CN204230921U - 基于dsp的静止无功发生器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型属于电网技术领域，更具体地说，本实用新型涉及基于DSP的静止无功发生器，包括检测电路、主电路和驱动电路，检测电路包括电压互感器、电流互感器、过零比较器和锁相环同步采样电路；驱动电路包括A/D转换器、设置有DSP芯片的DSP控制器和PWM脉冲发生器，DSP控制器的输入端与A/D转换器的输出端连接，DSP控制器的输出端与PWM脉冲发生器的输入端连接；主电路包括储能电容、滤波电感和整流电路；相对于现有技术，本实用新型通过在检测电路中采用锁相环同步采样电路、可以有效地控制采样速度和采样的定时，从而保证了采样的同步性，从根本上消除因采样不同步所造成的误差，提高静止无功发生器的实时性。

Description

基于DSP的静止无功发生器
技术领域
 本实用新型属于电网技术领域，更具体地说，本实用新型涉及基于DSP的静止无功发生器。
背景技术
许多用电设备均是根据电磁感应原理工作的，如配电变压器、电动机等，它们都是依靠建立交变磁场才能进行能量的转换和传递。为建立交变磁场和感应磁通而需要的电功率称为无功功率，因此，所谓的"无功"并不是"无用"的电功率，只不过它的功率并不转化为机械能、热能而已；因此在供用电系统中除了需要有功电源外，还需要无功电源，两者缺一不可。
但是，如果电网中存在着大量的无功功率时，会对电网产生很多负面的影响。如线路和设备的损耗增加了，系统电压稳定性遭到了严重影响，线路压降相应增大了，功率因数被降低了，这就导致了设备容量的利用率被减少了。因此，无功补偿装置应运而生。目前，较为先进的是先进静止无功发生器（ASVG），其具有连续调节的性能且调节范围非常大、响应速度及其快、控制精度非常高、能够安全稳定运行、连接电抗小并且具有静止运行等诸多优点。
但是，现有技术中的ASVG的实时性不高，这是由于现有技术中的ASVG的采样不同步而导致的。因为电网的频率总是存在一定的变化，如果对电网信号进行采集时得到的N个等间隔样本点不是均匀地落在电网的一个整周波内，就会造成测量误差。
有鉴于此，确有必要提供一种实时性强的基于DSP的静止无功发生器。
实用新型内容
本实用新型的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种实时性强的基于DSP的静止无功发生器。
为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
基于DSP的静止无功发生器，包括检测电路、主电路和驱动电路，所述检测电路包括电压互感器、电流互感器、过零比较器和锁相环同步采样电路；
所述驱动电路包括A/D转换器、设置有DSP芯片的DSP控制器和PWM脉冲发生器，所述DSP控制器的输入端与所述A/D转换器的输出端连接，所述DSP控制器的输出端与所述PWM脉冲发生器的输入端连接；
所述主电路包括储能电容、滤波电感和整流电路；
所述电流互感器的输入端与电网连接，输出端与所述A/D转换器的输入端连接；所述电流互感器的输出端还通过滤波器与电网连接；并且所述电流互感器的输出端还依次通过所述储能电容和所述滤波电感与所述整流电路连接；
所述电压互感器的输入端与所述整流电路连接，输出端与所述A/D转换器连接；
所述过零比较器的输入端连接电网，输出端与所述锁相环同步采样电路的输入端连接，并且所述锁相环同步采样电路的输出端与所述A/D转换器的输入端连接。
作为本实用新型基于DSP的静止无功发生器的一种改进，所述锁相环同步采样电路包括依次电连接的第五电阻R5、发光二极管D、三极管Q、第一电阻R1、运算放大器U2A和倒相放大器U3A；
所述三极管Q的基极接电源，集电极与所述第一电阻R1连接，发射极通过第三电阻R3接地；
所述第一电阻R1与所述运算放大器U2A的负极输入端连接，所述运算放大器U2A的正极输入端通过第四电阻R4接地；
所述运算放大器U2A还并联有第二电阻R2。
作为本实用新型基于DSP的静止无功发生器的一种改进，所述电流互感器的输出端和所述电压互感器的输出端均通过信号调理电路与所述A/D转换电路的输入端连接。
作为本实用新型基于DSP的静止无功发生器的一种改进，所述DSP芯片的型号为TMS320F2407。
作为本实用新型基于DSP的静止无功发生器的一种改进，所述整流电路为三相整流逆变桥。
作为本实用新型基于DSP的静止无功发生器的一种改进，所述信号调理电路设置为电流型的采样调理电路。
作为本实用新型基于DSP的静止无功发生器的一种改进，所述电压互感器采用TVS1908-02电压互感器。
相对于现有技术，本实用新型通过在检测电路中采用锁相环同步采样电路，可以有效地控制采样速度和采样的定时，从而保证了采样的同步性，从根本上消除因采样不同步所造成的误差，提高静止无功发生器的实时性。
此外，本实用新型具有如下功能：完成系统参数的采样、检测、控制算法的实现、PWM输出、过电流和过电压保护。
附图说明
图1为本实用新型的拓扑结构图。
图2为本实用新型中锁相环同步采样电路的电路结构示意图。
图3为本实用新型中检测电路进行电流和电压采样和调理的拓扑结构图。
图4为本实用新型中电流型的采样调理电路的电路结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型提供的基于DSP的静止无功发生器，包括检测电路1、主电路2和驱动电路3，检测电路1包括电压互感器11、电流互感器12、过零比较器13和锁相环同步采样电路14；
驱动电路3包括A/D转换器31、设置有DSP芯片的DSP控制器32和PWM脉冲发生器33，DSP控制器32的输入端与A/D转换器31的输出端连接，DSP控制器32的输出端与PWM脉冲发生器33的输入端连接，PWM脉冲发生器33用于发出PWM脉冲信号，以控制静止无功发生器发出所需要的补偿电流大小。
主电路2包括储能电容21、滤波电感22和整流电路23；
电流互感器12的输入端与电网连接，输出端与A/D转换器31的输入端连接；电流互感器12的输出端还通过滤波器4与电网连接；并且电流互感器12的输出端还依次通过储能电容21和滤波电感22与整流电路23连接；
电压互感器11的输入端与整流电路23连接，输出端与A/D转换器31连接；
过零比较器13的输入端连接电网，输出端与锁相环同步采样电路14的输入端连接，并且锁相环同步采样电路14的输出端与A/D转换器31的输入端连接。其中，DSP即数字信号处理，是一种微处理器。电流互感器12的作用在于将高电流按比例转换成低电流，便于二次仪表的测量、供保护装置使用，此外，其还起到电气隔离的作用。
电压互感器11的作用在于把高电压按比例关系变换成100V或更低等级的标准二次电压，供保护、计量、仪表装置使用，同时，使用电压互感器11还可以将高电压与电气工作人员隔离。
其中，如图2所示，锁相环同步采样电路14包括依次电连接的第五电阻R5、发光二极管D、三极管Q、第一电阻R1、运算放大器U2A和倒相放大器U3A；
三极管Q的基极接电源，集电极与第一电阻R1连接，发射极通过第三电阻R3接地；
第一电阻R1与运算放大器U2A的负极输入端连接，运算放大器U2A的正极输入端通过第四电阻R4接地；
运算放大器U2A还并联有第二电阻R2。
如图3所示，电流互感器12的输出端和电压互感器11的输出端均通过信号调理电路5与A/D转换电路31的输入端连接。由于电流互感器12和电压互感器11输出的是较小的电流和电压变化，因此，在变换为数字信号之前要进行调理（即放大、缓冲或定标模拟信号等），使其适合于A/D转换电路31的输入，然后A/D转换电路31对模拟信号进行数字化，并把数字信号送到DSP控制器32中。
DSP芯片的型号为TMS320F2407。
整流电路23为三相整流逆变桥。
信号调理电路5设置为电流型的采样调理电路，如图4所示。
电压互感器11采用TVS1908-02电压互感器。该互感器是电子式电流型电压互感器，内置运算放大器、测量精度高、全封闭、使用安全可靠、机械和耐环境性能好。
本实用新型的工作原理是：A/D转换器31自带的采集模块采集来自检测电路1的电流和电压信号，在锁相环同步采样电路14和采样电路调理电路5的作用下，A/D转换器31将同步性好的电压和电流信号经过模数转换发送给DSP控制器32，经过数字信号处理再发送给PWM脉冲发生器33，输出PWM信号控制静止无功发生器发出所需要的补偿电流大小。
根据上述说明书的揭示和教导，本实用新型所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本实用新型的一些修改和变更也应当落入本实用新型的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本实用新型构成任何限制。

