CN110677194A - 一种基于光纤通讯的同步通信系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于光纤通讯的同步通信系统，其用于大容量有源电力滤波器，所述大容量有源电力滤波器包括一个核心控制板和多个功率输出控制板，所述核心控制板用于采集电网电压、负载电流、输出电流，进行谐波计算以及无功计算得到计算结果，所述核心控制板通过通讯模块与多个功率输出控制板进行信号传输。本发明的基于光纤通讯的同步通信系统通过光纤通讯介质，采用同步串行通讯方式，完成有源电力滤波器中的数据传输功能，解决了当前有源电力滤波器并机时的通讯问题，提高了通讯速度，保证了通讯准确性。

Description

一种基于光纤通讯的同步通信系统
技术领域
本发明涉及有源电力滤波器领域，涉及光纤通讯技术，涉及同步通讯系统，具体涉及一种基于光纤的长距离同步通信方式在有源滤波器中的应用。
背景技术
在有源电力滤波器领域中，多机并联使用或者大容量多重化并机时，必须使用通讯的方式来传送数据和信息，在目前实际使用中，CAN总线以及RS485总线使用较普遍，其主要为异步通讯的方式，异步通讯的最大缺点是速率较低。在有源滤波器（Active powerfilter：APF）中，常常需要快速的数据交互以保证最终补偿效果。目前同步通讯距离较短，并且都是板内通讯，未用于板间通讯，或者更远距离的（10米以上）柜间通讯。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种基于光纤的同步通讯系统，将其使用到有源电力滤波器的并机或者多重化并机中，旨在实现使用协议自由，通讯速度可满足要求。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于光纤通讯的同步通信系统，其用于大容量有源电力滤波器，所述大容量有源电力滤波器包括一个核心控制板和多个功率输出控制板，所述核心控制板用于采集电网电压、负载电流、输出电流，进行谐波计算以及无功计算得到计算结果，所述核心控制板通过通讯模块与多个功率输出控制板进行信号传输。
优选的是，所述的基于光纤通讯的同步通信系统，其中，所述通讯模块包括第一光纤收发器、光纤、第二光纤收发器，其中，所述核心控制板与光纤通过第一光纤收发器连接，多个所述功率输出控制板与光纤通过第二光纤收发器连接。
优选的是，所述的基于光纤通讯的同步通信系统，其中，所述核心控制板、功率输出控制板分别采用第一数字信号处理器、第二数字信号处理器作为主控制芯片。
优选的是，所述的基于光纤通讯的同步通信系统，其中，所述所述核心控制板采用第一串行外设接口连接第一光纤收发器，所述功率输出控制板采用第二串行外设接口连接第二光纤收发器。
优选的是，所述的基于光纤通讯的同步通信系统，其中，所述第一串行外设接口包括第一从输出主输入线SOMI、第一从输入主输出线SIMO、第一从发送使能线STE、第一串行时钟线CLK；第二串行外设接口包括第二从输出主输入线SOMI、第二从输入主输出线SIMO、第二从发送使能线STE、第二串行时钟线CLK。
优选的是，所述的基于光纤通讯的同步通信系统，其中，所述核心控制板通过第一串行时钟线CLK、第一从输入主输出线SIMO、第一从发送使能线STE传输信号至第一光纤收发器、通过第一从输出主输入线SOMI接收由第一光纤收发器传输的返回信号。
优选的是，所述的基于光纤通讯的同步通信系统，其中，所述功率输出控制板通过第二串行时钟线CLK、第二从输入主输出线SIMO、第二从发送使能线STE接收由第二光纤收发器传输的信号、通过第二从输出主输入线SOMI传输返回信号至第二光纤收发器。
优选的是，所述的基于光纤通讯的同步通信系统，其中，所述第一数字信号处理器、第二数字信号处理器的主时钟频率为100MHz-200MHz时，所述第一串行外设接口、第二串行外设接口的最大波特率为25Mbps-50Mbps。
优选的是，所述的基于光纤通讯的同步通信系统，其中，所述核心控制板和多个功率输出控制板之间采用可识别功率输出控制板的自定义协议进行信号传输，所述核心控制板发送的数据中包含功率输出控制板地址，当功率输出控制板接收到数据后，根据数据中包含的地址与该功率输出控制板地址是否相同的判断结果，选择性的返回数据。
优选的是，所述的基于光纤通讯的同步通信系统，其中，所述多个功率输出控制板用于将接收到的所述计算结果采用驱动绝缘栅双极型晶体管经过滤波器输出，实现对电网的滤波补偿效果。
