CN104199506A - 一种应用于无功补偿控制系统中的设备三相电流反馈单元 - Google Patents

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Abstract

一种应用于无功补偿控制系统中的设备三相电流反馈单元，属于电子技术领域。解决了无功补偿控制系统中，存在稳定性和实时性差的问题。本发明基于FPGA实现的，采样与预处理模块将采集的三相网侧电压送至PLL模块、三相网侧电流和实际三相设备电流送至PARK变换模块，PLL模块用于根据三相网侧电压生成锁相后的角度θ，并将锁相后的角度θ送至PARK变换模块和反PARK变换模块，PARK变换模块用于根据三相网侧电流生成网侧电流在d轴上的分量DS和q轴上分量QS；反PARK变换模块用于接收从地址总线传输来的设备电流在d轴上的给定分量DC0和q轴上的给定分量QC0，并根据锁相后的角度θ,获得设备三相电流瞬时给定值。应用在无功补偿控制系统中。

Description

一种应用于无功补偿控制系统中的设备三相电流反馈单元
技术领域
本发明属于电子技术领域。
背景技术
目前，由于电子技术，尤其是主控CPU的高速发展。无功补偿控制器逐渐由单一化向复杂化过度。在主控设计方案上不断地使用速度更快，更高端的CPU。甚至出现采用多CPU的方案来实现其功能。但是，这种方法，第一，带来了成本上的大幅提升；第二，采用多核CPU方案时，复杂的CPU间仲裁和通信给系统的稳定性带来隐患，而且由于CPU的顺序执行特性，使得从CPU无论是在指令相应和任务完成上都有一定的延时，无法保证其实时性。
发明内容
本发明是为了解决无功补偿控制系统中，存在稳定性和实时性差的问题，本发明提供了一种应用于无功补偿控制系统中的设备三相电流反馈单元。
一种应用于无功补偿控制系统中的设备三相电流反馈单元，它是基于FPGA实现的，所述的FPGA包括PARK变换模块、PLL模块、反PARK变换模块和采样与预处理模块，
所述的采样与预处理模块用于采集三相网侧电压、三相网侧电流和实际三相设备电流，并将采集的三相网侧电压送至PLL模块、三相网侧电流和实际三相设备电流送至PARK变换模块，
PLL模块用于根据三相网侧电压生成锁相后的角度θ，并将锁相后的角度θ送至PARK变换模块和反PARK变换模块，
PARK变换模块用于根据三相网侧电流生成网侧电流在d轴上的分量DS和网侧电流在q轴上的分量QS；
PARK变换模块还用于根据实际三相设备电流生成设备电流在d轴上的分量DC和设备电流在q轴上的分量QC；
反PARK变换模块用于接收从地址总线传输来的设备电流在d轴上的给定分量DC0和设备电流在q轴上的给定分量QC0，并根据锁相后的角度θ,获得设备A相电流瞬时给定值i′ca、设备B相电流瞬时给定值i′cb、设备C相电流瞬时给定值i′cc。
本发明带来的有益效果是，本发明利用FPGA内部的计算单元替代主控器CPU进行大量的运算，为了提高运算效率，将运算所需要的三角函数值，先用Matlab生成表格，然后再FPGA中移ROM的方式，实现三角函数值的获取后，在利用FPGA内部的计算单元中的PARK变换模块、PLL模块、反PARK变换模块进行运算，运算效率的提高保证了运算的实时性及稳定性，本发明解决了无功补偿控制系统中稳定性和实时性差的问题。
附图说明
图1为本发明所述的一种应用于无功补偿控制系统中的设备三相电流反馈单元的原理框图，其中，ua表示三相网侧电压的A相电压，ub表示三相网侧电压的B相电压，uc表示三相网侧电压的A相电压。
图2为具体实施方式五所述的三相网侧电压生成锁相后的角度θ原理示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：参见图1说明本实施方式，本实施方式所述的一种应用于无功补偿控制系统中的设备三相电流反馈单元，其特征在于，它是基于FPGA实现的，所述的FPGA包括PARK变换模块1、PLL模块2、反PARK变换模块3和采样与预处理模块4，
所述的采样与预处理模块4用于采集三相网侧电压、三相网侧电流和实际三相设备电流，并将采集的三相网侧电压送至PLL模块2、三相网侧电流和实际三相设备电流送至PARK变换模块1，
PLL模块2用于根据三相网侧电压生成锁相后的角度θ，并将锁相后的角度θ送至PARK变换模块1和反PARK变换模块3，
PARK变换模块1用于根据三相网侧电流生成网侧电流在d轴上的分量DS和网侧电流在q轴上的分量QS；
PARK变换模块1还用于根据实际三相设备电流生成设备电流在d轴上的分量DC和设备电流在q轴上的分量QC；
反PARK变换模块3用于接收从地址总线传输来的设备电流在d轴上的给定分量DC0和设备电流在q轴上的给定分量QC0，并根据锁相后的角度θ,获得设备A相电流瞬时给定值i′ca、设备B相电流瞬时给定值i′cb、设备C相电流瞬时给定值i′cc。
本实施方式中，由于在FPGA中，做浮点乘法电路需要9-11个时钟的延时，所以为了提高运算的实时性，所有的计算均采用定点乘法器Q＝15计算。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一所述的一种应用于无功补偿控制系统中的设备三相电流反馈单元的区别在于，所述的PARK变换模块1根据三相网侧电流生成网侧电流在d轴上的分量DS和网侧电流在q轴上的分量QS，通过下述公式实现：
  公式一；
其中，isa、isb和isc分别为三相网侧电流的A相、B相及C相电流。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一所述的一种应用于无功补偿控制系统中的设备三相电流反馈单元的区别在于，所述的PARK变换模块1根据实际三相设备电流生成设备电流在d轴上的分量DC和设备电流在q轴上的分量QC，通过下述公式实现：
  公式二；
其中，ica、icb和icc分别为实际三相设备电流的A相、B相及C相电流。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一所述的一种应用于无功补偿控制系统中的设备三相电流反馈单元的区别在于，所述的反PARK变换模块3用于接收从地址总线传输来的设备电流在d轴上的给定分量DC0和设备电流在d轴上的给定分量QC0，并根据锁相后的角度θ,获得设备A相电流瞬时给定值i′ca、设备B相电流瞬时给定值i′cb、设备C相电流瞬时给定值i′cc，通过下述公式实现：
  公式三。
具体实施方式五：参见图2说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的一种应用于无功补偿控制系统中的设备三相电流反馈单元的区别在于，所述的PLL模块2根据三相网侧电压生成锁相后的角度θ的具体过程为，
电压在q轴上电压分量uq经过PI调节器后，获得调节相位ω，调节相位ω与外部给定的相位ω0求和后，获得相位ω*，且相位ω*通过积分环节获得锁相后的角度θ，所述的θ＝ω*t，
锁相后的角度θ经sinω*t和cosω*t变换后，与三相网侧电压经d-q变换，生成电压在d轴上的分量uα及电压在q轴上的分量uβ，共同送入p-q变换器进行p-q变换，获得电压在q轴上电压分量uq。

