CN106451480A - 一种dsvg的控制系统 - Google Patents

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CN106451480A CN201610226407.5A CN201610226407A CN106451480A CN 106451480 A CN106451480 A CN 106451480A CN 201610226407 A CN201610226407 A CN 201610226407A CN 106451480 A CN106451480 A CN 106451480A
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黄伟
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汪宇
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Abstract

一种DSVG的控制系统，包括控制器、保护器、算法器，AD转换器、调理电路、采样电路、PWM输出器；所述的控制器与所述的算法器、所述的保护器、所述的PWM输出器连接，所述的采样电路的相同的采样信息的输出端通过所述的调理电路与所述的AD转换器以及所述的保护器分别连接，所述的算法器与所述的保护器连接。本发明主要完成对三相四线制的低压有源无功补偿既DSVG的控制和保护。

Description

一种DSVG的控制系统
技术领域
本发明涉及无功补偿控制技术领域，尤其涉及一种DSVG的控制系统。
背景技术
DSVG既低压有源无功补偿的硬件平台采用三相四桥臂逆变器，就是在常规的三相逆变器上增加了一个第四桥臂，为不平衡负载增加了一个中性电流通路，增加了第四桥臂，也相当于增加了一个自由度，使得三相四桥臂逆变电源可以产生3个独立的电压，从而有能力在不平衡和非线性负载时维持三相输出电压的对称。所以在DSVG的控制系统中系统的结构就显得非常重要，现有的svg的控制系统不适于直接应用在DSVG上，既是勉强使用其保护器与算法器互相的信息通信均要通过控制器进行处理以及判断的方式也会非常大的降低系统的工作效率，同时也容易造成系统程序的失误率上升。
发明内容
针对现有技术的不足之处本发明提供一种DSVG的控制系统，本发明主要完成对三相四线制的低压有源无功补偿既DSVG的控制和保护。
本发明的技术方案是提供一种DSVG的控制系统，包括控制器、保护器、算法器，AD转换器、调理电路、采样电路、PWM输出器；所述的控制器与所述的算法器、所述的保护器、所述的PWM输出器连接，所述的采样电路的相同的采样信息的输出端通过所述的调理电路与所述的AD转换器以及所述的保护器分别连接，所述的算法器与所述的保护器连接。
作为本发明的优选，所述的保护器与所述的算法器通过串口双向传输方式连接。
作为本发明的优选，所述的算法器与所述的控制器通过串口由所述算法器向所述控制器单向输送信号方式进行连接，所述的算法器与所述的控制器输送信号包括运行故障电平、PWM使舵电平以及PWM电平。
作为本发明的优选，所述的保护器与所述控制器通过串口双向传输方式连接，所述保护器与所述控制器之间的输送信号包括运行故障输入电平、外部干接点输出电平以及外部干接点输入电平。
作为本发明的优选，所述的调理电路包括信号衰减和模拟抗混叠滤波器。
作为本发明的优选，还包括上位机，所述上位机包括控制模块、输入输出模块及液晶模块，所述控制模块通过所述的输入输出模块与所述保护器连接。
作为本发明的优选，还包括外辅助模块，所述的外辅助模块包括继电器、操作键以及指示灯，所述继电器、所述操作键以及所述指示灯均与所述控制器连接，所述控制器与所述所述继电器、所述操作键以及所述指示灯之间通过干节点信号通信。
作为本发明的优选，所述的算法器与所述的保护器均采用DSP作为主要处理器件，所述的控制器采用CPLD作为主要处理器件。
