基于MSP430单片机的智能无功补偿控制器设计

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摘要：本文介绍了用MSP430单片机构成的智能无功补偿控制器，详细阐述了控制器的硬件结构、软件设计、检测原理和控制策略，该控制器具有性能高、价位低配置灵活等特点得到了广泛的应用和用户的好评。
关键词：MSP430单片机；无功补偿；智能控制器
1 引言
??? 随着经济的发展和人们生活水平的提高，各行各业对供电可靠性和供电质量提出了更高的要求。由于配电网处于电网的末端，用户多为低压用户，许多用电器的功率因数很低，且不带补偿装置，这给电网带来很大的功率负担和额外线损，为了维护电力系统稳定、保证电能质量和安全运行，对电网末端变压器进行就地无功补偿很有必要。本文利用TI公司的MSP430F149单片机为核心构成的控制器，实时监测电网的电压、电流，并计算出有功、无功、功率因数，根据用电负荷情况，通过复合开关控制电容器组的自动投、切，实现无功功率的动态补偿，且具有报警功能。该装置安装在电力配电变压器低压侧，用于补偿配电变压器无功功率改善配电变压器的无功潮流，同时该装置也具有辅助调压的作用。
2 MSP430系列单片机的特点[1]
??? 德州仪器公司（TI）推出的MSP430F14x系列是超低功耗Flash型16位单片机，特别适合于电池供电场合或手持设备，它的结构是"冯-诺依曼"型，RAM、ROM和全部外围模块都位于同一地址空间内，其特点如下：

1、功耗低，电压范围宽（1.8V-3.6V），在1MHz 1.8V条件下工作电流仅为160uA，休眠时为0.1uA，这时RAM中的数据依然能够有效保持，真正达到了微安级。MSP430F14x单片机具有五种节能模式：LPM0、LPM1、LPM2、LPM3、LPM4，这五种模式为其低功耗管理提供了极好的性能保证。
2、丰富的外围模块集成，以MSP430 F149为例，片内集成：看门狗定时器、1个精确的模拟比较器、2个具有捕捉/比较寄存器的定时器、8路12位A/D转换器、2个串行通信接口、1个硬件乘法器、6个I/O端口（每个有8个I/O口）、60Kb的Flash ROM，2Kb RAM 。
3、先进的在线编程技术，所有型号都包含JTAG（Joint Test Action Group）标准测试接口（IEEE1149标准接口），方便进行片上在线仿真，固化于Flash存储器内的程序易于在线升级和调试。
4、方便用户使用C（使用ANSI的C）语言进行程序设计，支持汇编语言与C语言的混合编程模式。
总之，MSP430系列单片机具有极低的功耗、强大的处理能力、丰富的片上外围模块，方便高效的开发方式。
3 控制器的硬件结构及工作原理
??? 控制器由单片机、信号检测模块、输出控制模块、复合开关、电容器组、键盘及LCD显示模块、存储模块、远程通讯模块和电源模块组成，结构如图1所示。
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图4 主程序流程图
6?结语
??? 控制器采用了高性能的单片机，其丰富的片内资源，使得外围扩展器件少，体积小，降低了成本，也降低了故障率，减少了设备的维护量。能投入最接近的电容器组合，取得较好的补偿效果，系统配置灵活、适应性强。根据实际的运行情况，可灵活的配置电容器组数、各组容量、投切控制方式等，而且电容器组数不受数量的限制，使得控制器可满足不同的系统需求，具有较大的适应性。功能齐全，投、切控制安全，控制器集配变监测、无功补偿、谐波分析、数据远传于一体。能够存储多达半年的实时运行数据和故障记录数据，可现场和远程查阅。
参考文献（References）
[1] 魏小龙. MSP430系列单片机接口技术及系统设计实例[M]. 北京：北京航空航天大学出版社，2002.
[2] 胡大可. MSP430系列Flash型超低功耗16位单片机[M]. 北京：北京航空航天大学出版社，2002.
[3] 胡大可. MSP430系列单片机?C语言程序设计与开发[M]. 北京：北京航空航天大学出版社，2002.
[4] 郭屹松，李铁香，任丽红，潘渊颖，苏艳. 基于PIC单片机的智能无功补偿控制器[J]. 仪表技术与传感器，2002(12):15-17.
[5] MSP430F149 Datasheet, Mixed Signal Microcontroller (Rev. E) .