專利名稱：一種功率柜調(diào)節(jié)板的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種功率柜調(diào)節(jié)板，特別涉及一種基于DSP與FPGA的勵磁 系統(tǒng)智能功率柜調(diào)節(jié)板。
背景技術：
在我國，早期大型發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)采用的都是三機系統(tǒng)，即永磁機、勵磁 機及發(fā)電機，這樣的系統(tǒng)模式給安裝、調(diào)試和維護帶來極大的麻煩。隨著大功率 電力電子器件的發(fā)展，安裝調(diào)試簡單、維護方便的靜態(tài)勵磁系統(tǒng)運用而生。該系 統(tǒng)僅由一臺勵磁變壓器和一臺發(fā)電機勵磁裝置組成。但這樣的系統(tǒng)面臨著一個比 較嚴重的問題，當發(fā)電機容量較大、勵磁功率柜數(shù)目較多的時候，由于勵磁系統(tǒng) 的結構布局以及功率器件間的離散性，會導致勵磁裝置內(nèi)部各功率柜輸出電流的 不平衡，嚴重時會導致系統(tǒng)被迫停機，影響電力的生產(chǎn)。為了消除這種缺陷，一 開始人們采用人工調(diào)節(jié)磁阻的辦法來減小各功率柜電流的不平衡，但是效果并不 是十分理想。隨著微電子技術的發(fā)展，人們逐漸采用智能功率柜調(diào)節(jié)技術來解決 這個問題，它在解決勵磁電流分配、保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行問題上有著無可比擬的優(yōu) 越性。但是一般的勵磁系統(tǒng)功率柜調(diào)節(jié)板在計算速度與精度、通信速度及抗干擾 能力上存在著很多不足，因此迫切需要一種性能更優(yōu)越、可靠性更高的調(diào)節(jié)板。
實用新型內(nèi)容
本實用新型的目的是提供一種計算速度快、精度高，采樣精度高，通信速度 快，抗干擾能力強，多功能高集成度的硬件設計，編程靈活方便的功率柜調(diào)節(jié)板。
為了達到上述目的，本實用新型的技術方案是提供了一種功率柜調(diào)節(jié)板，包 括三相脈沖觸發(fā)電路，其特征在于，三相脈沖觸發(fā)電路連接FPGA芯片，F(xiàn)PGA芯 片連接三相同步檢測電路、DSP芯片、光電隔離數(shù)字量信號、光纖信號、DA轉(zhuǎn)換 模塊、AD轉(zhuǎn)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(yōu)勢以及FPGA的強大調(diào)度能力，使得兩者可緊 密合作，各自發(fā)揮特長，從而保證調(diào)節(jié)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(shù)據(jù)總線作為調(diào)節(jié)板的并行總線，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(zhuǎn)換模塊，對6路模擬 量輸入進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換的結果存于FPGA的雙口 RAM中，DSP通過并行總線 讀取雙口RAM的信息，并結合從主控及其他功率柜取得的信息進行計算，得到新 的控制值，然后DSP再通過并行總線將控制值寫入FPGA內(nèi)的三個計數(shù)器中，由 FPGA根據(jù)計數(shù)值來觸發(fā)脈沖。
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(tǒng)各功 率柜間的通信。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(xié)議，使得通信速率大大提高，性能遠遠超越RS232，RS485等常規(guī)通信手段。
在抗干擾方面，大量應用光纖技術，即輸入輸出為光電隔離數(shù)字量信號及光 纖信號，使系統(tǒng)擺脫了傳統(tǒng)的電通信方式，從而消除了由功率柜內(nèi)強電磁干擾引 起的故障問題。
由于選用了DSP芯片，使得編程方式也極其方便靈活，除底層驅(qū)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復雜繁瑣而且出錯 率高的環(huán)節(jié)。同時，還支持在線編程。
由于采用了上述的技術方案，本實用新型就具有了以下的幾大優(yōu)點高性能 的計算精度和速度；高精度的AD采樣技術；超快的通信速率；方便而靈活的多 功能高集成度硬件設計；超強的抗強電磁干擾能力；先進的圖形化的編程方式。

圖1為本實用新型提供的一種功率柜調(diào)節(jié)板的結構框圖2為三相同步檢測電路的結構框圖。
具體實施方式
以下結合實施例來具體說明本實用新型。
實施例
