CN204314655U - 一种双核架构的无功补偿控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种双核架构的无功补偿控制系统，包括模拟量采集模块、CPLD驱动板模块、FPGA模块、主控模块、PLC模块、功率单元模块和人机交互模块，所述模拟量采集模块将采集的数据传输给FPGA模块，所述FPGA模块与CPLD驱动板模块通过串行双向通讯，所述功率单元模块与CPLD驱动板连接，FPGA模块和主控模块连接，主控模块通过PLC模块与人机交互模块进行通讯，所述FPGA模块用于无功电流的计算，并将计算结果传送给主控模块。本实用新型可以有效的减少无功输出；有效的改善电网质量；本实用新型采用双核架构，响应速度块；准确度高；同时还节约了成本。

Description

一种双核架构的无功补偿控制系统

技术领域

本实用新型涉及无功补偿和电能质量控制领域，具体地说，本实用新型涉及一种基于双核架构的无功补偿控制系统。

背景技术

凡是安装有低压变压器地方及大型用电设备旁边都应该配备无功补偿装置(这是国家电力部门的规定)，特别是那些功率因数较低的工矿、企业、居民区必须安装。大型异步电机、变压器、电焊机、冲床、车床群、空压机、压力机、吊车、冶炼、轧钢、轧铝、大型交换机、电灌设备、电气机车等尤其需要。居民区除白炽灯照明外，空调、冷冻机等也都是无功功率不可忽视的耗用对象。农村用电状况比较恶劣，多数地区供电不足，电压波动很大，功率因数尤其低，加装补偿设备是改善供电状况、提高电能利用率的有效措施，而提高无功补偿装置的响应速度和稳定性尤为重要。

发明内容

针对相关技术领域文献和以上现有技术的不足，在大量现有文献研究和长期在相关领域研发实践的基础上，本实用新型提出“一种基于双核架构的无功补偿控制系统”，克服了现有技术中“提高无功补偿装置的响应速度和稳定性”等技术难题，实现“有效的减少无功输出；有效的改善电网质量”的有益效果。

为了解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种双核架构的无功补偿控制系统，该系统包括模拟量采集模块、FPGA模块、主控模块、PLC模块、CPLD驱动板模块、功率单元模块和人机交互模块，所述FPGA模块与CPLD驱动板模块通过串行双向通讯，模拟量采集模块将采集的数据传输给FPGA模块，FPGA模块和主控模块连接，主控模块通过PLC模块与人机交互模块进行通讯，所述FPGA模块用于进行无功电流的计算，并将计算结果传送给主控模块，功率单元模块与CPLD驱动板模块连接。所述功率单元模块具有36个功率单元，FPGA模块、36个功率单元分别通过4个光纤与CPLD驱动板模块连接。所述36个功率单元分成3组，每组有12个相互串联的功率单元。所述四根光纤包括R光纤、T光纤、A光纤和B光纤，所述T光纤和B光纤组成同步通信方式，用于传递主控模块对功率单元的控制命令、单元上报的故障信息和采集的 功率单元的散热器温度、单元直流电容电压数值；所述A光纤和B光纤用于传递单元逆变主回路的2个桥臂对应的开关信号。所述FPGA模块向功率单元发出PWM波形。所述FPGA模块和主控模块通过双口RAM进行数据传输。模拟量采集模块用于采集系统电压系统电流以及输出电流。所述PLC模块用于接收主控单元数据后，对数据进行逻辑分析并发出控制信号。

本实用新型采用上述技术方案，与现有技术相比，本实用新型可以有效的减少无功输出；有效的改善电网质量；本实用新型采用双核架构，响应速度块；准确度高；同时还节约了成本。

附图说明

图1为本实用新型具体实施方式的系统框图；

图2为本实用新型具体实施方式的主控制器结构示意图；

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，本实用新型的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本实用新型的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

一种双核架构的无功补偿控制系统，该系统包括模拟量采集模块、FPGA模块、主控模块、PLC模块、CPLD驱动板模块、功率单元模块和人机交互模块，所述FPGA模块与CPLD驱动板模块通过串行双向通讯，模拟量采集模块将采集的数据传输给FPGA模块，FPGA模块和主控模块连接，主控模块通过PLC模块与人机交互模块进行通讯，所述FPGA模块用于进行无功电流的计算，并将计算结果传送给主控模块，功率单元模块与CPLD驱动板模块连接。所述功率单元模块具有36个功率单元，FPGA模块、36个功率单元分别通过4个光纤与CPLD驱动板模块连接。所述36个功率单元分成3组，每组有12个相互串联的功率单元。所述四根光纤包括R光纤、T光纤、A光纤和B光纤，所述T光纤和B光纤组成同步通信方式，用于传递主控模块对功率单元的控制命令、单元上报的故障信息和采集的功率单元的散热器温度、单元直流电容电压数值；所述A光纤和B光纤用于传递单元逆变主回路的2个桥臂对应的开关信号。所述FPGA模块向功率单元发出PWM波形。所述FPGA模块和主控模块通过双口RAM进行数据传 输。模拟量采集模块用于采集系统电压系统电流以及输出电流。所述PLC模块用于接收主控单元数据后，对数据进行逻辑分析并发出控制信号。

