專利名稱：一種基于數(shù)字信號處理芯片控制的有源電力濾波器裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于電力裝置有源電力濾波器(Active Power Filter，APF)控制技術(shù) 領(lǐng)域，是一種基于新型數(shù)字信號處理器(digital signalprocessor, DSP)的有源電力濾波 器控制裝置。
背景技術(shù)：
有源電力濾波器是一種電力電子補償裝置，并接于電源和重要負(fù)荷之間，具有很 好的動態(tài)性能和諧波特性。有源電力濾波器可以看作一個受控電流源，其基本工作原理是 將裝置中所含諧波及無功電流檢出，并產(chǎn)生與其大小相等、相 位差180°的補償電流，注入 輸電線路，抵消其中的諧波及無功電流。五電平有源電力濾波器通常由五電平變流裝置、濾 波電感以及采樣電路和控制裝置構(gòu)成，其控制裝置多由定點型DSP作為控制核心，整個裝 置的一，二次側(cè)控制信號和反饋信號多采用模擬信號傳輸?shù)姆绞?，控制裝置存在硬件電路 復(fù)雜、調(diào)試?yán)щy、抗干擾能力差和編程復(fù)雜等缺點。由于大功率電路對觸發(fā)脈沖要求很高， 傳統(tǒng)控制裝置無論在控制精度還是控制速度上都難以滿足現(xiàn)代功率電路的要求。隨著數(shù)字 化控制技術(shù)的迅猛發(fā)展以及電力行業(yè)對電能質(zhì)量要求越來越高，對控制裝置的要求也不斷 提高，傳統(tǒng)控制裝置已經(jīng)難以滿足現(xiàn)代工業(yè)對控制性能的要求。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種基于數(shù)字信號處理芯片控制的五電平有源電 力濾波器的裝置，它結(jié)合高性能的數(shù)字信號處理器DSP和復(fù)雜可編程邏輯器件(Complex Programmable Logic Device, CPLD)，以及采用先進的光纖通訊裝置，可較好的克服上述傳 統(tǒng)控制裝置的缺點，是一種編程方便、速度快、抗干擾能力強、精度高的控制裝置。本實用新型的詳細(xì)技術(shù)方案一種基于數(shù)字信號處理芯片控制的有源電力濾波器 裝置，其特征在于它是由控制面板、中央數(shù)據(jù)處理電路、光電轉(zhuǎn)換電路、光纖通訊裝置和驅(qū) 動電路、五電平功率電路和電流采樣電路組成。其中，所說的中央數(shù)據(jù)處理電路包括DSP和 CPLD的兩個電路單元；所說的控制面板與DSP是雙向連接；所說的DSP電路單元與CPLD電 路單元之間為雙向連接；所說的CPLD電路單元的輸出端與光電轉(zhuǎn)換電路的輸入端連接；所 說的光電轉(zhuǎn)換電路的輸出端與光纖通訊裝置和驅(qū)動電路的輸入端連接；所說的光纖通訊裝 置和驅(qū)動電路的輸出端與五電平功率電路的輸入端連接；所說的五電平功率電路的輸出端 與電力裝置的輸入端連接；所說的電流采樣電路的輸入端與電力裝置的輸出端連接，其輸 出端與DSP電路單元的輸入端連接。上述所說的中央數(shù)據(jù)處理電路由電源裝置、晶振電路、DSP電路單元、開入/開出 控制電路、人機界面-控制面板、網(wǎng)線和CPLD擴展芯片組成；其中，所說的電源裝置是為中 央數(shù)據(jù)處理電路各個模塊提供電源的電源裝置；所說的晶振電路的輸出端與DSP電路單元 的輸出引腳連接；所說的開入/開出控制電路由中央數(shù)據(jù)處理電路的一塊姐妹電路構(gòu)成， 且與中央數(shù)據(jù)處理電路呈雙向連接；人機界面-控制面板依網(wǎng)線與DSP電路單元呈雙向連接；所說的CPLD擴展芯片與DSP電路單元呈雙向連接。上述所說的DSP為TMS320F28335浮點型DSP。上述所說的光纖通訊裝置和驅(qū)動電路主要包括通訊光纖、驅(qū)動電路和驅(qū)動電路側(cè)的光電轉(zhuǎn)換單元；所說的驅(qū)動電路側(cè)的光電轉(zhuǎn)換單元的輸入端依通訊光纖接收由CPLD擴 展芯片發(fā)出的控制脈沖，其輸出端與驅(qū)動電路的輸入端連接；所說的驅(qū)動電路將輸出的驅(qū) 動脈沖輸出給五電平功率電路；所說的通訊光纖含24路驅(qū)動電路光纖和6路反饋信號傳輸 光纖；其中24路驅(qū)動電路光纖是用來將CPLD擴展芯片輸出的24路控制脈沖輸出至驅(qū)動電 路的通訊光纖，所說的6路反饋信號傳輸光纖是將驅(qū)動電路的工作狀態(tài)反饋給CPLD的傳輸 光纖。