[发明专利]基于DSP及FPGA芯片的有源电力滤波器控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统与电力电子技术中有源电力滤波器(Active PowerFilter，APF)的控制系统，特别是涉及一种基于DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理芯片)及FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)芯片的有源电力滤波器控制系统。

背景技术

电力系统中非线性设备的使用，造成了电网中的大量谐波，使公共连接点的电压波形畸变，对电力系统的安全、优质、经济运行构成潜在的威胁，给周围电气环境带来极大的污染。具体来说，谐波将使电能的生产、传输和利用效率降低，使电气设备过负荷、发热甚至烧毁，引起电力系统局部并联谐振或串联谐振，引起继电保护和自动装置误动作，使电能计量出现误差等，严重干扰和危害电子设备和保护控制设备的性能及正常工作。

采用有源电力滤波器(APF)进行补偿是目前研究较多的一种治理谐波的方法，APF不仅可以对电力系统谐波进行抑制，同时兼有无功补偿的作用。APF的控制主要是由谐波信号检测和补偿分量产生两大部分组成，APF控制系统的主要任务是获取电力系统所需补偿的畸变电流，通过一定的方式产生适当的开关脉冲控制电路的导通和截止，使主电路输出所期望的电流或电压。APF的补偿精度取决于畸变电流的精确度和采用的控制算法，因此要求APF控制系统具有快速而精确的畸变电流检测能力以及高精度高速度的计算能力，对于采用级联多电平拓扑结构的中高压APF，控制系统还需解决各级联单元之间的统一调度问题，但是，现有APF控制系统不能满足这些条件，也不能解决这些问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于DSP及FPGA芯片的有源电力滤波器控制系统，其结合数字信号处理芯片与超大规模可编程逻辑器件，可执行复杂的数据信号处理算法。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种基于DSP及FPGA芯片的有源电力滤波器控制系统，其特征在于，其包括中央数据处理板、数据采集板、级联单元调度板、通信接口板、电源板和驱动脉冲发生板，中央数据处理板、数据采集板、级联单元调度板和通信接口板通过总线实现数据通信，总线包括一条十六位数据总线以及一条十二位地址总线，驱动脉冲发生板通过光纤与级联单元调度板连接以实现数据通信，中央数据处理板、数据采集板、级联单元调度板、通信接口板和电源板通过两个接插件插列在同一块底板的不同插槽上。

优选地，所述中央数据处理板包括第一DSP芯片、第二DSP芯片、第一FPGA芯片、第一电源管理模块和第一晶振电路，第一电源管理模块与第一晶振电路连接，第一晶振电路与第一DSP芯片、第二DSP以及第一FPGA芯片连接，第一DSP芯片、第二DSP芯片各自通过一条数据线与一条地址线与第一FPGA芯片连接。

优选地，所述数据采集板包括第二FPGA芯片和第一模数转换芯片、第一信号整形调理电路、第二电源管理模块、第二晶振电路，第二FPGA芯片与第一模数转换芯片、第二晶振电路、第二电源管理模块连接，第一信号整形调理电路与第一模数转换芯片连接。

优选地，所述级联单元调度板包括第三FPGA芯片、第三电源管理模块、第三晶振电路、第一光纤驱动电路，第三FPGA芯片与第一光纤驱动电路、第三电源管理模块、第三晶振电路连接，第三电源管理模块还与第一光纤驱动电路连接。

本发明的积极进步效果在于：一、利用两片数字信号处理芯片实现控制算法，可迅速计算出所需补偿的参考谐波并产生触发脉冲信号，满足快速高精度谐波检测的要求并可实现复杂的控制算法；二、系统所有电参数的检测均在FPGA的控制下完成，采样速度快、精度高，且不需要DSP的直接参与；三、驱动脉冲生成板与级联单元调度板之间通过光纤进行数据通信，实时控制底层单元同时获得底层单元的状态信息，实现了低压控制系统与高压执行机构之间的隔离，增强了系统运行的稳定性和可靠性；四、低压控制系统中的电路板采用了灵活的可插拔式设计，数据采集板和级联单元调度板可根据实际系统需要通过插拔来增减。

附图说明

图1为本发明基于DSP及FPGA芯片的有源电力滤波器控制系统的原理示意图。

图2为本发明基于DSP及FPGA芯片的有源电力滤波器控制系统使用的接插件的原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。