跟着高等院校的大规模扩招和教育条件的改进，各种电子与电器设备在高校中广泛应用，高校成为名副其实的能耗大户，其间电能是首要能耗。然而在高校学校电网中，许多电力电子产品的存在，谐波污染变得越来越严峻，无功功率的不断添加不只形成电网供电质量下降，对设备形成了极大危害，一起也给高校带来了极端严峻的资源糟蹋。为呼应国家建设节能型社会的召唤，充分运用电子技术以削减谐波污染，进步电能运用率，有用运用资源以维护生态环境成为当时社会的焦点。
为此，文中介绍了一种以ARM架构的高速处理器S3C6410为中心单元，以嵌入式Linux为软件渠道的无功补偿的节能操控体系规划方案，该规划交融了谐波剖析、谐波检测、无功补偿、施行办理、屏幕显现以及操控电容投切功用。一起，选用嵌入式技术，为该体系不只便于功用扩展供给丰厚硬件资源并且微处理器高速功能和Linux的实时调度，为体系既确保人机交互又确保体系的实时性。
1 谐波检测原理与无功补偿模型
电力体系中许多电力电子元件的运用，不只有电网谐波的污染形成设备毛病，还有许多无功功率的存在导致能耗运用率极低，形成动力的糟蹋。为确保高校电子与电器设备的正常运转，谐波检测是管理谐波一个非常重要的先决条件，通常用某次谐波幅值相关于基波幅值的百分数来反应该谐波的含量，即：
式中：U1、I1和Um、Im别离表明基波电压有用值、电流有用值和第m次谐波电压有用值、电流有用值。当谐波含量超越必定的目标，则需对谐波进行管理以维护电子设备。跟着国内外学者的研讨，谐波检测的办法更趋向于高精度、高速度和有用性好的方向开展。
功率因数是用来衡量用电功率的重要目标，也从旁边面反映出电网能耗的运用率，一般用有功功率P和视在功率S的比值来表明：
λ=cosφ=P/S (4)
电网中体系三相电力电子元件的运用会导致三相电流不平衡，发生无功功率，添加配电压器的有功损耗。为对无功进行补偿以节省高校电网能耗，本文选用Y接线和△接线两种补偿办法作用，对各相供给不同无功，消除不对称负荷发生的负序和零序电流重量，使得高校电网在理论上让功率因数进步到1，以削减线路耗费，其三相无功补偿模型如下：
上式中Pa、Pb、Pc和Qa、Qb和Qc别离表明三相有功功率和无功功率，三相不平衡电流无功补偿一般只补偿电容。
2 体系硬件
2.1 全体规划
体系硬件整体规划如图1所示，包括电压转化器、电流转化器、A/D采样电路、键盘、LCD液晶显现、SD卡、RS485通讯等接口电路。电压转化器将三相电压转化成PPV为-0.8～0.8 V之间的电压信号，电流互感器经过接地电阻转化为电压后一起送入CS5451进行数据采样，由三星公司的依据ARM1176JZF—S内核架构的S3C6410嵌入式微处理器担任对数据进行剖析，经过LCD操控器将数据传给LCD进行图形化显现，一起将数据成果(三相负荷需求补偿的电容数)经过RS485通讯接口送给电容组投切复合开关履行投切动作。
2.2 数据收集电路规划
节能操控体系的前端数据收集电路对后端谐波剖析与无功补偿投切电容的精度和精确度起着关键性作用。特别是电网中各次谐波含量较小，所以高精度的AD转化器对进步
数据精度是必要的。
首要三相电压经过电阻转化器用分压电阻的办法，将三相电压信号转化成为3个电压信号，经过阻容滤波送入CS5451。相同，三相电流经过电流互感器，将三相电流信号转化成三个电流信号，经过阻容滤波送入CS5451。CS5451是一个精度较高的AD转化器，将输入的电流电压信号转化成数字信号输出。CS5451集成了6个△-∑模数转化器和均分滤波器，3个具有增益可编程放大器的电流输入通道对方才输入的电流进行采样，3个电压输入通道对输入的电压进行采样，6个通道能够完成同步采样，确保数据没有相位差错;CS54 51经过一个4线制串行数据输出口SPI与S3C6410进行通讯，每隔250微秒主动宣布一组数据，最终$3C6410对收集到的信息进行剖析处理。依据CS5451的数据采样电路规划如图2所示。
2.3 LCD液晶显现与接触屏电路原理
ARM11架构的S3C6410处理器自身包括了TFT24位真彩色液晶显现操控器，可支撑3.5寸、4.3寸、5.6寸等带有接触屏TFT液晶屏，分辨率可达1024*1024，最大支撑2k*2k虚拟屏幕尺度，具有16级Alpha混合。本体系选用4.3寸WXCAT43-TG3#001带有接触屏的液晶显现屏，由一个液晶显现屏，一个驱动电路，一个背光单元，一个模仿式电阻操控面板，分辨率为480*272，16：9宽显现，具有16777216色和24位RGB接口。
LCD液晶显现与接触屏电路整体结构如图3所示。LCD经过FPC座把接收到S3C6410的数据流输入到RGB接口中，经过1个门驱动和2个源驱动T—con来操控TFT LCDPanel。关于tou ch panel接触得到的数据直接经过FPC座传输到S3C6410，S3C6410接触屏操控器选用正常转化形式、独自的X/Y坐标转化形式、主动(次序)的X/Y坐标转化形式、等候中止办法对数据写入到ADC的操控寄存器。
