兼顾远程通信的UPQC装置的控制器的制作方法

本发明涉及电子技术领域，更具体的说，涉及一种兼顾远程通信的upqc装置的控制器。

背景技术

电能质量调节器（upqc）综合了apf串联和并联的功能，既能改善电压质量又能改善电流质量，具有多重电能质量调节功能，是用户电力技术发展的最新趋势。近年来许多国家都已在研究这种能解决多种电能质量问题的新型装置，在基本拓扑结构的基础上，国内外科研人员根据使用环境的不同、功能和容量需要以及成本效益比，对其中的某些功能模块进行补充、改进，使装置更加完善。

目前市场上upqc装置在配电网的实际应用中大多存在以下缺点：1）体积大，不利于集成、维修、更新；2）一般都只是自我检测并完成当地电能质量治理工作，即只具备点治理能力，不具备大范围协调治理能力；3）不具备通讯功能或通讯技术手段较为落后，不利于实现配电网电能质量的网络化调控；4）大部分只采用一个cpu用于数据处理、实现人机交互等功能，速度较慢、无法较为快速的对控制信号做出响应。

技术实现要素：

本发明的技术目的是克服现有技术中upqc装置不具备通信功能且不便于维修和更新升级的问题，来提供一种便于维修且兼顾远程通信的upqc装置的控制器。

为实现以上技术目的，本发明的技术方案是：一种兼顾远程通信的upqc装置的控制器，包括数据采集模块、温度检测模块、键盘模块、lcd显示模块、辅助arm模块、第一dsp模块、第二dsp模块、远程通信模块、串联变流器驱动模块、并联变流器驱动模块、电源模块、外部时钟模块；

所述电源模块分别与第一dsp模块、第二dsp模块、arm辅助模块连接；所述外部时钟模块分别与第一dsp模块、第二dsp模块、arm辅助模块连接；所述数据采集模块分别与第一dsp模块、第二dsp模块连接；所述温度检测模块与辅助arm模块连接；所述辅助arm模块分别与第一dsp模块、第二dsp模块通过sci通信方式连接；所述辅助arm模块还分别与键盘模块、lcd显示模块、远程通信模块连接；所述第一dsp模块与串联变流器驱动模块连接；所述第二dsp模块与并联变流器驱动模块连接。

进一步的，所述数据采集模块包括三相及中性线电压电流信号采集通道接口、信号调理电路、程控放大电路、滤波电路、a/d转换器，所述三相及中性线电压电流信号采集通道接口的输出端接所述信号调理电路的输入端，所述信号调理电路的输出端接程控放大电路的输入端，所述程控放大电路的输出端接滤波电路，所述滤波电路的输出端接a/d转换器的输入端。

进一步的，所述远程通信模块包括4g通信单元与以太网网络通信单元，所述4g通信单元包括usb接口、4g通信模块，所述辅助arm模块、usb接口、4g通信模块依次连接；所述以太网网络通信单元包括网卡芯片、网卡隔离变压器、rj45接口，所述辅助arm模块、网卡芯片、网卡隔离变压器、rj45接口依次连接。

进一步的，所述串联变流器驱动模块、并联变流器驱动模块分别连接所述upqc装置内的串联变流器、并联变流器。

进一步的，所述三相及中性线电压电流信号采集通道接口用于采集并转换线路三相及中性线电压电流信号，所述三相及中性线电压电流信号采集通道接口包括4个电压实时采集通道接口和4个电流实时采集通道接口。

进一步的，所述a/d转换器由2片max125aeax芯片构成。

进一步的，所述第一dsp模块、第二dsp模块均采用tms320f28335。

进一步的，所述辅助arm模块采用lpc1768型号的cortex-m3微控制器。

本发明的兼顾远程通信的upqc装置的控制器，具有以下有益效果：

1、本发明采用模块化的结构设计，将数据采集、温度检测、显示、远程通信模块、串联变流器驱动、并联变流器驱动等的电路结构分别进行模块化集成，使得各个模块具有独立性，当其中一个模块故障时，仅需维修该故障模块即可，大大减小维修强度，这样的模块化的结构一方面可以缩短产品研发与制造周期，增加产品系列，提高产品质量，快速应对市场变化；另一方面还可以减少或消除对环境的不利影响，方便重用、升级、维修和产品废弃后的拆卸、回收和处理。

2、本发明添加数据采集模块，利用数据采集模块中的信号调理电路、程控放大电路、滤波电路、a/d转换器等电路对采集到的模拟数据进行调理、放大、滤波、a/d转换等信号处理，将采集到的模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出或其他目的的数字信号，然后再进行传输，这样能够大大提高数据传输的抗干扰能力，解决随机的、随风速变动的功率注入电网，将对电网的电能质量（电压波动、谐波、电压偏差等）造成复杂影响的问题。

