CN203205879U - 一种基于tms320f2812的配电同步补偿器的控制器 - Google Patents

一种基于tms320f2812的配电同步补偿器的控制器 Download PDF

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张愉
齐美星
马少军
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Abstract

本实用新型公开了一种基于TMS320F2812的配电同步补偿器的控制器，该基于TMS320F2812的配电同步补偿器的控制器包括信号调理电路、保护电路、外围装置和控制主板，所述信号调理电路连接到控制主板的ADC模块，所述保护电路、外围装置均连接到控制主板，所述控制主板为控制核心TMS320F2812DSP板。通过上述方式，本实用新型运算速度快、精度高，能够实时、准确、连续快速地对无功进行补偿，能够有效地抑制系统电压波动，在很大程度上改善了配电网的电能质量。

Description

一种基于TMS320F2812的配电同步补偿器的控制器
技术领域
本实用新型涉及一种控制器，特别是涉及一种基于TMS320F2812的配电同步补偿器的控制器。
背景技术
控制器是配电同步补偿器（DSTATCOM）装置的核心部件之一，它通过产生并控制驱动开关器件的脉冲来控制DSTATCOM的各种行为，完成DSTATCOM的控制任务。设计良好的控制器，选用合适的控制策略是DSTATCOM补偿效果好坏的决定性因素。由于DSTATCOM控制环节计算量大，流程复杂，精度要求高，传统的以单片机作为控制核心的控制器由于受硬件资源与速度的限制，采样精度不高，每周波的采样点少，只能选择计算量小的算法，结果限制了测量的精度，已无法实现对电网的实时动态无功补偿。鉴于此种情况，为了解决现有技术中存在的问题，我们专门设计了一种基于TMS320F2812的DSTATCOM控制器，其具有运算速度快、精度高等优点，能够实时、准确、连续快速地对无功进行补偿，有效地抑制系统电压波动，在很大程度上改善了配电网的电能质量，有着广阔的市场前景。
发明内容
本实用新型主要解决的技术问题是提供一种基于TMS320F2812的配电同步补偿器的控制器，能够完全满足DSTATCOM的实时性、多功能和多目标协调控制、处理算法复杂等要求，同时具有电路简单、实时性好、功能完善、可靠性高和抗干扰能力强等特点。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种基于TMS320F2812的配电同步补偿器的控制器，该基于TMS320F2812的配电同步补偿器的控制器包括信号调理电路、保护电路、外围装置和控制主板，所述信号调理电路连接到控制主板的ADC模块，所述保护电路、外围装置均连接到控制主板，所述控制主板为控制核心TMS320F2812 DSP板；
优选的是，所述外围装置包括驱动电路、同步信号发生电路、LED显示模块和CAN通讯模块，所述LED显示模块和CAN通讯模块直接连接到TMS320F2812 DSP板，所述驱动电路连接到TMS320F2812 DSP板的PWM模块，所述同步信号发生电路连接到TMS320F2812 DSP板CAP模块；
优选的是，所述信号调理电路设有补偿电流输入口、负载电流输入口、直流电压输入口、补偿电压输入口和系统电压输入口，系统电压输入口还连接到同步信号发生电路；
优选的是，所述保护电路上设有故障报警信号输出口、故障封锁信号输出口和超温保护输入口。
本实用新型的有益效果是：本实用新型一种基于TMS320F2812的配电同步补偿器的控制器，其运算速度快、精度高，能够实时、准确、连续快速地对无功进行补偿，有效地抑制系统电压波动，在很大程度上改善了配电网的电能质量。
附图说明
图1是本实用新型一种基于TMS320F2812的配电同步补偿器的控制器的结构示意图；
图2是本实用新型一种基于TMS320F2812的配电同步补偿器的控制器的功能流程图；
图3是本实用新型一种基于TMS320F2812的配电同步补偿器的控制器的信号调理电路图的3个分路图。
图4是本实用新型一种基于TMS320F2812的配电同步补偿器的控制器的同步信号发生电路图；
图5是本实用新型一种基于TMS320F2812的配电同步补偿器的控制器的保护电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型较佳实施例进行详细阐述，以使实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。
请参阅图1至图5，本实用新型实施例包括：
一种基于TMS320F2812的配电同步补偿器的控制器，该基于TMS320F2812的配电同步补偿器的控制器包括信号调理电路1、保护电路2、外围装置3和控制主板4，所述信号调理电路1连接到控制主板4的ADC模块，所述保护电路2、外围装置3均连接到控制主板4，所述控制主板4为控制核心TMS320F2812 DSP板；
所述外围装置3包括驱动电路31、同步信号发生电路32、LED显示模块33和CAN通讯模块34，所述LED显示模块33和CAN通讯模块34直接连接到TMS320F2812 DSP板，所述驱动电路31连接到TMS320F2812 DSP板的PWM模块，所述同步信号发生电路32连接到TMS320F2812 DSP板CAP模块；
所述信号调理电路1设有补偿电流输入口11、负载电流输入口12、直流电压输入口13、补偿电压输入口14和系统电压输入口15，系统电压输入口15还连接到同步信号发生电路32；
所述保护电路2上设有故障报警信号输出口21、故障封锁信号输出口22和超温保护输入口23。
本实用新型工作时，信号调理电路将所需的电压和电流信号处理后传给控制主板，在控制主板上，控制核心TMS320F2812 DSP将所需电压和电流信号经过基于瞬时无功理论的ip-iq检测法运算后得到相应的无功电流值，通过控制算法给出要求的补偿信号，补偿信号再通过TMS320F2812内部PWM模块产生SVPWM控制信号送至驱动电路，最终通过功率电子器件产生相应的补偿电流注入电网。同时TMS320F2812 DSP负责数据显示及与上位机通讯等任务，当DSTATCOM运行在过压、过流、超温或其它一些不正常的情况下，保护电路会输出一个故障信号，控制器发出封锁脉冲封锁IGBT，使DSTATCOM停止工作，防止发生危险。
如图2所示，TMS320F2812片上有丰富的外设资源，主要有模数转换模块（ADC）、事件管理器模块（EV）、串行外设接口模块（SPI）、串行通信接口模块（SCI）、CAN控制器模块（eCAN）等。其中，片内集成的ADC模块具有以下特点：内置带采样/保持器的12位AD；16路模拟输入通道；单通道转换时间80 ns；多个触发源启动AD。事件管理器（EV）分为EVA和EVB两个模块，每个模块包括2个通用定时器、3个比较单元、3个捕获单元以及正交编码电路。其中，本控制器利用TMS320F2812片内集成的ADC模块对系统电压、直流电压、补偿电压、负载电流及补偿电流等所需电压信号和电流信号进行采集。由于共有13个模拟量输入，因此将SEQ1和SEQ2级连起来工作，使用其中的13个模拟量输入通道。设置从引脚ADCSOC来的外部信号作为A/D转换的触发源，并设置为下降沿有效，同步信号发生电路完成对A相系统电压                                               的滤波和整形处理，并通过过零检测电路产生跟随系统电压变化的矩形脉冲，当A相系统电压
Figure 946804DEST_PATH_IMAGE002
经过负向过零点时，同步信号发生电路产生一个下降沿，从而触发A/D转换开始。
如图3所示，信号调理电路对所需的十三个信号输入量进行采样时，选用三种类型的传感器，交流电压变送器以0～5V的交流电压作为输出信号，霍尔电流传感器以-100mA～+100mA的交流电流作为输出信号，霍尔电压传感器则以0～60mA的直流电流信号作为输出信号。TMS320F2812 的AD 输入信号范围为 0～3V，为满足TMS320F2812 的AD 输入的要求，包括交流电压调理电路如图3（a）所示，由三部分组成，第一部分为射极跟随器，以提高电路的输入阻抗；第二部分是电压偏移电路，第三部分为箝位限幅电路，以保证输出电压信号在0～3V之间，满足TMS320F2812 的AD 输入信号范围。交流电流调理电路如图3(b)所示，与交流电压调理电路不同的是，第一部分是经电容C4滤波后流经精密采样电阻R9，将电流信号变换为电压信号，第二部分是由运放构成的反相器。其他部分与交流电压调理电路基本相同。直流电压信号调理电路如图3(c)所示。
如图4所示，同步信号发生电路由3部分组成，第一部分采用了低通滤波电路对输入的A相系统电压信号
Figure 801628DEST_PATH_IMAGE002
进行滤波，防止同步电压
Figure 269780DEST_PATH_IMAGE002
中夹杂有高频的干扰信号；第二部分为射极跟随器，以提高电路的输入阻抗；第三部分为高速比较器LM311，通过它可完成同步电压的过零点检测。
如图5所示，保护电路主要有过流保护、过压保护、过热保护，对电流及电压通过霍尔元件进行监测，当发生过流或过压现象时，立即封锁IGBT驱动信号，关闭主电路，另外采用温度继电器检测IGBT的外壳温度，当外壳温度超过85℃时，则认为发生过热故障，立即封锁脉冲信号。
本实用新型一种基于TMS320F2812的配电同步补偿器的控制器，能够完全满足DSTATCOM的实时性、多功能和多目标协调控制、处理算法复杂等要求，同时具有电路简单、实时性好、功能完善、可靠性高和抗干扰能力强等特点；其运算速度快、精度高，能够实时、准确、连续快速地对无功进行补偿，有效地抑制系统电压波动，在很大程度上改善了配电网的电能质量。
以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (4)