上述所說的驅(qū)動電路側(cè)光電轉(zhuǎn)換單元包括濾波電容C01、信號接收光纖頭 0P2521、上拉電阻RD1、二極管D2、放電電阻R5、電容C4、電容C5、斯密特觸發(fā)器40106芯片； 其中，所說的濾波電容COl連接信號接收光纖頭0P2521的引腳；所說的上拉電阻RDl與信 號接收光纖頭0P2521的引腳連接；所說的二極管D2和放電電阻R5并聯(lián)后串在信號接收光 纖頭0P2521和斯密特觸發(fā)器40106芯片之間；所說的電容C4、電容C5分別與斯密特觸發(fā) 器40106芯片的引腳連接。上述所說的驅(qū)動電路由包括2SD315A驅(qū)動芯片的驅(qū)動電路組成；其中驅(qū)動芯片的 輸入端接收斯密特觸發(fā)器40106芯片的輸出信號；所說的驅(qū)動芯片的輸出端與五電平功率 單元的輸入端連接。上述所說的五電平功率電路包括單相8個含續(xù)流二極管的IGBT主管、濾波電感 Lf ；所說的每相8個含續(xù)流二極管的IGBT主管呈串聯(lián)連接，其一端連接到濾波電感端，另一 端連接到一起；所說的每單相8支IGBT主管與濾波電感Lf連接，并串聯(lián)到電力裝置中。本實用新型的優(yōu)越性和技術(shù)效果在于1、利用高性能浮點型數(shù)字信號處理芯片實 現(xiàn)五電平有源電力濾波器的控制，很大程度上提高控制的速度和精度，改善了傳統(tǒng)定點型 DSP編程復(fù)雜的問題，使整個控制裝置具有很好的調(diào)節(jié)性能和可靠性；2、采用DSP+CPLD組 成控制裝置，硬件電路簡單、輸出觸發(fā)脈沖安全可靠、實時控制精度高，可較大提高裝置的 穩(wěn)定性和可靠性；3、采用光纖通訊裝置，改善了傳統(tǒng)模擬信號傳輸方式引起的信號衰弱，抗 干擾能力差的問題；4、采用五電平功率模塊電路作為APF的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可提高了裝 置容量以及補償電壓，改善輸出電壓的諧波特性；4、采用2SD315A驅(qū)動芯片作為驅(qū)動脈沖 的觸發(fā)芯片，具有驅(qū)動能力強、控制方便、并具有過壓、過流的保護功能；5、具有廣闊的市場 應(yīng)用前景。


附圖1為本實用新型所涉一種基于數(shù)字信號處理芯片控制的有源電力濾波器的 裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖。附圖2為本實用新型所涉一種基于數(shù)字信號處理芯片控制的有源電力濾波器的 裝置中的中央數(shù)據(jù)處理電路結(jié)構(gòu)示意圖。附圖3為本實用新型所涉一種基于數(shù)字信號處理芯片控制的有源電力濾波器的 裝置中的光纖通訊電路和功率驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)示意圖。其中，圖3-A為驅(qū)動電路側(cè)的光電轉(zhuǎn)換單元的電路結(jié)構(gòu)圖；圖3-B為驅(qū)動電路的結(jié)構(gòu)框圖。附圖4為本實用新型所涉一種基于數(shù)字信號處理芯片控制的有源電力濾波器的 裝置中的五電平有源電力濾波器裝置電路。
具體實施方式
實施例一種基于數(shù)字信號處理芯片控制的有源電力濾波器的裝置(見圖1)，包 括含電流互感器的電力裝置，其特征在于它是由控制面板、中央數(shù)據(jù)處理電路、光電轉(zhuǎn)換電 路、光纖通訊裝置和驅(qū)動電路、三電平功率電路和電壓采樣電路組成；其中，所說的中央數(shù) 據(jù)處理電路包括DSP和CPLD的兩個電路單元；所說的控制面板與DSP是雙向連接；所說的 DSP電路單元與CPLD電路單元之間為雙向連接；所說的CPLD電路單元的輸出端與光電轉(zhuǎn) 換電路的輸入端連接；所說的光電轉(zhuǎn)換電路的輸出端與光纖通訊裝置和驅(qū)動電路的輸入端 連接；所說的光纖通訊裝置和驅(qū)動電路的輸出端與五電平功率電路的輸入端連接；所說的 五電平功率電路的輸出端與電力裝置的輸入端連接；所說的電流采樣電路的輸入端與電力 裝置的輸出端連接，其輸出端與DSP電路單元的輸入端連接。