[发明专利]一种基于链式SVG的双DSP控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于链式SVG的双DSP控制系统，属于电力电子技术应用领域。

背景技术

随着社会生产生活对电能质量的要求越来越高，无功补偿技术的研究与应用得到越来越广泛的关注。目前高压无功补偿装置的主电路拓扑主要有二极管钳位式多电平、飞跨电容型多电平和链式H桥型多电平，其中链式H桥型多电平拓扑由于其等效开关频率高，以技术成熟价格低廉的低压IGBT作为主要功率器件，模块化结构设计，易于实现冗余等诸多优点而获得了广泛的应用。

采用链式H桥型拓扑结构的SVG装置，通过低压功率模块串联实现高电压输出，一套SVG装置由众多功率模块组成，如图1所示，10kV链式静止无功补偿装置的每一相均由12个功率模块串联组成，一套10kV链式静止无功补偿装置共包含36个功率模块。而当系统电压等级升高时，装置需要的功率模块数量会更多，如35kV直接并网型链式静止无功补偿装置需要42*3个功率模块。控制系统需要完成无功功率及谐波检测、电流跟踪控制、保护、通讯等功能，此外还需对每一个链节的直流母线电压进行闭环控制，庞大的计算量对控制系统的实时性和可靠性提出了较高的要求。

目前链式高压静止无功发生器的控制系统主要采用多级控制器的电气结构，或在静止无功发生器的主电路中增加进线移相变压器，取消谐波检测和补偿功能，以此减少控制系统的计算量。采用多级控制器的电气结构，其运算能力能够满足链式高压静止无功发生器的控制需求，但具体无论是采用主控器+分相控制器结构，还是采用主CPU板+从脉冲发生版的结构，其控制系统均较为复杂，主从控制器之间的数据交换的快速性和可靠性对整个装置的性能有很大影响；增加进线移相变压器和取消谐波检测功能的作法，避免了功率模块直流母线稳定控制以及谐波检测的运算需求，但其缺点显而易见，系统硬件成本增加，功率回路和接线复杂，装置功能也较为单一。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种结构简单、运算能力强、可靠性高的适用于链式高压静止无功发生器的双DSP控制系统。

为了解决上述问题，本发明提供一种基于链式SVG的双DSP控制系统，主要包括至少两片数字信号处理器DSP、一片现场可编程门阵列FPGA和若干片AD模数转换芯片，模拟信号调理电路和光电信号转换电路，所述两片数字信号处理器DSP按照主从进行功能划分，通过现场可编程门阵列FPGA的RAM管理器进行高速数据交换；所述主DSP通过总线BUS1与FPGA相连，并且分别通过CAN总线和SCI通讯线与开入开出管理模块和人机通讯管理模块相连；所述主DSP还与实时时钟，铁电存储器和RAM1相连；所述从DSP通过总线BUS2与FPGA相连，从DSP还连接有RAM2；所述RAM1和RAM2为主DSP和从DSP进行代码仿真提供存储空间；所述FPGA通过总线BUS3与光电信号转换电路相连，光电信号转换电路与功率模块相连；所述FPGA连接有AD模数转换芯片，通过模拟信号调理电路，接入模拟量接口。

前述的从DSP读取FPGA中的模拟量信息以及各功率模块的直流母线信息，通过执行底层核心算法，计算出补偿无功或谐波所需的调制波信息，并将此信息送到与其相连的数据总线BUS2上供FPGA读取。

前述的主DSP扫描开关量状态，并执行人机通讯程序，通过总线BUS1读取设备运行状态、功率模块运行状态并按照一定的通讯协议送至人机通讯管理模块；所述主DSP接收人机通讯管理模块的控制指令，对控制指令、开关量状态、设备运行状态进行逻辑处理，响应人机通讯管理模块的控制指令。

前述的控制系统与功率模块之间通过3n对光纤进行数据传输，n为每相功率模块串联级数，每对光纤均由上行通讯光纤和下行通讯光纤组成：上行通讯信号的串行信息包括功率模块的运行状态、直流母线电压以及温度信息；下行通讯信号的串行信息包括功率开关器件的PWM脉冲信号和闭锁信号。

前述的开入开出管理模块采集系统的控制开入量以及辅助系统的状态开入量，并执行主DSPA给出的开出命令，包括报警、保护动作、运行状态指示。

前述的人机通讯管理模块用以实现人机通讯功能，提供RS485、RS232或以太网接口，方便接入触摸屏、上位机或用户后台中控系统。

前述的FPGA采集模拟信号以及功率模块的工作状态，主要包括以下功能模块：

看门狗单元：用于接收主从DSP向FPGA定时发送的状态脉冲信号，判断CPU的工作状态，当主DSP喂狗信号出现异常时，FPGA将主动复位主DSP；当从DSP喂狗信号出现异常时，FPGA将封锁PWM脉冲发生器输出，并复位从DSP；