3、本发明采用第一dsp模块来控制串联变流器驱动模块，采用第二dsp模块来控制并联变流器驱动模块，同时辅助arm模块通过sci接口读取监测结果并控制键盘模块、lcd显示模块和远程通信模块的实时响应。这种工作方式提高了cpu的工作效率，在实现对upqc装置的快速控制的同时不影响人机交互和上传检测数据的速度，并且方便于未来功能模块的扩展。

4、本发明采用远程通信模块的设计，利用4g通信和以太网网络通信的来搭建upqc装置区域向系统通讯集群，即在不同的地点安装upqc装置，由upqc装置的控制器中的远程通信模块搭建系统通讯集群系统，便于将不同地区的upqc装置数据和控制数据进行实施传输，共同建立集群式分布式电源或新能源发电厂。

5、本发明添加温度检测模块，利用温度检测模块来检测整个电路的温度，实现温度过高保护。

6、本发明将第一dsp模块、第二dsp模块、arm辅助模块的时钟模块全部集成到外部时钟模块中，即采用外部集成的设计结构，一方面能够简化第一dsp模块、第二dsp模块、arm辅助模块的电路结构，另一方面能够统一进行时钟设置管理，方便操作，便于维修和调试。

7、本发明采用的两块dsp模块总共有36路pwm信号输出接口，能够在实现两个三电平逆变桥开关管的控制的同时留有一定的pwm信号输出接口用于扩展功能。

8、本发明采用模块化的结构设计，便于后期对各个模块进行升级更新，大大提高整个upqc装置的控制器的延展性。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是发明的模块化结构框图；

图2是发明中数据采集模块的组成示意图；

图3是本发明的远程通信模块的组成示意图；

图4为本发明的a/d转换器的电路原理图；

图5为本发明的并联变流器驱动模块的部分电路原理图；

图6为本发明的rj45接口的电路原理图；

图7为本发明的辅助arm模块的电路原理图；

图中，1、数据采集模块；2、温度检测模块；31、串联变流器驱动模块；32、并联变流器驱动模块；41、外部时钟模块；42、电源模块；5、键盘模块；6、lcd显示模块；7、远程通信模块；8、辅助arm模块；9、第一dsp模块；10、第二dsp模块；11、信号采集接口；12、信号调理电路；13、程控放大电路；14、滤波电路；15、a/d转换器；16、外部晶振电路；

71、4g通信单元；72、以太网网络通信单元；711、usb接口；712、4g通信模块；721、网卡芯片；722、网卡隔离变压器；723、rj45接口。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明的一个实施例中，如图1-7所示，一种兼顾远程通信的upqc装置的控制器，包括数据采集模块1、温度检测模块2、键盘模块5、lcd显示模块6、辅助arm模块8、用于控制串联逆变桥的第一dsp模块9、用于控制并联逆变桥的第二dsp模块10、远程通信模块7、串联变流器驱动模块31、并联变流器驱动模块32、电源模块42、外部时钟模块41。

电源模块42分别与第一dsp模块9、第二dsp模块10、arm辅助模块连接，为这3个cpu模块供电。

外部时钟模块41分别与第一dsp模块9、第二dsp模块10、arm辅助模块连接，给这3个cpu模块提供外部时钟，采用外部时钟集成的设计结构，一方面能够简化第一dsp模块、第二dsp模块、arm辅助模块内部的电路结构，另一方面能够统一进行时钟设置管理，方便操作，便于维修和调试。

数据采集模块1分别与第一dsp模块9、第二dsp模块10连接。温度检测模块2与辅助arm模块8连接，温度检测模块2可以选用外部ad590来测量环境温度，实现温度过高保护。

辅助arm模块8分别与第一dsp模块9、第二dsp模块10通过sci通信方式连接。

辅助arm模块8还分别与键盘模块5、lcd显示模块6、远程通信模块7连接。lcd显示模块6采用tg12864b-03t接口，实现实时显示监测数据的功能。

第一dsp模块9与串联变流器驱动模块31连接，用于输出igbt开关管的驱动信号。

第二dsp模块10与并联变流器驱动模块32连接，用于输出igbt开关管的驱动信号。

工作原理：三相和中性线电压电流采集通道接口11采集并转换线路三相及中性线电压电流信号，将这些采集到的信号依次传输给信号调理电路12、程控放大电路13、滤波电路14、a/d转换器15后进行信号调理、放大、滤波、a/d等数据处理，然后分别传输给第一dsp模块9、第二dsp模块10，由第一dsp模块9和第二dsp模块10对数据进行处理分析得出实时监控结果，第一dsp模块9根据串联变流器控制策略生成串联变流器的pwm调制信号，第二dsp模块10根据并联变流器生成并联变流器的pwm调制信号；upqc装置中的串、并联变流器接收到对应的pwm调制信号后进行相应的动作，同时，arm辅助模块8通过异步串口sci通信方式与第一dsp模块9、第二dsp模块10进行交互通信，并将采集到的数据以后第一dsp模块9、第二dsp模块10发出控制指令通过显示模块显示，并通过远程通信模块传输给远端服务器。

