一種雙核架構(gòu)的無功補償控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種雙核架構(gòu)的無功補償控制系統(tǒng)，包括模擬量采集模塊、CPLD驅(qū)動板模塊、FPGA模塊、主控模塊、PLC模塊、功率單元模塊和人機交互模塊，所述模擬量采集模塊將采集的數(shù)據(jù)傳輸給FPGA模塊，所述FPGA模塊與CPLD驅(qū)動板模塊通過串行雙向通訊，所述功率單元模塊與CPLD驅(qū)動板連接，F(xiàn)PGA模塊和主控模塊連接，主控模塊通過PLC模塊與人機交互模塊進行通訊，所述FPGA模塊用于無功電流的計算，并將計算結(jié)果傳送給主控模塊。本發(fā)明可以有效的減少無功輸出；有效的改善電網(wǎng)質(zhì)量；本發(fā)明采用雙核架構(gòu)，響應(yīng)速度塊；準(zhǔn)確度高；同時還節(jié)約了成本。
【專利說明】-種雙核架構(gòu)的無功補償控制系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及無功補償和電能質(zhì)量控制領(lǐng)域，具體地說，本發(fā)明涉及一種基于雙核 架構(gòu)的無功補償控制系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 凡是安裝有低壓變壓器地方及大型用電設(shè)備旁邊都應(yīng)該配備無功補償裝置（該 是國家電力部口的規(guī)定），特別是那些功率因數(shù)較低的工礦、企業(yè)、居民區(qū)必須安裝。大型 異步電機、變壓器、電焊機、沖床、車床群、空壓機、壓力機、吊車、冶煉、社鋼、社鉛、大型交換 機、電灌設(shè)備、電氣機車等尤其需要。居民區(qū)除白識燈照明外，空調(diào)、冷凍機等也都是無功功 率不可忽視的耗用對象。農(nóng)村用電狀況比較惡劣，多數(shù)地區(qū)供電不足，電壓波動很大，功率 因數(shù)尤其低，加裝補償設(shè)備是改善供電狀況、提高電能利用率的有效措施，而提高無功補償 裝置的響應(yīng)速度和穩(wěn)定性尤為重要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對相關(guān)【技術(shù)領(lǐng)域】文獻和W上現(xiàn)有技術(shù)的不足，在大量現(xiàn)有文獻研究和長期在相 關(guān)領(lǐng)域研發(fā)實踐的基礎(chǔ)上，本發(fā)明提出"一種基于雙核架構(gòu)的無功補償控制系統(tǒng)"，克服了 現(xiàn)有技術(shù)中"提高無功補償裝置的響應(yīng)速度和穩(wěn)定性"等技術(shù)難題，實現(xiàn)"有效的減少無功 輸出；有效的改善電網(wǎng)質(zhì)量"的有益效果。
[0004] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是；一種雙核架構(gòu)的無功補償 控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括模擬量采集模塊、FPGA模塊、主控模塊、PLC模塊、CPLD驅(qū)動板模塊、 功率單元模塊和人機交互模塊，所述FPGA模塊與CPLD驅(qū)動板模塊通過串行雙向通訊，模擬 量采集模塊將采集的數(shù)據(jù)傳輸給FPGA模塊，F(xiàn)PGA模塊和主控模塊連接，主控模塊通過化C 模塊與人機交互模塊進行通訊，所述FPGA模塊用于進行無功電流的計算，并將計算結(jié)果傳 送給主控模塊，功率單元模塊與CPLD驅(qū)動板連接。所述功率單元模塊具有36個功率單元， FPGA模塊、36個功率單元分別通過4個光纖與CPLD驅(qū)動板模塊連接。所述36個功率單元 分成3組，每組有12個相互串聯(lián)的功率單元。所述四根光纖包括R光纖、T光纖、A光纖和 B光纖，所述T光纖和B光纖組成同步通信方式，用于傳遞主控模塊對功率單元的控制命令、 單元上報的故障信息和采集的功率單元的散熱器溫度、單元直流電容電壓數(shù)值；所述A光 纖和B光纖用于傳遞單元逆變主回路的2個橋臂對應(yīng)的開關(guān)信號。所述FPGA模塊向功率 單元發(fā)出PWM波形。所述FPGA模塊和主控模塊通過雙口RAM進行數(shù)據(jù)傳輸。模擬量采集 模塊用于采集系統(tǒng)電壓系統(tǒng)電流W及輸出電流。所述PLC模塊用于接收主控單元數(shù)據(jù)后， 對數(shù)據(jù)進行邏輯分析并發(fā)出控制信號。
