其它设备相比有很大区别，其容性特点在系统共振情况下可显著的改变系统阻抗。电容器组容抗随频率升高而降低，起到吸收高次谐波电流的作用。频繁地切换非线性电磁组件会产生谐波电流，增加电容器的负担。由谐波引起的发热和电压升高意味着电容器使用寿命的缩短[3]。（1）．并联谐振对谐波的放大简单电力系统图如2.2并联谐振接线示意图所示。谐波源的n次谐波电流为In，系统的谐波阻抗Zsn，谐波源母线上并联有补偿电容，其谐波阻抗Xcn。一般情况下，为减少谐波对其他用户的影响，在大谐波源所在的母线上不接其他负荷。等效电路如图2.3所示。图2.2并联谐振接线示意图图2.3等效电路图因为系统电阻相比谐波感抗较小，可省去。这时谐波源的输入谐波电抗是(2.11)通过上面公式可以看出，由于并联补偿电容器的原因，使电路总阻抗明显增加。所以同样的一个谐波源，母线电压将会上升。在没有并联电容器时，谐波源母线处的谐波电压为：(2.12)有了电容器后，母线谐波电压为(2.13)而此时注入系统的谐波电流由In变为(2.14)（2）.串联谐振对谐波的放大发生串联谐振也是由于有电容存在。如图2.4串联谐振接线图所示的降压变电所，变压器容量为，短路电压为，低压侧负荷。并联补偿电容器的容量为。图2.4串联谐振接线图设系统中有谐波源，当高压侧承受系统谐波电压时，如图2.5等效电路所示。发生串联谐振时，其谐波阻抗应为最小，暂不计入负荷阻抗，发生串联谐振的谐波电抗：图2.5等效电路图图中：；；n为谐波次数。则，其中，为基波抗电值。若发生串联谐振，谐振时的谐波电流为：，其中：为n次谐波下谐振回路的总电阻。如果串联谐振与并联谐振发生在同一时间，如图2.6谐波阻抗分析示意图所示，由于母线1上谐波源的存在；在母线1处可能引起电容器与系统阻抗并联谐振或放大，在母线2处产生谐波电压，有可能引起T2变压器与电容器的串联谐振与放大。图2.6谐波阻抗分析示意图第3章DSP的控制方案的实现3.1DSP无功功率简述电网中无功功率有感性和容性两种，由于一般的电网中负载多为感性，传统的无功补偿装置是通过单片机实现电容器的控制，即输入容性无功功率以达到降低总无功功率的目的。本研究应用DSPTMS320LF2407作为总控制器，指令速度很快，达30MIPS，更适合于处理多数据、运算量大的系统。有强大的控制功能，因此使用TMS320LF2407作电源监控和低压无功补偿装置的内核可以更好地满足实时性和准确性的要求[4]。3.2设计任务及要求（1）．输入模拟量①.工作电压及输入电压模拟量额定工作电源电压220V②.输入电流模拟量额定电流模拟量：5A额定频率：50HZ输入端输入阻抗：不大于0.2Ω(2).测量及显示精度①.电压各相电压0.5%②.电流各相电流0.5%③.有功功率各相及总和1.0%④.无功功率各相及总和1.0%⑤.视在功率各相及总和1.0%⑥.频率1.0%⑦.功率因数1.0%（3）.控制要求①.控制灵敏度不大于0.2A②.过电压保护应在105%—120%之间可调，动作回差6—12V③.延时时间10—120s可调④.过电压分段总时限不大于60s⑤.投切动作时间间隔不小于300s⑥.断电后所有数据保持时间不小于72h（4）.功能要求①.功能设置要求a.能实现三线对称补偿和分相补偿组合b.投入、切除门限设定值c.延时设定值d.过压保护设定值e.谐波超值保护设定值f.面板功能键操作应具有容错功能g.面板设置应具有硬件或软件闭锁功能②.显示功能a.工作电源工作显示b.超前、滞后_显示c.输出回路工作状态显示d.过压保护动作显示e.谐波超值保护动作显示f.手动、自动指示显示③.延时及加速功能输出回路动作应具有延时及过电压加速动作功能。④.程序投切功能手动或自动投切选择，自动状态时应具有自动循环投切。⑤.自检复归功能控制器每次接通电源时输出回路应处在断开状态。⑥.投切振荡闭锁在轻负荷时，控制器应有防止投切振荡的措施。⑦.闭锁报警3.3主电路设计带电力监测的智能无功补偿装置总电路图如图3.1所示。