与现有技术相比，本发明的基于光纤通讯的同步通信系统通过光纤通讯介质，采用同步串行通讯方式，完成有源电力滤波器中的数据传输功能，解决了当前有源电力滤波器并机时的通讯问题，提高了通讯速度，保证了通讯准确性。
附图说明
图1为本发明一实施例所述的基于光纤通讯的同步通信系统的示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，一种基于光纤31通讯的同步通信系统，其用于大容量有源电力滤波器，所述大容量有源电力滤波器包括一个核心控制板10和多个功率输出控制板20，所述核心控制板10用于采集电网电压、负载电流、输出电流，进行谐波计算以及无功计算得到计算结果，所述核心控制板10通过通讯模块30与多个功率输出控制板20进行信号传输。图1中示出了一个核心控制板10对应于两个功率输出控制板20的情形，也可以是一个核心控制板10对应于多个功率输出控制板20。
该系统通过光纤31通讯介质，采用同步串行通讯方式，完成有源电力滤波器中的数据传输功能，解决了当前有源电力滤波器并机时的通讯问题，提高了通讯速度，保证了通讯准确性。本系统中核心控制板10的SPI工作在主机模式，功率输出控制板20的SPI工作在从机模式，二者使用光纤31连接。
通讯模块30包括第一光纤收发器32、光纤31、第二光纤收发器33，其中，所述核心控制板10与光纤31通过第一光纤收发器32连接，多个所述功率输出控制板20分别与光纤31通过第二光纤收发器33连接。第一光纤收发器32是将电信号转换为光信号，通过光纤31传输光信号，第二光纤收发器33是将光信号转换为电信号。
核心控制板10、功率输出控制板20分别采用第一数字信号处理器、第二数字信号处理器作为主控制芯片。
所述核心控制板10采用第一串行外设接口连接第一光纤收发器32，所述功率输出控制板20采用第二串行外设接口连接第二光纤收发器33，均使用数字信号处理器（DigitalSignal Processing，简称DSP）的串行同步通信外设接口（Serial Peripheral Interface，简称SPI）通信功能。SPI是高速同步串行端口，通过移位寄存器传送一个可变长度和数据速率的串行位流。
第一串行外设接口包括第一从输出主输入线SOMI、第一从输入主输出线SIMO、第一从发送使能线STE、第一串行时钟线CLK；第二串行外设接口包括第二从输出主输入线SOMI、第二从输入主输出线SIMO、第二从发送使能线STE、第二串行时钟线CLK。
核心控制板10通过第一串行时钟线CLK、第一从输入主输出线SIMO、第一从发送使能线STE传输信号至第一光纤收发器32、通过第一从输出主输入线SOMI接收由第一光纤收发器32传输的返回信号。每个功率输出控制板20对应的第一光纤收发器32数量为四个，分别对应连接第一串行时钟线CLK、第一从输入主输出线SIMO、第一从发送使能线STE、第一从输出主输入线SOMI。图1中，功率输出控制板20为两个，此时第一光纤收发器32数量为八个。
功率输出控制板20通过第二串行时钟线CLK、第二从输入主输出线SIMO、第二从发送使能线STE接收由第二光纤收发器33传输的信号、通过第二从输出主输入线SOMI传输返回信号至第二光纤收发器33。每个功率输出控制板20对应的第二光纤收发器33数量为四个，分别对应连接第一串行时钟线CLK、第一从输入主输出线SIMO、第一从发送使能线STE、第一从输出主输入线SOMI。图1中，功率输出控制板20为两个，此时第二光纤收发器33数量为八个。
第一数字信号处理器、第二数字信号处理器的主时钟频率为100MHz-200MHz时，所述第一串行外设接口、第二串行外设接口的最大波特率为25Mbps-50Mbps。光纤31的通讯速率可根据实际使用到的SPI速率决定。当使用的DSP主时钟频率可以到200MHz时，SPI的最大波特率可以达到50Mbps，而当DSP主时钟频率是100MHz时，SPI的最大波特率可达到25Mbps，那么光纤31可选择中低速光纤31。光纤31与DSP的连接使用的第一数字信号处理器、第二数字信号处理器均是光电转换模块。
