一種基於dsp與fpga的勵磁系統智能功率櫃調節板的製作方法
2023-05-16 15:18:01 5
專利名稱：一種基於dsp與fpga的勵磁系統智能功率櫃調節板的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種發電機勵磁系統功率櫃控制單元，特別涉及一種基於DSP 與FPGA的勵磁系統智能功率櫃調節板。
背景技術：
在我國，早期大型發電機的勵磁系統採用的都是三機系統，即永磁機、勵磁 機及發電機，這樣的系統模式給安裝、調試和維護帶來極大的麻煩。隨著大功率 電力電子器件的發展，安裝調試簡單、維護方便的靜態勵磁系統運用而生。該系 統僅由一臺勵磁變壓器和一臺發電機勵磁裝置組成。但這樣的系統面臨著一個比 較嚴重的問題，當發電機容量較大、勵磁功率櫃數目較多的時候，由於勵磁系統 的結構布局以及功率器件間的離散性，會導致勵磁裝置內部各功率櫃輸出電流的 不平衡，嚴重時會導致系統被迫停機，影響電力的生產。為了消除這種缺陷，一 開始人們採用人工調節磁阻的辦法來減小各功率櫃電流的不平衡，但是效果並不 是十分理想。隨著微電子技術的發展，人們逐漸採用智能功率櫃調節技術來解決 這個問題，它在解決勵磁電流分配、保證系統穩定運行問題上有著無可比擬的優 越性。但是一般的勵磁系統功率櫃調節板在計算速度與精度、通信速度及抗幹擾 能力上存在著很多不足，因此迫切需要一種性能更優越、可靠性更高的調節板。
發明內容
本發明的目的是提供一種計算速度快、精度高，採樣精度高，通信速度快， 抗幹擾能力強，多功能高集成度的硬體設計，編程靈活方便的勵磁系統智能功率 櫃調節板。
為了達到上述目的，本發明的技術方案是提供了一種基於DSP與FPGA的勵 磁系統智能功率櫃調節板，包括三相脈衝觸發電路，其特徵在於，三相脈衝觸發 電路連接FPGA晶片，FPGA晶片連接三相同步檢測電路、DSP晶片、光電隔離數 字量信號、光纖信號、DA轉換模塊、AD轉換模塊，上述連接皆為雙向連接。
DSP在計算速度與精度上的優勢以及FPGA的強大調度能力，使得兩者可緊密合作，各自發揮特長，從而保證調節板的準確性與可靠性。DSP作為CPU，其 對外的低16位地址總線和16位數據總線作為調節板的並行總線，總線的另一端 掛在可編程邏輯門陣列FPGA上。FPGA通過邏輯控制AD轉換模塊，對6路模擬 量輸入進行模數轉換，轉換的結果存於FPGA的雙口 RAM中，DSP通過並行總線 讀取雙口RAM的信息，並結合從主控及其他功率櫃取得的信息進行計算，得到新 的控制值，然後DSP再通過並行總線將控制值寫入FPGA內的三個計數器中，由 FPGA根據計數值來觸發脈衝。
在通信方面，DSP自帶的1M通信速率的CAN總線功能可保證勵磁系統各功 率櫃間的通信。而FPGA上帶有的光纖通信速率更是達到了 5M，通過自己編寫通 信協議，使得通信速率大大提高，性能遠遠超越RS232，RS485等常規通信手段。
在抗幹擾方面，大量應用光纖技術，即輸入輸出為光電隔離數字量信號及光 纖信號，使系統擺脫了傳統的電通信方式，從而消除了由功率櫃內強電磁幹擾引 起的故障問題。
由於選用了DSP晶片，使得編程方式也極其方便靈活，除底層驅動外，所有 編程均可以為圖形化編程方式，從而使人擺脫了手寫代碼這個複雜繁瑣而且出錯 率高的環節。同時，還支持在線編程。
由於採用了上述的技術方案，本發明就具有了以下的幾大優點高性能的計 算精度和速度；高精度的AD採樣技術；超快的通信速率；方便而靈活的多功能 高集成度硬體設計；超強的抗強電磁幹擾能力；先進的圖形化的編程方式。
圖1為本發明提供的一種基於DSP與FPGA的勵磁系統智能功率櫃調節板的結構 框圖2為三相同步檢測電路的結構框圖。
具體實施例方式
以下結合實施例來具體說明本發明。
實施例