图3.1带电力监测的无功补偿装置总电路图该装置上电后，经过一定延时，控制器再开始工作，通过对系统三相电压、三相电流采样，根据电压、电流的值计算系统无功功率，并与用户设定的投入门限、切除门限相比较，再考虑系统电压幅值清况确定电容器组的投切，投切命令输入到触发电路，由触发电路控制晶闸管在电压正向峰值时投入电容器，能有效改善电压质量，提高功率因数，降低网络损耗。本系统由TMS320LF2407DSP控制，实时监测电力系统无功功率和电压并跟踪系统无功功率的大小，采用晶闸管投切并联电容器组的无功功率补偿装置。该装置因响应速度快、动态性能好，所以能实现对决速变化的无功进行跟踪补偿。该装置具备完整的显示控制保护功能[5]。3.4主控制器芯片的选取本系统采用TMS320LF2407作为主控制器，主要是考虑谐波测量的准确性与无功补偿是不可分割的。该芯片是一种定点DSP芯片，是专为此选取的。处理速度达到30MIPS，晶振频率为20MHZ时，计算一次64点的FFT运算用时仅6μs，并使用于处理谐波分析中数字滤波和傅立叶变换等运算的微处理器。同时它具有低成本、低功耗、高性能的优点。TMS320LF2407DSP结构上有看门狗定时器模块(WDT)等特点。同时，它还具有一些特别适用于进行大量数字信号处理的特点。第4章硬件设计4.1模拟信号输入处理单元此模块包括电压电流信号形成回路、低通滤波回路、基准电压形成回路、同步方波形成回路。（1）.电流信号形成回路电流互感器T4、T5和T6的原边电流为0—5A，互感器CT变比为12500/1则，其中为交流地，对应的直流电平为1.65V。如图4.1为电流信号形成回路图。图4.1电流信号形成回路图（2）.电压信号形成回路如图4.2为电压信号形成回路图，电压互感器的变比为1：1，原边电阻相对于110kΩ可以忽略。图4.2电压信号形成回路图（3）.低通滤波电路图4.3为低通滤波电路图，其中Dl、D2将输出信号钳制在0-3.3V，保证输入LF2407A/D转换口的电压在O-3.3V之间，以保证其AD转换的正常工作。图4.3ALF低通滤波电路图图中令R40=R41=R，C40=C41=C，R42=R1，R43=R2，则：，其中将数据带入上式，可以算出截止频率为根据，系统的采样频率为周波采样64点，采样频率Hz，故输入DSP的信号最高频率应为=1600Hz，即低通滤波器应将大于1600Hz的信号滤除。根据计算结果看出此低通滤波器能满足要求。系统放大增益滤波电路输入信号为1.65O.02V的正弦信号，输出为1.651.5V的正弦信号。LF2407的A/D输入应在0-3.3V之间，滤波放大电路输出能满足DSP的要求。（4）.基准电压产生回路选用LM117产生稳压电路。输出，将数据代入得。如图4.4为基准电压产生回路图。图4.4基准电压产生回路图（5）.同步方波产生回路为模拟信号经过低通滤波之后的信号，运放起了电压比较的作用，VAPULSE为0-3.3V的方波信号，送入DSP的捕捉引角，通过DSP的定时器测出两个上升沿之间的时间，即通过测出正弦信号过零点之间的时间，而得出电网信号的周期。再由采样点数计算出采样频率，以保证同步采样，消除非同步采样引起的频谱泄漏，保证测量精确性。图4.5为同步方波产生回路图。图4.5同步方波产生回路图4.2LF2407DSP系统模块（1）.TNIS320LF2407电路LF2407DSP程序存储器与数据存储器分别寻址，也可实现同时寻址。2407的指令执行速度为30MIPS，外部时钟选择10MHZ的石英晶振，再通过内部2倍得到20MHZ的工作频率。ADCIN00—ADCIN5为AD转换器的模拟量输入，其中ADCIN00、ADCIN1、ADCIN2为三相电压输入，ADCIN3、ADCIN4、ADCIN5为三相电流量输入，将三相电压电流信号转换成数字量。图4.6为TMS320LF2407电路。图4.6TMS320LF2407电路图（2）.存储器电路LF2407带32K的Flash，外部扩展64K数字存储器和64K程序存储器。选用的外部存储器为CY7C1021，是64K16SRAM。