專利名稱：基于dsp芯片控制的過零投切濾波無功補(bǔ)償裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及低壓濾波無功補(bǔ)償，特別是基于DSP芯片控制的過零投切濾波無功補(bǔ)
|石術(shù)C且ο
背景技術(shù)：
濾波無功補(bǔ)償裝置主要功能是根據(jù)負(fù)載無功需求的變化，及時快速進(jìn)行無功補(bǔ)償，改善用戶的功率因數(shù)，降低電耗，穩(wěn)定母線電壓，同時濾波器可濾除系統(tǒng)中諧波電流，改善電壓波形畸變，可廣泛應(yīng)用于電力、冶金、煤礦、化工、輕工、建材、機(jī)械等行業(yè)中。濾波無功補(bǔ)償裝置中用晶閘管作為無觸點(diǎn)投切開關(guān)實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償調(diào)諧電容器組的投切，可以連續(xù)頻繁快速投切。目前在國內(nèi)補(bǔ)償裝置中晶閘管無觸點(diǎn)開關(guān)過零投切技術(shù)設(shè)計主要有以下幾種1.通過光耦采用電壓比較確定觸發(fā)投切點(diǎn)
過零觸發(fā)投切單元采用光耦觸發(fā)如(M0C3083系列)，當(dāng)?shù)玫街骺刂破髦噶詈笸ㄟ^采集晶閘管兩端電壓進(jìn)行比較直接輸出脈沖觸發(fā)晶閘管.此種方式由于沒有隔離措施(信號采集隔離和脈沖輸出隔離)，光耦的耐壓特性較低(800V)，在諧波背景下晶閘管很容易因諧波干擾脈沖信號誤觸發(fā)而引起失控。2.采用相位控制捕捉投切點(diǎn)
過零觸發(fā)投切單元采用相位捕捉過零點(diǎn)技術(shù)，通過對同步信號采集，利用觸發(fā)單元上的單片機(jī)對系統(tǒng)電壓相位進(jìn)行控制，當(dāng)?shù)玫街骺刂破髦噶詈笤陔妷盒盘柗逯迭c(diǎn)發(fā)出脈沖觸發(fā)晶閘管，此種過零點(diǎn)投切控制由于受到晶閘管兩端電壓差異大小不同的影響，也無法實(shí)現(xiàn)過零投切，在頻繁投切過程中由于涌流較大對晶閘管易造成沖擊，容易損壞。對于上述晶閘管過零投切方案的濾波補(bǔ)償裝置都有不同程度的設(shè)計缺陷及應(yīng)用場合限制，對濾波無功補(bǔ)償裝置快速補(bǔ)償、安全穩(wěn)定運(yùn)行都會照成較大影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決上述問題提供了一種雙核系統(tǒng)控制的基于DSP芯片控制的過零投切濾波無功補(bǔ)償裝置，可以有效避免濾波無功補(bǔ)償裝置受諧波干擾和投切過程中的電流涌流沖擊等問題，實(shí)現(xiàn)安全穩(wěn)定、準(zhǔn)確、快速頻繁投切，滿足裝置對電網(wǎng)系統(tǒng)提供穩(wěn)定的無功功率補(bǔ)償?shù)囊?。本發(fā)明的技術(shù)方案如下
基于DSP芯片控制的過零投切濾波無功補(bǔ)償裝置，其特征在于包括中央處理器控制模塊、電參數(shù)測量采樣模塊、通信模塊、顯示模塊、電源模塊、觸發(fā)模塊，中央處理器控制模塊設(shè)置于CPU主板上，中央處理器控制模塊通過專用高速接口、高速數(shù)據(jù)采集端口 HSDC和串行同步接口 SP1、數(shù)據(jù)總線接口 I2C連接電參數(shù)測量采樣模塊，中央處理器控制模塊通過串行異步通信接口 SCIB、增強(qiáng)型控制器局域網(wǎng)絡(luò)eCAN接口與通訊模塊進(jìn)行通訊，中央處理器控制模塊通過專用電源芯片TPS73HD301模塊連接電源模塊，中央處理器控制模塊通過脈寬調(diào)制模塊PWM連接觸發(fā)模塊，中央處理器控制模塊通過串行異步通信接口 SCIA連接顯示模塊；所述中央處理器控制模塊設(shè)置有32位浮點(diǎn)運(yùn)算DSP芯片TMS320F28335和微處理器DSP芯片ADE7878形成雙核系統(tǒng)。