一种基于双微处理器架构的固态开关控制系统技术方案

一种基于双微处理器架构的固态开关控制系统，包括控制系统单元和辅助单元；控制系统单元包括主处理器、可编程逻辑器件和协处理器；辅助单元包括：电压电流传感器单元、电压电流信号调理单元、辅助供电电路单元、人机接口单元及系统温度监测单元；所述主处理器用于实时控制，协处理器用于实时监测；可编程逻辑器件分别与主、协处理器交互，控制主、协处理器的互联；主、协处理器之间还通过直连接口进行交互；可编程逻辑器件还连接控制电子开关，该电子开关控制主、备用侧电源的负载接入。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于双微处理器硬件架构、应用于快速固态转换开关(SSTS)装置的硬件控制系统，属于电力电子在电力系统中的应用

技术介绍
随着科技的飞速发展，各种新器件新设备不断的出现，人们对电能质量以及其可靠性的要求越来越高。电压跌落以及电压短时中断的故障占所有电能质量问题的90%左右，而电力系统中因电压跌落而引起的事故次数大约是因完全供电中断而引起的事故次数的10倍。因此，治理电压跌落，有效改善电能质量成为当务之急。 快速固态切换开关(SSTS)装置是利用大功率电力电子技术以及基于微处理器、光纤通信和数字信号处理测控技术，其控制保护系统通过监测电网进线和出线的三相电压、三相电流，检测电压跌落，从而控制大功率电力电子器件实现两路进线电源的快速切换，解决电压跌落以及短时断电的问题，来实现对负载的不间断供电，保证用户的可靠供电。固态切换开关能够广泛运用在解决敏感、关键负荷电力供应场合不仅仅在于其的经济性，更在于它带来了 MS级的切换速度。固态切换开关的切换速度取决于其基于的微处理器通信速度、数据运算处理速度以及系统控制响应速度。本专利技术在传统固态切换开关控制架构的基础上，提出了基于双微处理器架构的固态开关控制系统，能够有效提高控制系统的响应速度、数据处理能力以及外部接口可扩展性，控制方便灵活且速度极快，与传统的固态开关相比，具有较高的系统稳定性、可靠性以及实时性，同时该硬件架构能够简化软件复杂程度实现真正的并行信号采集和处理能力，在现代配电网中有着广泛的应用前景。
技术实现思路
技术问题本专利技术公开了一种基于双微处理器架构的固态开关控制系统，该装置的硬件架构是基于传统的单微处理器硬件架构的快速固态转换开关(SSTS)装置基础上，进行结构创新和功能拓展后提出的。该SSTS硬件控制系统的硬件架构由两个微处理器(主处理器21和协处理器23)和一个可编程逻辑器件22构成，通过对控制系统硬件结构创新及有效配置，有效提高了控制系统的数据通讯速度、运算处理速度以及系统控制响应速度，保证了基于此硬件架构的SSTS硬件控制系统具有超高速的投切功能，同时也提高了控制系统的稳定性及实时性。另外，该硬件架构也为将来的功能扩展提供了有力保障。技术方案一种基于双微处理器架构的固态开关控制系统，包括控制系统单元和辅助单元；控制系统单元包括主处理器、可编程逻辑器件和协处理器；辅助单元包括电压电流传感器单元、电压电流信号调理单元、辅助供电电路单元、人机接口单元及系统温度监测单元；所述主处理器用于实时控制，协处理器用于实时监测；可编程逻辑器件分别与主、协处理器交互，控制主、协处理器的互联；主、协处理器之间还通过直连接口进行交互；可编程逻辑器件还连接控制电子开关，该电子开关控制主、备用侧电源的负载接入；辅助供电电路单元为控制系统单元和辅助单元供电；电压电流传感器单元包括主侧电源相电压或线电压传感器、主侧开关元件端电压传感器、备用侧电源相电压或线电压传感器、备用侧开关元件端电压传感器、主侧开关元件电流传感器和备用侧开关元件电流传感器；电压电流信号调理单元对电压电流传感器单元中各个传感器的输出信号进行信号调理，再把调理后的信号输出给控制系统单元的主、协处理器；人机接口单元包括接口电路模块，主、协处理器与接口电路模块连接；系统温度检测单元包括监控开关器件工作壳温的温度传感器，温度传感器的信号输出端连接协处理器的信号输入端。