基于FPGA的有源电力滤波器高速数据采集系统的设计.pdfVIP

陵 基于FPGA的有源电力滤波器高速数据采集系统设计 ≮ 述 石 峰 ，吴 笛 ，祁建华 (1．中国长江电力股份有限公司市场营销部，湖北 宜昌443002； 2．中国长江电力股份有限公司三峡电厂，湖北 宜昌 443133) 摘 要：有源电力滤波器(APF)已成为治理谐波的主要手段之一，其谐波检测环节要求对多路数据进行高速采集。 现场可编程门阵列(FPGA)器件具有资源丰富、接口灵活、并行计算等特点，其与外部AD结合能实现稳定可靠的 高速数据采集数字系统设计。文章基于FPGA和一款快速A／D转换芯片AD7864提出一种高速数据采集电路设计方 法：首先，提 出硬件系统结构框图；其次，介绍AD7864的时序，基于FPGA程序开发软件Qua~uslI，说明其AD控制 的状态机设计方法并给出其流程；最后，通过对三相系统电压信号采样，证明其采样效果良好，能够满足APF的高 速数据采集要求。 关键词：有源电力滤波器；现场可编程门阵列器件；数据采集；硬件描述语言 中图分类号：TP332 文献标志码：A 文章编号：1673—7598(2008)10—0036—04 辑单元到现在单片25万个可用逻辑单元的惊人发 0 引言 展，当前数百万门的单片FPGA也已推出。从简单的 第 驱动 电路设计到复杂 的状态机 ，甚至 “System 36 卷 随着电力电子装置在电力系统中的应用 日益广 OnChip”——一编程实现片内CPU，FPGA在数字电路 泛，谐波和无功功率产生的电能质量问题己引起人 设计中的作用越来越重要。 第 1O 们的关注…。目前，抑制谐波的一个重要手段是采用 为此，本文基于FPGA器件和快速A／D转换芯片 期 有源电力滤波器 (ActivePowerFilter，APF)来补偿 提 一种APF高速数据采集电路，给 ；其程序状态 喈波2／,3J。APF埘频率和幅值变化的谐波具有跟踪补 机设计方法，通过实验验证能够满足APF对信号采 偿能力，且补偿特性不受电网阻抗的影响l4_，因而受 样的实际要求。 固 到广泛重视。 目前，APF的检测与控制环节大多采用数字电 1 AD芯片及数据采集电路设计 路米实现，如何从系统电流采样数据中精确而快速 地提取补偿 电流分量已成为APF实现谐波补偿的关 由于FPGA本身不具备A／D转换模块 ，必须使用’ 键环节 。 于有源电力滤波器的谐波及无功检测 #b~]IA／D转换电路。本文采用AD7864作为AD转换芯 算法部分需要输入多个电压以及电流信号， 且埘 片，该器件是12位4通道高速双极性AD，最快转换时 信号检测与处理的实时性要求很高，此高速、多通 间可达1．65txs，是AD公司高速电压式AD的代表产 道的数字采样系统显得尤为重要。 品。AD7864采用混合式电路设计方式，片内由12位 随着数宁处理芯片技术的 速发展，高性能数 DAC、时钟电路 、5V高精度参考电压源和比较器组 7信号处理器(DSP)以其高速处理能力及强大而又 成，无需任何外部电路即可完成整个AD转换的过 灵活的接L与『通信能力已在许多数字控制系统巾得 程，信号输入范罔可为0～5V、±5V或+10V 相比于 剑应H{。但DSP存在易受干扰的弱点，而具有没