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TMS320F240在電壓無功綜合控制中的應用
摘要：介紹DSP芯片TMS320F240的特點，討論了它在電壓無功控制器（VQC）中的應用。提供了基于DSP芯片的VOC設計及DSP芯片外圍電路設計，介紹TMS320F240的軟件編程。DSP芯片的應用極大地提高了VQC的性能。電壓質量對于電力系統的正常運行有著重要意義。電壓能否維持在合格范圍內直接影響著電力工業本身的安全；系統的無功功率對電壓的影響極大，維持電網正常運行情況下的無功平衡是改善電壓質量的基本條件。對電壓無功進行綜合控制可以保證電壓合格和無功潮流平衡，同時還能提高電網的可靠性和經濟性。利用變電站中電壓無功控制器自動調節有載變壓器分接頭和并聯補償電容器組可以實現這一綜合控制。
電壓無功控制器通常由單片機系統構成，它集數據采集、數據處理、控制判斷和控制輸出于一身。這就使得單片機負擔比較重，而且限于單片機自身的處理能力，無法實現復雜的數據處理和控制策略。將DSP芯片應用到電壓無功控制器，可以有效地提高其性能。
TMS320F24X系列是美國TI公司推出的高性能16位定點DSP，專門為電機控制和其它控制系統而設計。TMS320F240是其中典型的一種，片內的外設和強大的處理能力使它很適合用于電壓無功控制器。本文著重介紹其于TMS320F240的電壓我功控制器的設計及其編程。
1 基于TMS320F240的電壓無功控制器的設計
1.1 TMS320F240簡介
TMS320F240主要由CPU、存儲器和片上外設三部分組成，其主要特點如下：
·采用改進型哈佛結構，具有分離的程序總線和數據總線，使用四級流水線作業，并且允許數據在程序存儲空間和數據存儲空間之間傳輸，從而提高了運行速度和編程的靈活性。指令執行速度為20MIPS，幾乎所有的指令都可以在50ns的單周期內執行完畢。
圖2 TMS320F240外圍電路
·存儲器可尋址空間224K字（64K字程序空間，64K字數據空間，64K字I/O空間，32K字全局空間）；片內有16K字的Flash EEPROM。
·雙10位A/D轉換器，共16位輸入通道，轉換時間為6μs。事件管理器中有3個定時/計數器，4個捕獲單元等。
1.2 控制器的硬件結構
控制器總體結構如圖1所示，由CPU、開關量輸入、開關量輸出、模擬量輸入、鍵盤顯示和通信等模塊組成。CPU模塊采用主從式結構：單片機（采用Intel公司的80C196）為主，完成外圍電路的控制，處理整個控制器的工作流程；TMS320F240為從，完成數據采集，數據計算等。單片機和TMS320F240之間采用雙口RAM進行通訊。TMS320F240主要外圍電路如圖2所示。
XTAL1和XTAL2之間接10MHz的晶振，經片內PLL時鐘模塊后系統時鐘為20MHz。16個A/D通道分為兩組:AD0～AD3和AD8～AD11為1組，采集變壓器#1高壓主側電壓電流及低壓側電壓信號；AD4～AD7和AD12～AD15為II組，采集變壓器＃2電量。高壓側每一相的電壓電流同步采集，可以保證計算準確。擴展16K字外部數據存儲器用來存放采集的電壓、電流。擴展2K×8位的雙口RAM用來和單片機（80C196）通訊。采用雙口RAM進行通訊具有程序設計簡單、數據傳輸方便快速等優點。
2 TMS320F240的編程
TMS320F240的程序采用匯編語言編寫，其流程見圖3。在程序初始化部分，對芯片內部寄存器進行設置。通用定時器1設置為連續遞增計數模式，代碼如下：
LDP #232
SPLK ＃1000000101000000h,T1CON
SPLK #0000000000101010b,GPTCON
SPLK #1563,T1PR ;set sample frequency=20000/2/1563=6.4kHz
頻率為6.4kHz。數據采集部分采用定時器1，數據長度為128點。這樣，對于50Hz信號可保證采樣為一個整周期。A/D轉換設置為雙A/D同步采術，如通道0與通道8采樣時，設置A/D的代碼為:
LDP #224
SPLK #1001100100000000b,ADCTRL1
SPLK ＃0000000000000101b，ADCTRL2
諧波分析采用基2的128點快速速傅立葉變換，取前30次諧波數據傳遞給80C196。
程序中每一相的電壓有效值、電流有效值、有功功率、無功功率使用下列各式計算（其中N=128）。
電壓有效值：
電流有效值：
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