一种基于双浮点dsp的电力电子设备控制系统的制作方法

文档序号:6267666阅读:168来源:国知局
专利名称:一种基于双浮点dsp的电力电子设备控制系统的制作方法
技术领域
本实用新型涉及一种电子设备控制系统,尤其是涉及一种基于双浮点DSP(数字信号处理器)的电力电子设备控制系统。
背景技术
随着科技的飞速发展,人们对电能质量以及其可靠性的要求越来越高,各种新电力电子设备不断出现,例如静态切换开关STS (Static Transfer Switch)、有源电力滤波器 APF (APF-Active Power Filter)、静止无功发生器 SVG (Static Var Generator)、配电静止同步补偿器DSTAC0M等。这些电力电子设备相比较传统的电力电子设备,对控制系统的信号处理精度和实时性有着更高的要求。而现有的控制系统的响应速度和数据处理能力较慢,外部接口的扩展性较差,控制不够方便灵活,信号处理精度可靠性和实时性满足不了 新电力电子设备的要求。

实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题,就是提供一种基于双浮点DSP的电力电子设备控制系统,其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的扩展性,控制方便灵活,有较高的可靠性和实时性。解决上述技术问题,本实用新型采用的技术方案如下一种基于双浮点DSP的电力电子设备控制系统,包括依次连接的信号采集单元和信号处理单元,其特征是所述的信号采集单元包括模拟电路22及其分出的两条分支,第一分支为依次连接的第一调理电路23和第一 A/D转换模块25,第二分支为依次连接的第二调理电路24和第二 A/D转换模块26 ;所述的信号处理单元包括相互之间通过端口双向连接的主DSP处理器27、辅助DSP处理器29和FPGA28 ;所述的第一分支的第一 A/D转换模块与所述的主DSP处理器连接,所述的第二分支的第二 A/D转换模块与所述的辅助DSP处理器连接。还包括有信号输出单元所述的主DSP处理器27、辅助DSP处理器29分别外接第一、第二人机接口 30、32,所述的FPGA 28输出控制信号31。本发明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、运算处理速度浮点DSP有较强的数据处理精度,非常适用于电力系统及其自动化设备信号处理环节。同时DSP内置的PWM模块,可以方便的实现电力电子输出控制。双DSP的架构也为将来的功能扩展提供了有力保障。双浮点DSP的控制器结构,如图I所示。其主要包括两个浮点DSP (主DSP27、辅助DSP 29)以及一个FPGA28。在以双DSP为核心的控制系统模块中,主DSP 27主要功能包括电力电子开关器件控制,根据电能质量状态,做出控制决策;辅助DSP处理器29主要完成电源质量的监控,包括各种电压、电流电能质量监测功能。两个处理器之间通过FPGA连接。该控制结构的主要特征在于[0009]I.采用双浮点DSP结构,两个DSP均有AD采样信号输入功能。主DSP 27用于实时控制,辅助DSP 29用于实时监测。通过浮点DSP27、29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。2.双DSP之间采用可编程器件进行交互。在拓扑结构上,主DSP27、FPGA28、辅助DSP29通过并行接口和多条GPIO 口相连接。FPGA具有高速灵活的特点,通过内置的双口RAM,可使得两个浮点DSP以MHZ级的速度并行通讯。3.丰富的外部接口。如图2主DSP27和辅助DSP29均扩展有外部人机接口 30、32,人机接口可以为触摸屏、以太网、485、GPIO等。其外部人机接口和通讯接口是单浮点DSP系统的两倍。 4. DSP 27、29同时具有模拟信号采样功能。可如图2所示,分别通过并行口或串行口连接外部模数转换芯片AD25、26,或者使用DSP内部AD对模拟信号进行采样。通过双DSP的结构可以真正实现模拟信号的并行采样处理。有益效果本实用新型能够有效提高控制系统的数据通讯速度、数据运算处理速度以及系统控制响应速度,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、可靠性以及实效性,同时该硬件架构具有较好的软硬件适应性,实现用低成本的DSP达到高端DSP的处理性能,可应用于多种电力电子设备,如APF、SVG,、DSTACOM、STS等,在现代电力系统中有着广泛的应用前景。