本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及一種基于DSP的靜止同步補(bǔ)償器的控制裝置的設(shè)計(jì)。

背景技術(shù)：

配電系統(tǒng)位于電力系統(tǒng)的終端，是電力系統(tǒng)中與分散的用戶直接相連的部分，同時(shí)也是對人類社會(huì)生活變化最為敏感的部分；近年來，配電網(wǎng)中整流器、電弧爐、變頻調(diào)速裝置、電氣化鐵路等負(fù)荷快速增長，大多數(shù)電力電子裝置功率因數(shù)較低，給電網(wǎng)帶來額外負(fù)擔(dān)，使電能質(zhì)量下降，影響電網(wǎng)及用戶設(shè)備安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

靜止同步補(bǔ)償器作為柔性交流輸電系統(tǒng)的重要成員之一，能快速、實(shí)時(shí)地對電網(wǎng)進(jìn)行無功補(bǔ)償，憑借其優(yōu)良的調(diào)節(jié)性能和較強(qiáng)的補(bǔ)償能力成為現(xiàn)今無功補(bǔ)償裝置的研究熱點(diǎn)；在電力系統(tǒng)的適當(dāng)位置安裝靜止同步補(bǔ)償器能有效改善電網(wǎng)中由于大量沖擊性負(fù)荷的投入帶來的電能質(zhì)量下降的現(xiàn)象，例如提高功率因數(shù)、克服三相不平衡、消除電壓閃變和電壓波動(dòng)、抑止諧波污染等等；采用低壓配電系統(tǒng)的靜止同步補(bǔ)償器，立足于小功率場合進(jìn)行無功補(bǔ)償，負(fù)載需要無功直接由就近的靜止同步補(bǔ)償器裝置提供，這樣就避免了無功通過遠(yuǎn)距離電網(wǎng)傳輸給配電系統(tǒng)造成的一系列向題，而且補(bǔ)償性能高，可以很好的滿足無功負(fù)荷的需求，可見低壓中小容量靜止同步補(bǔ)償器裝置在我國將具有很廣闊的應(yīng)用前景。

控制器是靜止同步補(bǔ)償器的核心部件之一，它通過產(chǎn)生并控制驅(qū)動(dòng)開關(guān)器件的脈沖來控制靜止同步補(bǔ)償器的各種行為，完成靜止同步補(bǔ)償器裝置的控制任務(wù)，設(shè)計(jì)良好的控制器，選用合適的控制策略是靜止同步補(bǔ)償器補(bǔ)償效果好壞的決定性因素；由于微處理器MCU技術(shù)和電力電子相關(guān)技術(shù)的更新?lián)Q代，脈沖寬度調(diào)制（PWM）技術(shù)被廣泛地應(yīng)用于電氣傳動(dòng)系統(tǒng)領(lǐng)域中，在脈沖寬度調(diào)制控制策略中，SVPWM不同于傳統(tǒng)技術(shù)，它在算法和實(shí)現(xiàn)方式上做了特殊的優(yōu)化，可以很大程度排除逆變器的輸出波形中的諧波成分，并且減少靜止同步補(bǔ)償器的能耗損失；另一方面，為保證SVPWM控制策略的性能，單片的運(yùn)行速度已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足，隨著人們對于高性能的數(shù)字處理芯片的需求，DSP的發(fā)展也得到了推進(jìn)，DSP有著強(qiáng)大的運(yùn)算性能，以及芯片內(nèi)部集成功能的完整性。