所述中央處理器控制模塊采用32位浮點(diǎn)運(yùn)算DSP TMS320F28335芯片，該芯片為美國德州儀器TI公司推出的DSP芯片，具有150MHz的高速處理能力，具備32位浮點(diǎn)處理單元，6個直接存儲器訪問DMA通道支持模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC、多通道緩沖串行端口 McBSP和外部存儲器接口 EMIF，有多達(dá)18路的脈寬調(diào)制模塊PWM輸出，其中有6路為TI特有的更高精度的脈寬調(diào)制模塊HRPWM輸出接口，12位16通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC。得益于其浮點(diǎn)運(yùn)算單元，可快速編寫控制算法而無需在處理小數(shù)操作上耗費(fèi)過多的時間和精力，與前代DSP相t匕，平均性能提高50%，并與定點(diǎn)C28x控制器軟件兼容，從而簡化軟件開發(fā)，縮短開發(fā)周期，降低開發(fā)成本；它除具有數(shù)字信號處理能力，又具有強(qiáng)大的事件管理和嵌入式控制功能，特別適用于大批量數(shù)據(jù)處理的測控場合，如工業(yè)自動化控制、電力電子技術(shù)應(yīng)用智能化儀器和儀表等。所述電參數(shù)測量采樣模塊包括晶閘管電壓單元和被測系統(tǒng)的電壓電流采樣單元；晶閘管電壓單元包括晶閘管電壓采樣電路、連接晶閘管電壓采樣電路的低通濾波電路，低通濾波電路連接調(diào)理運(yùn)放電路，調(diào)理運(yùn)放電路通過ADC連接至中央處理器控制模塊；被測系統(tǒng)的電壓電流采樣單元包括被測系統(tǒng)的電壓電流采樣電路，通過專用芯片ADE7878采樣電路連接至中央處理器控制模塊的串行同步接口 SPI，同時采樣電路與中央處理器控制模塊通過數(shù)據(jù)總線接口 I2C雙向連接；所述電參數(shù)測量采樣模塊可以采用美國模擬半導(dǎo)體ADI公司的ADE7878集成諧波監(jiān)控的多相多功能電能計量IC芯片為核心構(gòu)成。所述電參數(shù)測量采樣模塊用于將系統(tǒng)電壓、電流轉(zhuǎn)換成各種電參數(shù)供中央處理器控制模塊使用，主要提供系統(tǒng)電壓、電流、頻率、各相功率因數(shù)、總(基波和諧波)的有功、視在功率的有效值計算，以及基波的有功和無功功率有效值計算等。主CPU控制器通過專用高速接口、高速數(shù)據(jù)采集端口 HSDC和串行同步接口 SPI和數(shù)據(jù)總線接口 I2C讀取各項系統(tǒng)參數(shù)。所述通信模塊配置有MODBUS協(xié)議、PR0FIBUS協(xié)議的RS485及CAN接口通訊，與遠(yuǎn)方上位機(jī)交換信息或接受上位機(jī)控制命令，滿足接入各種DCS的通信要求。所述電源模塊包括電源隔離變壓器、電源芯片，電源連接至電源隔離變壓器，電源隔離變壓器連接至電源芯片，通過電源隔離變壓器將電源降壓后整流穩(wěn)壓濾波通過專用電源芯片再供給中央處理器控制模塊使用，電源模塊提供+5V、+3. 3V、+1. 9V等電壓；所述電源隔離變壓器初級次級絕緣在3000V以上，其抗電性能優(yōu)于GB/T15290標(biāo)準(zhǔn)要求；所述電源芯片可以采用TPS73HD301芯片。