一種大功率變流器分布式控制系統技術方案

本發明專利技術提供了一種大功率變流器分布式控制系統，由多個單套控制器組合而成，所述多個單套控制器中：主控器的數量為1個，負責與風機主控的交互，配合風機主控達到風機最大風能跟蹤的目的，實現風機正常發電；實時監控變流器的各種狀態；內置測試程序，配合變流器在出廠前測試工作；與其他子控制器協同工作。子控制器的數量根據變流器并聯單元模塊的數量的多少而定，并且各子控制器的配置完全一樣，負責監控變流器基本單元，將采集到的信號發送至變流器主控器，并接受主控器的控制命令來控制變流器基本單元，完成變流器的控制。本發明專利技術能實現大功率變流器多模塊并聯單元的獨立、冗余控制，具有體積小、成本低、維護性強、冗余性高等優點。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及變流器控制系統，具體地，涉及一種大功率變流器分布式控制的控制系統，適用于大功率并聯型變流器系統。
技術介紹
控制器作為變流器工作的大腦，是控制系統中尤為重要的部分。目前，廣泛應用在大功率變流器領域的控制器多為集中式的，即信號的采集、故障狀態指示、PWM波的產生及保護等集中在一套控制器中來完成。但為了實現大功率變流器，就需要考慮多個功率模塊的并聯運行，此時若仍采用集中式的控制器，柜內接線復雜，同時處理不好接線屏蔽以及線長問題，將會造成很大的隱患。這里采用分布式控制架構，信息采集以及控制就地進行，而控制單元采用高速光纖通訊，從而達到實時控制的目的。 經檢索，公開號為201869150U的中國技術專利，該專利公開了一種基于DSP、MCU和FPGA的風力發電機控制裝置，包括一數字信號處理器DSP、一微控制單兀、一可編程邏輯器件陣列FPGA，模擬量輸入模塊通過濾波回路和A/D轉換模塊連接至所述微控制單元MCU;開入開出接口與故障反饋模塊通過信號隔離處理模塊連接至可編程邏輯器件陣列FPGA ;所述微控制單元MCU與所述數字信號處理器DSP相連，所述可編程邏輯器件陣列FPGA與PWM信號輸出模塊相連。公開號為102510092A的中國專利技術專利，該專利技術公開了一種風電變流器分布式實時控制單元，其特征在于，機側采樣板、網側采樣板和直流采樣板就近安裝在功率回路采樣點，實現就近采樣，把模擬量通過AD轉換器轉換成數字量再通過光纖以串行方式傳給控制器，同時接收控制器發送的硬件保護門檻值和控制命令信息；安裝在機網側功率單元的功率控制板接收控制器發送的脈沖信號，進行串并轉換和脈沖保護處理，發送給功率元件，實現變流器的控制，同時實時采樣功率單元相電流和溫度信號，通過AD轉換器轉換成數字信號后以串行方式發送給控制器。但上述技術均無法實現大功率、多模塊并聯的風電變流系統的分布式獨立控制，而且所開發的控制器并不具有通用性、可擴展性較差。
技術實現思路
針對現有技術中的缺陷，本專利技術的目的是提供一種大功率變流器分布式控制系統，該控制系統能夠實現大功率變流器多模塊并聯單元的獨立、冗余控制，具有體積小、成本低、維護性強、冗余性高等優點。為實現上述的目的，本專利技術采用以下技術方案一種大功率變流器分布式控制系統，由多個單套控制器組合而成，多個單套控制器之間的信息交互通過P0WERLNK (高速通訊)完成；所述多個單套控制器中主控器的數量為I個，它是變流器的大腦，接受各個部分的狀態信息并傳達控制命令。它首先負責與風機主控的交互，通過CAN0PEN與風機主控聯系，將變流器的狀態以及風機轉速等信息發至風機主控，并接受風機主控的控制，從而配合風機主控達到風機最大風能跟蹤的目的，實現風機正常發電。其二，實時監控變流器的各種狀態，一旦變流器發生故障或者一些異常情況出現通過保存這些變流器的狀態信息作為歷史追溯依據。其三，內置測試程序，配合變流器在出廠前測試工作，可以通過以太網實時將數據傳到工作服務器上，以便操作人員實時監控變流器工作狀況。其四，通過POWERLNK與其他子控制器協同工作，通過其他子控制器傳遞的數據信息，通過內部的算法控制流程達到變流器的正常工作以及一些故障異常處理工作。子控制器的數量根據變流器并聯單元模塊的數量的多少而定，并且各子控制器的配置完全一樣。它首先負責監控變流器基本單元，包括背靠背(BACK TO BACK)變流器、充電、卸荷回路的控制信號以及狀態信息，PWM脈沖信號產生、快速過流過熱保護，采集電壓電流信號，并通過這些信號進行快速保護。其次，將采集到的電壓、電流、溫度等信號通過POffERLNK通訊回路發送至變流器主控器，并且接受主控器的控制命令來控制變流器基本單元，完成變流器的控制。