各个单元的原理说明如下 电压电流传感器单元分别测量主侧电源相电压、主侧开关元件端电压、备用侧电源相电压、备用侧开关元件端电压、负载侧相电压、主侧开关元件电流和备用侧开关元件电流；电压电流信号调理单元对电压传感器以及电流传感器的副边输出量进行信号调理；辅助供电电路单元输出控制系统单元和辅助单元所需电源；人机接口单元协微处理器连接开关装置的人机交互模块以及控制面板；该人机接口单元包括串口、以太网接口、显示屏接口、触摸屏接口 ；还包括预留的冗余接口，为将来的功能扩展升级备用。系统温度检测单元协处理器连接系统温度检测单元，通过温度传感器监控开关器件(如晶闸管等)的工作壳温，如果出现异常，能够及时报警反馈，以使得快速固态转换开关装置稳定运行。正常工作时，协处理器对主侧、备用侧电源的电能质量进行监测，通过对主侧备用侧电源的电压和电流实时采样和信号处理，对电能质量问题进行监测；当发现异常时，协处理器通过系统互连接口实时将故障情况通知主处理器；主处理器根据接收到的故障报警信号，来控制主侧、备用侧电源的电子开关，决定负载切入哪一侧电源；在切换过程中，主处理器通过对主侧和备用侧电子开关电压、电流的实时采样，来监测系统切换过程有无环流、电压切入时刻是否正确等状态，保证电源切换过程安全可靠。可编程逻辑器件连接主、协两个微处理器，并协调系统外部数字接口的作用。本专利技术公开的基于双微处理器硬件架构的快速固态转换开关(SSTS)装置硬件控制系统通过检测主侧电源和备用侧电源的电压和电流，利用数字信号处理技术实时监测电源状态。当出现故障时，如电压跌落，过流，欠压，闪变等等，控制系统根据监测的电源状态做出判断，实现对主侧、备用侧电力电子开关器件的控制，从而迅速完成主侧和备用侧电源的切换，保证负载能连续的接入健康的电源。其具体结构如附图I所示，主侧电源和备用侧电源分别通过电子开关连接到负载。在正常工作时，负载接入主侧电源运行，此时，电压电流传感器模块以及信号调理电路实时监控系统主电源状态，通过模数转换模块反馈给控制系统。当出现电压跌落或者过流等故障时，控制系统即时作出判断，通过控制电子开关迅速切断主侧电源，同时控制电子开关，把负载接入备用测电源，此时，备用侧电压电流传感器模块以及信号调理电路实时监控系统备用测电源状态，通过模数转换模块反馈给控制系统。在以双微处理器为核心的控制系统模块中，主处理器主要功能包括电力电子开关器件控制，切换过程实时监控，根据电能质量状态，做出切换决策，并完成电源间的切换；协处理器完成对主侧、备用侧电源质量的监控，监控对象包括欠压(电压跌落)、过流、过温和闪变等。两个处理器之间通过可编程逻辑器件连接，同时也具有少量直连接口。该控制结构采用双处理器结构，两个微处理器均有AD采样信号输入功能。主处理器用于实时控制，协处理器用于实时监测。通过主、协处理器之间的协同工作，可达到高端处理器的响应速度，甚至更优的系统性能。同时大大简化了系统软件的复杂程度并增加了系统功能可扩展性。双处理器之间采用可编程器件以及少量的直连接口进行交互。在拓扑结构上，主处理器、可编程逻辑器件、协处理器通过并行接口和多条GPIO 口相连接，同时主处理器和协处理器之间有少量(仅2根)直连端口。可编程逻辑器件具有高速灵活的特点，通过内置的双口 RAM，可使得两个微处理器以MHz级的速度并行通讯。少量的直连接口保证了系统连接的简洁和可靠性。由于目前的微处理器外部接口通常是多功能复用的。因此可配置成普通GPIO 口或者串行通讯口，很灵活。当两线接口设置为GPIO时，速度很快，但信息量有限。当设置为串行通讯接口时，则可以完成较大信号量的传输。系统采用两类互连方式，确保了两个微处理器之间互联的可靠性、灵活性、速度以及可扩展性。所述主、协处理器为嵌入式微处理器EMPU、嵌入式微控本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵剑锋，姚佳，徐海华，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：