由于靜止同步補(bǔ)償器控制環(huán)節(jié)計(jì)算量大，流程復(fù)雜，精度要求高，傳統(tǒng)的以單片機(jī)作為控制核心的控制器由于受硬件資源與速度的限制，采樣精度不高，每周波的采樣點(diǎn)少，只能選擇計(jì)算量小的算法，結(jié)果限制了測量的精度，已無法實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償，而采用高性能DSP為控制核心的控制器，利用其快速強(qiáng)大的運(yùn)算和處理能力以及并行運(yùn)行的能力，不但可以滿足裝置的實(shí)時(shí)性和處理算法的復(fù)雜性等更高的要求，而且具有運(yùn)算速度快、精度高、擴(kuò)展性好等優(yōu)點(diǎn)，也就意味著可以在DSP中實(shí)現(xiàn)更加高級(jí)復(fù)雜的算法來實(shí)現(xiàn)控制，包括神經(jīng)元控制、卡爾曼濾波、自適應(yīng)控制、模糊控制等，很大程度上提高了系統(tǒng)的反應(yīng)速度以及控制的精確度，DSP控制器以其結(jié)構(gòu)緊湊，使用方便，性能可靠，功能強(qiáng)，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)得到了眾多使用者的偏愛。

一般的靜止同步補(bǔ)償器控制應(yīng)用傳統(tǒng)控制算法使得系統(tǒng)的反應(yīng)速度較慢，控制精度有限，無法滿足實(shí)際需求，本發(fā)明基于DSP2812芯片對空間脈寬調(diào)制波實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化控制，減小了對外圍器件的依賴，降低了成本，應(yīng)用范圍廣泛，在靜止同步補(bǔ)償器的驅(qū)動(dòng)控制中有著良好的發(fā)展前景。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種基于DSP的靜止同步補(bǔ)償器的控制裝置，解決當(dāng)前靜止同步補(bǔ)償器控制中能耗大，控制技術(shù)落后，系統(tǒng)反應(yīng)速度慢與效率低的問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明設(shè)計(jì)了硬件部分與軟件部分。

硬件部分包括搭載DSP2812芯片的控制板，測量電路，保護(hù)電路，光耦隔離模塊，功率板，交流電源模塊，靜止同步補(bǔ)償器，上位機(jī)，各模塊之間的連接關(guān)系為，DSP2812芯片對測量電路輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣，根據(jù)采樣回來的數(shù)據(jù)發(fā)送控制命令，并發(fā)出空間矢量PWM波（SVPWM）控制信號(hào)，再經(jīng)光耦隔離模塊處理后送至功率板，功率板由交流電源模塊供電，收到PWM控制信號(hào)后通過其上的功率開關(guān)器件實(shí)現(xiàn)對靜止同步補(bǔ)償器的控制，保護(hù)電路主要負(fù)責(zé)對靜止同步補(bǔ)償器的過壓、過流和過熱保護(hù)。

所述DSP控制芯片采用TI公司生產(chǎn)的基于代碼兼容的TMS320C28+內(nèi)核的高性能32位定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器TMS320F2812作為控制核心，負(fù)責(zé)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理、數(shù)據(jù)顯示、與上位機(jī)通訊及對靜止同步補(bǔ)償器進(jìn)行控制。

所述交流電源選用一塊TPS70151芯片，將5V輸入的電源穩(wěn)壓出1.8V，3.3V的多路電源，并通過電感隔離成多路，以便給數(shù)字電路與模擬電路分別供電。

所述光耦隔離模塊，選用6N137系列隔離芯片，處理控制板上輸出的電信號(hào)來驅(qū)動(dòng)靜止同步補(bǔ)償器。

所述測量電路模塊，傳感器均采用高性能霍爾元件，主要包括對負(fù)載三相電流，靜止同步補(bǔ)償器輸出三相補(bǔ)償電流，系統(tǒng)三相電壓九個(gè)信號(hào)的測量。

所述保護(hù)電路模塊，包括靜止同步補(bǔ)償器過壓、過流和過熱保護(hù)，一旦測量值大于預(yù)設(shè)值，立即產(chǎn)生信號(hào)封鎖驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)，與此同時(shí)進(jìn)行故障報(bào)警保護(hù)。

所述功率板主要包括，與控制板連接的PWM接口，PWM隔離電路、故障信號(hào)接口、逆變模塊、整流模塊、電壓采樣模塊、A/D采樣模塊、開關(guān)電源等；其中功率板通過PWM接口與隔離電路接收到PWM控制信號(hào)后來驅(qū)動(dòng)靜止同步補(bǔ)償器。