所述觸發(fā)模塊采用脈寬調(diào)制模塊PWM，通過光耦、場效應(yīng)管、脈沖隔離變壓器(初級次級絕緣在3000V以上)將脈沖隔離放大后觸發(fā)晶閘管。所述觸發(fā)模塊包括光耦、場效應(yīng)管、脈沖隔離變壓器(初級次級絕緣在3000V以上)，中央處理器控制模塊通過脈寬調(diào)制模塊PWM連接到光耦，光耦連接場效應(yīng)管，場效應(yīng)管連接脈沖隔離變壓器，脈沖隔離變壓器將脈沖隔離放大后觸發(fā)晶閘管。所有脈沖隔離變壓器其基本原理與一般普通變壓器(如電力變壓器、電源變壓器等)相同，但就磁芯的磁化過程這一點(diǎn)來看是有區(qū)別的 (1)脈沖隔離變壓器是一個工作在暫態(tài)中的變壓器，也就是說，脈沖過程在短暫的時間內(nèi)發(fā)生，是一個頂部平滑的方波，而一般普通變壓器是工作在連續(xù)不變的磁化中的，其交變信號是按正弦波形變化；
(2)脈沖信號是重復(fù)周期，一定間隔的，且只有正極或負(fù)極的電壓，而普通變壓器交變信號是連續(xù)重復(fù)變化的，既有正的也有負(fù)的電壓值。所述顯示模塊采用4. 3寸及以上的液晶屏，從而確保顯示效果，能夠顯示大量的系統(tǒng)參數(shù)，提供友好的人機(jī)界面；顯示模塊顯示各種系統(tǒng)信息，和鍵盤一起構(gòu)成控制儀的人機(jī)操作界面。本發(fā)明的原理如下
本發(fā)明采用采用數(shù)字信號處理器TI公司32位浮點(diǎn)運(yùn)算DSP芯片TMS320F28335和ADI公司高精度采樣微處理器DSP芯片ADE7878形成雙核的中央處理器控制模塊，該雙核的中央處理器控制模塊集合了全面的測量電壓、電流、功率、電力質(zhì)量分析、實(shí)時波形顯示、故障報警、網(wǎng)絡(luò)通訊等常用電力參數(shù)，將瞬時無功理論方法與快速傅里葉變換(FFT)相結(jié)合，高速分析系統(tǒng)中的電壓和電流基波、諧波分量，實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)無功功率的實(shí)時跟蹤和瞬時補(bǔ)償，并能實(shí)現(xiàn)調(diào)諧電容器組諧波工況下的過零投切控制，同時濾波無功補(bǔ)償裝置控制器除具有多種記錄統(tǒng)計、存儲、刪除、查閱功能外，同時還具有通用MODBUS協(xié)議、PR0FIBUS協(xié)議的RS485和CAN接口與本地P C機(jī)進(jìn)行定值查詢和配置數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)遙控、遙信、遙測、遙調(diào)等功能，實(shí)現(xiàn)自動智能投切，有效保證了設(shè)備安全運(yùn)行和長期穩(wěn)定可靠使用。動態(tài)無功補(bǔ)償裝置動態(tài)響應(yīng)時間小于20ms，功率因數(shù)可提高到O. 95以上；
觸發(fā)模塊在雙核的中央處理器控制模塊上，中央處理器控制模塊采用相位捕捉+電壓比較控制策略，相位捕捉是通過對系統(tǒng)電壓同步信號的采集，利用中央處理器對系統(tǒng)電壓相位進(jìn)行控制，快速捕捉電壓信號峰值點(diǎn)；電壓比較是通過采集晶閘管兩端電壓進(jìn)行比較，當(dāng)晶閘管兩端電壓比較為零時，在電壓信號峰值點(diǎn)輸出脈沖觸發(fā)晶閘管。