專利名稱：一種可控串聯(lián)補償裝置調節(jié)板的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及電力系統(tǒng)及電力電子技術中可控串聯(lián)補償裝置(TCSC)調節(jié)單 元，特別是一種基于數(shù)字信號處理芯片(DSP芯片)與復雜可編程邏輯器件(CPLD)組合而 成的可控串聯(lián)補償裝置調節(jié)板。
背景技術：
隨著“西電東送、南北互供、全國聯(lián)網(wǎng)”戰(zhàn)略的實施，我國電網(wǎng)進入一個快速發(fā)展時 期，電網(wǎng)規(guī)模迅速增大，輸電距離之長、送電容量之大都是前所未有的，加之電力市場化進 程的加快，對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性、靈活性都提出了更高的要求，因此，發(fā)展并逐步推廣 適合遠距離、大容量的靈活交流輸電技術迫在眉睫。輸電線路可控串聯(lián)補償裝置(TCSC)將電容器組串聯(lián)于交流輸電線路中，補償交 流輸電線路的感性阻抗，等效縮短電氣距離，從而達到提高線路輸送能力、增強系統(tǒng)穩(wěn)定 性、改善電力系統(tǒng)的運行電壓及無功平衡條件；同時可實現(xiàn)對線路潮流分布的靈活調節(jié)、阻 尼低頻功率振蕩、降低次同步諧振(SSR)和次同步振蕩(SSO)的風險等功能，在提高輸電可 靠性、經(jīng)濟性及安全性等問題中發(fā)揮了相當重要的作用。以可控串聯(lián)補償裝置為代表的靈活交流輸電技術是通過電力電子技術實現(xiàn)對電 力系統(tǒng)的快速控制?？煽卮a裝置應在調節(jié)板內實現(xiàn)各種不同的阻抗控制、阻尼低頻振蕩 控制、暫態(tài)穩(wěn)定控制等策略，實時計算出所需要補償?shù)牡戎等菘埂Ｓ捎诳刂撇呗詮碗s、控制 策略參數(shù)需要多次調整、控制策略的計算量大、控制策略實現(xiàn)的實時性要求程度非常高，采 用傳統(tǒng)常規(guī)方法往往需要龐大的電路和多塊電路板來完成，不僅計算精度、速度遠遠不夠、 不能方便的進行參數(shù)調整，而且抗干擾能力差，不能滿足進一步提高可控串補裝置工作性 能的要求。調節(jié)板研發(fā)的主要技術難點如下1)超級的計算精度和速度；幻超強的抗強電磁 干擾能力；幻龐大而靈活的硬件資源和多功能高集成度的硬件設計；4)方便而靈活的軟 件。這些技術難點決定了可控串補裝置調節(jié)板的開發(fā)具有非常大的技術難度。
實用新型內容為了克服現(xiàn)有技術中的缺陷，本實用新型提供了一種具有較強的靈活性和通用 性、以數(shù)字信號處理芯片(DSP芯片)與復雜可編程邏輯器件(CPLD)為核心的可控串聯(lián)補 償裝置調節(jié)板。為此，本實用新型提出了一種可控串聯(lián)補償裝置調節(jié)板，其改進之處在于該調節(jié) 板包括集成在可插拔的4層印刷電路板上的數(shù)字信號處理芯片、復雜可編程邏輯器件、雙 口隨機存儲器、可擦寫可編程只讀存儲器、靜態(tài)隨機存儲器、閃存、總線控制器和收發(fā)器。其中，所述數(shù)字信號處理芯片共有兩塊，分別為用于完成接收數(shù)據(jù)和調節(jié)功能的 浮點數(shù)字信號處理芯片I，用于完成控制功能的定點數(shù)字信號處理芯片；所述浮點數(shù)字信 號處理芯片I通過雙口隨機存儲器II與定點數(shù)字信號處理芯片相連；所述浮點數(shù)字信號處 理芯片I上連接有靜態(tài)隨機存儲器、閃存和可擦寫可編程只讀存儲器，所述浮點數(shù)字信號 處理芯片I通過CAN總線控制器和收發(fā)器與CAN總線進行連接，所述定點數(shù)字信號處理芯片直接通過收發(fā)器與CAN總線進行連接。其中，所述復雜可編程邏輯器件共有兩塊，即復雜可編程邏輯器件I和復雜可編程邏 輯器件II，所述復雜可編程邏輯器I分別與浮點數(shù)字信號處理芯片I、定點數(shù)字信號處理芯片 及雙口隨機存儲器II相連接，所述復雜可編程邏輯器II與定點數(shù)字信號處理芯片相連接。