作为本发明的优选，所述的AD转换器包括保护采样数模转换器以及算法采样数模转换器，所述的保护采样数模转换器采用的采样精度小于所述的算法采样数模转换器。
本发明具有以下有益效果：
本发明具有采样准确、运行故障率低的优点。
附图说明
图1为本发明的系统框图；
图中，1-控制器；2-保护器；3-算法器；4-AD转换器；5-调理电路；6-采样电路；7-PWM输出器；8-上位机；9-外辅助模块。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明实施例包括控制器1、保护器2、算法器3，AD转换器4、调理电路5、采样电路6、PWM输出器7；控制器1与算法器3、保护器2、PWM输出器7连接，采样电路6的相同的采样信息的输出端通过调理电路5与AD转换器4以及保护器2分别连接，算法器3与保护器2连接。保护器2与算法器3通过串口双向传输方式连接。算法器3与控制器1通过串口由算法器3向控制器1单向输送信号方式进行连接，算法器3与控制器1输送信号包括运行故障电平、PWM使舵电平以及PWM电平。保护器2与控制器1通过串口双向传输方式连接，保护器2与控制器1之间的输送信号包括运行故障输入电平、外部干接点输出电平以及外部干接点输入电平。
调理电路5包括信号衰减和模拟抗混叠滤波器。由互感器得到的电压电流信号线性衰减成能输入DSP的量程范围，再经抗混叠滤波器滤波，输入到DSP的ADC转换器中进行采样和模数转换。抗混叠滤波器的作用是把电力系统的信号进行低通滤波，滤除高频分量，使输入DSP进行处理的信号是满足奈奎斯特采样定律要求的信号，消除混叠现象，提高FFT的运算精度。模拟量采集。
本发明系统还包括上位机8，上位机8包括控制模块、输入输出模块及液晶模块，控制模块通过输入输出模块与保护器2连接。液晶模块以其功耗低、体积小、超簿、色调柔和、可靠性高、可以与 CMOS 电路直接匹配和易于实现大规模集成化生产等一系列优点而被广泛应用。液晶显示器件可分为段式、字符式和点阵式三种。其中点阵式液晶显示器件不仅可以显示字符、数字和各种图形、曲线以及汉字，而且还可以通过编程进一步实现一定的动画功能。选用深圳扬创公司的7寸LED彩色液晶触控屏，以Cortex A8 1G主频 ARM嵌入式CPU，512M Bytes DDR3 SDRAM、基于嵌入式Linux操作系统的高性能嵌入式工业平板电脑，带两个串口，一个USB口和一个网口，硬件资源足够，且自带了linux内核和底层库文件，可以根据项目需要方便地进行二次开发。
本发明系统还包括外辅助模块9，外辅助模块9包括继电器、操作键以及指示灯，继电器、操作键以及指示灯均与控制器1连接，控制器1与继电器、操作键以及指示灯之间通过干节点信号通信。
算法器3与保护器2均采用DSP作为主要处理器件。为保护器2采用的DSP软件的主要功能，实现了对电网电压、SVG电流、母线过压、IGBT故障保护、IGBT过温保护、电网频率超限保护、电网同步丢失告警、存储器故障告警及算法DSP死机告警。为算法器3采用的DSP软件的主要功能。实现了对三相四线制的瞬时无功计算、无功补偿策略及生成IGBT驱动信号。
控制器1采用CPLD作为主要处理器件，由于数字电路与模拟电路相比具有易调试，易维护，不易干扰的优点，控制电路由TMS320F28335 DSP及其外围电路构成，其中包括：模拟信号采集电路，，PWM驱动电路，时钟电路，串行FLASH接口电路，CPLD逻辑判断电路，键盘接口电路，串口通讯电路等。为满足数据存储容量及调试方便的要求，本系统的DSP控制电路外扩了一片 64K串行EEPROM芯片24LC64。外部存储器通过I2C总线与 DSP 相连。外部程序存储器可以用来在存运行储数和实时故障。为了简化DSP外围电路及PCB板的设计，DSP控制电路使用了一片CPLD，型号为XC95144，它主要处理所有控制信号，故障信号，输入输出信号等。
