CN211151542U

CN211151542U - 一种基于dsp和fpga控制的有源电力滤波器

Info

Publication number: CN211151542U
Application number: CN202020196603.4U
Authority: CN
Inventors: 孙建如; 安涛
Original assignee: Shijiazhuang Herbertson Electric Co ltd
Current assignee: Shijiazhuang Herbertson Electric Co ltd
Priority date: 2020-02-23
Filing date: 2020-02-23
Publication date: 2020-07-31
Anticipated expiration: 2030-02-23

Abstract

本实用新型涉及一种基于DSP和FPGA控制的有源电力滤波器，属于有源电力滤波器的技术领域，用于解决现有技术中的有源电力滤波器信号采集的精度和稳定性较差的问题，其包括多个用于采集电网电压以输出电压采集信号的信号采集模块、用于对电压采集信号进行预处理的FPGA处理模块、用于对电网电压进行变换的电压变换模块以及用于根据电压采集信号调整电压变换模块工作的DSP处理模块。采用多个信号采集模块对电网电压进行采集，采集结果更为精准且采集过程不会因单个信号采集模块损坏而失效即更为稳定，从而保证了有源电力滤波器对电压较好的处理效果。

Description

一种基于DSP和FPGA控制的有源电力滤波器

技术领域

本实用新型涉及一种有源电力滤波器，尤其是涉及一种基于DSP和FPGA控制的有源电力滤波器。

背景技术

有源电力滤波器是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置，它能够对大小和频率都变化的谐波以及变化的无功进行补偿。

现有的可参考公开号为CN204732876U的中国的实用新型专利，其公开了一种基于逆系统的智能有源电力滤波器装置，包括DSP主控制器和FPGA辅助控制器，所述DSP主控制器和FPGA辅助控制器双向通讯；所述DSP主控制器一路连接并控制双PWM变换器，另一路通过GPRS无线通信模块监控上位机；所述FPGA辅助控制器连接数据采集模块和智能保护装置；所述双PWM变换器连接断路器；所述FPGA另一路通过自动投切控制装置连接电容器组。所述智能保护装置连接并控制断路器。该有源电力滤波器装置实现了谐波快速检测、谐波精准补偿和功率因数调节等多目标的控制需要。

上述现有技术中存在一下技术缺陷：数据采集模块于较高的电网电压直接连接，故数据采集模块容易出现损坏而导致无法准确进行电网电压的谐波检测，影响后续对电网电压的谐波补偿和功率因数调节等工作的精度，从而影响了有源电力滤波器对电网电压的处理效果。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的是提供一种基于DSP和FPGA控制的有源电力滤波器，其能够更为精准的进行谐波检测，从而使有源电力滤波器具备较好的电网电压处理效果。

本实用新型的上述实用新型目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种基于DSP和FPGA控制的有源电力滤波器，包括：

多个信号采集模块，耦接电网，用于采集电网电压，以输出实时响应于电网电压的电压采集信号；

FPGA处理模块，无线连接所述信号采集模块，接收所述电压采集信号，以响应于所有电压采集信号的平均值处于信号预设范围输出第一预处理信号，响应于电压采集信号的平均值超出电压预设范围的方式和大小输出第二预处理信号；

DSP处理模块，耦接所述FPGA处理模块，接收所述第一预处理信号和第二预处理信号，以响应于第一预处理信号输出第一控制信号，响应于第二预处理信号输出第二控制信号；

电压变换模块，用于调节电网电压，耦接所述DSP处理模块，接收所述第一控制信号和第二控制信号，以响应于第一控制信号输出第一调节信号，响应于第二控制信号输出第二调节信号。

通过采用上述技术方案，采用多个信号采集模块对电网电压进行采集，在处理时对多个电压采集信号的平均值进行处理，不仅提高了对电网电压采集的精度，而且在单个信号采集模块出现损坏时，不会影响对电网电压的正常的、较为准确的采集，增强了该有源电力滤波器信号采集的精度和稳定性，保证后续对电网电压的处理也较为准确；另外，信号采集模块于FPGA处理模块无线通讯连接，使多个信号采集模块于电网电压的安装位置更为灵活。

进一步地，所述信号采集模块至少包括用于采集电压变换前的电网电压以及用于采集电压变换后的电网电压的两种。

进一步地，所述DSP处理模块与FPGA处理模块双向通讯连接。

进一步地，所述DSP处理模块也无线连接所述信号采集模块、接收所述电压采集信号

进一步地，所述DSP处理模块和/或FPGA处理模块耦接有用于存储电压采集信号、和/或第一预处理信号、和/或第二预处理信号、和/或第一控制信号、和/或第二控制信号的数据存储模块。