首先對采樣信號(系統(tǒng)電壓和晶閘管電壓)進(jìn)行有效隔離(耐壓3500V)，對諧波進(jìn)行低通濾波調(diào)理后將信號送到中央處理器CPU (F28335) 32位浮點(diǎn)運(yùn)算芯片上，通過中央處理器實(shí)時提取系統(tǒng)的電壓波形并準(zhǔn)確跟蹤其相位，與此同時對系統(tǒng)電壓和晶閘管電壓進(jìn)行比較，根據(jù)系統(tǒng)無功需求，依靠控制器對無功需求的計算和功率因數(shù)的計算，當(dāng)需要發(fā)出無功補(bǔ)償指令后利用芯片自身高速的運(yùn)算處理速度，使得這兩個影響到過零投切的因素在CPU芯片的高速運(yùn)行中瞬間處理完成，當(dāng)相位捕捉+電壓比較條件同時滿足時通過CPU (F28335)芯片上自帶的高精密PWM觸發(fā)單元輸出脈沖，并通過隔離放大觸發(fā)回路(耐壓3500V)送到晶閘管上，這樣就既能消除諧波的影響，又可對系統(tǒng)電壓相位、系統(tǒng)電壓和晶閘管電壓比較進(jìn)行精準(zhǔn)、高速控制，有效避免了諧波干擾和投切過程中的電流涌流沖擊等問題，就實(shí)現(xiàn)了濾波無功補(bǔ)償裝置快速過零投切。本發(fā)明的有益效果如下
1、本裝置的具有過壓、失壓和過流保護(hù)；
2、控制器電源采用全灌封隔離變壓器，耐壓3000V；
3、電流、電壓輸入回路通過互感器隔離，耐壓3000V；
4、晶閘管觸發(fā)模塊使用脈沖變壓器觸發(fā)晶閘管，脈沖變壓器的耐壓是3000V；
5、控制器自身有短路保護(hù)； 6、以上措施使得本裝置具有很高的抑制各種諧波干擾作用，安全性、穩(wěn)定性大大提高。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖
圖2為本發(fā)明的電參數(shù)測量采樣模塊的結(jié)構(gòu)示意圖 圖3為本發(fā)明的通信模塊的CAN電路的結(jié)構(gòu)示意圖 圖4為本發(fā)明的通信模塊的RS485電路的結(jié)構(gòu)示意圖 圖5為本發(fā)明的電源模塊的結(jié)構(gòu)示意圖 圖6為本發(fā)明的觸發(fā)模塊的結(jié)構(gòu)示意圖
具體實(shí)施例方式如圖1所示，基于DSP芯片控制的過零投切濾波無功補(bǔ)償裝置，包括中央處理器控制模塊、電參數(shù)測量采樣模塊、通信模塊、顯示模塊、電源模塊、觸發(fā)模塊，中央處理器控制模塊設(shè)置于CPU主板上，中央處理器控制模塊通過專用高速接口、高速數(shù)據(jù)采集端口 HSDC和串行同步接口 SP1、數(shù)據(jù)總線接口 I2C連接電參數(shù)測量采樣模塊，中央處理器控制模塊通過串行異步通信接口 SCIB、增強(qiáng)型控制器局域網(wǎng)絡(luò)eCAN接口與通訊模塊進(jìn)行通訊，中央處理器控制模塊通過專用電源芯片TPS73HD301模塊連接電源模塊，中央處理器控制模塊通過脈寬調(diào)制電路EM連接觸發(fā)模塊，中央處理器控制模塊通過串行異步通信接口 SCIA連接顯示模塊；所述中央處理器控制模塊設(shè)置有32位浮點(diǎn)運(yùn)算DSP芯片TMS320F28335和微處理器DSP芯片ADE7878形成雙核系統(tǒng)。所述中央處理器控制模塊采用32位浮點(diǎn)運(yùn)算DSP TMS320F28335芯片，該芯片為美國德州儀器TI公司推出的DSP芯片，具有150MHz的高速處理能力，具備32位浮點(diǎn)處理單元，6個直接存儲器訪問DMA通道支持增強(qiáng)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC、多通道緩沖串行端口 McBSP和外部存儲器接口 EMIF，有多達(dá)18路的脈寬調(diào)制模塊PWM輸出，其中有6路為TI特有的更高精度的脈寬調(diào)制模塊HRPWM，12位16通道增強(qiáng)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC。