[发明专利]一种基于ZYNQ的静止无功补偿装置

说明书

本发明公开了一种基于ZYNQ的静止无功补偿装置，包括：主控制器、电压源型逆变器、电抗器、功率模块和ZYNQ模块；ZYNQ模块内配置有微处理器、ZYNQ芯片和第一FPGA芯片；功率模块内配置有驱动板和第一可关断半导体器件；驱动板连接主控制器；驱动板内部附带有第二FPGA芯片；第一可关断半导体器件内部设置有开关管Ssubgt;1/subgt;、开关管Ssubgt;2/subgt;、开关管Ssubgt;3/subgt;和开关管Ssubgt;4/subgt;；驱动板用于发出PWM波；开关管Ssubgt;1/subgt;、开关管Ssubgt;2/subgt;、开关管Ssubgt;3/subgt;和开关管Ssubgt;4/subgt;用于接收PWM波；第一FPGA芯片连接第二FPGA芯片；第一FPGA芯片用于对模拟量零漂处理；第二FPGA芯片通过背板LVDS走线与光纤板连接；光纤板通过收发光纤与单元驱动板连接。该装置可实现高效实时动态无功补偿，并保证数据传输的稳定性；并实现芯片的高集成度。

技术领域

本发明涉及静止无功补偿器技术领域，特别涉及一种基于ZYNQ的静止无功补偿装置。

背景技术

静止无功补偿器(SVG)广泛应用于现代电力系统的负荷补偿和输电线路补偿(电压和无功补偿)，尤其在大功率电网中，SVG被用于电压控制或用于获得其它效益，例如提高系统的阻尼和稳定性等。它不再采用大容量的电容器、电感器来产生所需无功功率，而是通过电力电子器件的高频开关实现无功补偿技术。其主要功能包括：1)向电力系统快速、连续、动态的输出感性、容性无功；2)维持线路、受电端电压稳定性，抑制电压波动和闪变；3)补偿系统无功功率，提高功率因数，减少罚款，减少线损；4)消除负序电流，抑制三相不平衡；5)谐波动态补偿，改善电能质量等。SVG装置的技术核心主要在于控制和通信系统，主要是对采集到的相关电气量进行运算，通过对多个全桥模块的开关控制，实现对每个模块的电容电压精确控制，达到装置发出或者吸收无功电流并控制电网侧的无功功率。静止无功补偿装置的控制原理是采用瞬时无功检测方式，以功率因数、系统电压、系统无功功率、装置无功功率为控制目标，动态跟踪电网电能相关指标的变化，并根据电网的变化情况实时调节无功输出，实现电网的高能质量的运行。

目前SVG装置的通信系统有多种硬件设计方案，主流方案是采用单片机或者DSP芯片进行复杂的电气量的计算，结合FPGA芯片进行相关控制逻辑、模拟量采集、通信接口功能，从而实现装置的软硬件协同设计。目前SVG装置大多基于这种多板卡多CPU的架构，芯片的数量直接跟硬件控制板卡的设计复杂度相关，这会使得装置整体复杂度高、体积大、功耗高。芯片间采用片外现场总线通信，这种方式使数据传输速率受限，软硬件不能很好融合，嵌入式系统优势无法发挥到极致。

DSP和FPGA两个处理器之间通常使用片外异步现场总线进行通信，一般使用EMIFA并行总线接口，片外总线的通信方式受EMC影响会使传输速率、传输数据量严重受限，已逐渐无法满足SVG装置更高的现场通信实时性要求。这种多芯片间片外通信架构，其性能相对有限，且稳定性和抗干扰能力较差，普通现场总线的通信速率已达到瓶颈，逐渐无法满足工业控制通信系统对现场总线的需求，多芯片的软硬件协同设计需要开发人员熟悉不同的开发环境，开发难度较大。芯片版本不同，软件开发平台可能不同，芯片的更新还会影响板卡硬件及芯片软件设计，严重影响装置的开发迭代和运维，同时也导致了开发周期过长的问题。

因此，在现有静止无功补偿器的基础上，如何提高现场总线无功补偿速率，满足现场无功补偿的实时性，成为本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提出了一种至少解决上述部分技术问题的基于ZYNQ的静止无功补偿装置，可实现高效实时动态无功补偿，并保证数据传输的稳定性。

本发明实施例提供一种基于ZYNQ的静止无功补偿装置，包括：主控制器；以及与所述主控制器连接的电压源型逆变器、电抗器、功率模块和ZYNQ模块；所述ZYNQ模块内配置有微处理器、ZYNQ芯片和第一FPGA芯片；

所述电压源型逆变器包括：直流电容和逆变器；