一种电力电子通用控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种电力电子通用控制系统，属于电力电子技术领域，包括一个主控板MCU，其特征在于：还包括通过光纤通讯与主控板MCU连接的若干光通讯模拟量输入板OTAI、若干光通讯模拟量输出板OTAO、若干光通讯开关量输入输出板OTDIO和若干光通讯功率单元电路板OTPEBB；主控板MCU，用于获取光通讯模拟量输入板OTAI、光通讯开关量输入输出板OTDIO和光通讯功率单元电路板OTPEBB的信息并进行滤波、控制运算和逻辑处理。本发明专利技术通过模块化设计，易于实现并联功率单元间的并联控制及环流抑制，接线方式简单，具有可靠性高，扩展能力强，维护成本低和适用范围广的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及到电力电子
，尤其涉及一种电力电子通用控制系统，适用于光伏发电变流装置、储能并网变流装置以及大容量不间断电源等大规模功率单元并联型电力电子变流装置。
技术介绍
随着国家对节能减排、低碳环保理念的大力推广和对新能源产业的重点扶持，市场对光伏、风电等新能源发电、大规模储能以及大容量变频驱动等大功率电力电子变流装置的需求与日俱增。控制器作为电力电子变流装置的关键部件之一，直接决定了电力电子变流装置的整体性能以及系统可靠性。目前，多功率单元并联运行模式作为大功率电力电子变流装置的重要特点与发展趋势，采用的控制器主要分为集中式和分布式两种。集中式控制器将信号采集、逻辑故障、运算控制以及PWM脉冲形成集中在一个控制器中，存在柜内走线偏长、接线复杂及易受干扰等缺陷；分布式控制器，其拥有多个控制器，每个控制器承担部分功能，多采用主从控制模式，存在控制器繁多，控制及通讯复杂，成本较高的缺点。此外，现有的控制器普遍是针对特定的电力电子装置进行设计，兼容性和扩展性较差。公开号为CN102510092A，公开日为2012年06月20日的中国专利文献公开了一种风电变流器分布式实时控制单元，其特征在于，机侧采样板、网侧采样板和直流采样板就近安装在功率回路采样点，实现就近采样，把模拟量通过AD转换器转换成数字量再通过光纤以串行方式传给控制器，同时接收控制器发送的硬件故障门槛值和控制命令信息；安装在机网侧功率单元的功率控制板接收控制器发送的脉冲信息，进行串并转换和脉冲故障处理，发送给功率元件，实现变流器的控制，同时实时采样功率单元相电流和温度信号，通过AD转换器转换成数字信号后以串行方式发送给控制器。该专利文献公开的风电变流器分布式实时控制单元，由于实时单元没有设计光纤通讯机制，当在大规模功率单元并联应用场合使用时，容易出现PWM驱动脉冲不一致的情况，致使并联系统之间出现系统环流问题，影响可靠性。公开号为CN102938565A，公开日为2013年02月20日的中国专利文献公开了一种基于大规模并联系统的分布式通讯系统及其控制方法，过程为：在PWM模块的三角载波顶点某时刻，子控制器将采集到的相应变流器柜的模拟及数字信号打包成自定义的一帧数据格式，发送至主控制器；待所有子控制器将采集到的数据发送到主控制器后，产生触发启动信号；主控制器负责控制算法和故障信号的处理，它接收到触发信号后，读取子控制器发送上来的数据，经过计算处理后，将控制命令信息发送至各子控制器，子控制器接收到控制信息后对相应PWM变流器柜进行控制。该专利文献公开的基于大规模并联系统的分布式通讯系统及其控制方法，在分布式通讯系统中，主控制器与子控制器为“一对一”的通讯方式，当并联的功率单元数目较多时，主控制器需要大量的光纤通讯接口，系统接线相当繁杂，且仅针对风电变流器进行设计，应用范围有限。
技术实现思路
