一種電壓暫降發生儀的控制電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種電壓暫降發生儀的控制電路，主要適用于電壓暫降發生儀的實時、智能化控制。本實用新型的核心控制電路是基于兩片DSP芯片和一片FPGA設計而成的三核控制電路結構，滿足了控制的實時性、精確性和穩定性要求，充分地利用了FPGA的強大的邏輯處及并行處理能力，大量減少了外圍邏輯比較電路，增強系統設計的靈活性，三者分工明確，使全系統的運行效率明顯提高。應用了本控制電路的電壓暫降發生儀可模擬三相暫降或暫升、只有一相暫降或暫升等多種類型的暫降情況，可用于測試待測設備對電壓質量的抗擾特性。
【專利說明】一種電壓暫降發生儀的控制電路
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種電壓暫降發生儀控制電路，尤其是一種采用雙03？—？？以的電壓暫降發生儀控制電路。
【背景技術】
[0002]隨著科技和經濟發展，以計算機、可編程控制器、嵌入式系統為核心的精密設備類的敏感負荷大量接入電網，這些敏感設備對電壓質量的要求非常高，主要由系統故障引起的電壓暫降，往往會導致敏感設備失效，因而造成巨大的損失。因此，電壓暫降造成對用電設備特別是敏感設備造成的影響已成為電能質量領域研宄的熱點課題。在研宄電壓暫降對用電設備產生的影響時，有時需要測試用電設備在電壓暫降條件下的工作情況。然而，在實際過程中，要電網產生特定持續時間與波形的電壓代價很大且很難達到。因此，可產生特定電壓波形的裝置的研制顯得尤為重要。
[0003]目前，電壓暫降發生儀(…①、電能質量信號發生器、電能質量干擾發生器等裝置均可產生所需的電壓波形，為測試用電設備的實驗提供條件。
[0004]但現有技術中能夠模擬產生各種電壓信號的大功率發生裝置還不夠完善，其控制電路普遍采用單片機、單數字信號處理器(039)等架構，如要同時兼顧運算、輸出控制、故障檢測、人機交互等功能要求，必然導致控制周期延長和控制精度降低，因而現有設備普遍存在結構笨重，功能單一，精度差，輸出功率小，缺乏智能化，通用性不夠的缺點。
實用新型內容
[0005]本實用新型所要解決的技術問題，就是提供一種基于雙數字信號處理器(039)和現場可編程邏輯門陣列(沖以)架構的電壓暫降發生儀的控制電路，進一步提高電壓暫降發生儀的實時性，實現結構簡單、高精度、多功能、智能化等設計要求。
[0006]解決上述技術問題，本實用新型采用以下的技術方案:
[0007]一種電壓暫降發生儀的控制電路，其特征是:包括一由雙數字信號處理器和現場可編程邏輯門陣列架構的核心控制電路，所述的核心控制電路分別輸入電壓及電流依次經01/？！變換、電壓電流調理電路調理、八/0轉換模塊轉換后的信號、以及故障檢測電路的信號，核心控制電路對輸入信號進行處理后，輸出？麗信號至電平轉換光耦驅動模塊、10信號給繼電器或接觸器。
[0008]所述雙數字信號處理器中，處理指令輸入及交互顯示數據的為第一數字信號處理器模塊，輸入八/0轉換結果及第一數字信號處理器模塊數據、輸出三相參考電壓到第一數字信號處理器模塊的為第二數字信號處理器模塊，第一數字信號處理器模塊外接觸摸屏。
[0009]所述的現場可編程邏輯門陣列模塊(沖以)、第一數字信號處理器模塊內嵌現有技術的軟件程序。
[0010]本實用新型采用“雙039(52812)負責處理數據顯示與數據輸入，另一個03？(稱為第二此?)負責產生參考波形并對輸出波形進行控制，現場可編程邏輯門陣列(沖以)負責控制模數0/0)轉換芯片工作，逆變器％81驅動信號的生成與全系統的故障檢測，一旦有故障可瞬時執行保護程序，不受03？工作狀態影響。
[0011]應用本實用新型的電壓暫降發生儀的功能可通過觸摸屏體現出來:操作者可通過觸摸屏輸入電壓的暫降幅值、暫降起始相位以及暫降持續時間，同時觸摸屏實時顯示系統的輸出電壓電流、故障狀態、運行模式等信息。觸控系統界面友好，操作簡便，有較高的實時性。
[0012]本實用新型與現有技術相比有如下優點和有益效果:
