[發明專利]基于雙DSP和FPGA控制系統的有源濾波裝置控制器

無效

• 申請號: 201110145814.0
• 申請日: 2011-06-01
• 公開（公告）號: CN102214923A
• 公開（公告）日: 2011-10-12
• 發明（設計）人: 鄭衛平
• 申請（專利權）人: 鄭衛平
• 主分類號: H02J3/01
• 分類號: H02J3/01;H02H7/26
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種電力有源濾波裝置，具體涉及該裝置的控制系統部分。

背景技術

現代電網中的負荷千差萬別，尤其隨著經濟發展，大量非線性負荷增加，特別是電力電子技術(廣泛應用的大功率可控硅等)、節能技術(變頻器的大量使用)和控制技術的進步，在市政、交通、冶金鋼鐵、醫院、商業大樓、通信、化工等各行各業大量使用各種整流設備(包括交直流電源、UPS等)、交直流換流設備、電力電子調壓設備；工業中電熔煉設備、電化學設備、礦井起重設備、露天采掘設備等；這些非線性負載會產生大量的諧波電流并注入到電網中，使電網電壓產生畸變，這種“諧波污染”會對電網和用戶帶來越來越多的干擾和影響，影響用電設備安全，增加電能損耗。

目前“諧波污染”治理的方法主要有無源濾波技術和有源濾波技術兩種。無源濾波裝置是目前最為常規的諧波抑制手段，無源濾波回路由電容器串聯電抗器形成串聯諧振，對基波呈容性，電容對基波頻率產生無功功率補償，對諧波形成低阻抗，讓諧波流入濾波器以減少對電網的注入。無源濾波裝置結構簡單，成本較低，但是也存在著難以克服的缺陷。而有源濾波技術作為一種新型的諧波治理技術，在消除諧波污染、提高電能質量方面，與無源濾波技術相比，無疑是有長足的進步，并且具有以下特點：

1、實現了動態補償，可對頻率和大小均變化的無功功率進行補償，對補償對象的變化有極快的響應速度。有源電力濾波器能做到小于1MS的快速響應。

2、有源濾波裝置是一個高阻抗電流源，它的接入對系統阻抗不會產生影響。

3、當電網結構發生變化時裝置受電網阻抗的影響不大，不存在與電網阻抗發生諧振的危險，同時能抑制串并聯諧振。

4、補償無功功率時不需要儲能元件，補償諧波時所需要的儲能元件不大。

5、用同一臺裝置可同時補償多次諧波電流和非整數倍次的諧波電流，既可以對一個諧波和無功源進行單獨補償，也可對多個諧波和無功源進行集中補償。

6、當線路中的諧波電流突然增大時有源濾波器不會發生過載，并且能正常發揮作用，不需要與系統斷開。

7、裝置可以僅輸出所需要補償的高次諧波電流，不輸出基波無功功率，不但減小了有源濾波器的總容量，還可以避免輕負荷時發生無功倒送現象。

雖然有源濾波裝置有著上述種種好處，但是目前很多有源濾波裝置由于控制器存在缺陷，例如僅使用一個DSP芯片，無法保護控制的可靠性和時效性，

發明內容

本發明克服了現有技術的不足，提供一種基于雙DSP和FPGA控制系統的有源濾波裝置控制器，該控制器采用雙DSP的配置，使得一片DSP只負責算法運算，保證了控制算法運算的可靠性和時效性。同時通過FPGA實現脈沖比通過DSP產生脈沖更加可靠，保證了輸出脈沖的精度，解決了現有技術中存在技術問題。

為解決上述的技術問題，本發明采用以下技術方案：

一種基于雙DSP和FPGA控制系統的有源濾波裝置控制器，所述的控制器包括數據采集單元、中央數據處理板、：

數據采集單元，用于采集系統電壓、電流的數據信息進行處理，并負責把輸入的模擬信號轉變成DSP和FPGA芯片可識別的數字信號并傳遞給中央數據處理模塊；

中央數據處理單元，用于對采集到的電壓電流信息的運算把諧波電流從復雜電流中分離出來，提供給控制算法產生正確的脈沖，以實現有源濾波裝置的控制目的；同時該單元根據采集的信息，判斷控制器和濾波裝置是否處于正常運行狀態，當發現有源電力濾波器出現過流或過壓時，發出適當的信號使濾波裝置處于整流狀態，避免開關器件損壞，當電壓或電流恢復正常以后，再恢復正常的驅動脈沖，使濾波裝置復位并繼續投入運行，而控制器或裝置的故障不是暫時性的，則發出跳閘信號，徹底切斷有源電力濾波裝置和控制器的聯系；而該單元包括兩個DSP芯片和一個FPGA芯片，兩個DSP芯片同時與FPGA芯片相連接，其中DSP?A芯片僅負責通訊數據管理，而另一只DSP?B芯片只負責算法運算，而FPGA芯片實現脈沖發生并進行保護電路邏輯處理；FPGA芯片與有源濾波裝置的IGBT驅動模塊也直接相連，并向其發出控制及保護信號；

人機界面及控制面板單元，該單元直接與DSPA芯片連接；對其進行人工控制與干與。

更進一步的技術方案是：

所述的數據采集單元為有A/D采樣模塊，此模塊由兩部分組成：一是信號調理電路，負責把需采樣的信號轉變成符合下級A/D芯片要求的信號波形；二是A/D芯片，負責把輸入的模擬信號轉變成DSP和FPGA系統可識別的數字信號。