S3C6410显现操控器有一个用于转化图画数据的逻辑，这个逻辑是指从本地总线的后处理器或体系内存内的视频缓冲区到外部LCD驱动器接口的传输图画数据的逻辑。LCD驱动接口有四种接口，如传统的RGB接口，180接口，NTSC/PAL规范TV编码器接口和IT—R BT.601接口。显现操控器支撑5层图画窗口。
3 体系软件规划
3.1 体系软件组成
体系软件选用嵌入式Linux作为操作体系。开源的嵌入式linux体系功能优异，软件移植简略，代码敞开，一起具有实时性、稳定性、安全性好的特色。经过在PC机linux环境下编译Qtopia4.4.3移植到开发板上。Qtiopia4.4.3是一个面向嵌入式体系的图形用户界面，包括完好的应用层、灵敏的用户界面、窗口操作体系、应用程序发动程序以及开发结构。体系的软件组成如图4所示。
设备驱动程序包括RS232驱动、SD卡驱动、USB驱动和LCD驱动程序等。在PC机linux环境下经过arm—gcc穿插编译东西生成潜入式Linux内核并将其移植到NandFlash中。应用程序则选用QT creator进行编程和规划，生成的文件经过编译qtopia4.4.3中的qmake生成makefile，再履行make得到在开发板上运转的qt应用程序。
3.2 CS5451的零点漂移补偿算法
关于△-∑型CS5451采样电路而言，会存在采样值的零点漂移现象，为确保谐波检测的精度和精确度，这儿选用硬件和软件结合的两级消除采样差错的办法处理零点漂移现象。
硬件上先设定一个差错批改电路图如图5所示，用来操控CS5451输入电压和电流的值进行操控。
在软件补偿进程中，依据差错批改公式*=b1y+b0，b0、b1为差错校对因子，因而需求做2次校对。首要进行体系零点校对使输入量为0，依据差错批改公式得到：
3.3 依据FFT算法的电网谐波剖析
电网谐波的存在不只会影响电网设备的的正常作业，缩短设备的寿数，一起也会发生谐波损耗，下降用电设备的能耗运用率，而精确的提取谐波信息则是谐波管理的关键环节。当时用于谐波剖析的算法由许多，比方简略便利有用的FFT改换，具有时频剖析特性的小波改换等。本体系充分运用S3C6410处理器的高速核算才能，选用依据FFT算法的电网
谐波检测办法，其程序流程图如图6所示。其首要思维是：
1)电网模仿电压信号U(t)或电流信号I(t)经过CS5451抽样离散后，变成U(nT)或I(nT)，T为采样周期;
2)将抽样离散后的电压U和电流I舜时值送入如下的FFT改换公式进行快速傅里叶改换：
试中，
，被称为蝶形因子，上式是N点的FFT核算所有的X(k)约需求N2次乘法和N2次加法。因为
具有对称性和周期性。则FFT运用了蝶形因子这2个性质加快了运算的速度。设N=2M，则总共有N/2个2点的FFT运算，因而，N点FFT进行(N/2)log2N个蝶形运算;3)FFT改换后得到各个频率点处的电压或电流幅值，将这些幅值送入到公式(2)、(3)核算各相总的谐波含量。
4 数据验证剖析
为了依据S3C6410的无功补偿技术操控体系的补偿节能作用，在关闭型无功补偿试验模仿柜中，人为投入一些理性器材，以添加体系的无功功率。选用本体系进行无功补偿试验，补偿前与补偿后的电流及各项功率要素入表1所示。试验成果表明补偿前无功试验柜所收集的三相电流严峻不平衡，功率要素也很低，可是选用依据专用电能丈量芯片CS5 451和ARM11架构S3C6410的无功补偿节能操控体系，经过Y接线和△接线两种补偿办法一起作用后，三相电流接近于平衡;功率要素达到了0.99，能量丢失大大减小;且零序电流接近于0，消除了不对称负荷发生的零序电流;经过无功补偿柜的模仿试验证明本体系对高校电网节省电能具有重要推行含义。
5 结束语
本文针对高校电网用电量大，谐波污染严峻等问题，介绍了依据嵌入式处理器S3C6410的节能操控体系构建进程，给出了体系的软硬件结构，规划了电网信号曲线实时动态改写的交互界面;针对谐波检测进程中的零点漂移现象给出了硬件补偿电路和软件补偿算法，进步了谐波检测的精度;经过FFT算法对谐波进行精确剖析;选用三相电流不平衡补偿算法模型，将三相负荷需求补偿的电容数经过RS485通讯接口送给电容组投切复合开关，由复合开关操控电压的投切动作。该体系集电网谐波检测和无功补偿为一体的电网节能操控体系，也完成了无功补偿数据剖析操控单元与履行的有用别离，以减小%&&&&&%投切履行单元对数据剖析操控单元的信号搅扰。试验成果表明，选用高速处理器S3C6410的强壮数据剖析才能和高精度特性，本体系能将功率要素至0.99，大大下降了高校用电能耗。
