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CPLD控制器在四步换流中的应用

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CPLD控制器在四步换流中的应用
【摘要】本文采用CPLD开关序列器来实现矩阵变换器的四步换流，具体仪
器是采用了DP-Altera综合仿真试验仪。本文介绍DP-Altera综合仿真试验仪以
及如何采用CPLD来实现四步换流，并用MAX+plusII 10.0软件对其进行软件仿
真，最后将产生的逻辑烧入DP-Altera综合仿真试验仪的CPLD控制器中实现对
开关矩阵的四步换流控制。

【关键词】CPLD;四步换流;矩阵变换器;软件仿真
Abstract：This paper adopts CPLD switching sequence for matrix converter four
step commutation，specific instrument is the use of the DP-Altera integrated
simulationtester.This paper introduces DP-Altera integrated simulation tester
and how to use CPLD to achieve the four step commutation，and carries on the
simulation software by using MAX+plusII 10 software，the realization of the switch
matrix of four step commutation control CPLD controller will finally produce logic
burned into the DP-Alteraintegrated simulation of test meter.

Keywords：CPLD;four step commutation;matrix converter;simulation software
一、CPLD的介绍
DP-Altera综合仿真试验仪采用了Altera公司的EPM7128S系列CPLD作为
目标CPLD。

通过学习Altera公司的EPM7128S系列CPLD，可编程构建UART串联通信
控制器，构建数码管动态扫描控制器，构建按键和LED显示控制器，构建PWM
调制控制器以及构建频率发生器等。

其硬件结构包括8个部分：2个RS-232通信接口;11个输入按键;8个静态输
出的LED;4个动态扫描方式的数码管;8*8的点阵LED;PWM输出;检测电机的转
速的红外收发器;蜂鸣器。

本设计中的四步换流是基于Altera公司生产的可编程逻辑器件
EPM7128SLC84-10型的CPLD实现的，该型号CPLD属于MAX7000系列。

二、四步换流逻辑电路的设计
L.Zhang提出了一个数字电路，该电路可实现与一相输出线相连的三个双向
开关之间的四步换流。本文修改了L.Zhang的数字电路，把该数字电路结合了单
相/两相矩阵变换器的特点画出单相/两相矩阵变换器每个桥臂的上下两个双向开
关之间的四步换流的数字电路（如图1所示）。图中PWM是由DSP输出的上桥
臂的开关信号，经过取反后得到下桥臂的开关信号高电平表示开通，低电平表示
关断。CS表示电流方向信号输入端，S1P、S1N分别表示上桥臂双向开关的正
向开关信号和负向开关信号的接入端，S2P、S2N分别表示下桥臂双向开关的正
向开关信号和负向开关信号的接入端。CK表示时钟信号，它决定四步换流中每
一步的时间长短。

图1 四步换流逻辑电路
三、实现开关的四步换流的MAX+plusII 10.0的软件仿真
当CS为1，即当电流方向从该桥臂中间向负载方向流动时该桥臂的四个开
关管的四步换流仿真波形图（如图2所示）。

图2 四步换流仿真图一
当CS为0，即当电流方向从负载向该桥臂中间方向流动时该桥臂的四个开
关管的四步换流仿真波形图（如图3所示）。

图3 四步换流仿真图二
四、结论
本文通过DP-Altera综合仿真试验仪，修改了L.Zhang的数字电路，把该数
字电路结合了单相/两相矩阵变换器的特点画出单相/两相矩阵变换器每个桥臂的
上下两个双向开关之间的四步换流的数字电路。实现开关的四步换流的
MAX+plusII 10.0的软件仿真。

参考文献
[1]L.Zhang，C.Wathanasam，W.Shepherd.Switch Sequencer Circuit for Safe
Commutation of a Matrix Converter[C].Electronics Letters 31th Augest 1995，31
（18）：1530-1532.

[2]傅航熙，汤宁平.一种矩阵变换器及其应用仿真研究[J].江苏电器，2008
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[3]方永丽，唐轶，马星河等.矩阵变换器四步换流策略的优化方法研究[J].中
国矿业大学学报，2006，35（5）：662-666.DOI：10.3321/j.issn：
1000-1964.2006.05.020.

[4]彭俊，唐惠玲，王志平等.基于四步换流策略的矩阵整流器的研究[J].价值
工程，2013（7）：26-28.