所述控制板與上位機(jī)的通信通過DSP芯片上的SCI模塊完成的，通信接口選用芯片MAX485構(gòu)成通信模塊，將TTL電平轉(zhuǎn)換為RS-485電平，通過RS-485總線上傳至上位機(jī)。

本發(fā)明軟件編程實(shí)現(xiàn)都在CCCS5.5的平臺(tái)上完成，以實(shí)現(xiàn)靜止同步補(bǔ)償器控制所要實(shí)現(xiàn)的功能，本發(fā)明中程序主要解決以下幾個(gè)問題，初始化程序，根據(jù)SVPWM控制策略算法的推算，結(jié)合DSP2812的芯片特點(diǎn)，程序主要是初始化系統(tǒng)，包含數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間的檢測和初始化、通訊方式的設(shè)置、液晶顯示方式設(shè)置、事件管理器工作方式設(shè)置、中斷設(shè)置（中斷寄存器和中斷優(yōu)先級(jí)設(shè)置）、啟動(dòng)硬件看門狗、禁止開關(guān)動(dòng)作等；數(shù)據(jù)采集與處理，主要完成三相負(fù)載電流，三相補(bǔ)償電流、系統(tǒng)電壓的數(shù)據(jù)測量采集工作，根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)，運(yùn)用d-q無功電流檢測法去計(jì)算相關(guān)的電力參數(shù)；SVPWM脈沖生成，根據(jù)計(jì)算得到的參數(shù)，運(yùn)用控制策略控制脈沖發(fā)出，從而達(dá)到補(bǔ)償無功的目的，這樣就有了控制靜止同步補(bǔ)償器的基礎(chǔ)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的創(chuàng)新與益處在于，一般的靜止同步補(bǔ)償器控制反應(yīng)速度慢，控制精度有限，本發(fā)明節(jié)省了芯片占用資源，可很大程度提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率與控制精度；使用新型的高性能低功耗硬件，將軟件算法與DSP2812芯片結(jié)合，所設(shè)計(jì)的程序兼容性好，硬件系統(tǒng)減小了對外圍器件的依賴，成本低，應(yīng)用范圍廣。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所述一種基于DSP的靜止同步補(bǔ)償器的控制裝置的硬件總體結(jié)構(gòu)框圖。

圖2是本發(fā)明所述一種基于DSP的靜止同步補(bǔ)償器的控制裝置的DSP外圍電路設(shè)計(jì)框圖。

圖3是本發(fā)明所述一種基于DSP的靜止同步補(bǔ)償器的控制裝置的軟件部分中系統(tǒng)主程序流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

圖1所示為本發(fā)明所述一種基于DSP的靜止同步補(bǔ)償器的控制裝置的硬件總體結(jié)構(gòu)框圖，主要包括搭載DSP2812芯片的控制板，測量電路，保護(hù)電路，光耦隔離模塊，功率板，交流電源模塊，靜止同步補(bǔ)償器，上位機(jī)；各模塊之間的連接關(guān)系為，DSP2812芯片對測量電路輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣，根據(jù)采樣回來的數(shù)據(jù)發(fā)送控制命令，并發(fā)出空間矢量PWM波（SVPWM）控制信號(hào)，再經(jīng)光耦隔離模塊處理后送至功率板，功率板由交流電源模塊供電，收到PWM控制信號(hào)后通過其上的功率開關(guān)器件實(shí)現(xiàn)對靜止同步補(bǔ)償器的控制，DSP芯片通過SCI模塊與RS-485電路將測量與計(jì)算數(shù)據(jù)上傳至上位機(jī)進(jìn)行顯示與監(jiān)測，保護(hù)電路主要負(fù)責(zé)對靜止同步補(bǔ)償器的過壓、過流和過熱保護(hù)。

所述DSP控制芯片采用TI公司生產(chǎn)的基于代碼兼容的TMS320C28+內(nèi)核的高性能32位定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器TMS320F2812作為控制核心，負(fù)責(zé)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理、數(shù)據(jù)顯示、與上位機(jī)通訊及對靜止同步補(bǔ)償器進(jìn)行控制。