AD转换器4包括保护采样数模转换器以及算法采样数模转换器，保护采样模数转换器我们采用TMS320F28335自带的带内置采样和保持的A/D转换器，具有12位精度，转换速度最快达到100ns，并且可以同时采样16路信号。有多个触发源可以启动AD转换，包括软件启动、ESA, EVB和外部触发(ADCSOC )。模数转换模块的排序器包括两个独立的最多可选择8个模拟转换通道的排序器(SEQ 1和SEQ2 )，这两个排序器可被级连成一个最多可选择16个转换模拟通道的排序器(SEQ)。在这两种工作方式下，ADC模块都能够对一序列转换进行自动排序。转换后的数值结果保存在该通道相应的结果寄存器中，这样用户可以对同一个通道进行多次采样，即对某一通道实行“过采样”，这样得到的采样结果比传统的采样结果分辨率高。算法采样模数转换器我们采用AD公司的AD7656采样芯片，具有16位的采样精度，能达到1M/s的采样速度，转换速度最快达到500ns，数据通过数据总线和地址总线和算法DSP相连接。由算法DSP控制AD采样芯片的数据的传输和采样时机。达到精准采样，实时控制。由于TMS320F28335的速度较高150MHZ，为了保证DSP的可靠运行，程序不跑飞，建议采用四层板或六层板来制作PCB板。使用多层板的优点有：装配密度高，体积小；电子元器件之间的连线缩短，信号传输速度提高；方便布线；对于高频电路，加入地线层，使信号线对地形成恒定的低阻抗；屏蔽效果好。但是多层板的成本比双层板贵一些，不过考虑工作的稳定性，制作多层板还是值得的。至于电源板和模拟量采集板就可以采用常见的双层板即可。此外，制作PCB板时，还要仔细考虑电磁干扰问题。
本发明的保护器2包括主保护模块、存储模块、采样模块、上电模块、通讯模块以及人机交互模块。保护模块为保护DSP软件的主要功能，实现了对电网电压、SVG电流、母线过压、IGBT故障保护、IGBT过温保护、电网频率超限保护、电网同步丢失告警、存储器故障告警及算法DSP死机告警；采样模块通过对本DSP采样的读取，并计算出电网各项参数相关电参数的有效值，以备保护模块及通讯模块使用；上电模块控制在SVG设备启动时的各项时序及状态的控制；通讯模块实现了对上位机(人机界面)的通讯及对算法DSP的通讯；存储模块实现了关键运行参数的存储，以备再次启动时取用；通讯模块实现了对保护DSP的数据通讯。其中特别实现了对运行状态变量的缓存并通过保护DSP上传至上位机8。
存储模块以及人机交互模块与通讯模块连接，采样模块、上电模块以及通讯模块均与主保护模块连击，主保护模块包括故障仲裁器以及多个系统保护模块，故障仲裁器包括故障类型输出模块以及多个按照优先级依次工作的第一级故障判断模块，采样模块以及系统保护模块均与第一级故障判断模块连接，优先级最低的第一级故障判断模块与故障类型输出模块连接，故障类型输出模块与人机交互模块连接，第一级故障判断模块内设置有多个按照优先级依次工作的第二级故障判断模块。故障类型输出模块以及第二级故障判断模块的优先级按照相应故障对系统的输出影响程度制定。
故障冲裁器包括用于连接多个第一级故障判断模块的第一循环控制环以及设置在第一级故障判断模块内用于连接多个第二级故障判断模块的第二循环控制环。第一循环控制环以及第二循环控制环均按照优先级顺序对故障类型进行输出。本发明实施例的第二循环控制环以电压相关故障保护为例。与电压相关的故障保护有；电网电压过/欠压、电网频率超限、电网同步丢失。在主回路失电的情况下，电压欠压保护生效、电网频率低保护、电网同步丢失保护。但如果同时上报这三种故障，用户则无从准确地判定故障的来源，也就不从有效地排除真正的故障。而在第二循环控制环中，优先级由高到低是过压判断高于欠压判断高于电网同步丢失保护判断高于电网频率判断，然后每一级判断最终输出的结果均依次进行电压相关故障输出，如果全部正常则该流程循环至采样部分重新进行下一周期的判断工作以此保证故障的排序检测以及上报
