一种基于EtherCAT技术的链式STATCOM控制系统技术方案

本实用新型专利技术提供一种基于EtherCAT技术的链式STATCOM控制系统，本链式STATCOM控制系统采用实时工业以太网EtherCAT作为数据传送的通道，采用分层分布式拓扑结构。本链式STATCOM控制系统分层分布式拓扑结构包括主控制层、相控制层和单元控制层。所述主控制层包括主控制机箱等功能机箱；所述相控制层由相耦合器机箱构成；所述单元控制层由单元控制器构成。所述主机箱和相耦合器机箱之间通过光纤连接的EtherCAT进行通讯。本实用新型专利技术所述控制系统数据传送速度高、电缆数少、交换速度快、便于扩展、精确同步性、诊断能力强和配置灵活。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于电力系统
，具体涉及一种基于EtherCAT技术的链式STATCOM控制系统。
技术介绍
随着电力工业的迅猛发展，利用电力电子技术对电力系统主要参数进行调节与控制，以提高电力系统的可控性、有效性、可靠性的“交流灵活输电系统”，也就是柔性交流输电系统(Flexible AC Transmission Systems，FACTS)技术，得到了广泛的关注、研究和应用。基于电压源逆变器的静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator，STATCOM)作为一种全新的基于全控器件的FACTS技术，其与传统的晶闸管控制的静止无功补偿装置SVC相比较具有以下优点，STATCOM的调节速度更快，运行范围更宽，而这在采取多重化、多电平或脉宽调制技术等措施后可大大减少补偿电流中谐波的含量。更为重要的是，STATCOM的电抗器和电容器远比SVC中使用的电抗器和电容器小，这将大大缩小装置的体积和成本，因此，STATCOM显示了动态无功补偿装置的发展方向。链式STATCOM装置相对于其它拓扑结构的STATCOM装置而言，因具有开关频率低、需要最少数量的器件、易于实现模块化和冗余运行可靠性高等优点而备受关注。链式STATCOM的控制系统监测、控制的数据很大，需要在每个采样周期内对所有功率单元的开关行为进行实时控制，并相互交换信息，单独的DSP(数字信号处理)或处理器方式已经无法满足要求。例如专利号为CN1787322A、专利技术名称为《基于DSP芯片的静止同步补偿器非线形控制》的专利技术专利；专利号为CN101459340、专利技术名称为《基于级联式逆变器的静止同步补偿混沌均衡控制系统》均采用DSP的控制结构。目前普遍采用DSP+FPGA(现场可编程门阵列)的控制结构以实现多路信号的输入输出，但是当功率单元个数较多时，控制系统与变流器功率部分之间的连接电缆众多，成本增加，可靠性降低。同时，现代大功率电力电子技术正朝着多重化、模块化的方向发展，通过串并联实现电压和功率的扩展，因此对控制系统提出了更高的要求。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种基于EtherCAT技术的链式STATCOM控制系统，这种基于EtherCAT以太网技术的控制系统采用分层分布式拓扑结构，既具有高速、可靠、容量大的数据传输通道，又能够方便进行扩展，特别适用于链式STATCOM装置。为达到上述专利技术目的，本技术采用的技术方案如下：一种基于EtherCAT技术的链式STATCOM控制系统，其改进之处在于：所述链式STATCOM控制系统包括主控制层、相控制层和单元控制层，所述主控制层包括主控机箱，所述相控制层包括相耦合器机箱，所述单元控制层包括单元控制器。其中：所述主控机箱包括第一EtherCAT通讯管理单元、数据采集单元、开关量输-->入输出单元、调节保护单元、录波单元和电源单元；所述第一EtherCAT通讯管理单元、数据采集单元、开关量输入输出单元、调节保护单元和录波单元分别配置EtherCAT从站控制器；所述第一EtherCAT通讯管理单元、数据采集单元、开关量输入输出单元、调节保护单元和录波单元配置的EtherCAT从站控制器通过LVDS或光纤与EtherCAT进行数据交换。其中：所述相耦合器机箱包括第二EtherCAT通讯管理单元、EtherCAT通讯扩展单元和电源单元；所述第二EtherCAT通讯管理单元和EtherCAT通讯扩展单元配置EtherCAT从站控制器；所述第二EtherCAT通讯管理单元和EtherCAT通讯扩展单元配置的EtherCAT从站控制器通过LVDS方式或者光纤方式与EtherCAT进行数据交换。其中：所述调节保护单元和录波单元用双DSP+FPGA构成，所述调节保护单元和录波单元包括两个EtherCAT从站控制器。