[0005] 本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可W有效的減少無功輸出；有 效的改善電網(wǎng)質(zhì)量；本發(fā)明采用雙核架構(gòu)，響應(yīng)速度塊；準(zhǔn)確度高；同時還節(jié)約了成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0006] 圖1為本發(fā)明【具體實施方式】的系統(tǒng)框圖；
[0007] 圖2為本發(fā)明【具體實施方式】的主控制器結(jié)構(gòu)示意圖；

【具體實施方式】
[0008] 下面對照附圖，通過對實施例的描述，本發(fā)明的【具體實施方式】如所涉及的各構(gòu)件 的形狀、構(gòu)造、各部分之間的相互位置及連接關(guān)系、各部分的作用及工作原理、制造工藝及 操作使用方法等，作進一步詳細(xì)的說明，W幫助本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思、技術(shù) 方案有更完整、準(zhǔn)確和深入的理解。
[0009] 一種雙核架構(gòu)的無功補償控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括模擬量采集模塊、FPGA模塊、主控 模塊、PLC模塊、CPLD驅(qū)動板模塊、功率單元模塊和人機交互模塊，所述FPGA模塊與CPLD驅(qū) 動板模塊通過串行雙向通訊，模擬量采集模塊將采集的數(shù)據(jù)傳輸給FPGA模塊，F(xiàn)PGA模塊和 主控模塊連接，主控模塊通過PLC模塊與人機交互模塊進行通訊，所述FPGA模塊用于進行 無功電流的計算，并將計算結(jié)果傳送給主控模塊，功率單元模塊與CPLD驅(qū)動板連接。所述 功率單元模塊具有36個功率單元，F(xiàn)PGA模塊、36個功率單元分別通過4個光纖與CPLD驅(qū) 動板模塊連接。所述36個功率單元分成3組，每組有12個相互串聯(lián)的功率單元。所述四 根光纖包括R光纖、T光纖、A光纖和B光纖，所述T光纖和B光纖組成同步通信方式，用于 傳遞主控模塊對功率單元的控制命令、單元上報的故障信息和采集的功率單元的散熱器溫 度、單元直流電容電壓數(shù)值；所述A光纖和B光纖用于傳遞單元逆變主回路的2個橋臂對 應(yīng)的開關(guān)信號。所述FPGA模塊向功率單元發(fā)出PWM波形。所述FPGA模塊和主控模塊通過 雙口RAM進行數(shù)據(jù)傳輸。模擬量采集模塊用于采集系統(tǒng)電壓系統(tǒng)電流W及輸出電流。所述 PLC模塊用于接收主控單元數(shù)據(jù)后，對數(shù)據(jù)進行邏輯分析并發(fā)出控制信號。
[0010] 本裝置基于K60與FPGA的結(jié)合，實現(xiàn)數(shù)據(jù)和指令的交換、SPWM載波移相、脈寬調(diào)制 PWM編碼W及信號濾波處理。我們通過3片AD7606芯片將模擬量采集傳輸給FPGA，而FPGA 再將該些數(shù)據(jù)傳輸給K60,但是無功電流是在FPGA里計算得到，計算得到的無功電流也傳 給主控芯片K60.而K60將該些數(shù)據(jù)進行處理，得到有效值，再將該些有效值通過PLC傳到 觸摸屏上監(jiān)測。本裝置有36個單元，分成A、B、CH組，每組有12個單元，該12個單元都 串聯(lián)起來。而每個單元通過4根光纖連到光纖板上，光纖板再將每個單元的溫度W及直流 電壓等參數(shù)傳輸給FPGA。而反過來，K60首先給FPGA發(fā)出光纖監(jiān)測信號。當(dāng)功率單元回饋 了正確信號，主控對數(shù)據(jù)進行處理和分析后發(fā)出的調(diào)制波W及其他控制的信號才能被FPGA 接收。