本发明实施例的多个第一级故障判断模块为IGBT故障判断模块、电流相关故障判断模块、电压相关故障判断模块、运行相关故障判断模块以及通讯故障判断模块，IGBT故障判断模块、电流相关故障判断模块、电压相关故障判断模块、运行相关故障判断模块以及通讯故障判断模块的肯定侧与否定侧分别按照各自优先级顺序进行连接后再与故障类型输出模块连接形成第一循环控制环。第一循环控制环包括停机分闸控制环以及非停机分闸控制环，故障仲裁器还包括故障停机分闸模块，IGBT故障判断模块、电流相关故障判断模块、电压相关故障判断模块以及运行相关故障判断模块的肯定侧与通讯故障判断模块的肯定侧以及故障类型输出模块顺序连接，且否定侧顺序连接后与故障停机分闸模块连接，故障停机分闸模块与故障类型输出模块连接后形成停机分闸控制环；通讯故障判断模块的肯定侧与通讯故障输出模块连接，且否定侧直接与故障类型输出模块连接形成非停机分闸控制环。
故障冲裁器按照优先级顺序处理故障报警，在上一级故障已处理后，方可处理下一级故障。以此流程循环执行，直到所有故障都处理完毕，则所有故障均以优先级的顺序排序上报至用户。
其中，还有一类故障不需要停机/分闸的，例如通讯故障，在故障输出前，则无需经过故障停机/分闸模块处理。
本发明的系统保护模块包括与IGBT故障判断模块连接的IGBT故障保护模块以及IGBT过温保护模块、与电流相关故障判断模块连接的SVG过流保护模块、与电压相关故障判断模块连接的电网电压过欠压保护模块以及母线过压保护模块、与运行相关故障判断模块连接的电网频率超限保护模块以及电网同步丢失保护模块以及算法DSP死机告警模块以及存储器故障告警模块、与通讯故障判断模块连接的通讯故障保护模块。
上面所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (9)

1.一种DSVG的控制系统，其特征在于：包括控制器（1）、保护器（2）、算法器（3），AD转换器（4）、调理电路（5）、采样电路（6）、PWM输出器（7）；所述的控制器（1）与所述的算法器（3）、所述的保护器（2）、所述的PWM输出器（7）连接，所述的采样电路（6）的相同的采样信息的输出端通过所述的调理电路（5）与所述的AD转换器（4）以及所述的保护器（2）分别连接，所述的算法器（3）与所述的保护器（2）连接。
2.根据权利要求1所述的一种DSVG的控制系统，其特征在于：所述的保护器（2）与所述的算法器（3）通过串口双向传输方式连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种DSVG的控制系统，其特征在于：所述的算法器（3）与所述的控制器（1）通过串口由所述算法器（3）向所述控制器（1）单向输送信号方式进行连接，所述的算法器（3）与所述的控制器（1）输送信号包括运行故障电平、PWM使舵电平以及PWM电平。
4.根据权利要求1或2所述的一种DSVG的控制系统，其特征在于：所述的保护器（2）与所述控制器（1）通过串口双向传输方式连接，所述保护器（2）与所述控制器（1）之间的输送信号包括运行故障输入电平、外部干接点输出电平以及外部干接点输入电平。
5.根据权利要求1所述的一种DSVG的控制系统，其特征在于：所述的调理电路（5）包括信号衰减和模拟抗混叠滤波器。
6.根据权利要求1所述的一种DSVG的控制系统，其特征在于：还包括上位机（8），所述上位机（8）包括控制模块、输入输出模块及液晶模块，所述控制模块通过所述的输入输出模块与所述保护器（2）连接。
7.根据权利要求1所述的一种DSVG的控制系统，其特征在于：还包括外辅助模块（9），所述的外辅助模块（9）包括继电器、操作键以及指示灯，所述继电器、所述操作键以及所述指示灯均与所述控制器（1）连接，所述控制器（1）与所述所述继电器、所述操作键以及所述指示灯之间通过干节点信号通信。
8.根据权利要求1所述的一种DSVG的控制系统，其特征在于：所述的算法器（3）与所述的保护器（2）均采用DSP作为主要处理器件，所述的控制器（1）采用CPLD作为主要处理器件。
9.根据权利要求1所述的一种DSVG的控制系统，其特征在于：所述的AD转换器（4）包括保护采样数模转换器以及算法采样数模转换器，所述的保护采样数模转换器采用的采样精度小于所述的算法采样数模转换器。
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