其中所述主控制层、相控制层和单元控制层的联接关系为：所述主控制层通过主控机箱的调节保护单元的EtherCAT从站控制器或者录波单元配置的EtherCAT从站控制器经光纤与相控制层连接；所述相控制层通过相耦合器机箱的EtherCAT通信扩展单元和单元控制层的EtherCAT从站经光纤与单元控制层连接，所说单元控制层与链式STATCOM的底层模块单元相连。本技术由于采用上述技术方案，以实时工业以太网EtherCAT作为数据传送的通道，与现有技术相比，具有以下优点：数据传送速度高：波特率可达到100Mbps；电缆数少：每个模块单元只需要两根连接电缆，在保证可靠性的前提下极大降低了成本；交换速度快：EtherCAT报文经过每个EtherCAT从站控制器实时进行数据的交换，整个过程中，报文只有几纳秒的时间延迟；便于扩展：通过耦合器的方式可以实现无限级联；精确同步性：由于可以在EtherCAT网络范围内使用误差小于1微秒的精确排列分布时钟，保证了同时动作的分布式过程的精确同步；诊断能力强：可以快速而准确的检测出故障，并明确定位其所在位置；配置灵活：可以在配置界面上对EtherCAT从站控制器的数量、种类，数据交换的站点、个数、类型等信息进行配置。附图说明图1为控制系统基本结构图图2为EtherCAT主站单元结构图图3为调节保护单元结构图图4为数据采集单元结构图图5为开关量输入输单元的结构图图6为光信号的输入输出示意图图7为EtherCAT通讯扩展单元结构示意图图8为主控制层扩展分布式系统示意图附图说明：-->PWM-脉宽调制，LVDS-差分信号传输接口，CPLD-复杂可编程逻辑器件，FPGA-现场可编程门阵列，DIDO-数字量输入数字量输出，AI-模拟数据采集输入，VBE-阀基电子，IO-输入输出，SRAM-静止随机存储器，TMS320C6713-数字信号处理器，TMS320F28335-数字信号处理器，AD-模拟量数字量转换，RS232-串行物理接口标准，DPRAM-双口随机存储器，NOR FLASH-NOR闪存，NAND FLASH-NAND闪存，EEPROM——电可擦除只读存储器。具体实施方式下面结合实例对本技术进行详细的说明。首先对本技术的相关内容做进一步说明：本技术所述控制系统采用实时工业以太网EtherCAT作为数据传送的通道，基本结构如附图1所示，所述控制系统包括主控机箱和相耦合器机箱(三相电路需要三个耦合器机箱，分别为A/B/C，三个机箱构成完全相同，为简便起见，只画出了A相的耦合器机箱)。主控机箱包括第一EtherCAT通讯管理单元、数据采集单元、开关量输入输出单元、调节保护单元、录波单元和电源单元，除电源单元外，主控机箱内其他每个单元都有一个EtherCAT从站控制器与EtherCAT网进行数据交换。主控机箱内部的单元(电源单元除外)，通过LVDS的连接进行通讯和数据交换，主控机箱与相耦合器机箱之间通过光纤连接的EtherCAT进行通讯。(1)所述第一EtherCAT通讯管理单元的功能是用于实现EtherCAT数据帧的控制发送、故障诊断定位、GPS校时等，并可以通过以太网模块与笔记本相连，实现EtherCAT组网的配置文件下载；(2)所述数据采集单元的功能是对一次电压、电流进行二次变换、信号调理、AD采样等，并将AD转换数据送到Ethe本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种基于ＥｔｈｅｒＣＡＴ技术的链式ＳＴＡＴＣＯＭ控制系统，其特征在于：所述链式ＳＴＡＴＣＯＭ控制系统包括主控制层、相控制层和单元控制层，所述主控制层包括主控机箱，所述相控制层包括相耦合器机箱，所述单元控制层包括单元控制器。

【技术特征摘要】
1.一种基于EtherCAT技术的链式STATCOM控制系统，其特征在于：所述链式STATCOM控制系统包括主控制层、相控制层和单元控制层，所述主控制层包括主控机箱，所述相控制层包括相耦合器机箱，所述单元控制层包括单元控制器。2.如权利要求1所述的一种基于EtherCAT技术的链式STATCOM控制系统，其特征在于：所述主控机箱包括第一EtherCAT通讯管理单元、数据采集单元、开关量输入输出单元、调节保护单元、录波单元和电源单元；所述第一EtherCAT通讯管理单元、数据采集单元、开关量输入输出单元、调节保护单元和录波单元分别配置EtherCAT从站控制器；所述第一EtherCAT通讯管理单元、数据采集单元、开关量输入输出单元、调节保护单元和录波单元配置的EtherCAT从站控制器通过LVDS或者光纤与EtherCAT进行数据交换。3.如权利要求1所述的一种基于EtherCAT技术的链式STATCOM控制系统，其特征在于：所述相耦合器机箱包括第二EtherCAT通讯管理单元、EtherCAT通讯扩...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙丽敬，蒋晓春，冶铁，蔡林海，赵小英，赵瑞斌，王清涛，王轩，郑青青，昃萌，邹俭，俞旭峰，
申请(专利权)人：中电普瑞科技有限公司，中国电力科学研究院，上海市电力公司，
类型：实用新型
国别省市：11