本发明采用三cpu架构，通过第一dsp模块和第二dsp模块分别处理采集到的电压、电流信号，根据相应的控制策略分别输出串联变流器和并联变流器的驱动信号，同时辅助arm模块通过sci接口读取监测结果并控制键盘模块、lcd显示模块和远程通信模块的实时响应。这种工作方式提高了cpu的工作效率，在实现对upqc的快速控制的同时不影响人机交互和上传检测数据的速度，并且方便于未来功能模块的扩展。

本发明另一个实施例中，数据采集模块1包括三相及中性线电压电流信号采集通道接口、信号调理电路12、程控放大电路13、滤波电路14、a/d转换器15，三相及中性线电压电流信号采集通道接口的输出端接信号调理电路12的输入端，信号调理电路12的输出端接程控放大电路13的输入端，程控放大电路13的输出端接滤波电路14，滤波电路14的输出端接a/d转换器15的输入端。

工作时，利用数据采集模块中的信号调理电路、程控放大电路、滤波电路、a/d转换器等电路对采集到的模拟数据进行调理、放大、滤波、a/d转换等信号处理，将采集到的模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出或其他目的的数字信号，然后再进行传输，这样能够大大提高数据传输的抗干扰能力，解决随机的、随风速变动的功率注入电网，将对电网的电能质量（电压波动、谐波、电压偏差等）造成复杂影响的问题。

本发明的另一个实施例中，远程通信模块7包括4g通信单元71与以太网网络通信单元72，4g通信单元71包括usb接口711、4g通信模块712，辅助arm模块8、usb接口711、4g通信模块712依次连接；以太网网络通信单元72包括网卡芯片721、网卡隔离变压器722、rj45接口723，辅助arm模块8、网卡芯片721、网卡隔离变压器722、rj45接口723依次连接。

其中，4g通信通过辅助arm模块lpc1768上的usb接口连接到4g通信模块（可以选用sim7100c-pcie4g-lte通讯模块）进行无线远程通信；以太网网络通信通过辅arm模块lpc1768芯片内的以太网控制器连接到网卡芯片dp83848c，经过网卡隔离变压器连接到rj45接口用于网线连接。

本发明采用4g通信和以太网网络通信两种通信方式，实现了4g无线网络通信功能，无布线限制，可应用与各种配网环境，如办公楼宇、住宅、各类生产企业车间等，有助于推动配网数据网络化监测以及upqc的网络调控。

还可以利用4g通信和以太网网络通信的来搭建upqc装置区域向系统通讯集群，即在不同的地点安装upqc装置，由upqc装置的控制器中的远程通信模块搭建系统通讯集群系统，便于将不同地区的upqc装置数据和控制数据进行实施传输，共同建立集群式分布式电源或新能源发电厂。

本发明的另一个实施例中，串联变流器驱动模块31、并联变流器驱动模块32分别连接upqc装置内的串联变流器、并联变流器。

本发明的另一个实施例中，三相及中性线电压电流信号采集通道接口用于采集并转换线路三相及中性线电压电流信号的，包括4个电压实时采集通道接口和4个电流实时采集通道接口。

本发明的另一个实施例中，a/d转换器15由2片max125aeax芯片构成。

本发明的另一个实施例中，第一dsp模块9、第二dsp模块10均采用tms320f28335。tms320f28335是32位浮点处理器，有18路的pwm输出及12位16通道adc，该器件的精度高，成本低，功耗小，性能高，外设集成度高，数据以及程序存储量大，a/d转换更精确快速，符合本装置的功能性与经济性要求。

两块dsp模块总共有36路pwm信号输出接口，能够在实现两个三电平逆变桥开关管的控制的同时留有一定的pwm信号输出接口用于扩展功能。

本发明的另一个实施例中，辅助arm模块8采用lpc1768型号的cortex-m3微控制器，其高大120mhz的工作频率、512kb闪存等符合本装置的功能性与经济性要求。

本发明采用模块化的结构设计，将数据采集、温度检测、显示、远程通信模块、串联变流器驱动、并联变流器驱动等的电路结构分别进行模块化集成，使得各个模块具有独立性，当其中一个模块故障时，仅需维修该故障模块即可，大大减小维修强度，这样的模块化的结构一方面可以缩短产品研发与制造周期，增加产品系列，提高产品质量，快速应对市场变化；另一方面还可以减少或消除对环境的不利影响，方便重用、升级、维修和产品废弃后的拆卸、回收和处理，大大提高整个upqc装置的控制器的延展性。当需要进行更新时，仅需将该模块更新后替换原有的模块，就可以实现产品的升级更新。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求极其等同限定。