Claims (7)

1.基于DSP的静止无功发生器，其特征在于：包括检测电路、主电路和驱动电路，所述检测电路包括电压互感器、电流互感器、过零比较器和锁相环同步采样电路；
所述驱动电路包括A/D转换器、设置有DSP芯片的DSP控制器和PWM脉冲发生器，所述DSP控制器的输入端与所述A/D转换器的输出端连接，所述DSP控制器的输出端与所述PWM脉冲发生器的输入端连接；
所述主电路包括储能电容、滤波电感和整流电路；
所述电流互感器的输入端与电网连接，输出端与所述A/D转换器的输入端连接；所述电流互感器的输出端还通过滤波器与电网连接；并且所述电流互感器的输出端还依次通过所述储能电容和所述滤波电感与所述整流电路连接；
所述电压互感器的输入端与所述整流电路连接，输出端与所述A/D转换器连接；
所述过零比较器的输入端连接电网，输出端与所述锁相环同步采样电路的输入端连接，并且所述锁相环同步采样电路的输出端与所述A/D转换器的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的基于DSP的静止无功发生器，其特征在于：所述锁相环同步采样电路包括依次电连接的第五电阻R5、发光二极管D、三极管Q、第一电阻R1、运算放大器U2A和倒相放大器U3A；
所述三极管Q的基极接电源，集电极与所述第一电阻R1连接，发射极通过第三电阻R3接地；
所述第一电阻R1与所述运算放大器U2A的负极输入端连接，所述运算放大器U2A的正极输入端通过第四电阻R4接地；
所述运算放大器U2A还并联有第二电阻R2。
3.根据权利要求1所述的基于DSP的静止无功发生器，其特征在于：所述电流互感器的输出端和所述电压互感器的输出端均通过信号调理电路与所述A/D转换电路的输入端连接。
4.根据权利要求1所述的基于DSP的静止无功发生器，其特征在于：所述DSP芯片的型号为TMS320F2407。
5.根据权利要求1所述的基于DSP的静止无功发生器，其特征在于：所述整流电路为三相整流逆变桥。
6.根据权利要求3所述的基于DSP的静止无功发生器，其特征在于：所述信号调理电路设置为电流型的采样调理电路。
7.根据权利要求1所述的基于DSP的静止无功发生器，其特征在于：所述电压互感器采用TVS1908-02电压互感器。
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CN106067722A (zh) * 2016-02-25 2016-11-02 中国科学院等离子体物理研究所 一种信号同步方法
CN109120267A (zh) * 2018-10-25 2019-01-01 南方电网科学研究院有限责任公司 一种电力信号同步采样系统及方法
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