得益于其浮點(diǎn)運(yùn)算單元，可快速編寫控制算法而無需在處理小數(shù)操作上耗費(fèi)過多的時間和精力，與前代DSP相t匕，平均性能提高50%，并與定點(diǎn)C28x控制器軟件兼容，從而簡化軟件開發(fā)，縮短開發(fā)周期，降低開發(fā)成本；它除具有數(shù)字信號處理能力，又具有強(qiáng)大的事件管理和嵌入式控制功能，特別適用于大批量數(shù)據(jù)處理的測控場合，如工業(yè)自動化控制、電力電子技術(shù)應(yīng)用智能化儀器和儀表等。如圖2所示，所述電參數(shù)測量采樣模塊包括晶閘管電壓單元和被測系統(tǒng)的電壓電流采樣單元；晶閘管電壓單元包括晶閘管電壓采樣電路、連接晶閘管電壓采樣電路的低通濾波電路，低通濾波電路連接調(diào)理運(yùn)放電路，調(diào)理運(yùn)放電路通過增強(qiáng)型模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)模塊連接至中央處理器控制模塊；被測系統(tǒng)的電壓電流采樣單元包括被測系統(tǒng)的電壓電流采樣電路，通過專用芯片ADE7878采樣電路連接至中央處理器控制模塊的串行同步接口SPI，同時采樣電路與中央處理器控制模塊通過數(shù)據(jù)總線接口 I2C雙向連接；所述電參數(shù)測量采樣模塊可以采用ADI公司的ADE7878集成諧波監(jiān)控的多相多功能電能計量IC芯片為核心構(gòu)成。 所述電參數(shù)測量采樣模塊用于將系統(tǒng)電壓、電流轉(zhuǎn)換成各種電參數(shù)供中央處理器控制模塊使用，主要提供系統(tǒng)電壓、電流、頻率、各相功率因數(shù)、總(基波和諧波)的有功、視在功率的有效值計算，以及基波的有功和無功功率有效值計算等。主CPU控制器通過專用高速接口、高速數(shù)據(jù)采集端口 HSDC和串行同步接口 SPI和數(shù)據(jù)總線接口 I2C讀取各項系統(tǒng)參數(shù)。如圖3、4所示，所述通信模塊配置有MODBUS協(xié)議、PR0FIBUS協(xié)議的RS485及CAN接口通訊，與遠(yuǎn)方上位機(jī)交換信息或接受上位機(jī)控制命令，滿足接入各種DCS的通信要求。如圖5所示，所述電源模塊包括隔離變壓器、電源芯片，電源連接至電源隔離變壓器，電源隔離變壓器連接至電源芯片，通過電源隔離變壓器將電源降壓后整流穩(wěn)壓濾波通過專用電源芯片在供給中央處理器控制模塊使用，電源模塊提供+5V、+3. 3V、+1. 9V等電壓；所述電源隔離變壓器初級次級絕緣在3000V以上，其抗電性能優(yōu)于GB/T15290標(biāo)準(zhǔn)要求；所述電源芯片可以采用TPS73HD301芯片。如圖6所示，所述觸發(fā)模塊采用PWM，通過光耦、場效應(yīng)管、脈沖隔離變壓器(初級次級絕緣在3000V以上)將脈沖隔離放大后觸發(fā)晶閘管。所述觸發(fā)模塊包括光耦、場效應(yīng)管、脈沖隔離變壓器(初級次級絕緣在3000V以上)，中央處理器控制模塊通過脈寬調(diào)制模塊PWM連接到光耦，光耦連接場效應(yīng)管，場效應(yīng)管連接脈沖隔離變壓器，脈沖隔離變壓器將脈沖隔離放大后觸發(fā)晶閘管。所有脈沖隔離變壓器其基本原理與一般普通變壓器(如電力變壓器、電源變壓器等)相同，但就磁芯的磁化過程這一點(diǎn)來看是有區(qū)別的
(1)脈沖隔離變壓器是一個工作在暫態(tài)中的變壓器，也就是說，脈沖過程在短暫的時間內(nèi)發(fā)生，是一個頂部平滑的方波，而一般普通變壓器是工作在連續(xù)不變的磁化中的，其交變信號是按正弦波形變化；