[0013](1)采用雙數字信號處理器(039)和現場可編程邏輯門陣列(沖以)架構的三核處理系統:一個數字信號處理器單獨進行輸出控制，芯片資源完全用于電壓的輸出控制，滿足控制的實時性、精確性和穩定性的要求；另一數字信號處理器單獨處理數據輸入、數據顯示等人機交互功能，操作時響應速度快，不影響輸出控制；現場可編程邏輯門陣列？？以作為系統核心控制器件，充分利用其強大的邏輯處及并行處理能力，可大量減少外圍邏輯比較電路，增強系統設計的靈活性；同時提高系統對故障的響應速度，最大限度地減少故障對系統造成的影響。三者分工明確，使全系統的運行效率明顯提高。
[0014](2)第二 03？主要負責輸出電壓波形的精確控制，其控制算法采用電壓外環電流內環的雙閉環控制算法，加快系統的動態響應過程和提高了系統的靜態穩定性。
[0015](3)操作者可通過觸摸屏輸入電壓的暫降幅值、暫降起始相位以及暫降持續時間，同時觸摸屏實時顯示系統的輸出電壓電流、故障狀態、運行模式等信息，操作簡便。
[0016](4)采用3？麗控制方式，可根據控制指令模擬幅值、起始相位、持續時間都可調的三相暫降或暫升、只有一相暫降或暫升等多種類型的暫降情況。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1為本實用新型的組成和連接關系架構框圖；
[0018]圖2為本實用新型中的？？以模塊的程序設計流程圖；
[0019]圖3為本實用新型中的第一 03？模塊的程序設計流程圖；
[0020]圖4為本實用新型中的第二 03？模塊的程序設計流程圖；
[0021]圖5為本實用新型的電壓暫降儀控制系統框圖；
[0022]圖6為本實用新型的硬件電路模塊化設計圖；
[0023]圖7為本實用新型三相同時暫降電壓波形圖；
[0024]圖8為本實用新型只有一相暫降電壓波形圖；
[0025]圖9為本實用新型三相同時暫升電壓波形圖；
[0026]圖10為本實用新型只有一相暫升電壓波形圖。
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作詳細說明。
[0028]本實用新型電壓暫降發生儀的控制電路包括一由雙數字信號處理器和現場可編程邏輯門陣列架構的核心控制電路4，核心控制電路4分別輸入電壓及電流依次經^17？丁變換、電壓電流調理電路5調理、八/0轉換模塊6轉換后的信號、以及故障檢測電路7的信號，核心控制電路4對輸入信號進行處理后，輸出？麗信號至電平轉換光親驅動模塊8、10信號給繼電器或接觸器。在雙數字信號處理器中，處理指令輸入及交互顯示數據的為第一數字信號處理器模塊，輸入八/0轉換結果及第一數字信號處理器模塊數據、輸出三相參考電壓到第一數字信號處理器模塊的為第二數字信號處理器模塊，第一數字信號處理器模塊外接觸摸屏。
[0029]采用“雙03？—？？以”架構，其中03？是一款針對數字控制所設計的32位定點型03？，具有強大的數據運算能力，主頻最高達1501?，廣泛應用于嵌入式控制領域；？？以是一種可編程使用的信號處理器件，用戶可通過改變配置信息對其功能進行定義，以滿足設計需求。其內部有豐富的8狀1、(^認、各種直接可利用的I？核等資源，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數有限的缺點，有效提高了設計的靈活性和效率。
[0030]為了提高控制電路的運作效率及實時反應速度，應充分發揮？？以邏輯判斷的優勢，應用其進行多種故障邏輯判斷和10輸出。同時，發揮03？強大的數據運算能力，應用其進行精確的輸出控制。因此，對？?以和兩塊03？作以下功能分配。圖1為7%控制電路的組成和連接關系架構框圖。
[0031]？？以主要有四方面功能:一是控制八/0轉換芯片，對外部及調理電路后的電壓電流信號進行模數轉換并讀取結果，同時把結果傳送給第一和第二 03？ ；二是作為第一08？和第二 03？之間的數據交換通道；三是逆變器叩81驅動信號輸出；四是進行全系統故障檢測及10控制輸出。圖2為？？以的程序設計流程圖。
[0032]第一 03？主要負責與人機界面通訊及數據管理，第一 03？讀取？？以中的電壓電流數據和故障狀態等信息在人機界面中顯示，以及傳送人機界面中的命令。圖3為第一 03？的程序設計流程圖。
