专利名称：一种基于dsp的五电平有源电力滤波器控制系统的制作方法
技术领域：
本发明属于电力系统五电平有源电力滤波器(Active PowerFilter， APF)控制技 术领域，是一种基于新型数字信号处理器(digitalsignal processor, DSP)的五电平有源 电力滤波器控制系统。
(二)
背景技术：
有源电力滤波器是一种电力电子补偿系统，并接于电源和重要负荷之间，具有很 好的动态性能和谐波特性。有源电力滤波器可以看作一个受控电流源，其基本工作原理是 将系统中所含谐波及无功电流检出，并产生与其大小相等、相位差180°的补偿电流，注入 输电线路，抵消其中的谐波及无功电流。五电平有源电力滤波器通常由五电平变流系统、滤 波电感以及采样电路和控制系统构成，其控制系统多由定点型DSP作为控制核心，整个系 统的一，二次侧控制信号和反馈信号多采用模拟信号传输的方式，控制系统存在硬件电路 复杂、调试困难、抗干扰能力差和编程复杂等缺点。由于大功率电路对触发脉冲要求很高， 传统控制系统无论在控制精度还是控制速度上都难以满足现代功率电路的要求。随着数字 化控制技术的迅猛发展以及电力行业对电能质量要求越来越高，对控制系统的要求也不断 提高，传统控制系统已经难以满足现代工业对控制性能的要求。
(三)
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于DSP的五电平有源电力滤波器控制系统，它结 合高性能的数字信号处理器DSP和复杂可编程逻辑器件(Complex Programmable Logic Device, CPLD)，以及采用先进的光纤通讯系统，可较好的克服上述传统控制系统的缺点，是 一种编程方便、速度快、抗干扰能力强、精度高的控制系统。 本发明的详细技术方案一种基于DSP的五电平有源电力滤波器控制系统，其特 征在于它是由控制面板、中央数据处理电路、光电转换电路、光纤通讯系统和驱动电路、五 电平功率电路和电流采样电路组成。其中，所说的中央数据处理电路包括DSP和CPLD的 两个电路单元；所说的控制面板与DSP是双向连接；所说的DSP电路单元与CPLD电路单元 之间为双向连接；所说的CPLD电路单元的输出端与光电转换电路的输入端连接；所说的光 电转换电路的输出端与光纤通讯系统和驱动电路的输入端连接；所说的光纤通讯系统和驱 动电路的输出端与五电平功率电路的输入端连接；所说的五电平功率电路的输出端与电力 系统的输入端连接；所说的电流采样电路的输入端与电力系统的输出端连接，其输出端与 DSP电路单元的输入端连接。 上述所说的中央数据处理电路由电源系统、晶振电路、DSP电路单元、开入/开出 控制电路、人机界面-控制面板、网线和CPLD扩展芯片组成；其中，所说的电源系统是为中 央数据处理电路各个模块提供电源的电源系统；所说的晶振电路的输出端与DSP电路单元 的输出引脚连接；所说的开入/开出控制电路由中央数据处理电路的一块姐妹电路构成， 且与中央数据处理电路呈双向连接；人机界面-控制面板依网线与DSP电路单元呈双向连
3接；所说的CPLD扩展芯片与DSP电路单元呈双向连接。
上述所说的DSP为TMS320F28335浮点型DSP。 上述所说的光纤通讯系统和驱动电路主要包括通讯光纤、驱动电路和驱动电路侧 的光电转换单元；所说的驱动电路侧的光电转换单元的输入端依通讯光纤接收由CPLD扩 展芯片发出的控制脉冲，其输出端与驱动电路的输入端连接；所说的驱动电路将输出的驱 动脉冲输出给五电平功率电路；所说的通讯光纤含24路驱动电路光纤和6路反馈信号传输 光纤；其中24路驱动电路光纤是用来将CPLD扩展芯片输出的24路控制脉冲输出至驱动电 路的通讯光纤，所说的6路反馈信号传输光纤是将驱动电路的工作状态反馈给CPLD的传输 光纤。 上述所说的驱动电路侧光电转换单元包括滤波电容C01、信号接收光纤头 0P2521、上拉电阻RD1、二极管D2、放电电阻R5、电容C4、电容C5、斯密特触发器40106芯片； 其中，所说的滤波电容COl连接信号接收光纤头0P2521的引脚；所说的上拉电阻RD1与信 号接收光纤头0P2521的引脚连接；所说的二极管D2和放电电阻R5并联后串在信号接收光 纤头0P2521和斯密特触发器40106芯片之间；所说的电容C4、电容C5分别与斯密特触发 器40106芯片的引脚连接。 上述所说的驱动电路由包括2SD315A驱动芯片的驱动电路组成；其中驱动芯片的 输入端接收斯密特触发器40106芯片的输出信号；所说的驱动芯片的输出端与五电平功率 单元的输入端连接。 上述所说的五电平功率电路包括单相8个含续流二极管的IGBT主管、滤波电感 Lf ;所说的每相8个含续流二极管的IGBT主管呈串联连接，其一端连接到滤波电感端，另一 端连接到一起；所说的每单相8支IGBT主管与滤波电感Lf连接，并串联到电力系统中。
