本發明專利技術公開了一種基于FPGA可在線修改參數的靜止無功發生器控制裝置，涉及電力系統領域。該控制裝置基于集成了ARM硬核處理器系統的Zynq?7000系列芯片，并帶有AD轉換模塊、觸摸屏顯示模塊、SD存儲模塊、串口通信模塊、保護動作模塊和PWM模塊，同時也嵌入了實時操作系統，在此基礎上實現了可在線修改參數的功能。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及電力系統領域，特別涉及一種基于FPGA可在線修改參數的靜止無功發生器控制裝置。
技術介紹
在電力系統中，異步電動機和變壓器等設備要消耗大量的無功功率。若這些無功得不到及時的補償，會對電網的安全、穩定運行產生不利影響，主要包括增加了線路的損耗、增加了變壓器等設備的容量、降低電網電壓水平等。隨著經濟的發展，人們對電能質量的要求越來越高，所以無功補償裝置在電力供電系統中處在一個不可缺少的非常重要的位置。靜止無功發生器（SVG）作為新一代無功補償裝置，具有響應時間快、無功連續可調、電壓精準控制等優點。傳統的靜止無功發生器硬件控制系統主要采用MCU+DSP+FPGA的架構，雖然功能強大，但是具有控制器過于復雜、PCB設計困難、不易于調試、成本過高等缺點。并且控制程序不易編寫，通用性也不強。不同的靜止無功補償器，很多參數也不盡相同，特別是PID控制的參數需要反復的修改，來尋找合適的值，所以傳統情況下需要反復的修改和下載程序。在安裝現場有部分值也需要根據現場的情況修改，所以急需可以靈活改變參數值的方法。
技術實現思路
技術問題：本專利技術的目的是克服上述的不足，提出一種基于FPGA可在線修改參數的靜止無功發生器控制裝置。技術方案：本專利技術涉及一種基于FPGA可在線修改參數的靜止無功發生器控制裝置。該裝置基于集成了ARM硬核處理器系統的Zynq-7000系列芯片，并帶有AD轉換模塊、觸摸屏顯示模塊、SD存儲模塊、串口通信模塊、保護動作模塊和PWM模塊，同時也嵌入了實時操作系統，在此基礎上實現了可在線修改參數的功能。一種基于FPGA可在線修改參數的靜止無功發生器控制裝置，其裝置特征在于。以Zynq-7000為核心，觸摸屏模塊采用外設SPI與Zynq-7000相連，SD存儲模塊采用外設SD/SDIO與Zynq-7000相連，串口通信模塊采用外設UART與Zynq-7000相連。AD轉換模塊、保護動作模塊和PWM模塊與可編程邏輯用戶引腳相連。所述觸摸屏模塊，由液晶顯示屏、驅動芯片和觸摸信號A/D轉換芯片組成。驅動芯片負責驅動顯示屏以及通過SPI與Zynq-7000進行數據傳輸，觸摸信號A/D轉換芯片負責觸摸信號的獲取并通過SPI與Zynq-7000進行數據傳輸。所述AD采樣模塊，由AD采樣芯片和信號調理電路組成，信號調理電路將±10V的電壓通過兩級運算放大器變換為±2.5V的電壓傳輸給AD采樣芯片，AD采樣芯片將模擬信號轉換為數字信號通過Zynq-7000可編程用戶引腳傳輸給Zynq-7000芯片。所述PWM模塊由隔離電路和驅動電路組成，驅動電路采用反向驅動器，提高Zynq-7000芯片PWM輸出的驅動能力，隔離電路采用光電耦合器，將IGBT驅動電路的故障反饋信號進行隔離。所述保護動作模塊由繼電器電路組成，當系統發生過流、過壓和IGBT反饋故障時，Zynq-7000通過繼電器電路進行保護動作。所述SD存儲模塊由SD卡組成，Zynq-7000系列芯片支持SD和SDIO寬范圍的低功耗應用，無需再加外圍電路。所述的串口通信模塊由RS-232電路組成，采用電平轉換芯片對UART進行RS-232標準串口設計。