其具体有益效果如下I、使用双浮点DSP配置,协浮点DSP完成电子开关电压、电流状态监测功能,主DSP主要完成供电系统电能质量监测功能,两者协调合作,可达到高端处理器的响应速度,甚至更优的系统性能,有效地提高了系统的整体运算速度,保证了控制算法运算的可靠性和时效性。2、使用FPGA连接两个浮点DSP,一方面可以满足高速通信要求,如使用基于FPGA双口 RAM通信,可以保证两个处理器之间进行高速可靠的信息传输,很好地解决并行性和速度问题,而且其灵活的可配置特性使得DSP的连接和通讯模式易于修改、测试及系统升级,可降低设计成本,加强系统灵活性。3、丰富的外部接口。主DSP和辅助DSP均可扩展人机接口和通讯接口,包括触摸屏、以太网、485、GPIO、CAN等。由于双DSP架构,因此其外扩端口是单处理器系统的两倍。4、采用浮点DSP因此系统动态响应范围更大,数据处理精度更高,且运算速度更快,能够适应目前越来越高的系统响应速度和精度的要求。

下面结合图和具体实施例对本实用新型做进一步的详细说明。图I是基于双浮点DSP架构的中压固态开关控制系统示意图;图2是本实用新型的实施例组成结构示意图。
具体实施方式
如图2所示,本实用新型的基于双浮点DSP的电力电子设备控制系统实施例,包括依次连接的信号采集单元和信号处理单元,信号采集单元由模拟电路22及其分出的两条分支构成,第一分支为依次连接的第一调理电路23和第一 A/D转换模块25,第二分支为依次连接的第二调理电路24和第二 A/D转换模块26 ;信号处理单元包括相互之间通过端口双向连接的主DSP处理器27、辅助DSP处理器29和FPGA28 ;第一分支的第一 A/D转换模块与主DSP处理器连接,第二分支的第二 A/D转换模块与辅助DSP处理器连接。主DSP处理器27、辅助DSP处理器29分别外接第一人机接口 30、第二人机接口32,FPGA28输出控制信号31。图I为本实用新型涉及的基于双浮点DSP架构的控制系统在适用于中高压级联型固态开关控制系统的应用示意图。固态开关(SSTS)是利用大功率电力电子技术和基于微处理器、数字信号处理测控技术,来实现负载的不间断供电。它通过检测电源进线和出线的三 相电压和电流,检测电压跌落,通过核心控制单元控制电子开关的通断,从而实现两路进线电源的快速切换,解决电压跌落和短时断电的问题,有效的保证了用户的可靠供电。图I为基于本实用新型涉及的双浮点DSP架构的级联型固态开关控制系统示意图,它可以应用于中高压系统中。如图I所示,主侧电源11和备用侧电源12分别通过电子开关13、14连接到负载15。在正常工作条件下,级联电子开关组13处于导通状态,负载15接入主侧电源11。同时,电压电流传感器单元16、17实时监控系统主电源状态、备用测电源状态以及级联电子开关组中每一个电子开关的工作状态,并把检测数据传给信号调理电路18。信号调理后,通过高精度的A/D转换,将系统的电压、电流、系统温度等数据反馈给本实用新型涉及的双浮点DSP架构控制系统,达到实时处理系统运行中可能遇到的故障的目的。控制系统的工作流程如下(I)电网(主侦彳、备用侧)、负载侧电压和电流经过电压、电流互感器,经过信号调理单元以及A/D转换,将模拟信号转换为数字信号。(2)辅助DSP主要用于数据采集以及数据处理,其要对主侧、备用侧电源的电能质量进行检测,并完成对电压、电流有效值、相位等数据的换算,从而判断系统中是否存在故障。辅助DSP通过基于FPGA的双口 RAM与主DSP进行通信,使得两个处理器可以以MHZ级的速度并行通讯。在拓扑结构上,主DSP、辅助DSP也有少量的直连端口。当电网出现故障时,如欠压(电压跌落)、过流、闪变、过温等等,辅助DSP要通过系统互连接实时将故障情况通知主DSP。(3)主DSP主要用于控制保护。主DSP读取辅助DSP发来的数据。当接收到故障报警时,主DSP实时做出反应,通过控制主侧、备用侧的电子开关决定负载切入哪一侧电源。同时,在切换过程中,主DSP需实时监测主侧、备用测的电子开关电压、电流,防止切换过程中出现环流等故障,以保证电源切换过程的安全可靠。(4) FPGAFPGA执行主DSP命令,产生触发脉冲。(5)辅助DSP继续检测故障侧电源状态,如果故障消除,则再切换至原状态。(6)主DSP和辅助DSP都扩展有丰富的外部人机接口,如触摸屏、以太网、GPIO等