[5]王飞.低压铸造智能控制系统的研究[D].北京工商大学，2008.
张家峰，现供职于湄洲湾职业技术学院。

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全局布线池（GRP）
GRP是GLB之间互连管理的一个模块， 它可以被编程，所有的GLB之间的布 线都必须经过它。
I/O示意图 IOB包括输出缓冲、输入缓冲、输出使能多路器、总线保持电路。 每个输出管脚都支持一系列不同的输出标准，例如LVTTL、 LVCMOS18、LVCMOS33、LVCMOS25、PCI Compatible等等。它可以 被配置成OD门（漏极开路的门电路）。
ORP示意图
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查找表（LUT）结构本质上是一个RAM，它类似于一块有4个输入、16个输出的16bit的存取器（当然也有5输入的结构）， 这个存取器里面储存了所有可能的结果，然后由输入来选择哪个结果应该输出。当用户通过原理图或者HDL语言来描述 一个逻辑电路时，PLD/FPGA的综合软件和布局布线软件会自动计算逻辑电路中所有可能的结果，并且把结果事先写入 RAM。这样对输入信号进行逻辑运算就相当于输入一个地址进行查表，找出并输出地址对应的内容。如果把输出的D触发 器旁路而直接输出，则便实现了组合逻辑，反之，如果有D触发器则实现了时序逻辑。
QuartusⅡ简介
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可配置逻辑块（CLB）
2.4FPGA芯片结构
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数字时钟管理模块（DCM）
与传统的CPLD相比对，它含有丰富的 时钟管理模块DCM，通过DCM模块对输 入时钟进行调整，可以生成相位频率 可控的二级时钟或者全局时钟信号
多数FPGA都具有内嵌的块RAM， 这大大拓展了FPGA的应用范围和 灵活性。块RAM可被配置为单端口 RAM、双端口RAM、内容地址存储 器 （CAM）以及FIFO等常用存储 结构。
特高压直流输电换流阀控制系统应用

特高压直流输电换流阀控制系统应用

特高压直流输电换流阀控制系统应用摘要：换流阀作为换流站中的关键设备，能实现交流电与直流电之间相互转换。

换流阀控制系统主要功能是触发、监视和保护换流阀。

以±800kV特高压东方换流A5000换流阀为背景，介绍换流阀控制系统的原理及配置方式，对阀控单元及晶闸管控制单元的重点功能进行详细分析。

针对实际运行中需要重点关注的阀控接口信息，给出归纳与总结，为今后换流阀系统的运行维护及消缺处理提供参考。

关键词：特高压直流输电系统；换流阀；晶闸管；换流阀控制；接口技术特高压直流输电技术是指采用直流电压进行输电的技术。

直流输电作为特高压输电的一种形式，是目前解决高电压、大容量、远距离输电和电网互联问题的重要手段。

随着电力系统的需求扩大和电力电子技术不断发展，特高压直流输电技术日渐成熟，换流站作为特高压直流输电的龙头，其可靠性要求特别高，尤其是换流站的核心元件换流阀，由成千上万个元部件组装，结构复杂，安装难度高。

1.特高压直流输电1.1特高压直流输电性能特点特高压直流输电的原理为：发电系统发出交流电，升压后，送电端的换流器将交流电整流为高压直流电，通过直流输电线路将高压直流电输送到受电端，受电端再通过换流器将直流电逆变成交流电，最终送入送电端的交流电网[1]。