一種基于FPGA可在線修改參數的靜止無功發生器控制裝置，其可在線修改參數的特征在于。其中ARM硬核控制程序采用C語言，并嵌入了實時操作系統，可編程邏輯單元采用Verilog HDL語言，并包括AMBA AXI 4 總線規范IP核，用于處理器和可編程邏輯單元之間的互聯。其中可在線修改的參數包括用于標幺化的基準值、用于電壓解耦控制的電感值和PID控制的參數值。其中標幺化的基準值包括電壓基準、電流基準和阻抗基準，PID控制的參數值包括電流內環PID參數值和電壓外環PID參數值，用于電壓解耦控制的電感值則為交流側濾波電抗器的電感值。所述的可在線修改參數的步驟是：工作人員通過觸摸屏將需要的參數值輸入到控制器ARM當中，ARM將得到的數據存儲到SD卡當中，用于下次快速的啟動，同時通過AXI總線將數據傳輸給可編程邏輯單元的塊RAM當中，當需要時可直接從RAM中取出使用。綜上所述，本專利技術具有以下有益效果。本專利技術基于Zynq-7000系列芯片，Zynq-7000系列芯片集成了雙核ARM Cortex-A9處理器和DSP切片，一個單芯片代替了傳統的ARM+DSP+FPGA多處理器架構，簡化了PCB的設計，降低了硬件的故障，方便了程序的設計和硬件的調試。本專利技術給ARM嵌入了實時操作系統，方便了外圍設備的程序設計，增加了程序，提高了系統的可擴展性，使得系統的資源得到更好的應用。本專利技術在基于Zynq-7000系列芯片的基礎上，提出了在線修改參數的功能。不同的靜止無功發生器它的標幺化的基準值、用于電壓解耦控制的電感值和PID控制的參數值都不相同，需要不斷的修改和下載程序，特別是調試階段的PID參數整定需要反復地修改和下載程序。本專利技術具有在線修改參數的功能，避免了反復地修改和下載程序，縮短了產品開發時間，提高了控制器的通用性。附圖說明圖1為本專利技術系統總體結構圖。圖2為本專利技術可編程邏輯單元實現無功補償控制算法的結構圖。圖3為嵌入式實時操作系統上完成的基本任務。圖4為本專利技術在線修改參數流程圖。具體實施方式下面結合附圖及實施例進一步說明本專利技術的技術方案。如圖1所示，選則Zynq-7000系列芯片的Z-7010為例，Z-7010集成了具有豐富資源的雙核ARM Cortex-A9處理器和28nm工藝的可編程邏輯單元，其中ARM Cortex-A9處理器具有片上存儲和片外存儲的接口，以及一系列的外設接口。其中AD采樣芯片采用具有12 通道和12位分辨率的ADS7869，RS-232標準串口設計采用MAX232芯片，觸摸屏設計采用4.3寸型號HSD050IDW1-A20液晶顯示屏，其中觸摸信號A/D轉換芯片選擇XPT2046，觸摸屏的驅動芯片選擇SSD1963，SD卡選擇32G容量的卡。如圖1所示，Z-7010通過I/O端口的操作控制A/D采樣芯片將送過來的電壓和電流信號轉換為數字信號，并將得到的數字信號傳遞給無功補償控制算法實現模塊進行操作，無功補償控制算法實現模塊不僅進行無功補償控制的算法實現，并且將電網電壓數據、負載電流數據和補償后電流數據通過總線傳遞給處理器，處理器將得到的數據進行計算和處理，包括功率因數的計算、補償后電流諧波的分析以及電壓電流的有效值得計算，計算后處理器將得到的結果存儲在SD卡中和將部分信息發送到觸摸屏上進行顯示，串口通信可用于與PC機相連進行數據傳輸。如圖2所示為無功補償控制算法在可編程邏輯單元中具體實現結構，其中無功補償電流Iabc_pu通過坐標變換包括Clark變換和Park變換轉換為直流量Iabc_DS和Iabc_QS，同理電網電壓Uabc_pu和負載電流Iabc_load_pu都轉換為相應的直流量。