gec-300s励磁调节器设计与实现

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1、SoC励磁调节器设计与实现袁占辉　张凌俊　（北京四方吉思电气有限公司北京100084）【摘要】　在励磁调节器的设计中，高性能与低成本往往不可兼得。GEC-300S励磁调节器是采用先进的SoC（片上系统）技术和系统分层化设计理念研制的面向中小型容量机组应用的新型励磁调节器，目标是实现低成本、功能完善、高性能和高可靠性的融合。配合友好的图形化操作界面，利用单片DSP实现励磁调节所需的采样、控制规律计算、触发脉冲生成、通讯等全部功能。【关键词】励磁调节器　DSP　SoC分层化设计　零动态恒无功1.概述出于对电网更高稳定水平的需求，部分电网对系统中小容量机组的励磁系统提出

2、较高要求。如多目标控制要求励磁调节器的计算性能更高效；快速控制要求励磁调节器的控制性能更加实时精准；电厂信息自动化（DCS、LAN、Internet）要求微机励磁控制器的通讯性能更加方便快捷；与此同时，用户对厂家产品的成本控制也提出更加严格的要求。为了满足用户的以上需求，采用全新的设计理念和当今最前沿的SoC技术，研制低成本、高性能、功能完善基本同大型机组励磁系统的励磁调节器的必要性日益紧迫。GEC-300S是在评估了电厂、电网用户的全方位需求后研制的，其设计目标为：采用尽量少的控制板件（1-2块）、低硬件成本、免维护、控制高性能、软件功能齐全、保护限制完善、高通

3、讯性能。GEC-300S励磁调节器开发的全新设计理念体现在以下两个方面：基本功能单元的简单化与高度集成化和系统结构的合理分层化。整体设计采用代表了目前最高的集成度水平的片上系统(System-on-Chip)技术，实现了系统的简单化与高可靠性。但另一方面，虽然目前SoC的性能已非常全面，但企图以单个SoC实现新励磁调节器的所有功能是非常不合理的，为此GEC-300S励磁调节器配置了合理的图形化人机界面操作系统，从而简化SoC功能，保证了励磁调节器的高效性。2.硬件设计2.1硬件系统构成GEC-300S励磁调节器采用分层的控制体系结构来满足用户对励磁产品的控制性能、

4、图形化界面、通讯等多方面的要求。为保证其高效性能，GEC-300励磁调节器适当分解DSP主处理器的功能，使其调试操作、参量修改和显示、波形数据保存及提取功能由彩色智能触摸液晶屏模块实现，因此将控制体系分为两层结构：自动电压调节单元AVR(AER)、人机交互界面HMI。同时，结构上采用双层板卡，灵活紧凑的设计减小了控制器的体积，进一步减少了成本。其硬件系统组成框图如图1所示。图1　硬件系统组成框图1.1自动电压调节单元设计自动电压调节单元采用双层板卡结构，顶板主要包括主处理器模块、数字量开入开出模块、现场总线通讯模块等。底板主要信号采样调理模块、D/A输出模块、触发

5、脉冲隔离放大模块及电源转换模块等。2.2.1主处理器模块GEC-300S调节器自动电压调节单元主处理器选用TI公司C28x系列的TMS320F2812[1]DSP芯片。在目前测控领域应用中，TMS320C28x是最先进、功能最强大的32位定点DSP处理器。它既有数字信号处理能力，又具有强大的事件管理能力和嵌入式控制功能，同时还集成了闪存、高速A/D转换器、高性能的CAN模块等。具有较高的性价比，利用它可以降低开发难度，缩短产品面市时间，有效地降低了开发成本。2.2.2信号采样调理模块TMS320F2812内部集成了ADC采样模块，内嵌模拟多路复用开关，采样保持电路

6、，所以只需把交流信号变换放大为最大不超过3V的电压，输入到模拟量输入通道即可。GEC-300S调节器信号采样调理模块由6路交流电压采样回路、3路交流电流采样回路、3路交直流隔离放大输入回路及1路同步电压测频回路组成。同时，为兼容双路测频功能，由交流电压采样环节冗余1路测频回路。2.2.3　D/A输出模块利用TMS320F2812芯片的事件管理模块，通过逻辑门缓冲器输出周期和占空比均可变、幅值为5V的脉宽调制信号（PWM），再通过三阶模拟低通有源滤波器滤掉PWM输出的高频部分，保留低频的直流分量，即得到对应的D/A输出。2.2.4数字量开入开出模块数字量输入输出电路

7、采用光电隔离，同时在光藕的输入端加一个二极管防止反接。2.2.5触发脉冲隔离放大模块GEC-300S调节器触发脉冲由TMS320F2812事件管理模块直接生成，通过光耦隔离和三极管放大后输出。2.2.6现场总线通讯模块现场总线模块包括RS485/422、CAN通讯方式，板上设计有RS232接口与HMI单元通讯。DSPTMS320F2812片上内嵌了增强型CAN控制器（eCAN）模块，是TI公司新一代32位高级CAN控制器。收发器选用了PHILIPS公司生产的82C250高性能CAN总线收发器。它是CAN总线控制器和物理总线的接口，可以提供对CAN总线的差动发送和接

8、受能力，具