基于ATT7022A的無功補償控制器設計

摘要：以三相電能專用計量芯片ATT7022A和一種高性能低功耗的AVR單片機atmega128為核心，設計一種無功補償控制器。該控制器能實時測量電網的電流電壓值、有功功率、無功功率、功率因數等參數，根據實際情況，準確的控制電容器的投切，能有效的提高線路功率因數、較少損耗，改善電網質量。
關鍵詞：無功補償；ATT7022A；控制器；功率因數

在工業和生活用電負載中，阻感負載占有很大的比例。異步電動機、變壓器、熒光燈等都是典型的阻感負載。異步電動機和變壓器所消耗的無功功率在電力系統所提供的無功功率中占有很高的比例。電力系統中的電抗器和架空線等也消耗一些無功功率。阻感負載必須吸收無功功率才能正常工作，這是由其本身的工作性質決定的。最合理的方法就是在這些感性設備附近及線路適當位置并聯電容器組來進行無功補償。在電力系統中，采用無功補償的方法來提高功率因數、減少無功損耗，是改善供電質量、提高設備利用率的重要手段之一。

1 以ATT7022A為核心的無功補償器介紹
進行無功補償的前提是能準確地測量電網的運行狀況，主要有功功率、無功功率、功率因數、諧波狀況等。ATT7022A是一顆高精度三相電能專用計量芯片，適用于三相三線和三相四線應用。
它能夠測量各相以及合相的有功功率、無功功率、視在功率、有功能量以及無功能量，同時還能測量各相電流、電壓有效值、相角、頻率等參數，充分滿足電能數據采集的需求。而且提供一個SPI接口，方便與外部MCU之間進行計量參數的傳遞，所有的計量參數都可以通過SPI接口讀出。用它能準確地采集這些參數，并且精度高，軟件設計簡單，內部框圖如圖1所示。

文中所介紹的無功補償控制器是基于三相電能專用計量芯片ATT7022A來實現的，控制芯片為atmel公司生產的AVR單片機ATmega128和ATme ga16相比，它是AVR8位系列單片機的最高配置的一款單片機，并有53個可編程IO口，在設計液晶顯示和驅動電路上比較方便。該控制器能根據ATT7022A提供的的有功功率、無功功率、功率因數來分析判斷是否進行無功補償，自動投切電容器，實現配電網的自動無功補償，提高輸電效率。

2 硬件電路設計
控制器的硬件電路設計主要有電壓電流檢測電路、電源電路、驅動電路、通信電路及液晶顯示模塊等組成，以Atmega128為控制芯片，可以輕松的完成這些控制功能。其硬件結構框圖如下圖所示。電網電壓、電流經過互感器后，電壓電流信號送到了ATT7022A上。ATT7022A提供一個SPI接口，所有的計量參數都可以通過SPI接口讀出，單片機根據這些參數來判斷功率因數，決定是否進行無功補償，并把信號傳送給電容投切模塊。