进一步地，所述有源电力滤波器还包括：

智能保护模块，耦接所述信号采集模块，接收所述电压采集信号，以响应于电压采集信号超出信号最大范围输出智能保护信号；

切断装置，耦接电网用于切断电网电压，耦接所述智能保护模块，接收所述智能保护信号，以响应于智能保护信号切断电网电压。

进一步地，所述DSP处理模块与电压变换模块无线通讯连接。

进一步地，所述有源电力滤波器还包括：

变换位置采集单元，耦接所述电压变换模块，用于采集电压变换模块的位置，以输出响应于电压变换模块的位置的变换位置信号；

采集位置采集单元，耦接所述信号采集模块，用于采集信号采集模块的位置，以输出响应于信号采集模块的位置的采集位置信号；

所述变换位置采集单元和采集位置采集单元耦接所述DSP处理模块，所述DSP处理模块接收所述变换位置信号和采集位置信号。

进一步地，所述FPGA处理模块包括FPGA处理器和耦接所述FPGA处理器用于监控FPGA处理器的触控显示单元。

进一步地，所述DSP处理模块与上位机无线通讯连接。

综上所述，本实用新型包括以下至少一种有益技术效果：

1.多个信号采集模块使信号采集过程更为稳定和精准，从而使该有源电力滤波器对电网电压的处理效果更为稳定和精准；

2.DSP处理模块和FPGA处理模块双向通讯且均耦接信号采集模块，使电压采集的传输路径更多，提高了电压采集信号传输的稳定性；

3.信号采集模块与FPGA处理模块无线通讯连接，电压变换模块与DSP处理模块无线通讯连接，且设置分别用于采集电压变换模块和信号采集模块位置的变换位置采集单元和采集位置采集单元，不仅使信号采集单元和电压变换单元的位置应用更为灵活，而且使信号采集模块和电压变换模块的位置可监控，有利于对电压更为精准的处理。

附图说明

图1是本实用新型的系统结构示意图。

图中，1、信号采集模块；2、FPGA处理模块；3、DSP处理模块；4、电压变换模块；5、智能保护模块；6、数据存储模块；7、切断装置。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

参照图1，为本实用新型公开的一种基于DSP和FPGA的有源电力滤波器，包括多个用于采集电网电压以输出电压采集信号的信号采集模块1、用于对电压采集信号进行预处理的FPGA处理模块2、用于对电网电压进行变换的电压变换模块4以及用于根据电压采集信号调整电压变换模块4工作的DSP处理模块3。该有源电力滤波器采集的电压采集信号更为精准且采集过程更为稳定，从而保证了有源电力滤波器对电压的处理效果。

信号采集模块1耦接电网，用于采集电网电压，以输出实时响应于电网电压的电压采集信号。在本实施例中，信号采集模块1设置有十个，分别包括设置与电压变换节点前的五个以及设置与电压变换节点后的五个。信号采集模块1包括耦接电网用于采集电网电压的电压传感器，采用电压传感器测定三相电网电压的设置方式为本领域技术人员的常规技术手段，在此不做详细介绍。

FPGA处理模块2与信号采集模块1无线通讯连接，接收上述电压采集信号，并对上述电压采集信号进行预处理。FPGA处理模块2包括FPGA处理器和耦接FPGA处理器的触控显示单元，通过触控显示单元能够对FPGA处理器进行编程控制。具体来说，FPGA处理器内预先存储有相应电网电压稳定范围的信号预设范围，FPGA处理模块2对位于电压变换节点前后的电压采集信号进行分类处理。

若位于电压变换节点前的五个电压采集信号的平均值处于信号预设范围，说明未处理的电网电压质量较好，FPGA处理器输出第一预处理信号，若位于电压变换节点前的五个电压采集信号的平均值超出信号预设范围，说明电网电压质量较差，需要调整，此时FPGA处理器输出响应于五个电压采集信号的平均值超出信号预设范围的方式和大小的第二预处理信号。

位于电压变换节点后的五个电压采集信号的平均值应该是处于信号预设范围的，若位于电压变换节点后的五个电压采集信号的平均值不处于信号预设范围，则说明处理后的电压质量仍然较差，此时FPGA处理器将输出响应于五个电压采集信号平均值超出信号预设范围的大小和方式输出反馈调节信号，以便获得更好的电压处理结果。