(2)脈沖信號是重復(fù)周期，一定間隔的，且只有正極或負(fù)極的電壓，而普通變壓器交變信號是連續(xù)重復(fù)變化的，既有正的也有負(fù)的電壓值。如圖1所示，所述顯示模塊采用4. 3寸及以上的液晶屏，從而確保顯示效果，能夠顯示大量的系統(tǒng)參數(shù)，提供友好的人機(jī)界面；顯示模塊顯示各種系統(tǒng)信息，和鍵盤一起構(gòu)成控制儀的人機(jī)操作界面。本發(fā)明的原理如下
本發(fā)明采用采用數(shù)字信號處理器TI公司32位浮點(diǎn)運(yùn)算DSP芯片TMS320F28335和ADI公司高精度采樣微處理器DSP芯片ADE7878形成雙核的中央處理器控制模塊，該雙核的中央處理器控制模塊集合了全面的測量電壓、電流、功率、電力質(zhì)量分析、實(shí)時波形顯示、故障報警、網(wǎng)絡(luò)通訊等常用電力參數(shù)，將瞬時無功理論方法與快速傅里葉變換(FFT)相結(jié)合，高速分析系統(tǒng)中的電壓和電流基波、諧波分量，實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)無功功率的實(shí)時跟蹤和瞬時補(bǔ)償，并能實(shí)現(xiàn)調(diào)諧電容器組諧波工況下的過零投切控制，同時濾波無功補(bǔ)償裝置控制器除具有多種記錄統(tǒng)計、存儲、刪除、查閱功能外，同時還具有通用MODBUS協(xié)議、PR0FIBUS協(xié)議的RS485和CAN接口與本地P C機(jī)進(jìn)行定值查詢和配置數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)遙控、遙信、遙測、遙調(diào)等功能，實(shí)現(xiàn)自動智能投切，有效保證了設(shè)備安全運(yùn)行和長期穩(wěn)定可靠使用。動態(tài)無功補(bǔ)償裝置動態(tài)響應(yīng)時間小于20ms，功率因數(shù)可提高到O. 95以上；
觸發(fā)模塊在雙核的中央處理器控制模塊上，中央處理器控制模塊采用相位捕捉+電壓比較控制策略，相位捕捉是通過對系統(tǒng)電壓同步信號的采集，利用中央處理器對系統(tǒng)電壓相位進(jìn)行控制，快速捕捉電壓信號峰值點(diǎn)；電壓比較是通過采集晶閘管兩端電壓進(jìn)行比較，當(dāng)晶閘管兩端電壓比較為零時，在電壓信號峰值點(diǎn)輸出脈沖觸發(fā)晶閘管。首先對采樣信號(系統(tǒng)電壓和晶閘管電壓)進(jìn)行有效隔離(耐壓3500V)，對諧波進(jìn)行低通濾波調(diào)理后將信號送到中央處理器CPU (F28335) 32位浮點(diǎn)運(yùn)算芯片上，通過中央處理器實(shí)時提取系統(tǒng)的電壓波形并準(zhǔn)確跟蹤其相位，與此同時對系統(tǒng)電壓和晶閘管電壓進(jìn)行比較，根據(jù)系統(tǒng)無功需求，依靠控制器對無功需求的計算和功率因數(shù)的計算，當(dāng)需要發(fā)出無功補(bǔ)償指令后利用芯片自身高速的運(yùn)算處理速度，使得這兩個影響到過零投切的因素在CPU芯片的高速運(yùn)行中瞬間處理完成，當(dāng)相位捕捉+電壓比較條件同時滿足時通過CPU(F28335)芯片上自帶的高精密脈寬調(diào)制PWM觸發(fā)單元輸出脈沖，并通過隔離放大觸發(fā)回路(耐壓3500V)送到晶閘管上，這樣就既能消除諧波的影響，又可對系統(tǒng)電壓相位、系統(tǒng)電壓和晶閘管電壓比較進(jìn)行精準(zhǔn)、高速控制，有效避免了諧波干擾和投切過程中的電流涌流沖擊等問題，就實(shí)現(xiàn)了濾波無功補(bǔ)償裝置快速過零投切。