K60與FPGA之間數(shù)據(jù)的傳輸是每400US產(chǎn)生一次外部中斷，然后K60控制讀寫信號 并且使能片選，將FPGA里的數(shù)據(jù)通過雙口RAM傳輸給K60。監(jiān)測方面，K60與化C，PLC與觸 摸屏之間的通訊都是采用485接口實現(xiàn)的。PLC在此裝置中也起到了至關(guān)重要的作用，PLC 不只是觸摸屏與主控芯片之間傳輸?shù)臉蛄?，也起到了智能控制的作用。PLC接收到主控芯片 的數(shù)據(jù)W后，對數(shù)據(jù)進行邏輯分析后發(fā)出控制信號，譬如，可W直接發(fā)出一個合電阻開關(guān)的 輸出信號。觸摸屏不僅能夠檢測到數(shù)據(jù)，而且還可W遙測，可W向主控發(fā)出調(diào)試命令。本裝 置做了調(diào)試模式和自動模式兩種控制模式，在我們調(diào)試好裝置后可W直接打到自動模式。
[0011] 如圖1所示，圖中32個單元與FPGA相連的R、T、A、B四根光纖所代表的意思。FPGA 和驅(qū)動板CPLD間的光纖串行雙向通訊，傳送主控發(fā)出的PWM數(shù)據(jù)和控制命令W及驅(qū)動板上 報的故障信息。主控與單元之間通訊由4根光纖完成，其中光纖T和光纖R組成同步串行 通訊方式，每400US通訊一次，用于傳遞主控對單元的控制命令和單元上報的故障信息及 單元采集的散熱器溫度、單元直流電容電壓數(shù)值。PWM光纖A/B用于傳遞單元逆變主回路的 2個橋臂對應(yīng)的開關(guān)信號，對應(yīng)的光纖有光表示上橋臂開關(guān)管導(dǎo)通。
[001引 圖1中的K60與FPGA相連的XINT1、CS、R、W所代表的意思，XINT1是K60內(nèi)部開 了一個400US的外部中斷，每400US采集一次數(shù)據(jù)，進行計算分析。CS代表片選信號，用于 K60使能FPGA的。R代表讀信號，說明是向FPGA讀數(shù)據(jù)。W代表寫信號，說明是向FPGA寫 數(shù)據(jù)。而真正的數(shù)據(jù)傳輸是通過雙口RAM進行的。
[001引AD7606與FPGA相連的腳SY、GS、化0/S化K、DB[15 ;0]代表的意思。石^是使 能數(shù)據(jù)線的控制信號，利用該功能可W讓多個AD7606共享用同一個并行數(shù)據(jù)總線。；^ / SCLK引腳用于從輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器讀取數(shù)據(jù)，對AD7606弓I腳施加一個;^脈沖序列，可 使各通道的轉(zhuǎn)換結(jié)果按升序逐個輸出到并行總線DB[15 ;0]。在腳SY高電平期間進行讀取 操作，BUSY下降沿用于W新轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)更新輸出數(shù)據(jù)寄存器。
[0014] K60與化C，PLC與觸摸屏之間相連的Rx和Tx分別代表接收和發(fā)送，是通過485通 訊線相連的，都遵從MODBUS通訊協(xié)議。
[00巧]如圖2所示，我們選用的主芯片是飛思卡爾的K60,FPGA進行數(shù)據(jù)的采集W及發(fā)PWM波形。36個功率單元將每個單元的溫度采集起來通過光纖通訊傳給FPGA，系統(tǒng)電壓系 統(tǒng)電流W及輸出電流都是通過AD采樣傳給FPGA，F(xiàn)PGA再將采集到的數(shù)據(jù)傳給K60,K60將 會根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)進行分析，繼而發(fā)出相應(yīng)的控制信號W及將數(shù)據(jù)通過485通訊上傳到 觸摸屏進行實時監(jiān)測。FPGA在整個過程中還通過光纖向功率單元發(fā)出PWM波形，該樣K60 與FPGA的雙核架構(gòu)使SVG響應(yīng)速度快，能夠及時的監(jiān)測到實時數(shù)據(jù)，并且及時發(fā)出控制信 號，當(dāng)出現(xiàn)過流過壓等故障時系統(tǒng)能夠及時的急停，從而避免一些危險的事情發(fā)生。