专利名称：基于dsp的动态电压补偿器控制系统的制作方法
技术领域：
本发明属于电力系统动态电压补偿器(DVR)控制技术领域，是一种基于DSP的动态电压补偿器控制系统。
背景技术：
动态电压补偿器(Dynamic Voltage Restorer，DVR)是一种电压源型电力电子补偿装置，串接于电源和重要负荷之间。它具有很好的动态性能，当发生电压暂降或凸起时，能在很短的时间(几个毫秒)内将故障处电压恢复到正常值。DVR通常由储能装置、逆变装置、滤波装置、串联变压器构成，其控制电路多由单片机组成，控制装置大多存在硬件电路复杂、调试困难、抗干扰能力差和存在温度漂移等缺点。由于大功率电路对触发脉冲要求很高，传统控制装置无论在控制精度还是控制速度上都难以满足现代大功率电路的要求。随着电力行业的快速发展，配电系统的容量和规模日益增大，对控制装置的要求也不断提高，传统控制装置已经难以满足现代工业的性能要求。
发明内容本发明的目的在于提供一种基于DSP的动态电压补偿器控制系统，它结合高性能的DSP信号处理器，可较好的克服上述传统控制系统的缺点，是一种快速度、高精度的控制系统。
本发明的详细技术方案一种基于DSP的动态电压补偿器控制系统，其特征在于它以信号整形变换处理电路、中央数据处理电路、功率驱动管电路和门极可关断晶闸管电路组成，其中，功率驱动管电路中包含光电隔离电路；所说的信号整形变换处理电路的输入端连接外部电路的电压互感器和电流互感器，其输出端连接中央数据处理电路的输入端，中央数据处理电路的输出端连接包含光电隔离电路的功率驱动管电路，功率驱动管电路的输出端连接门极可关断晶闸管电路各个IGBT门极输入端。
上述所说的信号整形变换处理电路由电压、电流交流采样前端电路和频率方波变换电路构成；交流采样前端电路将采集的电压、电流信号处理后送入中央数据处理电路中的A/D模块输入端；频率方波变换电路将电压信号变换为方波信号输入到中央数据处理电路中的捕捉模块输入端。
上述所说的电压、电流交流采样前端电路用D11、D12、D21、D22构成输入限幅保护，用R24、R25、R26、R34、R35、R36、C11、C12、C16、C17构成互感器相移补偿及阻容滤波电路；所说的频率方波变换电路用R1、R2、R4、R5及比较器LM339构成迟滞电压比较器，用R7、R8构成分压电路，将采集的信号处理后送入中央数据处理电路中的捕捉模块进行采样。
上述所说的中央数据处理电路包括DSP芯片、电源管理模块、晶振电路和数据总线驱动电路；所编软件程序设定各种执行条件控制DSP芯片对数据总线驱动电路的输入信号进行辨识、处理并发出相关控制指令；电源管理模块负责提供电能；晶振电路向DSP芯片提供时钟信号；数据总线驱动电路主要负责数据缓冲和电平转换。
上述所说的DSP芯片，包含大容量快速闪存、多个32位定时器、2个事件管理器和SPI、SCI、CAN多种接口，可提供多达16路的PWM控制脉冲信号；电源管理模块由双电源供电器件U3及周边电阻R15、R16、C1、C2电容构成；晶振电路由给DSP芯片提供时钟信号的电容C3、C4和晶振体U2构成；数据总线驱动电路由数据总线收发器U4组成。
上述所说的功率驱动管电路包括光电隔离电路和功率放大电路，分别由光电耦合器和功率放大器组成；功率驱动管电路将输入脉冲信号经光电隔离、三极管进行放大，提供给门极可关断晶闸管电路，对动态电压补偿器进行控制；所说的三相脉冲放大电路的一相包括放大“+A1”脉冲的驱动电路，含光耦U9、二极管D1、电阻和三极管N1；放大“-A1”脉冲的驱动电路，含光耦U10、二极管D2、电阻和三极管N2；放大“+A2”脉冲的驱动电路，含光耦U11、二极管D3、电阻和三极管N3；放大“-A2”脉冲的驱动电路，含光耦U12、二极管D4、电阻和三极管N4；同理另外两相共12个脉冲驱动电路。
上述所说的门极可关断晶闸管电路包括单相回路中的4个IGBT单元，三相共计12个IGBT单元；它们的控制信号来自功率驱动管电路。
本发明所说的基于DSP的动态电压补偿器控制系统的工作原理为控制单元对系统电压的幅值及相位进行监测。信号整形变换处理电路把输电线路电压互感器二次侧电压及电流感器二次侧电流变换为较低幅值交流电压，处理后送入到以DSP为核心的中央数据处理电路中。正常工作时，DVR处于短路状态，对系统无任何影响。当检测到电压瞬时突变时，依据系统电压瞬时值、相位、参考电压及直流母线电压，中央数据处理电路按照设定的控制规律计算出功率电路的触发角，给出逆变器控制PWM信号，经脉冲放大电路放大后触发相关IGBT单元，输出补偿电压，遏制系统电压闪变(包括电压跌落和电压上升)。