其中，所述浮點數(shù)字信號處理芯片I由兩塊獨立的浮點數(shù)字信號處理芯片組成， 分別為用于接收數(shù)據(jù)的浮點數(shù)字信號處理芯片II和用于調節(jié)功能的浮點數(shù)字信號處理 芯片III，兩塊浮點數(shù)字信號處理芯片之間通過雙口隨機存儲器I相連，所述浮點數(shù)字信號 處理芯片III通過雙口隨機存儲器II與定點數(shù)字信號處理芯片相連；所述浮點數(shù)字信號 處理芯片II上連接有靜態(tài)隨機存儲器和閃存，所述浮點數(shù)字信號處理芯片III上連接有靜 態(tài)隨機存儲器、閃存和可擦寫可編程只讀存儲器、并且浮點數(shù)字信號處理芯片III通過CAN 總線控制器和收發(fā)器與CAN總線進行連接，所述定點數(shù)字信號處理芯片直接通過收發(fā)器與 CAN總線進行連接。其中，所述復雜可編程邏輯器件共有兩塊，即復雜可編程邏輯器件I和復雜可編 程邏輯器件II，所述復雜可編程邏輯器I分別與定點數(shù)字信號處理芯片、浮點數(shù)字信號處 理芯片II、浮點數(shù)字信號處理芯片III、雙口隨機存儲器I及雙口隨機存儲器II相連接，所 述復雜可編程邏輯器II與定點數(shù)字信號處理芯片相連接。其中，所述浮點數(shù)字信號處理芯片II和浮點數(shù)字信號處理芯片III的型號為 TMS320VC33，所述定點數(shù)字信號處理芯片的型號為TMS320LFM07A。其中，所述浮點數(shù)字信號處理芯片I的型號為TMS320VC33，所述定點數(shù)字信號處 理芯片的型號為TMS320LFM07A。其中，所述復雜可編程邏輯器件I和復雜可編程邏輯器件II的型號為95144XL。本實用新型的有益效果在于1、該調節(jié)板的功能綜合程度高，可實現(xiàn)可控串補裝置的阻抗控制、阻尼低頻振蕩 控制、暫態(tài)穩(wěn)定控制等多個控制策略，具備較強的靈活性和通用性；2、該調節(jié)板的結構緊湊、集成度高，全部電路集成在一塊可插拔的4層印刷電路 板上，實現(xiàn)CPU總線不出電路板；3、該調節(jié)板的抗電磁干擾能力強，元器件焊盤采用水晶工藝，實現(xiàn)全部表貼電路 和歐式插接件，抗電磁干擾達到電磁兼容標準EMC快速瞬變4級標準；4、該調節(jié)板內部通訊采用CAN總線控制器和收發(fā)器進行CAN串行總線通訊，具有 更高的可靠性、實時性和靈活性；5、該調節(jié)板采用8路光電隔離輸入/輸出電路對外部電路進行讀入和控制，提高 了電路的抗干擾能力。

圖1是本實用新型所述調節(jié)板的原理示意圖；圖2是本實用新型所述調節(jié)板另一實施例的原理示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的可控串聯(lián)補償裝置調節(jié)板作進一步詳細的說明。[0026]如圖1所示，本例所述的調節(jié)板以數(shù)字信號處理芯片(DSP芯片)與復雜可編程 邏輯器件(CPLD)為核心，此外，還包括雙口隨機存儲器(DPRAM)、可擦寫可編程只讀存儲器 (EEPROM)、靜態(tài)隨機存儲器(SRAM)、閃存(FLASH)、CAN總線控制器和收發(fā)器，上述各部件均 集成在一塊可插拔的4層印刷電路板上，CPU總線不出電路板。DSP作為可控串聯(lián)補償裝置 調節(jié)板的CPU，其地址總線和數(shù)據(jù)總線構成了調節(jié)板的并行總線，DSP和CPLD作為調節(jié)板的 兩個主要器件，通過并行總線相連，完成串補裝置主要調節(jié)功能，同時DSP還外擴了現(xiàn)場總 線控制器CAN。該調節(jié)板上的三塊DSP芯片和兩塊CPLD均可通過JTAG 口進行在線編程以滿足 各芯片所要達到的功能，便于控制策略及程序的更改和升級。