該種雙 核架構(gòu)不僅使響應(yīng)速度快，而且計算的更加準(zhǔn)確，無功補償?shù)男Ч谩?br> [0016] 上面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行了示例性描述，顯然本發(fā)明具體實現(xiàn)并不受上述方式 的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進行的各種非實質(zhì)性的改進，或未經(jīng)改 進將本發(fā)明的構(gòu)思和技術(shù)方案直接應(yīng)用于其它場合的，均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種雙核架構(gòu)的無功補償控制系統(tǒng)，其特征在于：該系統(tǒng)包括模擬量采集模塊、 CPLD驅(qū)動板模塊、FPGA模塊、主控模塊、PLC模塊、功率單元模塊和人機交互模塊，所述模擬 量采集模塊將采集的數(shù)據(jù)傳輸給FPGA模塊，所述FPGA模塊與CPLD驅(qū)動板模塊通過串行雙 向通訊，所述功率單元模塊與CPLD驅(qū)動板連接，F(xiàn)PGA模塊和主控模塊連接，主控模塊通過 PLC模塊與人機交互模塊進行通訊，所述FPGA模塊用于無功電流的計算，并將計算結(jié)果傳 送給主控模塊。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙核架構(gòu)的無功補償控制系統(tǒng)，其特征在于：所述功率單元 模塊具有36個功率單元，F(xiàn)PGA模塊、36個功率單元分別通過4個光纖與CPLD驅(qū)動板模塊 連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙核架構(gòu)的無功補償控制系統(tǒng)，其特征在于：所述36個功率 單元分成3組，每組有12個相互串聯(lián)的功率單元。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙核架構(gòu)的無功補償控制系統(tǒng)，其特征在于：所述四根光纖 包括R光纖、T光纖、A光纖和B光纖，所述T光纖和B光纖組成同步通信方式，用于傳遞主 控模塊對功率單元的控制命令、單元上報的故障信息和采集的功率單元的散熱器溫度、單 元直流電容電壓數(shù)值；所述A光纖和B光纖用于傳遞單元逆變主回路的2個橋臂對應(yīng)的開 關(guān)信號。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙核架構(gòu)的無功補償控制系統(tǒng)，其特征在于：所述FPGA模塊 向功率單元發(fā)出PWM波形。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙核架構(gòu)的無功補償控制系統(tǒng)，其特征在于：所述FPGA模塊 和主控模塊通過雙口 RAM進行數(shù)據(jù)傳輸。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙核架構(gòu)的無功補償控制系統(tǒng)，其特征在于：模擬量采集模 塊用于采集系統(tǒng)電壓系統(tǒng)電流以及輸出電流。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙核架構(gòu)的無功補償控制系統(tǒng)，其特征在于：所述PLC模塊 用于接收主控單元數(shù)據(jù)后，對數(shù)據(jù)進行邏輯分析并發(fā)出控制信號。
【文檔編號】G05B19/042GK104375448SQ201410712693
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年11月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月29日
【發(fā)明者】束龍勝, 汪霞, 楊振, 徐成, 陶思磊, 楊艷, 夏慧, 楊建 , 劉勇, 楊春騎 申請人:安徽鑫龍電器股份有限公司