上述所說的中央數(shù)據(jù)處理電路(見圖2)由電源裝置、晶振電路、TMS320F28335浮 點型DSP電路單元、開入/開出控制電路、人機界面-控制面板、網(wǎng)線和CPLD擴展芯片組成； 其中，所說的電源裝置是為中央數(shù)據(jù)處理電路各個模塊提供電源的電源裝置；所說的晶振 電路的輸出端與DSP電路單元的輸出引腳連接；所說的開入/開出控制電路由中央數(shù)據(jù)處 理電路的一塊姐妹電路構(gòu)成，且與中央數(shù)據(jù)處理電路呈雙向連接；人機界面-控制面板依 網(wǎng)線與DSP電路單元呈雙向連接；所說的CPLD擴展芯片與DSP電路單元呈雙向連接。上述所說的光纖通訊裝置和驅(qū)動電路(見圖3)主要包括通訊光纖、驅(qū)動電路和驅(qū) 動電路側(cè)的光電轉(zhuǎn)換單元；所說的驅(qū)動電路側(cè)的光電轉(zhuǎn)換單元的輸入端依通訊光纖接收由 CPLD擴展芯片發(fā)出的控制脈沖，其輸出端與驅(qū)動電路的輸入端連接；所說的驅(qū)動電路將輸 出的驅(qū)動脈沖輸出給五電平功率電路；所說的通訊光纖含24路驅(qū)動電路光纖和6路反饋信 號傳輸光纖；其中24路驅(qū)動電路光纖是用來將CPLD擴展芯片輸出的24路控制脈沖輸出至 驅(qū)動電路的通訊光纖，所說的6路反饋信號傳輸光纖是將驅(qū)動電路的工作狀態(tài)反饋給CPLD 的傳輸光纖。上述所說的驅(qū)動電路側(cè)光電轉(zhuǎn)換單元(見圖3-A)包括濾波電容C01、信號接收光 纖頭0P2521、上拉電阻RDl、二極管D2、放電電阻R5、電容C4、電容C5、斯密特觸發(fā)器40106 芯片；其中，所說的濾波電容COl連接信號接收光纖頭0P2521的引腳；所說的上拉電阻RDl 與信號接收光纖頭0P2521的引腳連接；所說的二極管D2和放電電阻R5并聯(lián)后串在信號接 收光纖頭0P2521和斯密特觸發(fā)器40106芯片之間；所說的電容C4、電容C5分別與斯密特 觸發(fā)器40106芯片的引腳連接。上述所說的驅(qū)動電路(見圖3-B)由包括2SD315A驅(qū)動芯片的驅(qū)動電路組成；其中 驅(qū)動芯片的輸入端接收斯密特觸發(fā)器40106芯片的輸出信號；所說的驅(qū)動芯片的輸出端與 五電平功率單元的輸入端連接。上述所說的五電平功率電路(見圖4)包括單相8個含續(xù)流二極管的IGBT主管、濾 波電感Lf ；所說的每相8個含續(xù)流二極管的IGBT主管呈串聯(lián)連接，其一端連接到濾波電感端， 另一端連接到一起；所說的每單相8支IGBT主管與濾波電感Lf連接，并串聯(lián)到電力裝置中。
權(quán)利要求一種基于數(shù)字信號處理芯片控制的有源電力濾波器的裝置，其特征在于它是由控制面板、中央數(shù)據(jù)處理電路、光電轉(zhuǎn)換電路、光纖通訊裝置和驅(qū)動電路、五電平功率電路和電流采樣電路組成。其中，所說的中央數(shù)據(jù)處理電路包括DSP和CPLD的兩個電路單元；所說的控制面板與DSP是雙向連接；所說的DSP電路單元與CPLD電路單元之間為雙向連接；所說的CPLD電路單元的輸出端與光電轉(zhuǎn)換電路的輸入端連接；所說的光電轉(zhuǎn)換電路的輸出端與光纖通訊裝置和驅(qū)動電路的輸入端連接；所說的光纖通訊裝置和驅(qū)動電路的輸出端與五電平功率電路的輸入端連接；所說的五電平功率電路的輸出端與電力裝置的輸入端連接；所說的電流采樣電路的輸入端與電力裝置的輸出端連接，其輸出端與DSP電路單元的輸入端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所說的一種基于數(shù)字信號處理芯片控制的有源電力濾波器的裝 置，其特征在于所說的中央數(shù)據(jù)處理電路由電源裝置、晶振電路、DSP電路單元、開入/開出 控制電路、人機界面-控制面板、網(wǎng)線和CPLD擴展芯片組成；其中，所說的電源裝置是為中 央數(shù)據(jù)處理電路各個模塊提供電源的電源裝置；所說的晶振電路的輸出端與DSP電路單元 的輸出引腳連接；所說的開入/開出控制電路由中央數(shù)據(jù)處理電路的一塊姐妹電路構(gòu)成， 且與中央數(shù)據(jù)處理電路呈雙向連接；人機界面-控制面板依網(wǎng)線與DSP電路單元呈雙向連 接；所說的CPLD擴展芯片與DSP電路單元呈雙向連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中所說的一種基于數(shù)字信號處理芯片控制的有源電力濾波器的裝 置，其特征在于所說的DSP為TMS320F28335浮點型DSP。