如圖1所示，為實用新型提供的一種功率柜調(diào)節(jié)板的結構框圖， 主要由 32位浮點數(shù)數(shù)字處理芯片(DSP)與超大規(guī)?？删幊踢壿嬮T陣列(FPGA)組成， 其它還有12路AD轉(zhuǎn)換模塊，4路DA轉(zhuǎn)換模塊，CAN總線，8路5M通信光纖，6路光電隔離數(shù)字量輸入，4路光電隔離數(shù)字量輸出，6路光電隔離的脈沖輸出， 三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(xiàn)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(shù)DSP，主頻150MHz，其 中低16位地址總線和16位數(shù)據(jù)總線一起構成了 DSP對外的并行總線，浮點數(shù)計 算，標準C語言編程，支持MATLAB與S頂ULINK圖形化編程。主要功能根據(jù)通信 以及AD轉(zhuǎn)換模塊得到的值進行計算得到晶閘管觸發(fā)的控制值。FPGA采用ALTERA 公司的EP2C20Q240I8系列大規(guī)模現(xiàn)場可編程邏輯門陣列，共含18752個Les, 52 個M4K RAM塊，采用VHDL語言描述。主要功能是完成對AD轉(zhuǎn)換模塊、DA轉(zhuǎn)換 模塊的控制，同步電壓檢測，脈沖觸發(fā)以及與DSP完成數(shù)據(jù)信息的交換。AD轉(zhuǎn) 換模塊分為兩部分，各6路。其中6路進入AD公司推出的16位高精度芯片轉(zhuǎn)換 芯片AD7656，由FPGA完成其控制，并將數(shù)據(jù)存于FPGA的雙口 RAM中；另6路 直接進入DSP中，由DSP自帶的AD轉(zhuǎn)換功能完成轉(zhuǎn)換，精度為12位。DA轉(zhuǎn)換 模塊采用的是TI公司的DAC7554芯片，精度為12位，由FPGA完成其控制，主 要是送出信號用于外部測量。CAN總線使用的是DSP內(nèi)部自帶的功能，通信速度 可達1M，抗干擾能力強。主要是用于各個功率柜板間的數(shù)據(jù)交換。光纖通信采 用的是安捷倫公司的發(fā)送、接受器，通信速率可達5MHz。通過在FPGA內(nèi)自定義 的一套通信協(xié)議，完成與勵磁系統(tǒng)主控的數(shù)據(jù)通信。抗干擾性能優(yōu)越。6路光電 隔離數(shù)字量輸入與4路數(shù)字量輸出完成對外部電路狀態(tài)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(zhuǎn)的輸入端，電壓匹配電路雙向連接所述FPGA芯片。
以下簡述本實用新型的實現(xiàn)原理首先，F(xiàn)PGA讀取來自AD轉(zhuǎn)換模塊的本功 率柜電流大小并存于一個雙口RAM中；與此同時，接收來自主控的控制值， 一并 存于雙口RAM中；接著，DSP通過并行總線讀取存于雙口 RAM中的信息，并通過 CAN總線接收其他功率柜發(fā)送的電流大小值；然后，DSP經(jīng)過計算得到新的控制 值，并通過并行總線將新控制值發(fā)送到FPGA內(nèi)的計數(shù)器中；最后FPGA根據(jù)三相同步信號啟動計數(shù)器，發(fā)出脈沖控制功率柜的晶閘管導通達到控制電流的目的。
權利要求1.一種功率柜調(diào)節(jié)板，包括三相脈沖觸發(fā)電路，其特征在于，三相脈沖觸發(fā)電路連接FPGA芯片，F(xiàn)PGA芯片連接三相同步檢測電路、DSP芯片、光電隔離數(shù)字量信號、光纖信號、DA轉(zhuǎn)換模塊及AD轉(zhuǎn)換模塊，上述連接皆為雙向連接。
2. 如權利要求1所述的一種功率柜調(diào)節(jié)板，其特征在于，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(zhuǎn)的輸入端，電壓匹配電路雙向連接所述 FPGA芯片。
專利摘要本實用新型提供了一種功率柜調(diào)節(jié)板，包括三相脈沖觸發(fā)電路，其特征在于，三相脈沖觸發(fā)電路連接FPGA芯片，F(xiàn)PGA芯片連接三相同步檢測電路、DSP芯片、光電隔離數(shù)字量信號、光纖信號、DA轉(zhuǎn)換模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊，上述連接皆為雙向連接。由于采用了上述的技術方案，本實用新型就具有了以下的幾大優(yōu)點高性能的計算精度和速度；高精度的AD采樣技術；超快的通信速率；方便而靈活的多功能高集成度硬件設計；超強的抗強電磁干擾能力；先進的圖形化的編程方式。
文檔編號H02P9/14GK201332378SQ20082020857
公開日2009年10月21日 申請日期2008年12月30日 優(yōu)先權日2008年12月30日
發(fā)明者俞高偉, 張林云, 楊鴻鈞 申請人:上海發(fā)電設備成套設計研究院;上?？七_機電控制有限公司