核心控制板10和多个功率输出控制板20之间采用可识别功率输出控制板20的自定义协议进行信号传输，所述核心控制板10发送的数据中包含功率输出控制板20地址，当功率输出控制板20接收到数据后，根据数据中包含的地址与该功率输出控制板20地址是否相同的判断结果，选择性的返回数据。大容量有源电力滤波器并机中使用的是一主多从的连接方式，主机即为核心控制板10，从机（功率输出控制板20）的选择可以使用从机发送使能线选择，但是使用光纤31数量增加，使其成本增加。这里提出一种可识别从机的自定义协议，核心控制板10每次发送数据中包含从机地址，当从机接收到数据后根据地址判断，当与自身地址相同时，再返回数据。否则，不返回数据。
多个功率输出控制板20用于将接收到的所述计算结果采用驱动绝缘栅双极型晶体管经过滤波器输出，实现对电网的滤波补偿效果。
由于通讯速率较高，在一主多从的通讯方式中，完全满足系统数据输送要求。假设发送和接收一帧数据为10个字节，则一帧数据需要的时间为：1.6us，而当系统中有1个主机8个从机时，一个循环需要9帧数据，则总共需要的时间为1.6*9=14.4us。有源电力滤波器中的采样频率根据需要补偿的最高谐波次数决定，当需要补偿到50次谐波时，本系统采样频率为20KHz，即一个采样周期时间为50us，在一个周期内可以完成所有数据发送与接收循环，即完全满足系统需求。
以上所述，仅是本发明的最佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，利用上述揭示的系统内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，均属于权利要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种基于光纤通讯的同步通信系统，其用于大容量有源电力滤波器，其特征在于，所述大容量有源电力滤波器包括一个核心控制板和多个功率输出控制板，所述核心控制板用于采集电网电压、负载电流、输出电流，进行谐波计算以及无功计算得到计算结果，所述核心控制板通过通讯模块与多个功率输出控制板进行信号传输。
2.如权利要求1所述的基于光纤通讯的同步通信系统，其特征在于，所述通讯模块包括第一光纤收发器、光纤、第二光纤收发器，其中，所述核心控制板与光纤通过第一光纤收发器连接，多个所述功率输出控制板与光纤通过第二光纤收发器连接。
3.如权利要求2所述的基于光纤通讯的同步通信系统，其特征在于，所述核心控制板、功率输出控制板分别采用第一数字信号处理器、第二数字信号处理器作为主控制芯片。
4.如权利要求3所述的基于光纤通讯的同步通信系统，其特征在于，所述所述核心控制板采用第一串行外设接口连接第一光纤收发器，所述功率输出控制板采用第二串行外设接口连接第二光纤收发器。
5.如权利要求4所述的基于光纤通讯的同步通信系统，其特征在于，所述第一串行外设接口包括第一从输出主输入线、第一从输入主输出线、第一从发送使能线、第一串行时钟线；第二串行外设接口包括第二从输出主输入线、第二从输入主输出线、第二从发送使能线、第二串行时钟线。
6.如权利要求5所述的基于光纤通讯的同步通信系统，其特征在于，所述核心控制板通过第一串行时钟线、第一从输入主输出线、第一从发送使能线传输信号至第一光纤收发器、通过第一从输出主输入线接收由第一光纤收发器传输的返回信号。
7.如权利要求5所述的基于光纤通讯的同步通信系统，其特征在于，所述功率输出控制板通过第二串行时钟线、第二从输入主输出线、第二从发送使能线接收由第二光纤收发器传输的信号、通过第二从输出主输入线SOMI传输返回信号至第二光纤收发器。
8.如权利要求5所述的基于光纤通讯的同步通信系统，其特征在于，所述第一数字信号处理器、第二数字信号处理器的主时钟频率为100MHz-200MHz时，所述第一串行外设接口、第二串行外设接口的最大波特率为25Mbps-50Mbps。
9.如权利要求1所述的基于光纤通讯的同步通信系统，其特征在于，所述核心控制板和多个功率输出控制板之间采用可识别功率输出控制板的自定义协议进行信号传输，所述核心控制板发送的数据中包含功率输出控制板地址，当功率输出控制板接收到数据后，根据数据中包含的地址与该功率输出控制板地址是否相同的判断结果，选择性的返回数据。
10.如权利要求1所述的基于光纤通讯的同步通信系统，其特征在于，所述多个功率输出控制板用于将接收到的所述计算结果采用驱动绝缘栅双极型晶体管经过滤波器输出，实现对电网的滤波补偿效果。
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