其中32K空间扩展为程序存储器，32K空间扩展为数据存储器。AO—A14为地址线的低15位，A15接DS-，即SRAM的0000h—7FFFh为数据空间，8000h—FFFFh为程序空间。如图4.7为存储器电路。图4.7存储器电路图（3）.时钟电路无源晶振采用10MHz，经内部时钟定位(PLL)2倍频得到2407的主频为20MHz。PLL采用外部滤波环电路来消除抖动。滤波环由C41、C42和R14组成，与2407接口为PLLF和PLLF2。图4.8为时钟电路图所示。图4.8时钟电路图（4）.电源管理电路电源管理电路如图4.9所示。其电源监控芯片选择TPS7333Q，它可将5V电压转换成DSP需要的3.3V电平，并有电平监控的功能，当OUT脚输出电平小于2.9V时，RESET就输出200ms的低电平以重起DSP。本系统共有4种不同的电平，+12V、-12V、+5V和+3.3V。均由220V电压供电。图4.9电源管理电路图（5）.串型实时时钟电路因为TMS320LF2407没有专用的时序引脚，所以本设计用软件来模拟总线时序，实现了串行日历时钟芯片PCF8583与DSP芯片的接口电路及应用。其中PCF8583的SCL、SDA分别接F2407的IOPFO和IOPF1引脚。如图4.10所示为串型实时时钟芯片接线图。图4.10串型实时时钟芯片接线图4.3执行单元（1）.驱动电路该系统采用了先进的过零触发电路，过零电压耦合型双向晶闸管取代了由分立元件组成的功放电路及脉冲变压器等驱动环节，简化了触发控制电路的结构；同时，由于无需考虑与系统电压的同步问题且控制电路与主电路实现了光电隔离，因而提高了装置的可靠性。图4.11为单相触发电路图。图4.11单相触发电路图在理论上,为了使补偿电容器投入和切除过程不会导致励磁涌流主电路的冲击，必须满足以下3个条件，即:①使电容器的电压为正或负峰值功率电压；②在电网线路及电容器输入极性相同的电压、峰值相等的时刻；③撤销触发信号就可以切除，电流过零后将自动关闭开关。（2）.晶闸管的选择晶闸管的电压值选择要考虑电网上的电压，一般按式(4.l)选择：(4.l)式中Kl为电压裕度，一般选择1.1—1.2；凡为电网电压波动系数.一般选择1.15；U为电网电压。晶闸管电流值一般按式(4.2)选择：(4.2)式中C为电容量(μF)。4.4显示及通讯电路设计本系统采用液晶显示测量结果，并由键盘输入命令，液晶显示和键盘都是由F2407的通用FO口扩展。当有按键按下时，会产生外部中断，DSP执行中断程序，即键盘扫描和显示器显示程序。信号经运算处理后，可由液晶显示器显示结果，便于观察，也可由RS一232接口与上位机行通讯，上传数据，便于存储和查询。（1）.键盘电路本系统采用液晶显示测量结果，并由键盘输入命令，液晶显示和键盘都是由F2407的通用FO口扩展。当有按键按下时，会产生外部中断，DSP执行中断程序，即键盘扫描和显示器显示程序。信号经运算处理后，由液晶显示器显示结果便于观察，也可由RS一232接口与上位机进行通讯上传数据，便于存储和查询。键盘电路图如图4.12所示。图4.12键盘电路图（2）.液晶显示电路采用点阵液晶显示128×64，可以显示40个汉字，存储在程序存储汉字库。液晶显示器是通过DSP的IO软件仿真M6800时序控制。其中PB0—PB7为数据输出，连接DBO—DB7，控制信号E、CSA、CSB、D/I和R/W分别由PE1—PE5控制。液晶显示电路如图4.13所示图4.13液晶显示电路图（3）.通讯接口电路由于TMS320LF2407为+3.3V电源供电，所以在MAX32和TMS320LF2407为匹配电路的水平。通讯接口电路如图4.14所示。图4.14RS一232通讯接口电路图第5章DSP无功补偿的软件设计软件系统采用汇编语言程序设计，以提高编译效率。模块化设计的原则遵循程序最佳化，提高系统的通用性和易维护性。它包括：初始化，采样，功率的计算，显示和输出控制子程序等。