4.根據(jù)權(quán)利要求1中所說的一種基于數(shù)字信號處理芯片控制的有源電力濾波器的裝 置，其特征在于所說的光纖通訊裝置和驅(qū)動電路主要包括通訊光纖、驅(qū)動電路和驅(qū)動電路 側(cè)的光電轉(zhuǎn)換單元；所說的驅(qū)動電路側(cè)的光電轉(zhuǎn)換單元的輸入端依通訊光纖接收由CPLD 擴展芯片發(fā)出的控制脈沖，其輸出端與驅(qū)動電路的輸入端連接；所說的驅(qū)動電路將輸出的 驅(qū)動脈沖輸出給五電平功率電路；所說的通訊光纖含24路驅(qū)動電路光纖和6路反饋信號傳 輸光纖；其中24路驅(qū)動電路光纖是用來將CPLD擴展芯片輸出的24路控制脈沖輸出至驅(qū)動 電路的通訊光纖，所說的6路反饋信號傳輸光纖是將驅(qū)動電路的工作狀態(tài)反饋給CPLD的傳 輸光纖。
5.根據(jù)權(quán)利要求1中所說的一種基于數(shù)字信號處理芯片控制的有源電力濾波器的 裝置，其特征在于所說的驅(qū)動電路側(cè)光電轉(zhuǎn)換單元包括濾波電容C01、信號接收光纖頭 0P2521、上拉電阻RD1、二極管D2、放電電阻R5、電容C4、電容C5、斯密特觸發(fā)器40106芯片； 其中，所說的濾波電容COl連接信號接收光纖頭0P2521的引腳；所說的上拉電阻RDl與信 號接收光纖頭0P2521的引腳連接；所說的二極管D2和放電電阻R5并聯(lián)后串在信號接收光 纖頭0P2521和斯密特觸發(fā)器40106芯片之間；所說的電容C4、電容C5分別與斯密特觸發(fā) 器40106芯片的引腳連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1中所說的一種基于數(shù)字信號處理芯片控制的有源電力濾波器的裝 置，其特征在于所說的驅(qū)動電路由包括2SD315A驅(qū)動芯片的驅(qū)動電路組成；其中驅(qū)動芯片 的輸入端接收斯密特觸發(fā)器40106芯片的輸出信號；所說的驅(qū)動芯片的輸出端與五電平功 率單元的輸入端連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1中所說的一種基于數(shù)字信號處理芯片控制的有源電力濾波器的裝 置，其特征在于所說的五電平功率電路包括單相8個含續(xù)流二極管的IGBT主管、濾波電感Lf ；所說的每相8個含續(xù)流二極管的IGBT主管呈串聯(lián)連接，其一端連接到濾波電感端，另一端連接到一起；所說的每單相8支IGBT主管與濾波電感Lf連接，并串聯(lián)到電力裝置中。
專利摘要一種基于數(shù)字信號處理芯片控制的有源電力濾波器的裝置，它是由控制面板、中央數(shù)據(jù)處理電路、光電轉(zhuǎn)換電路、光纖通訊裝置和驅(qū)動電路、五電平功率電路和電流采樣電路組成。本實用新型提高控制的速度和精度，改善了傳統(tǒng)定點型DSP編程復(fù)雜的問題，使整個控制裝置具有很好的調(diào)節(jié)性能和可靠性；改善了傳統(tǒng)模擬信號傳輸方式引起的信號衰弱，抗干擾能力差的問題；提高裝置容量以及補償電壓，改善輸出電壓的諧波特性；驅(qū)動脈沖的觸發(fā)芯片具有驅(qū)動能力強、控制方便、并具有過壓、過流的保護功能，有廣闊的市場應(yīng)用前景。
文檔編號H02J3/01GK201562968SQ200920251230
公開日2010年8月25日 申請日期2009年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月3日
發(fā)明者周雪松, 宋代春, 權(quán)博, 李圣明, 田密, 程德樹, 馬幼捷 申請人:天津理工大學(xué)