本专利技术为了克服上述现有技术的缺陷，提供一种电力电子通用控制系统，本专利技术通过模块化设计，易于实现并联功率单元间的并联控制及环流抑制，且接线方式简单，具有可靠性高，扩展能力强，维护成本低和适用范围广的特点。本专利技术通过下述技术方案实现：一种电力电子通用控制系统，包括一个主控板MCU，其特征在于：还包括通过光纤通讯与主控板MCU连接的若干光通讯模拟量输入板OTAI、若干光通讯模拟量输出板OTAO、若干光通讯开关量输入输出板OTDIO和若干光通讯功率单元电路板OTPEBB；光通讯模拟量输入板OTAI，用于采集测量元件的模拟量信号并进行数模转换，将转换后的数字化信息通过光纤通讯传输至主控板MCU；光通讯模拟量输出板OTAO，用于获取主控板MCU的模拟量输出信号并进行模数转换后，输出模拟量电平；光通讯开关量输入输出板OTDIO，用于获取主控板MCU的开关量输出信号并输出，并将检测到的开关量输入信号传输至主控板MCU；光通讯功率单元电路板OTPEBB，用于获取主控板MCU的PWM输出信号并形成作用于功率单元的PWM脉冲信息，并将检测到的功率单元的故障信号传输至主控板MCU；主控板MCU，用于获取光通讯模拟量输入板OTAI、光通讯开关量输入输出板OTDIO和光通讯功率单元电路板OTPEBB的信息并进行滤波、控制运算和逻辑处理。所述光通讯功率单元电路板OTPEBB包括电源模块、FPGA模块、光纤模块和驱动接口模块，FPGA模块将主控板MCU经光纤模块传递过来的控制信息解码后形成PWM脉冲信息，经驱动接口模块传输至功率单元，并将驱动接口模块采集到的功率单元过压、过流和过温故障信号编码后经光纤模块反馈至主控板MCU。所述光通讯模拟量输入板OTAI包括电源模块、FPGA模块、光纤模块和ADC模块，ADC模块将电压、电流和温度模拟量信号转换为数字量信号后经FPGA模块编码，再通过光纤模块反馈至主控板MCU。所述光通讯开关量输入输出板OTDIO包括电源模块、FPGA模块、光纤模块和开关量接口模块，FPGA模块将主控板MCU经光纤模块传递过来的开关量输出信息解码后传递至开关量接口模块进行输出，并将开关量接口模块检测到的开关量输入信号编码后通过光纤模块反馈至主控板MCU。所述主控板MCU包括CPU模块、FPGA模块、光纤模块、电源模块和通讯模块，FPGA模块将光纤模块接收到的信息进行解码后传输至CPU模块，CPU模块进行运算控制、保护及逻辑处理后形成控制信息，经FPGA模块编码后由光纤模块发送至光通讯模拟量输入板OTAI、光通讯模拟量输出板OTAO、光通讯开关量输入输出板OTDIO和光通讯功率单元电路板OTPEBB进行输出。所述通讯模块为485通讯接口、232通讯接口、现场总线通讯接口或网络通讯接口。所述光通讯模拟量输出板OTAO包括电源模块、FPGA模块、光纤模块和DAC模块，FPGA模块将主控板MCU经光纤模块传递过来的模拟量输出信息解码后传递至DAC模块，通过DAC模块的DA芯片完成模数转换后进行输出。所述光通讯模拟量输入板OTAI、光通讯模拟量输出板OTAO、光通讯开关量输入输出板OTDIO和光通讯功率单元电路板OTPEBB与主控板MCU之间的光纤通讯采用链式连接。本专利技术的工作原理为：在每个控制周期，主控板MCU首先通过光纤通讯从光通讯模拟量输入板OTAI获取数字化后的模拟量信息，从光通讯开关量输入输出板OTDIO获取开关量输入信息，从光通讯功率单元电路板OTPEBB获取功率单元故障信息，再将上述信息进行滤波、控制运算、逻辑处理以及保护，形成新的PWM脉冲信息、模拟量输出信息以及开关量输出信息，最后将PWM脉冲信息通过光纤通讯传输至光通讯功率单元电路板OTPEBB、将模拟量输出信息通过光纤通讯传输至光通讯模拟量输出板OTAO、将开关量输出信息通过光纤通讯传输至光通讯开关量输入输出板OTDIO。