[实用新型]用于低压动态无功谐波综合补偿装置的主控模块

说明书

技术领域

本实用新型涉及低压动态无功谐波综合补偿装置，特别涉及一种用于低压动态无功谐波综合补偿装置的主控模块。

背景技术

现有的有源电力滤波器控制系统采用DSP作为主控单元，由时钟单元为其提供时钟信号，脉冲输出单元通过驱动芯片以及触发器将来自CPLD的脉冲信号用作对IGBT的控制信号。但是，目前的有源电力滤波器控制系统仍存在以下几大设计缺陷：

(1) 原理设计上主控单元多由2片或2片以上的DSP处理器构成，无论从软件或硬件的设计复杂度方面考虑，还是从成本方面考虑，都存在改进的空间；

(2) 硬件保护电路功能单一甚至缺乏电路保护，致使有源电力滤波器主电路器件容易损坏，严重影响有源电力滤波器的安全性与可靠性；

(3) 模拟采样电路未考虑信号的同步采样，影响了信号的实时性采集，进而波及指令电流的实时跟踪，即使考虑信号的同步采样，其设计电路也过于复杂繁琐；

(4) 未考虑时钟电路的同源设计，忽略各晶振的时漂与温漂不一致的问题，导致A/D采样精度不高，也影响硬件时序电路的稳定性，不利于软件驱动程序的编写；

(5) 脉冲输出电路采用的光电隔离芯片不能满足现在越来越快的IGBT开关频率。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种成本较低且稳定性和可靠性高的用于低压动态无功谐波综合补偿装置的主控模块。 

本实用新型提供的这种用于低压动态无功谐波综合补偿装置的主控模块，包括主控单元、监控信号同步采样单元、保护单元、温度测控单元、脉冲输出单元和时钟单元，所述主控单元负责与监控信号同步采样单元、保护单元、温度测控单元、脉冲输出单元和时钟单元进行数据和控制命令的通信，同时负责与人机交互单元进行通信，外部模拟信号输入单元输出的多路模拟小信号由所述监控信号同步采样单元同步采样后进行预处理，再将处理后的模拟信号传至保护单元，同时将处理后的数字信号传至主控单元，所述保护单元将由监控信号同步采样单元提供的已处理的模拟信号以及脉冲输出单元传输的IGBT短路报警信号分别进行信号处理与判断生成多路保护信号，再将此保护信号传输至主控单元，所述温度测控单元将IGBT温测信号传输至所述监控信号同步采样单元，并将主控单元板级温测信号传至所述主控单元，所述脉冲输出单元接收所述主控单元对IGBT的控制信号并将IGBT短路报警信号传至所述保护单元，所述时钟单元是控制模块的时钟发生电路，分别给主控单元与监控信号同步采样单元的关键芯片提供工作时钟。

所述主控单元包含一片采用具有强大内核及高速数据处理能力的浮点型DSP处理器以及一片硬件资源丰富的FPGA，其中DSP负责执行核心控制算法、数据管理和人机交互等任务，而FPGA是信号控制的核心，对包括保护信号、板级温测信号、采样信号以及指令电流脉冲输出信号等信号在内的各类信号的控制与处理，同时负责执行部分并行控制算法，为DSP提供更充裕的数据处理空间，从而使DSP能高效地进行数据运算处理工作。

所述监控信号同步采样单元包括信号调理电路、A/D转换电路以及FPGA同步控制电路，多路模拟信号通过信号调理电路进行预处理后，将调理信号传输至所述保护单元；由FPGA同步控制电路控制A/D转换电路的同步采样控制脚，实现信号的模数同步转换，并将转换后的数字信号传输至所述主控单元，这种采样控制电路简易直观，而且避免了由采样引起的电压与电流的相位偏移对控制算法的影响。

所述保护单元包括积分电路、比较电路和保护信号处理电路，电压或电流模拟信号通过积分电路的波形处理后进入比较电路生成电平信号，与IGBT短路报警信号共同进入所述主控单元的FPGA保护信号处理模块。该单元为整个控制模块提供了多种电路保护，包括直流和交流侧电压保护、补偿侧和负载侧电流保护、IGBT温度和电路板板级温度过高保护以及IGBT模块的控制极短路保护。保护信号的状态决定指令电流脉冲输出的开通与关断，在各种关键电路出现故障时，FPGA能及时关断IGBT的输出，这样可有效的保护低压动态无功谐波综合补偿装置的主电路器件，增强设备的可靠性与安全性，同时也降低设备的维护成本。主控单元电路板板级温度检测信号和3路IGBT温测信号实时体现低压动态无功谐波综合补偿装置的散热系统工作状况，从而主控模块可以更全面的监控低压动态无功谐波综合补偿装置的运行状态，防止主电路器件因自身过热而造成损坏。