本发明的优越性和技术效果在于1、利用高性能浮点型数字信号处理芯片实现五 电平有源电力滤波器的控制，很大程度上提高控制的速度和精度，改善了传统定点型DSP 编程复杂的问题，使整个控制系统具有很好的调节性能和可靠性；2、采用DSP+CPLD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，可较大提高系统的稳定 性和可靠性；3、采用光纤通讯系统，改善了传统模拟信号传输方式引起的信号衰弱，抗干扰 能力差的问题；4、采用五电平功率模块电路作为APF的主电路拓扑结构，可提高了系统容 量以及补偿电压，改善输出电压的谐波特性；4、采用2SD315A驱动芯片作为驱动脉冲的触 发芯片，具有驱动能力强、控制方便、并具有过压、过流的保护功能；5、具有广阔的市场应用 前景。
附图1为本发明所涉一种基于DSP的五电平有源电力滤波器控制系统的整体结构 示意图。 附图2为本发明所涉一种基于DSP的五电平有源电力滤波器控制系统中的中央数 据处理电路结构示意图。 附图3为本发明所涉一种基于DSP的五电平有源电力滤波器控制系统中的光纤通 讯电路和功率驱动电路结构示意图。 其中，图3-A为驱动电路侧的光电转换单元的电路结构图；图3-B为驱动电路的结构框图。 附图4为本发明所涉一种基于DSP的五电平有源电力滤波器控制系统中的五电平 有源电力滤波器系统电路。
具体实施例方式
实施例一种基于DSP的五电平有源电力滤波器控制系统(见图l)，包括含电流 互感器的电力系统，其特征在于它是由控制面板、中央数据处理电路、光电转换电路、光纤 通讯系统和驱动电路、三电平功率电路和电压采样电路组成；其中，所说的中央数据处理电 路包括DSP和CPLD的两个电路单元；所说的控制面板与DSP是双向连接；所说的DSP电路 单元与CPLD电路单元之间为双向连接；所说的CPLD电路单元的输出端与光电转换电路的 输入端连接；所说的光电转换电路的输出端与光纤通讯系统和驱动电路的输入端连接；所 说的光纤通讯系统和驱动电路的输出端与五电平功率电路的输入端连接；所说的五电平功 率电路的输出端与电力系统的输入端连接；所说的电流采样电路的输入端与电力系统的输 出端连接，其输出端与DSP电路单元的输入端连接。 上述所说的中央数据处理电路(见图2)由电源系统、晶振电路、TMS320F28335浮 点型DSP电路单元、开入/开出控制电路、人机界面-控制面板、网线和CPLD扩展芯片组成； 其中，所说的电源系统是为中央数据处理电路各个模块提供电源的电源系统；所说的晶振 电路的输出端与DSP电路单元的输出引脚连接；所说的开入/开出控制电路由中央数据处 理电路的一块姐妹电路构成，且与中央数据处理电路呈双向连接；人机界面-控制面板依 网线与DSP电路单元呈双向连接；所说的CPLD扩展芯片与DSP电路单元呈双向连接。
上述所说的光纤通讯系统和驱动电路(见图3)主要包括通讯光纤、驱动电路和驱 动电路侧的光电转换单元；所说的驱动电路侧的光电转换单元的输入端依通讯光纤接收由 CPLD扩展芯片发出的控制脉冲，其输出端与驱动电路的输入端连接；所说的驱动电路将输 出的驱动脉冲输出给五电平功率电路；所说的通讯光纤含24路驱动电路光纤和6路反馈信 号传输光纤；其中24路驱动电路光纤是用来将CPLD扩展芯片输出的24路控制脉冲输出至 驱动电路的通讯光纤，所说的6路反馈信号传输光纤是将驱动电路的工作状态反馈给CPLD 的传输光纤。 上述所说的驱动电路侧光电转换单元(见图3-A)包括滤波电容C01、信号接收光 纤头0P2521、上拉电阻RD1、二极管D2、放电电阻R5、电容C4、电容C5、斯密特触发器40106 芯片；其中，所说的滤波电容C01连接信号接收光纤头0P2521的引脚；所说的上拉电阻RD1 与信号接收光纤头0P2521的引脚连接；所说的二极管D2和放电电阻R5并联后串在信号接 收光纤头0P2521和斯密特触发器40106芯片之间；所说的电容C4、电容C5分别与斯密特 触发器40106芯片的引脚连接。 上述所说的驱动电路(见图3-B)由包括2SD315A驱动芯片的驱动电路组成；其中 驱动芯片的输入端接收斯密特触发器40106芯片的输出信号；所说的驱动芯片的输出端与 五电平功率单元的输入端连接。 上述所说的五电平功率电路(见图4)包括单相8个含续流二极管的IGBT主管、 滤波电感Lf ;所说的每相8个含续流二极管的IGBT主管呈串联连接，其一端连接到滤波电 感端，另一端连接到一起；所说的每单相8支IGBT主管与滤波电感Lf连接，并串联到电力