本专利技术的有益效果主要表现在以下方面：一、本专利技术，包括若干光通讯模拟量输入板OTAI、若干光通讯模拟量输出板OTAO、若干光通讯开关量输入输出板OTDIO和若干光通讯功率单元电路板OTPEBB，光通讯模拟量输入板OTAI、光通讯模拟量输出板OTAO、光通讯开关量输入输出板OTDIO和光通讯功率单元电路板OTPEBB均与主控板MCU通过光纤通讯，采用模块化设计，可以根据实际电力电子变流装本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电力电子通用控制系统，包括一个主控板MCU，其特征在于：还包括通过光纤通讯与主控板MCU连接的若干光通讯模拟量输入板OTAI、若干光通讯模拟量输出板OTAO、若干光通讯开关量输入输出板OTDIO和若干光通讯功率单元电路板OTPEBB；光通讯模拟量输入板OTAI，用于采集测量元件的模拟量信号并进行数模转换，将转换后的数字化信息通过光纤通讯传输至主控板MCU；光通讯模拟量输出板OTAO，用于获取主控板MCU的模拟量输出信号并进行模数转换后，输出模拟量电平；光通讯开关量输入输出板OTDIO，用于获取主控板MCU的开关量输出信号并输出，并将检测到的开关量输入信号传输至主控板MCU；光通讯功率单元电路板OTPEBB，用于获取主控板MCU的PWM输出信号并形成作用于功率单元的PWM脉冲信息，并将检测到的功率单元的故障信号传输至主控板MCU；主控板MCU，用于获取光通讯模拟量输入板OTAI、光通讯开关量输入输出板OTDIO和光通讯功率单元电路板OTPEBB的信息并进行滤波、控制运算和逻辑处理。

【技术特征摘要】
1.一种电力电子通用控制系统，包括一个主控板MCU，其特征在于：还包括通过光纤通讯与主控板MCU连接的若干光通讯模拟量输入板OTAI、若干光通讯模拟量输出板OTAO、若干光通讯开关量输入输出板OTDIO和若干光通讯功率单元电路板OTPEBB；光通讯模拟量输入板OTAI，用于采集测量元件的模拟量信号并进行数模转换，将转换后的数字化信息通过光纤通讯传输至主控板MCU；光通讯模拟量输出板OTAO，用于获取主控板MCU的模拟量输出信号并进行模数转换后，输出模拟量电平；光通讯开关量输入输出板OTDIO，用于获取主控板MCU的开关量输出信号并输出，并将检测到的开关量输入信号传输至主控板MCU；光通讯功率单元电路板OTPEBB，用于获取主控板MCU的PWM输出信号并形成作用于功率单元的PWM脉冲信息，并将检测到的功率单元的故障信号传输至主控板MCU；主控板MCU，用于获取光通讯模拟量输入板OTAI、光通讯开关量输入输出板OTDIO和光通讯功率单元电路板OTPEBB的信息并进行滤波、控制运算和逻辑处理。2.根据权利要求1所述的一种电力电子通用控制系统，其特征在于：所述光通讯功率单元电路板OTPEBB包括电源模块、FPGA模块、光纤模块和驱动接口模块，FPGA模块将主控板MCU经光纤模块传递过来的控制信息解码后形成PWM脉冲信息，经驱动接口模块传输至功率单元，并将驱动接口模块采集到的功率单元过压、过流和过温故障信号编码后经光纤模块反馈至主控板MCU。3.根据权利要求1所述的一种电力电子通用控制系统，其特征在于：所述光通讯模拟量输入板OTAI包括电源模块、FPGA模块、光纤模块和ADC模块，ADC模块将电压、电流和温度模拟量信号转换为数字量信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨嘉伟，刘静波，何文辉，舒军，唐健，王正杰，
申请(专利权)人：中国东方电气集团有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51