当然，上述电压采集信号求平均值的过程一般会去掉一个最大值和最小值，以获取更为精准的采集结果，避免因单个信号采集模块1因损坏或干扰使电压采集信号出现误差导致测得的电网电压不准确，以获得更为精准的采集结果。将该种求平均值的方式输入FPGA处理器为FPGA芯片的常规应用方式，不涉及对程序的改进，在此不作介绍。

DSP处理模块3与FPGA处理器双向通讯连接，DSP处理模块3接收上述第一预处理信号、第二预处理信号以及反馈调节信号，响应于第一预处理信号输出第一控制信号，响应于第二预处理信号输出第二控制信号。第二控制信号还响应于反馈调节信号。

进一步地，DSP处理模块3与上位机无限通讯连接，以将数据实时传输至上位机供人查看。

电压变换模块4无线连接DSP处理模块3，接收上述第一控制信号和第二控制信号，响应于第一控制信号输出第一调节信号，第一调节信号表现为维持电网电压状态，第二调节信号表现为改变电网电压至预设电压范围，即根据第二控制信号抑制电网电压的谐波以及进行功率因数调节。在本实施例中，电压变换模块4设置为用于调整电网电压的双PWM变换器，双PWM变换器能够对电网电压进行谐波补偿和功率因数调节，同样的，双PWM变换器于三相电网的设置方式也为本领域技术人员的常规技术手段，也不作进一步介绍。

该有源电力滤波器还包括用于存储上述各个信号的数据存储模块6、用于在电压采集信号超出信号最大范围输出智能保护信号的智能保护模块5以及响应于智能保护信号切断电网电压的切断装置7。

数据存储模块6耦接DSP处理模块3和FPGA处理器，接收并存储上述电压采集信号、第一预处理信号、第二预处理信号、反馈调节信号、第一控制信号、第二控制信号，以实现对信号采集以及处理、控制过程进行记录。

智能保护模块5无线连接信号采集模块1，接收上述电压采集信号，智能保护模块5内预先存储有信号最大范围，当电压采集信号超出信号最大范围时，智能保护模块5输出智能保护信号。由于信号采集模块1设置有多个，故电压采集信号也相应的设置有多个，智能保护模块5内采用或逻辑，即任意电压采集信号超出信号最大范围时，智能保护模块5即输出上述智能保护信号。

切断装置7在本实施例中设置为串接于电网的断路器，断路器设置与电压变换节点前，切断装置7耦接智能保护模块5，接收智能保护信号，响应于智能保护信号切断电网电压，以免电网电压波动超出最大电压范围时有源电力滤波器无法调节而导致有源电力滤波器损坏。

进一步地，该有源电力滤波器还包括用于采集电压变换模块4于电网位置的变换位置采集单元以及用于采集信号采集模块1于电网位置的采集位置采集单元。

在本实施例中，变换位置采集单元和采集位置采集单元均基于GPS全球定位技术对自身位置进行采集，当然，变换位置采集单元耦接电压变换模块4且于电压变换模块4设置于一处，采集位置采集单元耦接信号采集模块1且与信号采集模块1设置于一处，变换位置采集单元和采集位置采集单元分别输出变换位置信号和采集位置信号。DSP处理模块3耦接变换位置采集单元和采集位置采集单元，接收上述变换位置信号和采集位置信号。DSP处理模块3接收变换位置信号和采集位置信号不仅方便了对信号采集模块1和电压变换模块4相对位置的确定，方便了FPGA处理模块2对电压采集信号进行分类处理，同时，DSP处理模块3基于各个电压采集信号来自的信号采集模块1所在的位置，方便了DSP处理模块3对不同的电压采集信号进行具体的处理。

可以理解的，信号采集模块1和FPGA处理模块2的无限通讯连接以及电压变换模块4和DSP处理模块3的无限通讯连接均是通过成对设置的无限通讯单元实现的，如无线发射器和无线接收器，采用无线通讯单元将电流信号转换为电波信号的方式为本领域技术人员的常规技术手段，在此不作进一步介绍。

本实施例的实施原理为：多个信号采集模块1能够对电压变换前后的电网电压进行采集，FPGA处理模块2对对电压采集信号进行预处理，DSP处理模块3根据FPGA处理模块2输出的第一预处理信号、第二预处理信号和反馈调节信号输出不同的控制信号，以控制电压变换模块4对电网电压进行不同的调节；DSP处理模块3和FPGA处理模块2接收、处理和输出的信号均会存储值数据存储模块6，且DSP处理模块3还无限通讯连接上位机并与上位机信息交互；智能保护模块5和切断装置7的设置能够在电网电压波动超出有源电力滤波器的调节范围时切断电网电压，降低有源电力滤波器因过压而损坏的可能；信号采集模块1和电压变换模块4的位置均会采集并输送至DSP处理模块3，以使DSP处理模块3对不同的采集信号进行分类处理。