如圖1所示，為發明提供的一種基於DSP與FPGA的勵磁系統智能功率櫃調節板的結構框圖，主要由32位浮點數數字處理晶片(DSP)與超大規模可編程 邏輯門陣列(FPGA)組成，其它還有12路AD轉換模塊，4路DA轉換模塊，CAN 總線，8路5M通信光纖，6路光電隔離數字量輸入，4路光電隔離數字量輸出， 6路光電隔離的脈衝輸出，二相同步電壓檢測電路。所有電路都集成在一塊4層 板上，實現所有重要信號不出電路板。
DSP為美國TI公司新推出的TMS320F28335浮點數DSP，主頻150MHz，其 中低16位地址總線和16位數據總線一起構成了 DSP對外的並行總線，浮點數計 算，標準C語言編程，支持MATLAB與SIMULINK圖形化編程。主要功能根據通信 以及AD轉換模塊得到的值進行計算得到晶閘管觸發的控制值。FPGA採用ALTERA 公司的EP2C20Q240I8系列大規模現場可編程邏輯門陣列，共含18752個Les, 52 個M4K RAM塊，採用VHDL語言描述。主要功能是完成對AD轉換模塊、DA轉換 模塊的控制，同步電壓檢測，脈衝觸發以及與DSP完成數據信息的交換。AD轉 換模塊分為兩部分，各6路。其中6路進入AD公司推出的16位高精度晶片轉換 晶片AD7656，由FPGA完成其控制，並將數據存於FPGA的雙口 RAM中；另6路 直接進入DSP中，由DSP自帶的AD轉換功能完成轉換，精度為12位。M轉換 模塊採用的是TI公司的DAC7554晶片，精度為12位，由FPGA完成其控制，主 要是送出信號用於外部測量。CAN總線使用的是DSP內部自帶的功能，通信速度 可達1M，抗幹擾能力強。主要是用於各個功率櫃板間的數據交換。光纖通信採 用的是安捷倫公司的發送、接受器，通信速率可達5MHz。通過在FPGA內自定義 的一套通信協議，完成與勵磁系統主控的數據通信。抗幹擾性能優越。6路光電 隔離數字量輸入與4路數字量輸出完成對外部電路狀態的輸入與控制。
如圖2所示，為三相同步檢測電路的結構框圖，包括電壓匹配電路，電壓匹 配電路的輸出端連接運放隔離電路的輸入端，運放隔離電路的輸出端連接過零翻 轉的輸入端，電壓匹配電路雙向連接所述FPGA晶片。
以下簡述本發明的實現原理首先，FPGA讀取來自AD轉換模塊的本功率櫃 電流大小並存於一個雙口 RAM中；與此同時，接收來自主控的控制值， 一併存於 雙口 RAM中；接著，DSP通過並行總線讀取存於雙口 RAM中的信息，並通過CAN
5總線接收其他功率櫃發送的電流大小值；然後，DSP經過計算得到新的控制值， 並通過並行總線將新控制值發送到FPGA內的計數器中；最後FPGA根據三相同步 信號啟動計數器，發出脈衝控制功率櫃的晶閘管導通達到控制電流的目的。
權利要求
1. 一種基於DSP與FPGA的勵磁系統智能功率櫃調節板，包括三相脈衝觸發電路，其特徵在於，三相脈衝觸發電路連接FPGA晶片，FPGA晶片連接三相同步檢測電路、DSP晶片、光電隔離數字量信號、光纖信號、DA轉換模塊及AD轉換模塊，上述連接皆為雙向連接。
2. 如權利要求1所述的一種基於DSP與FPGA的勵磁系統智能功率櫃調節板， 其特徵在於，所述三相同步檢測電路包括電壓匹配電路，電壓匹配電路的輸 出端連接運放隔離電路的輸入端，運放隔離電路的輸出端連接過零翻轉的輸 入端，電壓匹配電路雙向連接所述FPGA晶片。
全文摘要
本發明提供了一種基於DSP與FPGA的勵磁系統智能功率櫃調節板，包括三相脈衝觸發電路，其特徵在於，三相脈衝觸發電路連接FPGA晶片，FPGA晶片連接三相同步檢測電路、DSP晶片、光電隔離數字量信號、光纖信號、DA轉換模塊、AD轉換模塊，上述連接皆為雙向連接。由於採用了上述的技術方案，本發明就具有了以下的幾大優點高性能的計算精度和速度；高精度的AD採樣技術；超快的通信速率；方便而靈活的多功能高集成度硬體設計；超強的抗強電磁幹擾能力；先進的圖形化的編程方式。
文檔編號H02P9/14GK101459404SQ20081020526
公開日2009年6月17日 申請日期2008年12月30日 優先權日2008年12月30日
發明者俞高偉, 張林雲, 楊鴻鈞 申請人:上海發電設備成套設計研究院;上海科達機電控制有限公司