1.一种基于TMS320F2812的配电同步补偿器的控制器，其特征在于：该基于TMS320F2812的配电同步补偿器的控制器包括信号调理电路、保护电路、外围装置和控制主板，所述信号调理电路连接到控制主板的ADC模块，所述保护电路、外围装置均连接到控制主板，所述控制主板为控制核心TMS320F2812 DSP板。
2.根据权利要求1所述的一种基于TMS320F2812的配电同步补偿器的控制器，其特征在于：所述外围装置包括驱动电路、同步信号发生电路、LED显示模块和CAN通讯模块，所述LED显示模块和CAN通讯模块直接连接到TMS320F2812 DSP板，所述驱动电路连接到TMS320F2812 DSP板的PWM模块，所述同步信号发生电路连接到TMS320F2812 DSP板CAP模块。
3.根据权利要求1所述的一种基于TMS320F2812的配电同步补偿器的控制器，其特征在于：所述信号调理电路设有补偿电流输入口、负载电流输入口、直流电压输入口、补偿电压输入口和系统电压输入口，系统电压输入口还连接到同步信号发生电路。
4.根据权利要求1所述的一种基于TMS320F2812的配电同步补偿器的控制器，其特征在于：所述保护电路上设有故障报警信号输出口、故障封锁信号输出口和超温保护输入口。
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