[實用新型]用于低壓動態無功諧波綜合補償裝置的主控模塊

有效

• 申請號: 201220437480.4
• 申請日: 2012-08-31
• 公開（公告）號: CN202749829U
• 公開（公告）日: 2013-02-20
• 發明（設計）人: 馮燕;陳崗;段義隆;鄧名高;劉鐵軍
• 申請（專利權）人: 長沙威勝能源產業技術有限公司
• 主分類號: H02J3/18
• 分類號: H02J3/18;H02J3/01
• 代理公司: 長沙永星專利商標事務所 43001
• 代理人: 周詠;米中業

技術領域

本實用新型涉及低壓動態無功諧波綜合補償裝置，特別涉及一種用于低壓動態無功諧波綜合補償裝置的主控模塊。

背景技術

現有的有源電力濾波器控制系統采用DSP作為主控單元，由時鐘單元為其提供時鐘信號，脈沖輸出單元通過驅動芯片以及觸發器將來自CPLD的脈沖信號用作對IGBT的控制信號。但是，目前的有源電力濾波器控制系統仍存在以下幾大設計缺陷：

(1)?原理設計上主控單元多由2片或2片以上的DSP處理器構成，無論從軟件或硬件的設計復雜度方面考慮，還是從成本方面考慮，都存在改進的空間；

(2)?硬件保護電路功能單一甚至缺乏電路保護，致使有源電力濾波器主電路器件容易損壞，嚴重影響有源電力濾波器的安全性與可靠性；

(3)?模擬采樣電路未考慮信號的同步采樣，影響了信號的實時性采集，進而波及指令電流的實時跟蹤，即使考慮信號的同步采樣，其設計電路也過于復雜繁瑣；

(4)?未考慮時鐘電路的同源設計，忽略各晶振的時漂與溫漂不一致的問題，導致A/D采樣精度不高，也影響硬件時序電路的穩定性，不利于軟件驅動程序的編寫；

(5)?脈沖輸出電路采用的光電隔離芯片不能滿足現在越來越快的IGBT開關頻率。

發明內容

本實用新型的目的是提供一種成本較低且穩定性和可靠性高的用于低壓動態無功諧波綜合補償裝置的主控模塊。?

本實用新型提供的這種用于低壓動態無功諧波綜合補償裝置的主控模塊，包括主控單元、監控信號同步采樣單元、保護單元、溫度測控單元、脈沖輸出單元和時鐘單元，所述主控單元負責與監控信號同步采樣單元、保護單元、溫度測控單元、脈沖輸出單元和時鐘單元進行數據和控制命令的通信，同時負責與人機交互單元進行通信，外部模擬信號輸入單元輸出的多路模擬小信號由所述監控信號同步采樣單元同步采樣后進行預處理，再將處理后的模擬信號傳至保護單元，同時將處理后的數字信號傳至主控單元，所述保護單元將由監控信號同步采樣單元提供的已處理的模擬信號以及脈沖輸出單元傳輸的IGBT短路報警信號分別進行信號處理與判斷生成多路保護信號，再將此保護信號傳輸至主控單元，所述溫度測控單元將IGBT溫測信號傳輸至所述監控信號同步采樣單元，并將主控單元板級溫測信號傳至所述主控單元，所述脈沖輸出單元接收所述主控單元對IGBT的控制信號并將IGBT短路報警信號傳至所述保護單元，所述時鐘單元是控制模塊的時鐘發生電路，分別給主控單元與監控信號同步采樣單元的關鍵芯片提供工作時鐘。

所述主控單元包含一片采用具有強大內核及高速數據處理能力的浮點型DSP處理器以及一片硬件資源豐富的FPGA，其中DSP負責執行核心控制算法、數據管理和人機交互等任務，而FPGA是信號控制的核心，對包括保護信號、板級溫測信號、采樣信號以及指令電流脈沖輸出信號等信號在內的各類信號的控制與處理，同時負責執行部分并行控制算法，為DSP提供更充裕的數據處理空間，從而使DSP能高效地進行數據運算處理工作。

所述監控信號同步采樣單元包括信號調理電路、A/D轉換電路以及FPGA同步控制電路，多路模擬信號通過信號調理電路進行預處理后，將調理信號傳輸至所述保護單元；由FPGA同步控制電路控制A/D轉換電路的同步采樣控制腳，實現信號的模數同步轉換，并將轉換后的數字信號傳輸至所述主控單元，這種采樣控制電路簡易直觀，而且避免了由采樣引起的電壓與電流的相位偏移對控制算法的影響。

所述保護單元包括積分電路、比較電路和保護信號處理電路，電壓或電流模擬信號通過積分電路的波形處理后進入比較電路生成電平信號，與IGBT短路報警信號共同進入所述主控單元的FPGA保護信號處理模塊。該單元為整個控制模塊提供了多種電路保護，包括直流和交流側電壓保護、補償側和負載側電流保護、IGBT溫度和電路板板級溫度過高保護以及IGBT模塊的控制極短路保護。保護信號的狀態決定指令電流脈沖輸出的開通與關斷，在各種關鍵電路出現故障時，FPGA能及時關斷IGBT的輸出，這樣可有效的保護低壓動態無功諧波綜合補償裝置的主電路器件，增強設備的可靠性與安全性，同時也降低設備的維護成本。主控單元電路板板級溫度檢測信號和3路IGBT溫測信號實時體現低壓動態無功諧波綜合補償裝置的散熱系統工作狀況，從而主控模塊可以更全面的監控低壓動態無功諧波綜合補償裝置的運行狀態，防止主電路器件因自身過熱而造成損壞。