基于CPLD的柔性直流輸電信息傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘要：設(shè)計(jì)了一種基于CPLD的信息傳輸系統(tǒng)，用于柔性直流輸電閥控系統(tǒng)與下級(jí)子模塊之間的數(shù)據(jù)交換。通過(guò)采用高速元件、冗余電路設(shè)計(jì)、軟件算法優(yōu)化等措施，使得該系統(tǒng)能夠在保證數(shù)據(jù)快速響應(yīng)的前提下，運(yùn)行在高電壓和強(qiáng)電磁干擾環(huán)境下。給出了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的硬件原理圖、軟件流程圖和測(cè)試波形。實(shí)際測(cè)試結(jié)果表明，該設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)單可行、抗干擾能力強(qiáng)，可以滿足柔性直流輸電系統(tǒng)信息的可靠快速傳輸。
關(guān)鍵詞：柔性直流輸電；信息傳輸；閥控系統(tǒng)；CPLD

0 引言
近年來(lái)，風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電等可再生能源發(fā)電已經(jīng)成為未來(lái)電力系統(tǒng)的發(fā)展方向。但這些清潔能源的分布往往具有分散，遠(yuǎn)離主電網(wǎng)的特點(diǎn)。柔性直流輸電技術(shù)作為一種新型輸電技術(shù)，它可將這些小型電源通過(guò)經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的方式接入交流電網(wǎng)，成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。
從國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀來(lái)看，對(duì)柔性直流輸電的研究重點(diǎn)放在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上。本文所提出的信息傳輸系統(tǒng)為控制系統(tǒng)的一部分，其運(yùn)行在高電壓、強(qiáng)磁場(chǎng)的環(huán)境中，在完成上級(jí)控制系統(tǒng)與下級(jí)子模塊之間龐大信息量通信的同時(shí)，也要保證整個(gè)信息傳輸系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性。因此，本系統(tǒng)對(duì)信息的傳輸速率、抗干擾能力和系統(tǒng)的可靠性將有很高的要求。本設(shè)計(jì)通過(guò)采用高速率元件，信息隔離技術(shù)，軟件優(yōu)化等，著重于解決這些問(wèn)題。

1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)
信息傳輸系統(tǒng)屬于上級(jí)控制系統(tǒng)與下級(jí)子模塊的中間系統(tǒng)，是信息通信的橋梁，主要完成的功能是將上級(jí)控制系統(tǒng)下發(fā)的冗余信息進(jìn)行處理，采集正確的信息下發(fā)至下級(jí)子模塊中，其整體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
與傳統(tǒng)的信息傳輸系統(tǒng)相比較，本設(shè)計(jì)在硬件方面做得最大突破是采取冗余設(shè)計(jì)。能夠降低信息上傳和接收出現(xiàn)故障的風(fēng)險(xiǎn)，提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。同時(shí)為了保證傳輸速率，本設(shè)計(jì)所有元件的速率都在10 Mb／s以上。
2．1 電氣隔離設(shè)計(jì)
上級(jí)控制系統(tǒng)向下級(jí)子模塊下發(fā)的為高頻信號(hào)，高頻信號(hào)的抗干擾能力以及傳輸?shù)臏?zhǔn)確性將直接影響整個(gè)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。
本系統(tǒng)在對(duì)高頻信號(hào)進(jìn)行傳輸時(shí)，摒棄傳統(tǒng)的傳輸方法，采用電氣隔離技術(shù)進(jìn)行傳輸，提高了信息傳輸?shù)目垢蓴_性，同時(shí)能夠保證在本系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，上級(jí)控制系統(tǒng)不受到影響。
選取AVAGO公司的ACPL-074L雙通道光耦器件，具有體積小、壽命長(zhǎng)、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，速率可達(dá)到15 Mb／s，符合本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。電路設(shè)計(jì)原理圖如圖2所示。