坐寸ο下面对本实用新型的双浮点DSP硬件架构以及辅助其工作的各个单元(电压电流传感器单元、电压电流信号调理单元、供电电路单元、人机接口及控制单元、系统温度监测单元等)作进一步阐述[0035](I)电压电流传感器单元根据控制要求,控制系统需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、备用侧开关元件电流。每个传感器的用途不同,传感器的参数不同,其调理电路也不同。(2)电压电流信号调理单元由于电压传感器或者电流传感器副边得到的量不能够满足浮点DSP的AD转换接口对模拟量的要求,其是不能够直接送到浮点DSP的AD转换接口进行AD转换的,否则过大的电压会烧坏浮点DSP内部的AD转换芯片。因此,需要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,以满足AD转换对模拟量大小的要求。(3)供电电路单元该实用新型设计的硬件系统中使用了多种控制芯片,其需要不同的直流电压进行供电。因此需要单独设计可行稳定的供电电路模块。(4)人机接口及控制单元协浮点DSP连接开关装置的人机交互模块以及控制面 板,根据系统设计需求可以提供串口、以太网接口、显示屏接口、触摸屏接口等,为固态开关装置的功能拓展提供保障。例如使用DSP作为处理器,可利用其内置外设以及IO 口,设计多功能的人机接口及控制单元,方便工作人员对控制系统进行人工控制。同时,硬件系统设计可预留相关冗余接口,为将来的功能扩展升级备用。(5)系统温度检测单元协浮点DSP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。双浮点DSP控制系统单元该单元包括两个浮点DSP和一个可编程逻辑器件。主浮点DSP、可编程逻辑器件、协浮点DSP三者串联。正常工作时,辅助DSP主要完成对主侧、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,对各种电能质量问题如欠压(电压跌落)、过流、闪变、过温等,进行监测。当发现异常时,辅助DSP通过系统互连接口实时将故障情况通知主浮点DSP ;主浮点DSP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,主浮点DSP,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电压、电流状态是否正确等。保证电源切换过程安全可靠。可编程逻辑器件起到连接两个浮点DSP,并协调系统外部数字接口的作用。
权利要求1.一种基于双浮点DSP的电力电子设备控制系统,包括依次连接的信号采集单元和信号处理单元,其特征是所述的信号采集单元包括模拟电路(22)及其分出的两条分支,第一分支为依次连接的第一调理电路(23)和第一 A/D转换模块(25),第二分支为依次连接的第二调理电路(24)和第二 A/D转换模块(26);所述的信号处理单元包括相互之间通过端口双向连接的主DSP处理器(27)、辅助DSP处理器(29)和FPGA (28);所述的第一分支的第一 A/D转换模块与所述的主DSP处理器连接。
2.根据权利要求I所述的基于双浮点DSP的电力电子设备控制系统,其特征是所述的主DSP处理器(27)、辅助DSP处理器(29)分别外接第一、第二人机接口(30、32),所述的FPGA 28输出控制信号(31)。
专利摘要一种基于双浮点DSP的电力电子设备控制系统,包括信号采集单元和信号处理单元,其特征是所述的信号采集单元包括模拟电路(22)及其分出的两条分支,第一分支为依次连接的第一调理电路(23)和第一A/D转换模块(25),第二分支为依次连接的第二调理电路(24)和第二A/D转换模块(26);所述的信号处理单元包括相互之间通过端口双向连接的主DSP处理器(27)、辅助DSP处理器(29)和FPGA(28);所述的第一分支的第一A/D转换模块与所述的主DSP处理器连接,所述的第二分支的第二A/D转换模块与所述的辅助DSP处理器连接。本实用新型配以外围电路,可以作为多种电力电子设备,如APF、电能综合质量监测仪、SVG、固态开关等的数字测控平台。
文档编号G05B19/042GK202649751SQ20122018015
公开日2013年1月2日 申请日期2012年4月26日 优先权日2012年4月26日
发明者翁洪杰, 徐柏榆, 朱良合, 姚佳, 徐海华 申请人:广东电网公司电力科学研究院
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