本发明的优越性和技术效果在于1、利用高性能数字信号处理芯片实现动态电压补偿器的控制，很大程度上提高控制的速度和精度，减少普通单片机处理速度限制而引起的控制滞后和精度缺陷，使整个控制系统具有很好的调节性能和可靠性；2、增强电网的稳定性，降低因电压闪变带来的停产等事故的概率；3、采用DSP组成控制系统，硬件电路简单、输出触发脉冲安全可靠、实时控制精度高，可较大提高装置的稳定性和可靠性；4、将DSP应用于动态电压补偿器中，对IGBT等组成的电子开关进行闭环控制，可充分发挥DSP的高速数据计算能力和高精确度数据处理能力；5、具有广阔的市场应用前景。
附图1为本发明所涉基于DSP的动态电压补偿器控制系统的整体结构示意图。
附图2为本发明所涉基于DSP的动态电压补偿器控制系统中的信号整形变换处理电路结构示意图。
附图3为本发明所涉基于DSP的动态电压补偿器控制系统中的中央数据处理电路结构示意图。
附图4为本发明所涉基于DSP的动态电压补偿器控制系统中的功率驱动管电路结构示意图。
附图5为本发明所涉基于DSP的动态电压补偿器控制系统中的门极可关断晶闸管电路的单相电路。
具体实施例方式实施例一种基于DSP的动态电压补偿器控制系统(见图1)，其特征在于它以美国德州仪器推出的高性能DSP芯片TMS320F2812为中央处理器，整个系统由信号整形变换处理电路、中央数据处理电路、功率驱动管电路和门极可关断晶闸管电路组成，其中，功率驱动管电路中包含光电隔离电路；所说的信号整形变换处理电路的输入端连接外部电路的电压互感器和电流互感器，其输出端连接中央数据处理电路的输入端，中央数据处理电路的输出端连接包含光电隔离电路的功率驱动管电路，功率驱动管电路的输出端连接门极可关断晶闸管电路各个IGBT门极输入端。
上述所说的信号整形变换处理电路由电压、电流交流采样前端电路和频率方波变换电路构成；交流采样前端电路将采集的电压、电流信号处理后送入中央数据处理电路中的A/D模块输入端；频率方波变换电路将电压信号变换为方波信号输入到中央数据处理电路中的捕捉模块输入端。
上述所说的电压、电流交流采样前端电路(见图2)用D11、D12、D21、D22构成输入限幅保护，用R24、R25、R26、R34、R35、R36、C11、C12、C16、C17构成互感器相移补偿及阻容滤波电路；所说的频率方波变换电路用R1、R2、R4、R5及比较器LM339构成迟滞电压比较器，用R7、R8构成分压电路，将采集的信号处理后送入中央数据处理电路中的捕捉模块进行采样。
上述所说的中央数据处理电路包括DSP芯片、电源管理模块、晶振电路和数据总线驱动电路；所编软件程序设定各种执行条件控制DSP芯片对数据总线驱动电路的输入信号进行辨识、处理并发出相关控制指令；电源管理模块负责提供电能；晶振电路向DSP芯片提供时钟信号；数据总线驱动电路主要负责数据缓冲和电平转换。
上述所说的DSP芯片(见图3)包含大容量快速闪存、多个32位定时器、2个事件管理器和SPI、SCI、CAN多种接口，提供12路PWM控制脉冲信号；电源管理模块由双电源供电器件TPS73HD301及周边电阻R15、R16、C1、C2电容构成；晶振电路由给DSP芯片提供时钟信号的电容C3、C4和晶振体U2构成。数据总线驱动电路由一片双向数据缓冲器74LVC16245构成；该电路工作过程为将A/D转化所得的数字量接收到DSP后，对数据进行补偿、数字滤波后，对应相应的标准值转化为标么值，运算得出控制角，并转化计数值，产生4个(三相共计12个)不同的控制脉冲(+A1、-A1、+A2、-A2)。
上述所说的功率驱动管电路(见图4)包括光电隔离电路和功率放大电路，分别由光电耦合器和功率放大器组成；功率驱动管电路将输入脉冲信号经光电隔离、三极管进行放大，提供给门极可关断晶闸管电路，对动态电压补偿器进行控制；所说的三相脉冲放大电路的一相包括放大“+A1”脉冲的驱动电路，含光耦U9、二极管D1、电阻和三极管N1；放大“-A1”脉冲的驱动电路，含光耦U10、二极管D2、电阻和三极管N2；放大“+A2”脉冲的驱动电路，含光耦U11、二极管D3、电阻和三极管N3；放大“-A2”脉冲的驱动电路，含光耦U12、二极管D4、电阻和三极管N4；同理另外两相共12个脉冲驱动电路；该电路工作过程为该电路把DSP输出的4个(三相共计12个)控制脉冲(+A1、-A1、+A2、-A2)进行放大，可靠触发后面的IGBT单元。二极管D1、D2、D3和D4的作用是防止脉冲反向输入，避免干扰DSP芯片的正常工作。