5.1DSP无功补偿装置的主程序无功补偿装置主程序系统流程如图5.1所示。各设置内容如下：（1）.初始化程序主要完成数据的检验和初始化，通讯设置：LCD显示方式设置，事件管理模式设置（定时器），中断设置（中断寄存器和中断优先级的设定），开启硬件看门狗，禁用开关等。（2）.显示模式设置：主要完成对液晶显示模式设置，液晶显示页面的初始化。（3）.扫描键盘命令：主查询的IO口输入命令，修改系统参数。（4）.电容器控制计划：根据参数计算，采用的控制策略来控制电容器，达到无功补偿。开始开始初始化初始化出错处理系统自检 自检出错出错处理系统自检延时处理延时处理扫描键盘扫描键盘测量频率测量频率计算采样频率计算采样频率采样A/D转换采样A/D转换存储数据存储数据数据处理数据处理计算各项参数控制投切电容控制投切电容统计投切电容量及投切后的P、Q、S统计投切电容量及投切后的P、Q、S存储并显示结果存储并显示结果图5.1主程序系统流程图5.2中断程序（1）.外部中断当键盘有按键按下时就进入外部中断，执行外部中断子程序。此子程序主要完成键盘的扫描和执行相应于不同按键的命令。其中，上、下按键控制液晶显示器显示内容翻页和控制光标指示的作用。左、右键相当于加和减，即在设定参数时，相对于系统设定值的偏差，按左键即加一个单位，按右键则减一个单位。在设定参数时，按下键即为确定，则进入下一个参数的设定。外部中断键盘处理子程序如图5.2所示。外部中断子程序外部中断子程序读PF口状态STATUS读PF口状态STATUS向上键处理子程序STATUS.2=0 N向上键处理子程序STATUS.2=0向下键处理子程序STATUS.3=0 Y向下键处理子程序STATUS.3=0 N向左键处理子程序STATUS.4=0 Y N向左键处理子程序STATUS.4=0 Y向右键处理子程序STATUS.5=0 N向右键处理子程序STATUS.5=0显示处理 Y显示处理返回返回图5.2外部中断键盘处理子程序（2）.定时器中断程序定时器捕获中断程序如图5.3所示。主信号的频率测量方法是当测量值为正确值时并存储新的频率值。该系统在采样之前测量出每个电源频率，根据电网频率计算的采样频率，以保证同步采样。捕捉中断程序捕捉中断程序读时间寄存器值读时间寄存器值判断是否第一次进入中断判断是否第一次进入中断置标志位 Y置标志位 N计算频率计算频率判断是否正确判断是否正确 Y存储新值存储新值 N推出中断推出中断图5.3频率测量程序（3）.串行口中断程序串行口中断程序主要完成测量量的上传和上位机命令信号的接收。通讯波特率最大为9600，数据格式如图5.4所示。起始位数据或指令位较验位图5.4串行口中断程序数据格式为了实现DSP与PC机之间的通信，摒除一般的串行通讯设置外，必须正确设置SLEEP位，将所有参与多机通信的DSP的SLEEP位都设成1，只有检测到地址字节时，它被中断，在中断服务例程的地址，接收到的地址和相应的软件设置（本机地址）比较，若相同则用户程l序清除SLEEP位确保串行通信接口在收到每个数据字节时都产生一个中断，否则SLEEP位保持1来接收下一个地址。串行口中断程序如图5.5所示。串行口中断串行口中断读地址位读地址位地址相同？地址相同？ 读命令字 Y读命令字接收中断？ 接收中断？ N Y数据接收处理 Y数据接收处理出错处理出错处理通讯校验处理通讯校验处理 数据发送？数据发送？数据发送处理 数据发送处理 Y串口中断退出 N串口中断退出图5.5串行口中断程序图5.3串行实时时钟电路读写程序控制字如图5.6。控制字节的前四位为1010，此为固定不变的。剩下的3位为块选择位并且选择为B2=Bl=B0=0。图5.6控制字有两种写操作：字节写、页写；和3种读操作：现行地址读、随机读、序列读。字节写是指向指定片内RAM单元写入一个字节的数据操作，其数据操作格式如图5.7所示。图5.7字节写随机读是按指定的字节地址读出一个字节数据的操作。由于要写入字节地址，故要先送一个字节地址写操作，然后重复起始状态，读入一个数据字节，其数据操作格式如图5.8所示。