基于雙DSP硬件架構(gòu)的固態(tài)開關(guān)控制系統(tǒng)設(shè)計

如圖5所示，主、協(xié)DSP除單線GPIO直連端口外，主要通過FPGA相連。連接端口包括并行系統(tǒng)總線端口和通用I／O(GPIO)端口，分別用于傳遞“16位數(shù)據(jù)”和“開關(guān)信號”參量。并行系統(tǒng)總線端口用于連接DSP和FPGA內(nèi)置的雙口RAM。該數(shù)據(jù)端口可使主、協(xié)DSP以兆赫茲級的速度并行通訊，適合傳輸大量的系統(tǒng)參數(shù)。GPIO端口則用于快速傳遞各種故障狀態(tài)。此外，F(xiàn)PGA還負(fù)責(zé)實現(xiàn)底層保護功能，微處理器如DSP雖可滿足系統(tǒng)智能化控制需求，但一些不可預(yù)知事件會導(dǎo)致控制系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重故障。因此，除DSP外，系統(tǒng)利用FPGA增加了納秒級控制速度的底層保護功能。如圖5所示，系統(tǒng)電流與溫度開關(guān)信號經(jīng)過模擬信號調(diào)理模塊形成過流、過溫故障信號后，直接送入FPGA。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生過流、過溫故障時，F(xiàn)PGA故障鎖存模塊將使晶閘管控制信號失效。整個保護過程所涉及信號處理單元少，結(jié)構(gòu)簡單，大大提高了系統(tǒng)的可靠性和響應(yīng)速度。在此將進一步介紹各主要控制系統(tǒng)功能模塊的實現(xiàn)方法，并給出實體裝置的運行結(jié)果。

4 主要系統(tǒng)功能的實現(xiàn)
4．1 主DSP功能
改進后的切換控制流程如圖6所示。

由于系統(tǒng)采用雙DSP控制架構(gòu)，每個DSP運算量較小，采用TMS320F12812型DSP芯片即可滿足需求。根據(jù)SSTS控制系統(tǒng)需求，主DSP主要配
置了外部中斷、外部存儲器接口、SCI等外設(shè)。其中，外部存儲器接口用于連接FPGA內(nèi)置的雙口RAM。根據(jù)系統(tǒng)仿真結(jié)果，主DSP程序在MBB控制基礎(chǔ)上增加了對故障位置的判斷。當(dāng)故障發(fā)生在負(fù)載側(cè)即故障電流很大時，應(yīng)切斷負(fù)載一段時間后(大于系統(tǒng)繼電保護重合閘時間)，再次嘗試接入電源。若重新投切仍不成功，則說明負(fù)載故障無法恢復(fù)，不再切入任何電源。
4．2 同步信號采樣的實現(xiàn)與改進
在電力系統(tǒng)運行中，由于種種原因可能引起電網(wǎng)頻率漂移，若采樣周期不是實際周期信號整數(shù)倍，會造成頻譜泄露，從而引起誤差。采用鎖相環(huán)跟蹤鎖定電網(wǎng)頻率可解決該問題。硬件鎖相環(huán)電路主要由方波產(chǎn)生信號電路和鎖相倍頻電路兩部分組成。由過零比較電路產(chǎn)生的50 Hz方波信號經(jīng)過鎖相倍頻電路產(chǎn)生12．8 kHz采樣頻率信號。該電路結(jié)構(gòu)簡單，響應(yīng)速度快，但在系統(tǒng)發(fā)生缺相故障或諧波干擾時，硬件鎖相電路將可能無法可靠跟蹤電網(wǎng)50 Hz信號，造成采樣電路工作不正常。該控制系統(tǒng)將硬件鎖相環(huán)輸出信號送入FPGA進行頻率檢測跟蹤，當(dāng)跟蹤輸出的電網(wǎng)頻率與50 Hz偏差大于1 Hz時，由FPGA輸出標(biāo)準(zhǔn)12．8 kHz采樣觸發(fā)信號，以保證系統(tǒng)可靠運行。