5系统中。
权利要求
一种基于DSP的五电平有源电力滤波器控制系统，其特征在于它是由控制面板、中央数据处理电路、光电转换电路、光纤通讯系统和驱动电路、五电平功率电路和电流采样电路组成。其中，所说的中央数据处理电路包括DSP和CPLD的两个电路单元；所说的控制面板与DSP是双向连接；所说的DSP电路单元与CPLD电路单元之间为双向连接；所说的CPLD电路单元的输出端与光电转换电路的输入端连接；所说的光电转换电路的输出端与光纤通讯系统和驱动电路的输入端连接；所说的光纤通讯系统和驱动电路的输出端与五电平功率电路的输入端连接；所说的五电平功率电路的输出端与电力系统的输入端连接；所说的电流采样电路的输入端与电力系统的输出端连接，其输出端与DSP电路单元的输入端连接。
2. 根据权利要求1中所说的一种基于DSP的五电平有源电力滤波器控制系统，其特征 在于所说的中央数据处理电路由电源系统、晶振电路、DSP电路单元、开入/开出控制电路、 人机界面-控制面板、网线和CPLD扩展芯片组成；其中，所说的电源系统是为中央数据处理 电路各个模块提供电源的电源系统；所说的晶振电路的输出端与DSP电路单元的输出引脚 连接；所说的开入/开出控制电路由中央数据处理电路的一块姐妹电路构成，且与中央数 据处理电路呈双向连接；人机界面-控制面板依网线与DSP电路单元呈双向连接；所说的 CPLD扩展芯片与DSP电路单元呈双向连接。
3. 根据权利要求1中所说的一种基于DSP的五电平有源电力滤波器控制系统，其特征 在于所说的DSP为TMS320F28335浮点型DSP。
4. 根据权利要求1中所说的一种基于DSP的五电平有源电力滤波器控制系统，其特征 在于所说的光纤通讯系统和驱动电路主要包括通讯光纤、驱动电路和驱动电路侧的光电转 换单元；所说的驱动电路侧的光电转换单元的输入端依通讯光纤接收由CPLD扩展芯片发 出的控制脉冲，其输出端与驱动电路的输入端连接；所说的驱动电路将输出的驱动脉冲输 出给五电平功率电路；所说的通讯光纤含24路驱动电路光纤和6路反馈信号传输光纤；其 中24路驱动电路光纤是用来将CPLD扩展芯片输出的24路控制脉冲输出至驱动电路的通 讯光纤，所说的6路反馈信号传输光纤是将驱动电路的工作状态反馈给CPLD的传输光纤。
5. 根据权利要求1中所说的一种基于DSP的五电平有源电力滤波器控制系统，其特征 在于所说的驱动电路侧光电转换单元包括滤波电容C01、信号接收光纤头0P2521、上拉电 阻RD1、二极管D2、放电电阻R5、电容C4、电容C5、斯密特触发器40106芯片；其中，所说的 滤波电容C01连接信号接收光纤头0P2521的引脚；所说的上拉电阻RD1与信号接收光纤头 0P2521的引脚连接；所说的二极管D2和放电电阻R5并联后串在信号接收光纤头0P2521和 斯密特触发器40106芯片之间；所说的电容C4、电容C5分别与斯密特触发器40106芯片的 引脚连接。
6. 根据权利要求1中所说的一种基于DSP的五电平有源电力滤波器控制系统，其特征 在于所说的驱动电路由包括2SD315A驱动芯片的驱动电路组成；其中驱动芯片的输入端接 收斯密特触发器40106芯片的输出信号；所说的驱动芯片的输出端与五电平功率单元的输 入端连接。
7. 根据权利要求1中所说的一种基于DSP的五电平有源电力滤波器控制系统，其特征 在于所说的五电平功率电路包括单相8个含续流二极管的IGBT主管、滤波电感Lf ;所说 的每相8个含续流二极管的IGBT主管呈串联连接，其一端连接到滤波电感端，另一端连接 到一起；所说的每单相8支IGBT主管与滤波电感Lf连接，并串联到电力系统中。
全文摘要
一种基于DSP的五电平有源电力滤波器控制系统，它是由控制面板、中央数据处理电路、光电转换电路、光纤通讯系统和驱动电路、五电平功率电路和电流采样电路组成。本发明提高控制的速度和精度，改善了传统定点型DSP编程复杂的问题，使整个控制系统具有很好的调节性能和可靠性；改善了传统模拟信号传输方式引起的信号衰弱，抗干扰能力差的问题；提高系统容量以及补偿电压，改善输出电压的谐波特性；驱动脉冲的触发芯片具有驱动能力强、控制方便、并具有过压、过流的保护功能，有广阔的市场应用前景。
文档编号H02J3/01GK101710705SQ20091022895
公开日2010年5月19日 申请日期2009年12月3日 优先权日2009年12月3日
发明者周雪松, 宋代春, 权博, 李圣明, 田密, 程德树, 马幼捷 申请人:天津理工大学