一种基于DSP的静止同步补偿器的控制装置的设计制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种基于DSP的静止同步补偿器的控制装置，包括搭载DSP2812芯片的控制板，测量电路，保护电路，光耦隔离模块，功率板，交流电源模块，静止同步补偿器，上位机。各模块之间的连接关系为，DSP2812芯片对测量电路输出的数据进行采样，根据采样回来的数据产生并发送PWM控制信号，再经光耦隔离模块处理后送至功率板，功率板由交流电源模块供电，收到控制信号后通过其上的功率开关器件实现对静止同步补偿器的控制，同时将数据上传至上位机监测，保护电路主要负责对静止同步补偿器的过压、过流和过热保护。本发明专利技术使用新型高性能低功耗的硬件系统，程序兼容性好，外围器件少，成本低，提高了系统的运行效率和控制精度。

Design of a control device for a static synchronous compensator based on DSP

The present invention provides a control device for static synchronous compensator based on DSP, including the control board, an DSP2812 chip measurement circuit, protection circuit, optocoupler module, power board, AC power module, static synchronous compensator, PC. The connections between different modules, data DSP2812 chip on the measurement circuit output sampling, according to the sampling data from the PWM and send control signals, then the isolated module is transmitted to the power board, power board by AC power supply module, receiving the control signal through the power switch on the control the static synchronous compensator, and uploads the data to the host computer monitoring and protection circuit is mainly responsible for the overvoltage, of STATCOM overcurrent and overheat protection. The invention adopts a new type hardware system with high performance and low power consumption, has good program compatibility, less peripheral devices and low cost, and improves the operation efficiency and the control precision of the system.

