基于MSP430的动态无功补偿控制器的研究

摘要

随着科学技术的发展,越来越多的电子产品应运而生,人们对电能源越来越依赖。电能源需求量越来越大,而地球上的能源却是有限的,节能已成为一个全球性话题。电力是我国的主要二次能源,在电力系统中,大量感性用电设备的使用使得电网的无功功率损耗严重,浪费大量的电能源,如何进行无功补偿,提高功率因素成为整个电力行业首先需要解决的问题。通过市场调研,发现现有无功补偿控制器存在价格过高、精度不高、使用寿命短的现象,大大影响其普及使用。在这一背景下,本文基于低成本、高精度的理念设计了一套动态无功补偿控制器,这一装置的研发将有助于无功补偿控制器的大范围使用,大大降低电能损耗。
　　 本文设计的动态无功补偿控制器采用的核心部件是MSP430FG4618,围绕它设计了各个与之配套的功能模块,包括电网参数测量模块、投切模块、通讯模块等,设计出完备的电路原理图和功能流程图,完成了各个功能模块的软、硬件设计和功能实现。最后,对整套系统进行了在线调试及结果分析,结果分析表明系统运行稳定,测量精度满足设计要求。
　　 基于低成本、高功效的设计目标,本文在现有技术的基础上,在诸多方面进行了改进。本文采用的是软、硬件协同设计,降低成本重点放在软件设计上,尤其是在控制策略的制定和算法的选择上。在控制策略的制定上,在传统的九分区基础上增加△U和△Q的设定,另外,本文提出通过谐波计算,设定电压、电流畸变率门限值,预先分级投切电容器,解决了其它无功补偿控制器由于忽略负荷峰谷特性和谐波造成设备使用寿命降低的问题。
　　 为了提高测量精度,确保控制的准确性,在算法上,本文提出采用实序列的FFT算法,通过Timer_A跟踪捕获周期,并通过软件设计计算、补偿相位差。通过这样的设计,系统可以在一个周期内完成采集、计算、控制功能,反应速度和测量、控制精度都得到大大提高。通过现场实验,测量数据结果表明本动态无功补偿控制器软、硬件设计合理,控制器工作稳定,测量精度高,达到预定的设计目标。