采用多个信号采集模块1对电网电压进行采集，降低了单个信号采集模块1采集出现误差对后续处理带来的影响，从而提高了信号采集的精度和信号采集过程的稳定性，FPGA处理模块2和DSP处理模块3分别进行采集信号处理和电压变换控制，提高了信号处理和电压调节的速度；信号采集模块1和电压变换模块4的设置位置较为灵活；采集信号多路交互，提高了信号交互过程中的稳定性；因过压损坏的可能性较小，使用安全性较高。

本具体实施方式的实施例均为本实用新型的较佳实施例，并非依此限制本实用新型的保护范围，故：凡依本实用新型的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种基于DSP和FPGA控制的有源电力滤波器，其特征是，包括：

多个信号采集模块(1)，耦接电网，用于采集电网电压，以输出实时响应于电网电压的电压采集信号；

FPGA处理模块(2)，无线连接所述信号采集模块(1)，接收所述电压采集信号，以响应于所有电压采集信号的平均值处于信号预设范围输出第一预处理信号，响应于电压采集信号的平均值超出电压预设范围的方式和大小输出第二预处理信号；

DSP处理模块(3)，耦接所述FPGA处理模块(2)，接收所述第一预处理信号和第二预处理信号，以响应于第一预处理信号输出第一控制信号，响应于第二预处理信号输出第二控制信号；

电压变换模块(4)，用于调节电网电压，耦接所述DSP处理模块(3)，接收所述第一控制信号和第二控制信号，以响应于第一控制信号输出第一调节信号，响应于第二控制信号输出第二调节信号。

2.根据权利要求1所述的一种基于DSP和FPGA控制的有源电力滤波器，其特征是，所述信号采集模块(1)至少包括用于采集电压变换前的电网电压以及用于采集电压变换后的电网电压的两种。

3.根据权利要求1所述的一种基于DSP和FPGA控制的有源电力滤波器，其特征是，所述DSP处理模块(3)与FPGA处理模块(2)双向通讯连接。

4.根据权利要求1所述的一种基于DSP和FPGA控制的有源电力滤波器，其特征是，所述DSP处理模块(3)也无线连接所述信号采集模块(1)、接收所述电压采集信号。

5.根据权利要求1所述的一种基于DSP和FPGA控制的有源电力滤波器，其特征是，所述DSP处理模块(3)和/或FPGA处理模块(2)耦接有用于存储电压采集信号、和/或第一预处理信号、和/或第二预处理信号、和/或第一控制信号、和/或第二控制信号的数据存储模块(6)。

6.根据权利要求1所述的一种基于DSP和FPGA控制的有源电力滤波器，其特征是，所述有源电力滤波器还包括：

智能保护模块(5)，耦接所述信号采集模块(1)，接收所述电压采集信号，以响应于电压采集信号超出信号最大范围输出智能保护信号；

切断装置(7)，耦接电网用于切断电网电压，耦接所述智能保护模块(5)，接收所述智能保护信号，以响应于智能保护信号切断电网电压。

7.根据权利要求1所述的一种基于DSP和FPGA控制的有源电力滤波器，其特征是，所述DSP处理模块(3)与电压变换模块(4)无线通讯连接。

8.根据权利要求1所述的一种基于DSP和FPGA控制的有源电力滤波器，其特征是，所述有源电力滤波器还包括：

变换位置采集单元，耦接所述电压变换模块(4)，用于采集电压变换模块(4)的位置，以输出响应于电压变换模块(4)的位置的变换位置信号；

采集位置采集单元，耦接所述信号采集模块(1)，用于采集信号采集模块(1)的位置，以输出响应于信号采集模块(1)的位置的采集位置信号；

所述变换位置采集单元和采集位置采集单元耦接所述DSP处理模块(3)，所述DSP处理模块(3)接收所述变换位置信号和采集位置信号。

9.根据权利要求1所述的一种基于DSP和FPGA控制的有源电力滤波器，其特征是，所述FPGA处理模块(2)包括FPGA处理器和耦接所述FPGA处理器用于监控FPGA处理器的触控显示单元。

10.根据权利要求1所述的一种基于DSP和FPGA控制的有源电力滤波器，其特征是，所述DSP处理模块(3)与上位机无线通讯连接。