基于STC12C5A60S2和ATT7026A无功补偿控制器设计

　　无功补偿控制器是无功补偿装置的核心部件，具有举足轻重的地位，大部分无功补偿装置的生产厂家都是买来控制器然后自行装配整机，具有设计制造控制器能力的厂家不多，能够设计制造出性能优异的控制器的厂家更是凤毛麟角。

　　电容器投切的无功补偿方式

　　在电容器投切的无功补偿方式中，一般采用共补、分补、共补—分补相结合的方式。 而在补偿方式中电容 器分组的方法比较灵活多变，但是，考虑到系统控制复杂度以及经济实用等 问题， 本文采用 8421 编码规律将电容器容量分组进行补偿， 选择容量倍增的电容器予以编号，经过不同组合可以使容量级数大大增多 。 例如 4台电容器， 容量分别为 10 μF、20 μF、40 μF、80μF， 经过组合可以实现 10 μF、20 μF、30 μF、40μF、50 μF、60 μF、70 μF、80 μF、90 μF、100 μF、110 μF、120 μF、130 μF、140 μF、150 μF 等电容值。 当控制器通过电 能专用计量 芯片读出线 路功率因数 并判断是否需要对线路进行补偿时，就会发出相应的投切电容器指令，一步到位，快速准确。 本文主要采用的电容器投切补偿电气原理

　　如图 1 所示。

　　

　　系统硬件设计

　　在投切电容器之前要精 确地测量出 电网的运行情况，包括电压、电流、无功功率、有功功率、视在功率、电压与电流之间的相位差、电网的功率因数等参数。 本控制器采用智能芯片 ATT7026A来采集这些参数，并且将采集到的实际测量参数值存放在相应的存储空间里，当需要某个参数值时，只需查找相对应的地址就可以读到所要的参数值，使得测量的准确度提高很多，而且软件程序的设计也随之变得简单很多，所用的主控制芯片也不至于很昂贵，在达到补偿效果的同时也减少 了 投 资 成 本 ， 所以本控制单元采用单片机STC12C5A60S2 作为主控芯片，它有与计量芯片ATT7026A 相接的 SPI 总线。 该控制结构框图如图 2 所示。

　　

　　测量模块单元

　　在实验中电网电压、电流经过互感器 LCTV31CE 和 LCTA2DCC 后，将信号电压和电流送到ATT7026A 上。 然后经过计算将所得的数据存到相应的地址中，等待单片机的命令。 这样就使得功 率 因 数 无 需 在 系 统 软 件 中 用 算 法 算 出，不 仅节省了 CPU 空间，还提高了采样数据的精度，从而提高了无功补偿的精度。 ATT7026A 有 SPI 接口，方便与外部控制器相连，并且进行计量参数的 传递， 所有计 量参数都 可以通过 SPI 接口读出。 当程序首次开始运行时，从 ATT7026A 芯片计 算 相 位 角 到 单 片 机 动 作 响 应 的 时 间 为 0.7 s如图 3 所示。

　　

　　由波形图可以看出，从电压动作到单片机采样得到功率因数角之间的时间差将近 700 ms。 这样得到的投切命令有些延时，通过修正软件的程序不会影响投切电容命令的准时发出，达到投切电 容 量 的 要 求。 其 中 实 验 的 三 相 主 电 路 用 R=18.2 Ω 的电阻和 L=64 mH 的电感串联来模拟电机负载，经过 ATT7026A 芯片采集计算后的电压值、电流值与示波器测得的实际电压值、电流值见表 1 和表 2。

　　由表1可知，实际电压值与用ATT7026A芯片采集计算所得电压值的绝对误差平均值为0.21V，由表2可知，实际电流值与用ATT7026A芯片采集计算所得电流值的绝对误差平均值为0.044A，都在可以接受的范围之内，可见在本控制器设计中ATT7026A起着重要的作用。