該調節(jié)板上的DSP芯片共有 三塊，分別為用于數(shù)據(jù)接收的浮點數(shù)字信號處理芯片II (簡稱為數(shù)據(jù)DSP)、用于完成調節(jié) 功能的浮點數(shù)字信號處理芯片III (簡稱為調節(jié)DSP)和用于完成控制功能的定點數(shù)字信號 處理芯片(簡稱為控制DSP)，數(shù)據(jù)DSP上設有用于接收外部數(shù)據(jù)的串行外設接口 SPI，數(shù)據(jù) DSP和調節(jié)DSP采用美國TI公司的TMS320VC33型浮點DSP芯片，控制DSP采用美國TI公 司的TMS320LFM07A型定點DSP芯片，可實時快速的實現(xiàn)各種復雜數(shù)字信號處理算法；該調 節(jié)板上的CPLD共有兩塊，分別為復雜可編程邏輯器件I (CPLD_1)和復雜可編程邏輯器件 11 (CPLD_2)，兩塊CPLD采用美國XILINX公司的95144XL型CPLD芯片，可實現(xiàn)各種復雜的邏 輯運算功能；該調節(jié)板上共有兩塊雙口隨機存儲器，分別為雙口隨機存儲器I(DPRAM_1) 和雙口隨機存儲器II (DPRAM_2)。各部件的連接關系如下DPRAM_1連接在數(shù)據(jù)DSP和調節(jié) DSP之間，DPRAM_2連接在調節(jié)DSP和控制DSP之間，數(shù)據(jù)DSP和調節(jié)DSP上均連接有SRAM 和FALSH，調節(jié)DSP上還連接有一 EEPR0M，調節(jié)DSP通過CAN總線控制器SJA1000和收發(fā) 器82C250與CAN總線進行連接，控制DSP直接通過收發(fā)器82C250與CAN總線進行連接， CPLD_1分別與三塊數(shù)字信號處理芯片(數(shù)據(jù)DSP、調節(jié)DSP和控制DSP)及兩塊雙口隨機存 儲器(DPRAM_1和DPRAM_2)相連，CPLD_2與控制DSP相連。數(shù)據(jù)DSP負責判斷采集系統(tǒng)是否正常工作，并通過SPI接口接收采集系統(tǒng)的最新 數(shù)據(jù)，每半周波計算一次各電氣量(電容電流、電容電壓、母線電壓和線路電流等)的有效 值，計算結果通過雙口隨機存儲器DPRAM_1傳送給調節(jié)DSP。調節(jié)DSP是調節(jié)板的主要運算 處理單元，是實現(xiàn)可控串補裝置有功功率計算、阻抗控制、阻尼低頻功率振蕩控制、裝置過 載能力限制等功能的重要環(huán)節(jié)；調節(jié)DSP讀取DPRAM_1上的各個有效值，并計算出系統(tǒng)有功 功率、測量阻抗值及阻抗修正值，并將最終輸出命令阻抗值通過DPRAM_2傳送給控制DSP ； 同時，調節(jié)DSP還具有裝置故障相檢測、觸發(fā)閉鎖條件判斷、重要參數(shù)校驗與掉電存儲等功 能?？刂艱SP在接收到DPRAM_2傳送的最終命令阻抗值后，通過查詢事先建立的阻抗特性表 得到對應的觸發(fā)控制角，向CPLD_2發(fā)送調節(jié)命令及觸發(fā)角，并通過收發(fā)器82C250連接CAN 總線與裝置保護等其他設備進行信息通訊。觸發(fā)調節(jié)板上共有兩塊CPLD，用于實現(xiàn)復雜的邏輯運算，也是調節(jié)板的主要器件 之一。其中，CPLD_1用于實現(xiàn)對3塊DSP的中斷管理、地址譯碼及命令解釋等功能，CPLD_2 用于實現(xiàn)三相晶間管閥的觸發(fā)邏輯，并根據(jù)觸發(fā)角和同步觸發(fā)方式產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，經(jīng)光耦 隔離后再傳送給裝置的相應設備以觸發(fā)晶閘管閥。CPLD_2的輸入信號包括線路電流同步信 號與電容電壓同步信號，同時接收來自控制DSP的晶閘管閥觸發(fā)角命令。當控制DSP輸出 觸發(fā)角至CPLD_2時，CPLD_2把該觸發(fā)角數(shù)值鎖存，并在線路電流過零時或電容電壓過零時開始計數(shù)，當計數(shù)值達到觸發(fā)角的對應數(shù)值時輸出觸發(fā)脈沖至閥觸發(fā)系統(tǒng)，之后在規(guī)定延 時后結束觸發(fā)脈沖的輸出，CPLD_2通過光電隔離電路輸出觸發(fā)信號。調節(jié)DSP和控制DSP都外擴了 CAN。調節(jié)DSP的CAN通訊電路采用型號為SJA1000 的總線控制器和型號為82C250的收發(fā)器構成串行總線，與工作站交換參數(shù)、指令等信息， 并完成與備用系統(tǒng)的通訊及主從切換功能；控制DSP直接通過型號為82C250的收發(fā)器連接 CAN總線，與調節(jié)板外的其它設備進行串行通訊。