Claims (5)

1.一种应用于无功补偿控制系统中的设备三相电流反馈单元，其特征在于，它是基于FPGA实现的，所述的FPGA包括PARK变换模块(1)、PLL模块(2)、反PARK变换模块(3)和采样与预处理模块(4)，
所述的采样与预处理模块(4)用于采集三相网侧电压、三相网侧电流和实际三相设备电流，并将采集的三相网侧电压送至PLL模块(2)、三相网侧电流和实际三相设备电流送至PARK变换模块(1)，
PLL模块(2)用于根据三相网侧电压生成锁相后的角度θ，并将锁相后的角度θ送至PARK变换模块(1)和反PARK变换模块(3)，
PARK变换模块(1)用于根据三相网侧电流生成网侧电流在d轴上的分量DS和网侧电流在q轴上的分量QS；
PARK变换模块(1)还用于根据实际三相设备电流生成设备电流在d轴上的分量DC和设备电流在q轴上的分量QC；
反PARK变换模块(3)用于接收从地址总线传输来的设备电流在d轴上的给定分量DC0和设备电流在q轴上的给定分量QC0，并根据锁相后的角度θ,获得设备A相电流瞬时给定值i′ca、设备B相电流瞬时给定值i′cb、设备C相电流瞬时给定值i′cc。
2.根据权利要求1所述的一种应用于无功补偿控制系统中的设备三相电流反馈单元，其特征在于，所述的PARK变换模块(1)根据三相网侧电流生成网侧电流在d轴上的分量DS和网侧电流在q轴上的分量QS，通过下述公式实现：
  (公式一)；
其中，isa、isb和isc分别为三相网侧电流的A相、B相及C相电流。
3.根据权利要求1所述的一种应用于无功补偿控制系统中的设备三相电流反馈单元，其特征在于，所述的PARK变换模块(1)根据实际三相设备电流生成设备电流在d轴上的分量DC和设备电流在q轴上的分量QC，通过下述公式实现：
  (公式二)；
其中，ica、icb和icc分别为实际三相设备电流的A相、B相及C相电流。
4.根据权利要求1所述的一种应用于无功补偿控制系统中的设备三相电流反馈单元，其特征在于，所述的反PARK变换模块(3)用于接收从地址总线传输来的设备电流在d轴上的给定分量DC0和设备电流在d轴上的给定分量QC0，并根据锁相后的角度θ,获得设备A相电流瞬时给定值i′ca、设备B相电流瞬时给定值i′cb、设备C相电流瞬时给定值i′cc，通过下述公式实现：
  (公式三)。
5.根据权利要求1所述的一种应用于无功补偿控制系统中的设备三相电流反馈单元，其特征在于，所述的PLL模块(2)根据三相网侧电压生成锁相后的角度θ的具体过程为，
电压在q轴上电压分量uq经过PI调节器后，获得调节相位ω，调节相位ω与外部给定的相位ω0求和后，获得相位ω*，且相位ω*通过积分环节获得锁相后的角度θ，所述的θ＝ω*t，
锁相后的角度θ经sinω*t和cosω*t变换后，与三相网侧电压经d-q变换，生成电压在d轴上的分量uα及电压在q轴上的分量uβ，共同送入p-q变换器进行p-q变换，获得电压在q轴上电压分量uq。
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