所述交流電源選用一塊TPS70151芯片，將5V輸入的電源穩(wěn)壓出1.8V，3.3V的多路電源，并通過電感隔離成多路，以便給數(shù)字電路與模擬電路分別供電。

所述光耦隔離模塊，選用6N137系列隔離芯片，處理控制板上輸出的電信號(hào)來驅(qū)動(dòng)靜止同步補(bǔ)償器。

所述測量電路模塊，傳感器均采用高性能霍爾元件，主要包括對負(fù)載三相電流，靜止同步補(bǔ)償器輸出三相補(bǔ)償電流，直流側(cè)電壓、系統(tǒng)三相電壓九個(gè)信號(hào)的測量。

所述保護(hù)電路模塊，包括靜止同步補(bǔ)償器過壓、過流和過熱保護(hù)，一旦測量值大于預(yù)設(shè)值，立即產(chǎn)生信號(hào)封鎖驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)，與此同時(shí)進(jìn)行故障報(bào)警保護(hù)。

所述功率板主要包括：與控制板連接的PWM接口，PWM隔離電路、故障信號(hào)接口、逆變模塊、整流模塊、電壓采樣模塊、A/D采樣模塊、開關(guān)電源等；其中功率板通過PWM接口與隔離電路接收到PWM控制信號(hào)后來驅(qū)動(dòng)靜止同步補(bǔ)償器。

所述控制板與上位機(jī)的通信通過DSP芯片上的SCI模塊完成的，通信接口選用芯片MAX485構(gòu)成通信模塊，將TTL電平轉(zhuǎn)換為RS-485電平，通過RS-485總線上傳至上位機(jī)。

圖2所示為本發(fā)明所述一種基于DSP的靜止同步補(bǔ)償器的控制裝置的DSP外圍電路設(shè)計(jì)框圖。主要含有，開關(guān)量輸入、開關(guān)量接口、SCI模塊，UART模塊、上位機(jī)、液晶顯示驅(qū)動(dòng)模塊、電流環(huán)檢測模塊、eCAN模塊、外部中斷模塊、EEPROM、A/D轉(zhuǎn)換模塊等。DSP2812芯片及其外圍電路主要用來完成空間矢量控制系統(tǒng)中的A/D轉(zhuǎn)換和實(shí)時(shí)處理，根據(jù)采樣回來的數(shù)據(jù)發(fā)送控制命令，再用空間矢量控制算法產(chǎn)生空間矢量PWM波（SVPWM）。

圖3所示為本發(fā)明所述一種基于DSP的靜止同步補(bǔ)償器的控制裝置的軟件部分中系統(tǒng)主程序流程圖。整個(gè)靜止同步補(bǔ)償器控制軟件分為初始化模塊、系統(tǒng)保護(hù)模塊、顯示和鍵盤控制模塊、數(shù)字濾波模塊、變換及反變換模塊、調(diào)節(jié)器模塊及脈沖生成模塊，在軟件設(shè)計(jì)中，充分利用了中斷服務(wù)子程序，與主程序協(xié)同工作，確保的工作效率和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理要求，同時(shí)簡化了程序的開發(fā)和調(diào)試的難度；系統(tǒng)包括以下幾個(gè)中斷子程序，CPA過零中斷、定時(shí)器周期中斷、A/D中斷，分別完成過零標(biāo)志置位、A/D啟動(dòng)、與上位機(jī)通信和數(shù)據(jù)結(jié)果傳送，采用模塊化的編程方法設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)軟件，將全部程序根據(jù)不同功能劃分成不同的模塊，其優(yōu)點(diǎn)是程序結(jié)構(gòu)清晰、可讀性強(qiáng)、易于調(diào)試及查錯(cuò)。

最后應(yīng)當(dāng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員參照上述實(shí)施例依然可以對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行修改或者等同替換，這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，均在申請待批的本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。