調節(jié)板上的閃存FLASH用于存儲數(shù)據(jù)DSP和調節(jié)DSP的程序和數(shù)據(jù)；靜態(tài)隨機存 儲器SRAM為數(shù)據(jù)DSP和調節(jié)DSP提供程序運行空間和臨時數(shù)據(jù)空間?？刹翆懣删幊讨蛔x 存儲器EPROM用于對重要參數(shù)的在線修改和掉電存儲。實施例2本例所述調節(jié)板的結構和工作原理基本同于實施例1，唯有不同之處在于如圖2所示，本例中將實施例1的數(shù)據(jù)DSP和調節(jié)DSP用一塊浮點數(shù)字信號處理 芯片I (簡稱數(shù)據(jù)&調節(jié)DSP)來實現(xiàn)，該芯片同樣采用美國TI公司的TMS320VC33型浮點 DSP芯片，且該芯片同時實現(xiàn)數(shù)據(jù)接收和調節(jié)的雙重功能。本例的調節(jié)板上有兩塊DSP，分別為用于完成接收數(shù)據(jù)和調節(jié)功能的浮點數(shù)字 信號處理芯片I (簡稱為數(shù)據(jù)&調節(jié)DSP)及用于完成控制功能的定點數(shù)字信號處理芯片 II (簡稱為控制DSP)，數(shù)據(jù)&調節(jié)DSP通過DPRAM_2與控制DSP相連；數(shù)據(jù)&調節(jié)DSP上連 接有SRAM、FALSH和EEPR0M，數(shù)據(jù)&調節(jié)DSP通過CAN總線控制器SJA1000和收發(fā)器82C250 與CAN總線進行連接，控制DSP直接通過收發(fā)器82C250與CAN總線進行連接，CPLD_1分別 與兩塊數(shù)字信號處理芯片(數(shù)據(jù)&調節(jié)DSP和控制DSP)及一塊雙口隨機存儲器(DPRAM_2) 相連，CPLD_2與控制DSP相連，數(shù)據(jù)&調節(jié)DSP上設有串行外設接口。數(shù)據(jù)&調節(jié)DSP負責判斷采集系統(tǒng)是否正常工作，并通過SPI接口接收采集系統(tǒng) 的最新數(shù)據(jù)，每半周波計算一次各電氣量(電容電流、電容電壓、母線電壓和線路電流等) 的有效值，同時數(shù)據(jù)&調節(jié)DSP是調節(jié)板的主要運算處理單元，是實現(xiàn)可控串補裝置有功功 率計算、阻抗控制、阻尼低頻功率振蕩控制、裝置過載能力限制等功能的重要環(huán)節(jié)，還具有 裝置故障相檢測、觸發(fā)閉鎖條件判斷、重要參數(shù)校驗與掉電存儲等功能；數(shù)據(jù)&調節(jié)DSP通 過從SPI接口采集到的有效值來計算出系統(tǒng)有功功率、測量阻抗值及阻抗修正值，并將最 終輸出命令阻抗值通過DPRAM_2傳送給控制DSP ；控制DSP在接收到DPRAM_2傳送的最終命 令阻抗值后，通過查詢事先建立的阻抗特性表得到對應的觸發(fā)控制角，向CPLD_2發(fā)送調節(jié) 命令及觸發(fā)角，并通過收發(fā)器82C250連接CAN總線與裝置保護等其他設備進行信息通訊。最后應當說明的是以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非對其限 制，盡管參照上述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員應當 理解依然可以對本實用新型的具體實施方式
進行修改或者等同替換，而未脫離本實用新 型精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應涵蓋在本實用新型的權利要求范圍當中。
權利要求1.一種可控串聯(lián)補償裝置調節(jié)板，其特征在于該調節(jié)板包括集成在可插拔的4層印 刷電路板上的數(shù)字信號處理芯片、復雜可編程邏輯器件、雙口隨機存儲器、可擦寫可編程只 讀存儲器、靜態(tài)隨機存儲器、閃存、總線控制器和收發(fā)器。
