基于CPLD的柔性直流輸電信息傳輸系統的設計

摘要：設計了一種基于CPLD的信息傳輸系統，用于柔性直流輸電閥控系統與下級子模塊之間的數據交換。通過采用高速元件、冗余電路設計、軟件算法優化等措施，使得該系統能夠在保證數據快速響應的前提下，運行在高電壓和強電磁干擾環境下。給出了系統設計的硬件原理圖、軟件流程圖和測試波形。實際測試結果表明，該設計方案簡單可行、抗干擾能力強，可以滿足柔性直流輸電系統信息的可靠快速傳輸。
關鍵詞：柔性直流輸電；信息傳輸；閥控系統；CPLD

0 引言
近年來，風力發電、太陽能發電等可再生能源發電已經成為未來電力系統的發展方向。但這些清潔能源的分布往往具有分散，遠離主電網的特點。柔性直流輸電技術作為一種新型輸電技術，它可將這些小型電源通過經濟、環保的方式接入交流電網，成為國內外研究的熱點。
從國內外研究現狀來看，對柔性直流輸電的研究重點放在控制系統的設計上。本文所提出的信息傳輸系統為控制系統的一部分，其運行在高電壓、強磁場的環境中，在完成上級控制系統與下級子模塊之間龐大信息量通信的同時，也要保證整個信息傳輸系統的穩定性與可靠性。因此，本系統對信息的傳輸速率、抗干擾能力和系統的可靠性將有很高的要求。本設計通過采用高速率元件，信息隔離技術，軟件優化等，著重于解決這些問題。

1 系統整體結構
信息傳輸系統屬于上級控制系統與下級子模塊的中間系統，是信息通信的橋梁，主要完成的功能是將上級控制系統下發的冗余信息進行處理，采集正確的信息下發至下級子模塊中，其整體結構框圖如圖1所示。

2 系統硬件結構設計
與傳統的信息傳輸系統相比較，本設計在硬件方面做得最大突破是采取冗余設計。能夠降低信息上傳和接收出現故障的風險，提高了系統的可靠性和穩定性。同時為了保證傳輸速率，本設計所有元件的速率都在10 Mb／s以上。
2．1 電氣隔離設計
上級控制系統向下級子模塊下發的為高頻信號，高頻信號的抗干擾能力以及傳輸的準確性將直接影響整個系統的準確性。
本系統在對高頻信號進行傳輸時，摒棄傳統的傳輸方法，采用電氣隔離技術進行傳輸，提高了信息傳輸的抗干擾性，同時能夠保證在本系統發生故障時，上級控制系統不受到影響。
選取AVAGO公司的ACPL-074L雙通道光耦器件，具有體積小、壽命長、抗干擾能力強等優點，速率可達到15 Mb／s，符合本系統的設計要求。電路設計原理圖如圖2所示。