与交流输电相比，直流输电技术具有线路造价低、输送容量大、输电距离远、控制灵活、节省输电走廊占地的特点。

因此我国电力远距离大规模输送必然选择特高压直流输电技术[2]。

1.2主接线方式我国±800kV特高压直流输电换流阀采用双12脉冲阀串联结构，如图1所示。

其电压组合有±400kV+±400kV、±500kV+±300kV和±600kV+±200kV3种方式，一般情况下采用±400kV+±400kV组合。

运行中根据需要，双12脉冲阀主接线中需要配置旁路开关，以便根据运行情况而切换运行方式。

DSP和CPLD型矩阵变换器系统的实验研究

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ｉｅｔ ｅ ｆ ｕ ｔｐ ｃ ｒｅ ｔ ｏ ｚ ｈ ｒｓ ｕ ｒ ｎ ｍｍｕ ｉａ ｉｎ ｌｇ ｃ ｃ ｎｒ ｌａ ｅｌａ ｐ ｎ ａ ｄ ｃ ｏ ｅ ｂ — ｉ ｃ ｉｎ ｌｐ ｗ ｒｓ ｔｈ， ｅ ＡＤＳ ３ ４ ｉ ｏ ｅ ｃ ｎ ｃ ｔ ｏ ｉ ｏ ｔ ｓｗ ｌ ｓｏ ｅ ｎ ｌ ｓ ｉｄｒ ｔ ａ ｏ ｅ ｗｉ ｏ ｏ ｅ ｏ ｃ ｔ ｈ ８ ６ ｓ
Ｅｘｐ ｒｍ ｅ ａ ｓ ａ ｃ ｆＭ ａ ｒ ｘ Ｃｏ ｅ ｔ ｒ Ｓ ｓ ｅ ａ ｅ ｏ ｅ ｉ ｎｔ ｌＲｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｔ ｉ ｎｖ ｒ ｅ ｙ ｔ ｍ ｂ ｓ ｎ ＤＳＰ ｎｄ ＣＰＬＤ ａ
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维普资讯 http:/பைடு நூலகம்
第４ ２卷 第 ６期
２ｏ ０ ８年 ６ 月
电 力 电 子 技 术
Ｐｏ ｒＥｌ ｃｒ ｎ ｃ ｗｅ ｅ ｔｏ ｉ ｓ
Ｖｏ ． １ ４２．Ｎｏ． ６
Ｊ ｎ ．０ ８ ｕ ｅ２ ｏ
ＤＰ ＣＬ Ｓ 和 Ｐ Ｄ型矩阵变换 器系统的实验研 究
面板 电路 ； 软件 部 分包 括基 于 Ｄ Ｐ的控 制 算法 程序 Ｓ
２ 矩 阵变 换 器 设 计
ＭＣ系统 的实 验样 机 设计 分 为硬 件 部分 和 软件
部分 。硬件 部分包 括主 电路 、 冲 电路 、 入 电压 的 缓 输 检 测 电路 、输 出 电压 和输 出 电流 的检测 电路 、 Ｓ ＋ Ｄ Ｐ Ｃ Ｌ 电路 、Ｄ ８６ ＰＤ Ａ Ｓ ３４采样 电路 、Ｈ ＬＰ单 片机 控制 Ｐ ＩＩ
设 计 的 正确 性 、 可行 性 和 稳 定 性 ． 为矩 阵式 变 换 器 的 实 际应 用 提 供 了 实验 基 础 。
电力电子器件在直流变交流转换中的应用

电力电子器件在直流变交流转换中的应用

电力电子器件在直流变交流转换中的应用 随着现代电力系统的发展，直流变交流转换技术在能源传输和分配中发挥着越来越重要的作用。而电力电子器件作为直流变交流转换技术的核心组成部分，具有重要的应用价值。本文将探讨电力电子器件在直流变交流转换中的应用，包括直流输电、电力电子变压器和直流供电系统等。

一、直流输电 直流输电是通过高压直流电传输能量和电力的一种方式，相较于传统的交流输电，具有更低的传输损耗、更高的输电效率和更远的传输距离等优势。而电力电子器件在直流输电中扮演着重要的角色。例如，高压直流输电系统中的换流器使用大功率晶体管或大功率开关管等电力器件，实现了直流电源和交流负载之间的双向能量转换。

二、电力电子变压器 电力电子变压器是一种新型的能量转换设备，其可以实现电能的高频传输，提供了一种新的替代传统变压器的解决方案。与传统变压器相比，电力电子变压器具有更高的效率、更小的体积和更灵活的控制性能。电力电子器件作为电力电子变压器的关键组成部分，可以实现直流到高频交流的转换，同时通过电力电子开关实现变压器的电气隔离。

三、直流供电系统 随着新能源的大规模接入和直流负载设备的普及，直流供电系统逐渐成为一种新的趋势。而电力电子器件在直流供电系统中发挥着重要的作用。例如，直流供电系统中采用的可控硅和新型的功率开关器件，可以实现高效的直流到直流的能量转换，提高能源利用率。此外，电力电子器件还可以实现直流供电系统与交流电源之间的连接，通过逆变器等电力器件将交流电转换成直流电。

总之，电力电子器件在直流变交流转换中具有广泛的应用。通过直流输电、电力电子变压器和直流供电系统等技术的发展与应用，可以实现电力系统的高效稳定运行，促进能源的可靠传输与利用。随着对能源效率和可再生能源的日益关注，电力电子器件在直流变交流转换领域的研究与应用将继续得到推广和发展。