[0033]第二 03？主要負責控制電壓波形的穩定精確輸出。第二 03？通過？？以與第一 03？進行數據交互，讀取觸摸屏輸入的指令生成指定的電壓參考波形，并讀取？?以中的模數轉換結果，作為電壓外環電流內環雙閉環控制系統的輸入，實時控制輸出電壓，并把比較值傳輸到？？以，和？？以產生的三角載波進行比較得到？麗信號，？麗波經驅動模塊輸出驅動信號，控制的開通與關閉，經IX低通濾波器產生符合要求三相交流電壓，實現所需電壓的穩定精確輸出。圖4為第二 03？的程序設計流程圖。
[0034]本實用新型進行了縝密的數學分析，設計出了精度高、穩定性高的電流內環電壓外環的雙閉環控制系統。設計如下:第一步是建立數學模型。以電感電流和輸出電壓為狀態變量，建立在三相靜止坐標系中的狀態空間表達式。通過計算后，可以得到以調制信號為輸入量，逆變器輸出電壓為輸出量的傳遞函數矩陣，并建立電壓暫降發生儀的三相靜止坐標系下的數學模型。第二步是進行兩相解耦分析，把三相靜止坐標系到兩相靜止坐標系。并從中分析得到:(1)在兩相靜止坐標系下，三相逆變器是完全解耦的，可等效為兩個單相半橋逆變器。這種解耦方式簡單，實現起來也容易。(2)該模型與單相逆變器模型相同，因此單相逆變器的分析與設計方法可以借鑒到三相逆變器的控制中來。第三步是進行電流內環電壓外環的雙閉環控制系統設計，設計后電壓暫降儀控制系統框圖如圖5。
[0035]圖6為本實用新型的硬件電路模塊化設計圖。三相電網電壓經斷路器輸入到三相不控整流橋1，三相不控整流橋1的直流側并接直流母線電容2，為三相逆變橋3建立穩定的直流側電壓。基于雙數字信號處理器郵?)和現場可編程邏輯門陣列(沖架構的核心控制電路4以及信號調理電路5、模數轉換電路6、故障檢測電路7、驅動電路8、通信電路9等外圍電路構成整個數字控制系統。信號調理電路5對電流互感器和電壓互感器的電壓電流信號進行處理后，傳輸給模數轉換電路6，核心控制電路4控制模數轉換電路6以25.6--的頻率進行采樣、數模轉換，然后讀取模數轉換結果。核心控制電路4對模數轉換數據進行相應的運算處理后，把三相逆變橋3中的動作信號傳給驅動電路8，信號經驅動電路8放大后控制三相逆變橋3中的開通或關斷。故障檢測電路7對三相逆變橋3輸出的電壓電流、直流側電壓進行實時檢測，一旦三相逆變橋3出現某相過流、直流側電壓欠壓或過壓的情況，故障檢測電路7將立即把相應的電平信號傳給核心控制電路4，核心控制電路4將瞬時發出封鎖信號，封鎖驅動電路8的輸出。核心控制電路4實時地把三相逆變橋3的直流側電壓、輸出的電壓電流、故障檢測情況等數據實時傳給通信電路9。
[0036]本實用新型的運行過程如下:首先通過觸摸屏輸入啟動指令進行直流側電容的充電，充電完畢，輸入暫降參數，核心控制電路根據指令產生參考電壓，并通過采樣電路對電壓電流實時采樣進行控制，核心控制電路輸出的？麗信號經驅動電路放大后作用于三相逆變橋的1681'，從而產生穩定的指定電壓波形。
[0037]圖7為三相電壓同時暫降波形圖，暫降幅度為35%，持續時間為0.18。
[0038]圖8為八相電壓暫降波形圖，暫降幅度為35%，持續時間為0.18。
[0039]圖9為三相電壓同時暫升波形圖，暫升幅度為20%，持續時間為0.18。
[0040]圖10為4相電壓暫升波形圖，暫升幅度為20%，持續時間為0.18。
【權利要求】
1.一種電壓暫降發生儀的控制電路，其特征是:包括一由雙數字信號處理器和現場可編程邏輯門陣列架構的核心控制電路(4),所述的核心控制電路⑷分別輸入電壓及電流依次經變換、電壓電流調理電路(5)調理、八/0轉換模塊(6)轉換后的信號、以及故障檢測電路(7)的信號，核心控制電路(4)對輸入信號進行處理后，輸出？麗信號至電平轉換光耦驅動模塊(8)、10信號給繼電器或接觸器。
2.根據權利要求1所述的電壓暫降發生儀的控制電路，其特征是:所述雙數字信號處理器中，處理指令輸入及交互顯示數據的為第一數字信號處理器模塊，輸入八/0轉換結果及第一數字信號處理器模塊數據、輸出三相參考電壓到第一數字信號處理器模塊的為第二數字信號處理器模塊，第一數字信號處理器模塊外接觸摸屏。
【文檔編號】H02J3/12GK204258307SQ201420675510
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年11月12日 優先權日:2014年11月12日
【發明者】李海濤, 薛峰, 謝建容, 黃志威, 廖翔云, 梁偉斌, 劉平, 歐陽森, 曾江 申請人:廣東電網有限責任公司東莞供電局