2.如權利要求1所述的可控串聯(lián)補償裝置調節(jié)板，其特征在于所述數(shù)字信號處理芯 片共有兩塊，分別為用于完成接收數(shù)據(jù)和調節(jié)功能的浮點數(shù)字信號處理芯片I以及用于 完成控制功能的定點數(shù)字信號處理芯片；所述浮點數(shù)字信號處理芯片I通過雙口隨機存儲 器II與定點數(shù)字信號處理芯片相連；所述浮點數(shù)字信號處理芯片I上連接有靜態(tài)隨機存儲 器、閃存和可擦寫可編程只讀存儲器，所述浮點數(shù)字信號處理芯片I通過CAN總線控制器和 收發(fā)器與CAN總線進行連接，所述定點數(shù)字信號處理芯片直接通過收發(fā)器與CAN總線進行 連接。
3.如權利要求2所述的可控串聯(lián)補償裝置調節(jié)板，其特征在于所述復雜可編程邏輯 器件共有兩塊，即復雜可編程邏輯器件I和復雜可編程邏輯器件II，所述復雜可編程邏輯 器I分別與浮點數(shù)字信號處理芯片I、定點數(shù)字信號處理芯片及雙口隨機存儲器II相連接， 所述復雜可編程邏輯器II與定點數(shù)字信號處理芯片相連接。
4.如權利要求2所述的可控串聯(lián)補償裝置調節(jié)板，其特征在于所述浮點數(shù)字信號處 理芯片I由兩塊獨立的浮點數(shù)字信號處理芯片組成，分別為用于接收數(shù)據(jù)的浮點數(shù)字信 號處理芯片II和用于調節(jié)功能的浮點數(shù)字信號處理芯片III，兩塊浮點數(shù)字信號處理芯片 之間通過雙口隨機存儲器I相連，所述浮點數(shù)字信號處理芯片III通過雙口隨機存儲器II 與定點數(shù)字信號處理芯片相連；所述浮點數(shù)字信號處理芯片II上連接有靜態(tài)隨機存儲器 和閃存，所述浮點數(shù)字信號處理芯片III上連接有靜態(tài)隨機存儲器、閃存和可擦寫可編程 只讀存儲器、且浮點數(shù)字信號處理芯片III通過CAN總線控制器和收發(fā)器與CAN總線進行 連接，所述定點數(shù)字信號處理芯片直接通過收發(fā)器與CAN總線進行連接。
5.如權利要求4所述的可控串聯(lián)補償裝置調節(jié)板，其特征在于所述復雜可編程邏 輯器件共有兩塊，即復雜可編程邏輯器件I和復雜可編程邏輯器件II，所述復雜可編程邏 輯器I分別與定點數(shù)字信號處理芯片、浮點數(shù)字信號處理芯片II、浮點數(shù)字信號處理芯片 III、雙口隨機存儲器I及雙口隨機存儲器II相連接，所述復雜可編程邏輯器II與定點數(shù) 字信號處理芯片相連接。
6.如權利要求4所述的可控串聯(lián)補償裝置調節(jié)板，其特征在于所述浮點數(shù)字信號處 理芯片II和浮點數(shù)字信號處理芯片III的型號為TMS320VC33，所述定點數(shù)字信號處理芯片 的型號為 TMS320LFM07A。
7.如權利要求2所述的可控串聯(lián)補償裝置調節(jié)板，其特征在于所述浮點數(shù)字信號處 理芯片I的型號為TMS320VC33，所述定點數(shù)字信號處理芯片的型號為TMS320LFM07A。
8.如權利要求3或5所述的可控串聯(lián)補償裝置調節(jié)板，其特征在于所述復雜可編程 邏輯器件I和復雜可編程邏輯器件II的型號為95144XL。
專利摘要本實用新型涉及電力系統(tǒng)及電力電子技術中可控串聯(lián)補償裝置調節(jié)單元，特別涉及一種基于數(shù)字信號處理芯片與復雜可編程邏輯器件組合而成的可控串聯(lián)補償裝置調節(jié)板。該調節(jié)板包括集成在可插拔的4層印刷電路板上的數(shù)字信號處理芯片、復雜可編程邏輯器件、雙口隨機存儲器、可擦寫可編程只讀存儲器、靜態(tài)隨機存儲器、閃存、總線控制器和收發(fā)器。該調節(jié)板不但具有結構緊湊、集成度高、抗干擾能力強等優(yōu)點，而且其功能的綜合程度很高，可實現(xiàn)可控串補裝置的阻抗控制、阻尼低頻振蕩控制、暫態(tài)穩(wěn)定控制等多個控制策略，具備較強的可靠性、靈活性和通用性。
文檔編號G05B19/04GK201903767SQ20102059786
公開日2011年7月20日 申請日期2010年11月4日 優(yōu)先權日2010年11月4日
發(fā)明者劉慧文, 戴朝波, 李甲飛, 王宇紅, 詹雄 申請人:中國電力科學研究院, 中電普瑞科技有限公司