上述所说的门极可关断晶闸管电路(见图5)包括单相交流回路中的四个IGBT单元，该电路工作过程为控制脉冲来自经过功率驱动管电路放大处理后的信号，电路中的4个IGBT单元(三相共计12个)G1、G2、G3和G4，按照一定的时序接收来自功率驱动管电路的信号得以触发。正常工作时，动态电压补偿器处于短路状态，相对系统无压降；发生电压闪变时，调节相关IGBT的触发角，使DVR输出缺失电压，使后端负荷感受不到电压的变换，始终处于正常工作状态。
权利要求
1.一种基于DSP的动态电压补偿器控制系统，其特征在于它以信号整形变换处理电路、中央数据处理电路、功率驱动管电路和门极可关断晶闸管电路组成，其中，功率驱动管电路中包含光电隔离电路；所说的信号整形变换处理电路的输入端连接外部电路的电压互感器和电流互感器，其输出端连接中央数据处理电路的输入端，中央数据处理电路的输出端连接包含光电隔离电路的功率驱动管电路，功率驱动管电路的输出端连接门极可关断晶闸管电路各个IGBT门极输入端。
2.根据权利要求1所说的一种基于DSP的动态电压补偿器控制系统，其特征在于所说的信号整形变换处理电路由电压、电流交流采样前端电路和频率方波变换电路构成；交流采样前端电路将采集的电压、电流信号处理后送入中央数据处理电路中的A/D模块输入端；频率方波变换电路将电压信号变换为方波信号输入到中央数据处理电路中的捕捉模块输入端。
3.根据权利要求1所说的一种基于DSP的动态电压补偿器控制系统，其特征在于所说的电压、电流交流采样前端电路用D11、D12、D21、D22构成输入限幅保护，用R24、R25、R26、R34、R35、R36、C11、C12、C16、C17构成互感器相移补偿及阻容滤波电路；所说的频率方波变换电路用R1、R2、R4、R5及比较器LM339构成迟滞电压比较器，用R7、R8构成分压电路，将采集的信号处理后送入中央数据处理电路中的捕捉模块进行采样。
4.根据权利要求1所说的一种基于DSP的动态电压补偿器控制系统，其特征在于所说的中央数据处理电路包括DSP芯片、电源管理模块、晶振电路和数据总线驱动电路；所编软件程序设定各种执行条件控制DSP芯片对数据总线驱动电路的输入信号进行辨识、处理并发出相关控制指令；电源管理模块负责提供电能；晶振电路向DSP芯片提供时钟信号；数据总线驱动电路主要负责数据缓冲和电平转换。
5.根据权利要求4所说的一种基于DSP的动态电压补偿器控制系统，其特征在于所说的DSP芯片，包含大容量快速闪存、多个32位定时器、2个事件管理器和SPI、SCI、CAN多种接口，可提供多达16路的PWM控制脉冲信号；电源管理模块由双电源供电器件U3及周边电阻R15、R16、C1、C2电容构成；晶振电路由给DSP芯片提供时钟信号的电容C3、C4和晶振体U2构成；数据总线驱动电路由数据总线收发器U4组成。
6.根据权利要求1所说的一种基于DSP的动态电压补偿器控制系统，其特征在于所说的功率驱动管电路包括光电隔离电路和功率放大电路，分别由光电耦合器和功率放大器组成；功率驱动管电路将输入脉冲信号经光电隔离、三极管进行放大，提供给门极可关断晶闸管电路，对动态电压补偿器进行控制；所说的三相脉冲放大电路的一相包括放大“+A1”脉冲的驱动电路，含光耦U9、二极管D1、电阻和三极管N1；放大“-A1”脉冲的驱动电路，含光耦U10、二极管D2、电阻和三极管N2；放大“+A2”脉冲的驱动电路，含光耦U11、二极管D3、电阻和三极管N3；放大“-A2”脉冲的驱动电路，含光耦U12、二极管D4、电阻和三极管N4；同理另外两相共12个脉冲驱动电路。
7.根据权利要求1所说的一种基于DSP的动态电压补偿器控制系统，其特征在于所说的门极可关断晶闸管电路包括单相回路中的4个IGBT单元，三相共计12个IGBT单元；它们的控制信号来自功率驱动管电路。
全文摘要
一种基于DSP的动态电压补偿器控制系统，结合高性能的DSP信号处理器，利用高性能数字信号处理芯片实现动态电压补偿器的控制，很大程度上提高控制的速度和精度，减少普通单片机处理速度限制而引起的控制滞后和精度缺陷，使整个控制系统具有很好的调节性能和可靠性，增强电网的稳定性，降低因电压闪变带来的停产等事故的概率。
文档编号H02J3/00GK1786862SQ20051012229
公开日2006年6月14日 申请日期2005年12月12日 优先权日2005年12月12日
发明者周雪松, 马幼捷, 向龙瑞, 徐晓宁, 刘富永, 弓晋霞, 张智勇, 侯明 申请人:天津理工大学