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IP核设计相关技术文章UPFC控制器IP核的主要功能及设计方案分析

引言

统一潮流控制器(Unified Power Flow Con-troller,简称UPFC)是一种可以较大范围地控制电流使之按指定路经流动的设备,它可在保证输电线输送容量接近热稳定极限的同时又不至于过负荷。控制系统是UPFC的核心部分,它的主要功能是监测交流电网的传输和控制输出逆变波形,不但能使输出波形的频率跟定电网频率,而且可对输出波形的幅值和相位进行调节。

随着微电子技术的不断发展,各种新器件和新的设计方法不断出现,使得UPFC的控制系统设计也在不断发展。近年来,随着IC集成度的不断提高而出现的现场可编程逻辑阵列(FieldProgrammable Gate Array,简称FPGA)就是由可编程逻辑器件PLD(Programmable Logic Device)发展而来的新型器件,FPGA不但可以用于单个控制器件,而且可以用于整个系统。因而又诞生了一种新的系统设计方法——片上可编程系统SOPC(System on a Programmer ChIP)。这是一种基于IP核(Intellectual Property core)的新系统。它既具有软件的灵活性,又同时具有硬件的处理速度,更重要的是,它可以和微处理器软核等IP核构成整个系统,还可以根据需要对该系统进行重新设计,从而提高系统的灵活性、可靠性,以及抗干扰能力。本文利用Altera公司的Quartus开发工具设计了一个基于Avalon总线接口的UPFC控制器IP核,以便于和NiosII组成一个完整的控制系统。

1 、UPFC控制器IP的主要功能

UPFC控制器的IP主要用来输出3路相位分别相差2π/3的正弦波形数据和3路相位分别相差2π/3的三角载波波形数据。由于UPFC控制系统采用SPWM调制技术,所以要求UPFC控制器IP输出的正弦波频率应跟电网频率保持一致,输出的正弦波幅值和相位可以根据需要进行调节;而输出的三角载波频率、幅值和相位则保持不变。

UPFC控制器IP核主要基于Avalon总线接口,其结构如图1所示。它有7种输入信号和2组输出信号。其中输入信号分别为时钟信号clk、低有效复位信号reset_n、地址信号address、高有效写信号write、32位的数据信号writedata[31..0]、同步信号load、激励信号multi_freq等;输出信号主要是三路相位分别相差2π/3的正弦波(sin_a,sin_b,sin_c)和1路三角载波(tri_out)。