權(quán)利要求
1.基于DSP芯片控制的過零投切濾波無功補(bǔ)償裝置，其特征在于包括中央處理器控制模塊、電參數(shù)測量采樣模塊、通信模塊、顯示模塊、電源模塊、觸發(fā)模塊，中央處理器控制模塊設(shè)置于CPU主板上，中央處理器控制模塊通過專用高速接口、高速數(shù)據(jù)采集端口 HSDC 和串行同步接口 SP1、數(shù)據(jù)總線接口 I2C連接電參數(shù)測量采樣模塊，中央處理器控制模塊通過串行異步通信接口 SCIB、增強(qiáng)型控制器局域網(wǎng)絡(luò)eCAN接口與通訊模塊進(jìn)行通訊，中央處理器控制模塊通過專用電源芯片TPS73HD301模塊連接電源模塊，中央處理器控制模塊通過脈寬調(diào)制模塊PWM連接觸發(fā)模塊，中央處理器控制模塊通過串行異步通信接口 SCIA連接顯示模塊；所述中央處理器控制模塊設(shè)置有32位浮點(diǎn)運(yùn)算DSP芯片TMS320F28335和微處理器DSP芯片ADE7878形成雙核系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSP芯片控制的過零投切濾波無功補(bǔ)償裝置，其特征在于所述電參數(shù)測量采樣模塊包括晶閘管電壓單元和被測系統(tǒng)的電壓電流采樣單元；晶閘管電壓單元包括晶閘管電壓采樣電路、連接晶閘管電壓采樣電路的低通濾波電路，低通濾波電路連接調(diào)理運(yùn)放電路，調(diào)理運(yùn)放電路通過ADC連接至中央處理器控制模塊；被測系統(tǒng)的電壓電流采樣單元包括被測系統(tǒng)的電壓電流采樣電路，通過專用芯片ADE7878采樣電路連接至中央處理器控制模塊的串行同步接口 SPI，同時采樣電路與中央處理器控制模塊通過數(shù)據(jù)總線接口 I2C雙向連接；所述電參數(shù)測量采樣模塊可以采用美國模擬半導(dǎo)體ADI公司的ADE7878集成諧波監(jiān)控的多相多功能電能計量IC芯片為核心構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于DSP芯片控制的過零投切濾波無功補(bǔ)償裝置，其特征在于所述電參數(shù)測量采樣模塊用于將系統(tǒng)電壓、電流轉(zhuǎn)換成各種電參數(shù)供中央處理器控制模塊使用，主要提供系統(tǒng)電壓、電流、頻率、各相功率因數(shù)、基波和諧波的有功、視在功率的有效值計算，以及基波的有功和無功功率有效值計算等。
4.主CPU控制器通過專用高速接口、高速數(shù)據(jù)采集端口HSDC和串行同步接口 SPI和數(shù)據(jù)總線接口 I2C讀取各項系統(tǒng)參數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSP芯片控制的過零投切濾波無功補(bǔ)償裝置，其特征在于所述通信模塊配置有MODBUS協(xié)議、PR0FIBUS協(xié)議的RS485及CAN接口，與遠(yuǎn)方上位機(jī)交換信息或接受上位機(jī)控制命令，滿足接入各種DCS的通信要求。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSP芯片控制的過零投切濾波無功補(bǔ)償裝置，其特征在于所述電源模塊包括電源隔離變壓器、電源芯片，電源連接至電源隔離變壓器，電源隔離變壓器連接至電源芯片，通過電源隔離變壓器將電源降壓后整流穩(wěn)壓濾波通過專用電源芯片再供給中央處理器控制模塊使用，電源模塊提供電壓；所述電源隔離變壓器初級次級絕緣在3000V以上，其抗電性能優(yōu)于GB/T15290標(biāo)準(zhǔn)要求；所述電源芯片可以采用 TPS73HD301 芯片。