其中用于坐標變換的角度通過鎖相環得到，將直流側的電壓和給定值做PID調節將輸出作為無功補償電流的d軸分量的給定，與無功補償的實際電流的d軸分量做PID調節。將負載的無功電流做為無功補償電流的q軸分量的給定，與無功補償電流的實際的q軸分量做PID調節。將兩個電流PID調節的輸出分別傳輸給uds和uqs做電流解耦前饋控本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種基于FPGA可在線修改參數的靜止無功發生器控制裝置，其裝置特征在于：以Zynq?7000為核心，觸摸屏模塊采用外設SPI與Zynq?7000相連，SD存儲模塊采用外設SD/SDIO與Zynq?7000相連，串口通信模塊采用外設UART與Zynq?7000相連，AD轉換模塊、保護動作模塊和PWM模塊與可編程邏輯用戶引腳相連；所述觸摸屏模塊，由液晶顯示屏、驅動芯片和觸摸信號A/D轉換芯片組成，驅動芯片負責驅動顯示屏以及通過SPI與Zynq?7000進行數據傳輸，觸摸信號A/D轉換芯片負責觸摸信號的獲取并通過SPI與Zynq?7000進行數據傳輸；所述AD采樣模塊，由AD采樣芯片和信號調理電路組成，信號調理電路將±10V的電壓通過兩級運算放大器變換為±2.5V的電壓傳輸給AD采樣芯片，AD采樣芯片將模擬信號轉換為數字信號通過Zynq?7000可編程用戶引腳傳輸給Zynq?7000芯片；所述PWM模塊由隔離電路和驅動電路組成，驅動電路采用反向驅動器，提高Zynq?7000芯片PWM輸出的驅動能力，隔離電路采用光電耦合器，將IGBT驅動電路的故障反饋信號進行隔離；所述保護動作模塊由繼電器電路組成，當系統發生過流、過壓和IGBT反饋故障時，Zynq?7000通過繼電器電路進行保護動作；所述SD存儲模塊由SD卡組成，Zynq?7000系列芯片支持SD和SDIO寬范圍的低功耗應用，無需再加外圍電路；所述的串口通信模塊由RS?232電路組成，采用電平轉換芯片對UART進行RS?232標準串口設計。...
【技術特征摘要】
1.一種基于FPGA可在線修改參數的靜止無功發生器控制裝置，其裝置特征在于：以Zynq-7000為核心，觸摸屏模塊采用外設SPI與Zynq-7000相連，SD存儲模塊采用外設SD/SDIO與Zynq-7000相連，串口通信模塊采用外設UART與Zynq-7000相連，AD轉換模塊、保護動作模塊和PWM模塊與可編程邏輯用戶引腳相連；所述觸摸屏模塊，由液晶顯示屏、驅動芯片和觸摸信號A/D轉換芯片組成，驅動芯片負責驅動顯示屏以及通過SPI與Zynq-7000進行數據傳輸，觸摸信號A/D轉換芯片負責觸摸信號的獲取并通過SPI與Zynq-7000進行數據傳輸；所述AD采樣模塊，由AD采樣芯片和信號調理電路組成，信號調理電路將±10V的電壓通過兩級運算放大器變換為±2.5V的電壓傳輸給AD采樣芯片，AD采樣芯片將模擬信號轉換為數字信號通過Zynq-7000可編程用戶引腳傳輸給Zynq-7000芯片；所述PWM模塊由隔離電路和驅動電路組成，驅動電路采用反向驅動器，提高Zynq-7000芯片PWM輸出的驅動能力，隔離電路采用光電耦合器，將IGBT驅動電路的故障反饋信號進行隔離；所述保護動作模塊由繼電器電路組成，當系統發生過流、過壓和I...
【專利技術屬性】
技術研發人員：蒯松巖，衡鳳平，崔鑫，趙帥，孫文兵，
申請(專利權)人：中國礦業大學，
類型：發明
國別省市：江蘇;32
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