图5.8随机读5.4可靠性、抗扰性设计在设计电路过程中，考虑到产品以后的应用环境，要作最坏打算，因此，在设计过程中，可靠性、抗扰性是系统设计中必须考虑的关键问题，需要在设计过程中尽量考虑有可能产生的干扰源，并依据产生干扰源的类型，来采取相应的措施。在这个系统中，高频设备DSP的使用，工作频率为20MHz，与电网频率之间的干扰是很明显的[6]。因此，本系统在设计过程中，主要采用了以下的硬件和软件措施：（1）.硬件措施①.提高印刷版的质量，设计电路板时合理布线、接地，考虑到要采用DSP芯片进行数据处理，因此电路板的设计尤其重要。在这个系统中，输入的模拟信号处理和DSP控制部分分为两个PCB板，通过一点接地，以减少对模拟信号和数字信号的干扰。②.设置看门狗电路来进行硬件复位。③.采样系统，模拟滤波器的输入信号，去除该信号的频率大于二分之一采样频率，以避免频率混叠现象。（2）.软件措施①.程序自检措施；②.使用软件陷阱。第6章仿真与调试6.1仿真工具简介本论文的仿真采用Matlab软件中提供的SIMULINK进行仿真分析。作为仿真工具，SIMULINK有着丰富的模型库，它是运行在MATLAB环境中用于建模、仿真和分析动态系统的软件包，它支持连续，离散及两者混合的线性和非线性系统，具有直观方便灵活的特点，而且仿真的过程是交互式的，可以随时修改参数，并能够及时看到仿真结果。其库模块PowerSystemBlockset提供了电力系统建模时的大部分模块，利用它可以正确建模，节省了用户自己建模所需的精力，本文即利用所提供的模型来实现对DSP无功补偿的动态仿真。6.2DSP无功补偿系统仿真分析下面对构建的电路系统进行Matlab仿真分析，构建的仿真电路如图6.1所示。图6.1Matlab仿真电路图无功补偿波后得到的波形如图6.2中（a）、（b）、（c）所示。（a）无功补偿波形图（b）无功补偿波形图（c）补偿后的波形图图6.2无功补偿波形图6.2.1试验结果本系统通过DSP进行电网信号的测量并控制电容器的投切。电力系统的特殊性要求其测量精确并具有实时性，其工作的精确性和实时性取决于测量与计算的精确性与速度。而进行大量数字量的处理正是DSP比一般单片机所不能比拟的优势。试验结果证明补偿后的波形图类似正弦曲线，达到预期设计效果。6.2.2结论分析（1）.电力系统的脉冲对仿真响应是非常大的，所以系统很容易处于不稳定状态，假如用DSP控制，它具有能快速处理大量数字量的优势，因此，速度的提高能迅速解决不稳定状态。（2）.DSP的速度与其外设的速度是密切相关的，因此DSP和外设的选择十分重要，A/D变换速率成为了衡量DSP性能的一个很重要的标志。TMS32OLF24O7的A/D变换速率为50Ons，比TMS320F240提高了10倍，本人认为比较适合本系统的要求。而AD变换器的精度TMS320LF2407是10位，对于精度要求更高的系统可以选用外部扩展更高位的AD变换器，以提高计算精度。（3）.同时，采用高速芯片也会带来一些副作用，比如高频干扰，因此DSP的工作频率也希望越来越高，而工频信号是低频信号，容易受到高频信号的干扰。采取措施减少高频干扰，例如：地线的设计应模拟地与信号地分开，并一点接地。结论本文针对电力系统中无功补偿装置发展现状需要，研制出了一种基于DSPTMS320LF2407控制的低压动态无功补偿装置。该装置作为无功补偿控制器和电网监测器的统一使用体，以实时的电网监测数据为依据，用以城镇220V电压网络为使用服务对象。论文系统的对电力系统无功补偿的原理进行了分析，认为确定谐波测量电力参数的精度，用计算精度高且计算量小的算法来测量谐波含量是重中之重。在对传统的Fourier算法的基础上，分析讨论了谐波测量的算法，指出了影响谐波测量精度的各种因素，并进行了一些改进，例如加适合的窗函数、同步采样等方法能提高谐波测量的精度等。上述方法经比较最终根据系统设计的要求选择了采用同步采样技术的加矩形窗的FFT的算法。在无功补偿装置DSP控制的硬件和软件设计创新中，