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSP芯片控制的過零投切濾波無功補(bǔ)償裝置，其特征在于所述觸發(fā)模塊包括光耦、場效應(yīng)管、脈沖隔離變壓器，中央處理器控制模塊通過脈寬調(diào)制模塊PWM連接到光耦，光耦連接場效應(yīng)管，場效應(yīng)管連接脈沖隔離變壓器，脈沖隔離變壓器將脈沖隔離放大后觸發(fā)晶閘管。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSP芯片控制的過零投切濾波無功補(bǔ)償裝置，其特征在于原理如下DSP芯片TMS320F28335和DSP芯片ADE7878形成雙核的中央處理器控制模塊，該雙核的中央處理器控制模塊設(shè)置有觸發(fā)模塊，采用相位捕捉+電壓比較控制策略，相位捕捉是通過對系統(tǒng)電壓同步信號的采集，利用中央處理器對系統(tǒng)電壓相位進(jìn)行控制，快速捕捉電壓信號峰值點(diǎn)；電壓比較是通過采集晶閘管兩端電壓進(jìn)行比較，當(dāng)晶閘管兩端電壓比較為零時，在電壓信號峰值點(diǎn)輸出脈沖觸發(fā)晶閘管；首先對系統(tǒng)電壓和晶閘管電壓的采樣信號進(jìn)行有效隔離，對諧波進(jìn)行低通濾波調(diào)理后將信號送到中央處理器CPU運(yùn)算芯片上，通過中央處理器CPU實(shí)時提取系統(tǒng)的電壓波形并準(zhǔn)確跟蹤其相位，與此同時對系統(tǒng)電壓和晶閘管電壓進(jìn)行比較，根據(jù)系統(tǒng)無功需求，依靠控制器對無功需求的計算和功率因數(shù)的計算，當(dāng)需要發(fā)出無功補(bǔ)償指令后利用芯片自身高速的運(yùn)算處理速度，使得這兩個影響到過零投切的因素在CP U芯片的高速運(yùn)行中瞬間處理完成，當(dāng)相位捕捉+電壓比較條件同時滿足時通過CPU芯片上自帶的高精密PWM觸發(fā)單元輸出脈沖，并通過隔離放大觸發(fā)回路送到晶閘管上，這樣就既能消除諧波的影響，又對系統(tǒng)電壓相位、系統(tǒng)電壓和晶閘管電壓比較進(jìn)行精準(zhǔn)、高速控制，有效避免了諧波干擾和投切過程中的電流涌流沖擊問題，實(shí)現(xiàn)濾波無功補(bǔ)償裝置快速過零投切。
全文摘要
本發(fā)明涉及基于DSP芯片控制的過零投切濾波無功補(bǔ)償裝置，包括中央處理器控制模塊、電參數(shù)測量采樣模塊、通信模塊、顯示模塊、電源模塊、觸發(fā)模塊；中央處理器控制模塊通過高速接口、高速數(shù)據(jù)采集端口、串行同步接口、數(shù)據(jù)總線接口連接電參數(shù)測量采樣模塊，通過串行異步通信接口、增強(qiáng)型控制器局域網(wǎng)絡(luò)接口與通訊模塊通訊，通過專用電源芯片連接電源模塊，通過脈寬調(diào)制模塊連接觸發(fā)模塊，通過串行異步通信接口連接顯示模塊；中央處理器控制模塊由TMS320F28335芯片和ADE7878芯片形成雙核系統(tǒng)；本發(fā)明具有過壓、失壓和過流保護(hù)，具有很高的抑制各種諧波干擾作用，安全性、穩(wěn)定性大大提高。
文檔編號H02J3/18GK103023046SQ20121052675
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月10日
發(fā)明者陳繼軍, 劉智棟 申請人:樂山晟嘉電氣有限公司