（安徽南瑞继远电网技术有限公司 安徽合肥 230088）
摘要：无功补偿装置在电力系统种的应用越来越广泛，为满足线路无功补偿控制装置的功能需求，设计了一种基于FreeRTOS的线路无功补偿控制装置方案。以ATMEL公司的ATSAME70J20作为主核心器件，使用基于任务的软件设计方法，对装置的功能进行划分，并在次基础上按照模块化原则定制任务。该线路无功补偿控制装置采用了实时操作系统，软件结构高度模块化，具有简单灵活，操作方便你的特点。经实际试运行表明，此方案能较好的满足线路无功补偿装置的要求。
关键词：无功补偿 FreeRTOS ATSAME70J20
0 引言
随着近年来电力系统的大力发展，用电需求的矛盾已得到缓解，但依然存在功率因数低、线损大等现象。根据我国“十三五”规划纲要提出的推进资源节约集约利用的目标，在全面推动能源节约以及建立健全资源高效利用机制方面成为重点。无功补偿优化控制设备作为节能领域的重要设备之一，目前已广泛应用于变电站集中补偿、线路分散补偿等无功补偿成套设备。在实际应用中可以有效的降低线损，提高变压器的带负载率，提高功率因数，达到节能降耗的目的。
传统的线路无功补偿控制装置多采用单片机作为核心，采用无操作系统程序。存在采集信息量无法长期存储、实时性差、稳定性低、通信接口单一等缺点，已经无法满足现阶段电压无功区域化调节及管理需要。本文提出的基于FreeRTOS操作系统的新型线路无功补偿控制器使用ATMEL公司的ATSAME70J20作为主核心器件，配以大容量存储器、高速ADC、输入输出接口、按键输入及液晶显示、通信接口等。大大增强了控制器的实时性、可靠性及可操作性。
1 总体方案设计
本控制器由模拟信号调理模块、开入开出模块、通信模块、存储模块、人机交互模块组成。整体框图如图1所示。外部电压及电流信号通过互感器进入模拟量采集模块，在完成滤波及信号调理后由ADC转换为数字信号。ATSAME70J20读取转换后的数字信号将其经过FFT运算得到对应的电参数值，根据设定定值控制开出模块，同时检测开入模块。通过键盘及液晶可查询实时电参数及历史记录，并对定值进行查看或修改。通过GPRS模块可远程接受控制指令及上传数据。
图1 系统框图
2 硬件系统设计
2.1.ATSAME70J20简介
本控制器采用了ATMEL公司基于Cortex-M7内核的32位高性能处理器ATSAME70J20作为核心CPU。该款芯片运行时速高达400 MHz，采用了217脚BGA封装，可支持DDR2/LPDDR、SDRAM/LPSDRAM、静态存储器以及NAND闪存。内部包括两个双端口8通道DMA控制器，12个32位AHB总线矩阵、2个10/100 M以太网MAC控制器以及USB、USART、CAN等多种接口。
2.2.模拟信号调理模块设计
模拟信号调理模块主要功能是将采集到的高电压和大电流通过电压、电流互感器降低信号幅值，利用高速运放将信号调理至ADC输入范围，通过ADC转换为数字量。采用AD公司的AD7606型同步采样ADC作为数据转换，该芯片具有6路输入通道，分别输入三相电压及三相电流，采用16位总线方式和ATSAME70J20交互数据。
2.3.人机交互模块设计
人机交互模块分为输入和显示两个部分。输入部分通过按键完成，ATSAME70J20检测对应I/O口的高低电平判断按键是否按下，随后进行对应程序的执行。显示部分采用160*160分辨率的液晶显示屏，采用8位总线方式和ATSAME70J20连接。程序设计时，将液晶显示屏作为一个外部存储设备使用，配置好读写及控制信号的时序，制定指针即可实现对液晶屏的读写操作，此方法简化了液晶屏的操作，提高了装置的整体响应速度。
3 软件系统设计
在嵌入式系统领域，FreeRTOS是一个轻量型的嵌入式实时操作系统内核，其提供的功能包括任务管理、时间管理、任务通信和同步、内存管理等功能，相对与其他商业操作系统，其完全免费，并且具有开源、可剪裁、移植方便和调度灵活的优点，从官网可以下载到目前最新版本9.1.0版。
3.1. FreeRTOS移植
FreeRTOS的实现主要由list.c、queue.c、croutine.c和tasks.c 4个文件组成。list.c是一个链表的实现，主要供给内核调度器使用；queue.c是一个队列的实现，支持中断环境和信号量控制。croutine.c和tasks.c是两种任务的组织实现。对于croutine.c，各个任务共享同一个堆栈，使RAM的需求进一步缩小，也正因如此，他的使用受到相对严格的限制。而task则是传统的实现，各个任务使用各自的堆栈，支持完全的抢占式调度。
4 结束语
基于FreeRTOS的线路无功补偿控制装置具有很好的实时性和通用性，能够满足实际需求。目前该产品已经投入市场使用，实际运行结果表明，该装置减少了调试工作量，提高了用户的工作效率，有利于保障电网安全稳定运行，具有良好的社会及经济效益。
参考文献
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谢鹏程.基于STM32和FreeRTOS的独立式运动控制器设计与研究.《华南理工大学》,2012
作者简介：
叶伟（1984-），男，汉族，安徽合肥人，本科，工程师，主要研究方向：电力系统及其自动化
张庚生（1985-），男，汉族，安徽舒城人，硕士研究生，工程师，主要研究方向：多媒体通信
刘鸿涛（1988-），男，汉族，安徽淮南人，硕士研究生，工程师，主要研究方向：电力系统及其自动化
论文作者:叶伟,张庚生,刘鸿涛
论文发表刊物:《电力设备》2018年第2期
论文发表时间:2018/5/30
标签：模块论文; 装置论文; 线路论文; 信号论文; 控制器论文; 操作系统论文; 实时论文; 《电力设备》2018年第2期论文;