【技术实现步骤摘要】
一种基于DSP的静止同步补偿器的控制装置的设计
本专利技术属于电力系统领域，具体涉及一种基于DSP的静止同步补偿器的控制装置的设计。
技术介绍
配电系统位于电力系统的终端，是电力系统中与分散的用户直接相连的部分，同时也是对人类社会生活变化最为敏感的部分；近年来，配电网中整流器、电弧炉、变频调速装置、电气化铁路等负荷快速增长，大多数电力电子装置功率因数较低，给电网带来额外负担，使电能质量下降，影响电网及用户设备安全和经济运行。静止同步补偿器作为柔性交流输电系统的重要成员之一，能快速、实时地对电网进行无功补偿，凭借其优良的调节性能和较强的补偿能力成为现今无功补偿装置的研究热点；在电力系统的适当位置安装静止同步补偿器能有效改善电网中由于大量冲击性负荷的投入带来的电能质量下降的现象，例如提高功率因数、克服三相不平衡、消除电压闪变和电压波动、抑止谐波污染等等；采用低压配电系统的静止同步补偿器，立足于小功率场合进行无功补偿，负载需要无功直接由就近的静止同步补偿器装置提供，这样就避免了无功通过远距离电网传输给配电系统造成的一系列向题，而且补偿性能高，可以很好的满足无功负荷的需求，可见低压中小容量静止同步补偿器装置在我国将具有很广阔的应用前景。控制器是静止同步补偿器的核心部件之一，它通过产生并控制驱动开关器件的脉冲来控制静止同步补偿器的各种行为，完成静止同步补偿器装置的控制任务，设计良好的控制器，选用合适的控制策略是静止同步补偿器补偿效果好坏的决定性因素；由于微处理器MCU技术和电力电子相关技术的更新换代，脉冲宽度调制（PWM）技术被广泛地应用于电气传动系统领域中，在脉冲宽度调制控制策略中，SVPWM不同于传统技术，它在算法和实现方式上做了特殊的优化，可以很大程度排除逆变器的输出波形中的谐波成分，并且减少静止同步补偿器的能耗损失；另一方面，为保证SVPWM控制策略的性能，单片的运行速度已经远远无法满足，随着人们对于高性能的数字处理芯片的需求，DSP的发展也得到了推进，DSP有着强大的运算性能，以及芯片内部集成功能的完整性。由于静止同步补偿器控制环节计算量大，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，而采用高性能DSP为控制核心的控制器，利用其快速强大的运算和处理能力以及并行运行的能力，不但可以满足装置的实时性和处理算法的复杂性等更高的要求，而且具有运算速度快、精度高、扩展性好等优点，也就意味着可以在DSP中实现更加高级复杂的算法来实现控制，包括神经元控制、卡尔曼滤波、自适应控制、模糊控制等，很大程度上提高了系统的反应速度以及控制的精确度，DSP控制器以其结构紧凑，使用方便，性能可靠，功能强，价格低廉等优点得到了众多使用者的偏爱。一般的静止同步补偿器控制应用传统控制算法使得系统的反应速度较慢，控制精度有限，无法满足实际需求，本专利技术基于DSP2812芯片对空间脉宽调制波实现了数字化控制，减小了对外围器件的依赖，降低了成本，应用范围广泛，在静止同步补偿器的驱动控制中有着良好的发展前景。
技术实现思路
本专利技术的目的是设计一种基于DSP的静止同步补偿器的控制装置，解决当前静止同步补偿器控制中能耗大，控制技术落后，系统反应速度慢与效率低的问题。为了实现上述专利技术目的，本专利技术设计了硬件部分与软件部分。硬件部分包括搭载DSP2812芯片的控制板，测量电路，保护电路，光耦隔离模块，功率板，交流电源模块，静止同步补偿器，上位机，各模块之间的连接关系为，DSP2812芯片对测量电路输出的数据进行采样，根据采样回来的数据发送控制命令，并发出空间矢量PWM波（SVPWM）控制信号，再经光耦隔离模块处理后送至功率板，功率板由交流电源模块供电，收到PWM控制信号后通过其上的功率开关器件实现对静止同步补偿器的控制，保护电路主要负责对静止同步补偿器的过压、过流和过热保护。所述DSP控制芯片采用TI公司生产的基于代码兼容的TMS320C28+内核的高性能32位定点数字信号处理器TMS320F2812作为控制核心，负责进行数据采集、数据实时处理、数据显示、与上位机通讯及对静止同步补偿器进行控制。所述交流电源选用一块TPS70151芯片，将5V输入的电源稳压出1.8V，3.3V的多路电源，并通过电感隔离成多路，以便给数字电路与模拟电路分别供电。所述光耦隔离模块，选用6N137系列隔离芯片，处理控制板上输出的电信号来驱动静止同步补偿器。所述测量电路模块，传感器均采用高性能霍尔元件，主要包括对负载三相电流，静止同步补偿器输出三相补偿电流，系统三相电压九个信号的测量。所述保护电路模块，包括静止同步补偿器过压、过流和过热保护，一旦测量值大于预设值，立即产生信号封锁驱动脉冲信号，与此同时进行故障报警保护。所述功率板主要包括，与控制板连接的PWM接口，PWM隔离电路、故障信号接口、逆变模块、整流模块、电压采样模块、A/D采样模块、开关电源等；其中功率板通过PWM接口与隔离电路接收到PWM控制信号后来驱动静止同步补偿器。所述控制板与上位机的通信通过DSP芯片上的SCI模块完成的，通信接口选用芯片MAX485构成通信模块，将TTL电平转换为RS-485电平，通过RS-485总线上传至上位机。本专利技术软件编程实现都在CCCS5.5的平台上完成，以实现静止同步补偿器控制所要实现的功能，本专利技术中程序主要解决以下几个问题，初始化程序，根据SVPWM控制策略算法的推算，结合DSP2812的芯片特点，程序主要是初始化系统，包含数据存储空间的检测和初始化、通讯方式的设置、液晶显示方式设置、事件管理器工作方式设置、中断设置（中断寄存器和中断优先级设置）、启动硬件看门狗、禁止开关动作等；数据采集与处理，主要完成三相负载电流，三相补偿电流、系统电压的数据测量采集工作，根据采集到的数据，运用d-q无功电流检测法去计算相关的电力参数；SVPWM脉冲生成，根据计算得到的参数，运用控制策略控制脉冲发出，从而达到补偿无功的目的，这样就有了控制静止同步补偿器的基础。与现有技术相比，本专利技术的创新与益处在于，一般的静止同步补偿器控制反应速度慢，控制精度有限，本专利技术节省了芯片占用资源，可很大程度提高系统的运行效率与控制精度；使用新型的高性能低功耗硬件，将软件算法与DSP2812芯片结合，所设计的程序兼容性好，硬件系统减小了对外围器件的依赖，成本低，应用范围广。附图说明图1是本专利技术所述一种基于DSP的静止同步补偿器的控制装置的硬件总体结构框图。图2是本专利技术所述一种基于DSP的静止同步补偿器的控制装置的DSP外围电路设计框图。图3是本专利技术所述一种基于DSP的静止同步补偿器的控制装置的软件部分中系统主程序流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。图1所示为本专利技术所述一种基于DSP的静止同步补偿器的控制装置的硬件总体结构框图，主要包括搭载DSP2812芯片的控制板，测量电路，保护电路，光耦隔离模块，功率板，交流电源模块，静止同步补偿器，上位机；各模块之间的连接关系为，DSP2812芯片对测量电路输出的数据进行采样，根据采样回来的数据发送控制命令，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于DSP的静止同步补偿器的控制装置，包括搭载DSP2812芯片的控制板，测量电路，保护电路，光耦隔离模块，功率板，交流电源模块，静止同步补偿器，上位机，各模块之间的连接关系为，DSP2812芯片对测量电路输出的数据进行采样，根据采样回来的数据产生并发送空间矢量PWM波（SVPWM）作为控制信号，再经光耦隔离模块处理后送至功率板，功率板由交流电源模块供电，收到PWM控制信号后通过其上的功率开关器件实现对静止同步补偿器的控制，测量数据均通过控制板上的通讯模块上传到上位机进行监测，保护电路主要负责对静止同步补偿器的过压、过流和过热保护。

【技术特征摘要】
1.一种基于DSP的静止同步补偿器的控制装置，包括搭载DSP2812芯片的控制板，测量电路，保护电路，光耦隔离模块，功率板，交流电源模块，静止同步补偿器，上位机，各模块之间的连接关系为，DSP2812芯片对测量电路输出的数据进行采样，根据采样回来的数据产生并发送空间矢量PWM波（SVPWM）作为控制信号，再经光耦隔离模块处理后送至功率板，功率板由交流电源模块供电，收到PWM控制信号后通过其上的功率开关器件实现对静止同步补偿器的控制，测量数据均通过控制板上的通讯模块上传到上位机进行监测，保护电路主要负责对静止同步补偿器的过压、过流和过热保护。2.根据权利要求1所述的一种基于DSP的静止同步补偿器的控制装置，其特征在于，所用的DSP控制芯片采用TI公司生产的基于代码兼容的TMS320C28+内核的高性能32位定点数字信号处理器TMS320F2812作为控制核心。3.根据权利要求1所述的一种基于DSP的静止同步补偿器的控制装置，其特征在于，交流电源选用一块TPS70151芯片，将5V输入的电源稳压出1.8V，3.3V的多路电源，并通过电感隔离成多路，以便给数字电路与模拟电路分别供电。4.根据权利要求1所述的一种基于DSP的静止同步补偿器的控制装置，其特征在于，控制板上同时具备UART232与RS485两...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋若蒙，孙英云，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京,11