本装置基于K60与FPGA的结合，实现数据和指令的交换、SPWM载波移相、脉宽调制PWM编码以及信号滤波处理。我们通过3片AD7606芯片将模拟量采集传输给FPGA，而FPGA再将这些数据传输给K60，但是无功电流是在FPGA里计算得到，计算得到的无功电流也传给主控芯片K60.而K60将这些数据进行处理，得到有效值，再将这些有效值通过PLC传到触摸屏上监测。本装置有36个单元，分成A、B、C三组，每组有12个单元，这12个单元都串联起来。而每个单元通过4根光纤连到光纤板上，光纤板再将每个单元的温度以及直流电压等参数传输给FPGA。而反过来，K60首先给FPGA发出光纤监测信号。当功率单元回馈了正确信号，主控对数据进行处理和分析后发出的调制波以及其他控制的信号才能被FPGA接收。K60与FPGA之间数据的传输是每400us产生一次外部中断，然后K60控制读写信号并且使能片选，将FPGA里的数据通过双口RAM传输给K60。监测方面，K60与PLC，PLC与触摸屏之间的通讯都是采用485接口实现的。PLC在此装置中也起到了至关重要的作用，PLC不只是触摸屏与主控芯片之间传输的桥梁，也起到了智能控制的作用。PLC接收到主控芯片的数据以后，对数据进行逻辑分析后发出控制信号，譬如，可以直接发出一个合电阻开关的输出信号。触摸屏不仅能够检测到数据，而且还可以遥测，可以向主控发出调试命令。本装置做了调试模式和自动模式两种控制模式，在我们调试好装置后可以直接打到自动模式。

如图1所示，图中32个单元与FPGA相连的R、T、A、B四根光纤所代表的意思。FPGA和驱动板CPLD间的光纤串行双向通讯，传送主控发出的PWM数据和控制命令以及驱动板上报的故障信息。主控与单元之间通讯由4根光纤完成，其中光纤T和光纤R组成同步串行通讯方式，每400us通讯一次，用于传递主控对单元的控制命令和单元上报的故障信息及单元采集的散热器温度、单元直流电容电压数值。PWM光纤A/B用于传递单元逆变主回路的2个桥臂对应的开关信号，对应的光纤有光表示上桥臂开关管导通。

图1中的K60与FPGA相连的XINT1、CS、R、W所代表的意思，XINT1是K60内部开了一个400us的外部中断，每400us采集一次数据，进行计算分析。CS代表片选信号，用于K60使能FPGA的。R代表读信号，说明是向FPGA读数 据。W代表写信号，说明是向FPGA写数据。而真正的数据传输是通过双口RAM进行的。

AD7606与FPGA相连的BUSY、/SCLK、DB[15：0]代表的意思。 是使能数据线的控制信号，利用该功能可以让多个AD7606共享用同一个并行数据总线。/SCLK引脚用于从输出转换结果寄存器读取数据，对AD7606引脚施加一个脉冲序列，可使各通道的转换结果按升序逐个输出到并行总线DB[15：0]。在BUSY高电平期间进行读取操作，BUSY下降沿用于以新转换数据更新输出数据寄存器。

K60与PLC，PLC与触摸屏之间相连的Rx和Tx分别代表接收和发送，是通过485通讯线相连的，都遵从MODBUS通讯协议。

如图2所示，我们选用的主芯片是飞思卡尔的K60，FPGA进行数据的采集以及发PWM波形。36个功率单元将每个单元的温度采集起来通过光纤通讯传给FPGA，系统电压系统电流以及输出电流都是通过AD采样传给FPGA，FPGA再将采集到的数据传给K60，K60将会根据采集到的数据进行分析，继而发出相应的控制信号以及将数据通过485通讯上传到触摸屏进行实时监测。FPGA在整个过程中还通过光纤向功率单元发出PWM波形，这样K60与FPGA的双核架构使SVG响应速度快，能够及时的监测到实时数据，并且及时发出控制信号，当出现过流过压等故障时系统能够及时的急停，从而避免一些危险的事情发生。这种双核架构不仅使响应速度快，而且计算的更加准确，无功补偿的效果更好。

上面结合附图对本实用新型进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种双核架构的无功补偿控制系统，其特征在于：该系统包括模拟量采集模块、CPLD驱动板模块、FPGA模块、主控模块、PLC模块、功率单元模块和人机交互模块，所述模拟量采集模块将采集的数据传输给FPGA模块，所述FPGA模块与CPLD驱动板模块通过串行双向通讯，所述功率单元模块与CPLD驱动板模块连接，FPGA模块和主控模块连接，主控模块通过PLC模块与人机交互模块进行通讯，所述FPGA模块用于无功电流的计算，并将计算结果传送给主控模块。

2.根据权利要求1所述的双核架构的无功补偿控制系统，其特征在于：所述功率单元模块具有36个功率单元，FPGA模块、36个功率单元分别通过4个光纤与CPLD驱动板模块连接。

3.根据权利要求2所述的双核架构的无功补偿控制系统，其特征在于：所述36个功率单元分成3组，每组有12个相互串联的功率单元。

4.根据权利要求2所述的双核架构的无功补偿控制系统，其特征在于：所述四根光纤包括R光纤、T光纤、A光纤和B光纤，所述T光纤和B光纤组成同步通信方式，用于传递主控模块对功率单元的控制命令、单元上报的故障信息和采集的功率单元的散热器温度、单元直流电容电压数值；所述A光纤和B光纤用于传递单元逆变主回路的2个桥臂对应的开关信号。

5.根据权利要求2所述的双核架构的无功补偿控制系统，其特征在于：所述FPGA模块向功率单元发出PWM波形。

6.根据权利要求1所述的双核架构的无功补偿控制系统，其特征在于：所述FPGA模块和主控模块通过双口RAM进行数据传输。

7.根据权利要求1所述的双核架构的无功补偿控制系统，其特征在于：模拟量采集模块用于采集系统电压系统电流以及输出电流。

8.根据权利要求1所述的双核架构的无功补偿控制系统，其特征在于：所述PLC模块用于接收主控单元数据后，对数据进行逻辑分析并发出控制信号。