·優選的，每個單套控制器是根據各自的功能不同由不同子板組裝而成，這些子板包括BP板(底板)、CPU板(控制器板)、PffR板(電源板)、OP板(光纖板)、PEBB板(功率模塊板)、DI0板(數字輸入輸出板)、QEP板(編碼器接口板)。優選的，所述主控制器包括BP板、PffR板、CPU板、OP板、PEBB板、DIO板、QEP板，其中所述的BP板用于指示主控制器的各種運行狀態，并通過AMP插件連接各子板(PWR板、CPU板、OP板、PEBB板、DIO板)；另外，BP板底板本身具有光纖收發器,可用于與其他控制器通信。所述的PWR板用于主控器中各控制子板的電源供電，輸入端接+24V直流電源，輸出+5V直流電，通過BP板對各子控制器板需要5V的地方進行供電。所述的CPU板通過AMP插件與BP板相連，該板中的ARM處理一些參數設定，以及程序更新，故障數據錄取，人機交互等工作，該板中的DSP負責復雜的控制算法等。各個子板與BP板的數字接口完全通過FPGA模塊化設計實現，實現將各子控制器上傳的數據發送給DSP，并將DSP發送的命令信息發送給各子控制器。所述的OP板具有光纖數據收發功能，通過AMP插件與底板相連，光纖收發口分別連接于主控制器和子控制器之間，用于兩控制器之間的光纖通訊。所述的PEBB板用于外部模擬信號的采集，并將模擬信號轉換為數字信號用于主控制器中CPU板上的FPGA讀取；它還接受FPGA發送的脈沖信號產生驅動開關管通斷的脈沖信號，PEBB板同樣通過AMP插件與BP板連接。所述的DIO板通過AMP插件與BP板相連，通過CPU板上的FPGA讀取輸進來的數字輸入信號，并將CPU發送的數字輸出信號輸出來。所述的QEP板用于編碼器A、B、Z信號的米集，該板需要24V直流電源供電，它輸出的24V提供給編碼器，并將整形、濾波后的A、B、Z信號接到PEBB板上三個模擬信號采集接口上，用于CPU的讀取和轉速計算。優選的，所述子控制器包括BP板、PffR板、CPU板、PEBB板，其中子控制器中BP板、PWR板兩個子板與主控制器中的功能一樣；所述的CPU板通過AMP插件與BP板相連，該板只用到了 FPGA功能部分，負責將子控制器PEBB板采集到的模擬信號量通過BP板的通訊口發送至主控制器的OP板上，同時接收主控制器發送下來的控制信息，用于子控制器中PEBB板的控制；所述的PEBB板用于外部模擬信號的采集，并將模擬信號轉換為數字信號用于子控制器中CPU板上的FPGA讀取；它還接受FPGA發送的脈沖信號產生驅動開關管通斷的脈沖信號，PEBB板同樣通過AMP插件與BP板連接。與現有技術相比，本專利技術具有如下的有益效果I)實現了大功率、多模塊并聯的風電變流系統的分布式控制；2)主控器和子控制器的任務自由分配，可降低單套控制器系統的工作負擔；3)子控制器配置完全一樣，可根據所需要的功能進行自由組配；單個子板互相獨 立，若發生故障可及時進行替換，設計更加靈活。附圖說明通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本專利技術的其它特征、目的和優點將會變得更明顯圖I為實施例中CPU板結構示意圖；圖2為分布式控制系統結構示意圖；圖3為4路變流器系統并聯運行拓撲示意圖；圖4為I路變流器系統運行拓撲示意圖；圖5為實施例中網側變流器和機側變流器穩態運行波形。具體實施例方式下面結合具體實施例對本專利技術進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本專利技術，但不以任何形式限制本發本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種大功率變流器分布式控制系統，其特征在于由多個單套控制器組合而成，多個單套控制器之間的信息交互通過POWERLNK完成；所述多個單套控制器中：主控器的數量為1個，它是變流器的大腦，接受各個部分的狀態信息并傳達控制命令；它首先負責與風機主控交互，通過CANOPEN與風機主控聯系，將變流器的狀態以及風機信息發至風機主控，并接受風機主控的控制，從而配合風機主控達到風機最大風能跟蹤的目的，實現風機正常發電；其二，實時監控變流器的各種狀態，一旦變流器發生故障或者一些異常情況出現通過保存這些變流器的狀態信息作為歷史追溯依據；其三，內置測試程序，配合變流器在出廠前測試工作，通過以太網實時將數據傳到工作服務器上，以便操作人員實時監控變流器工作狀況；其四，通過POWERLNK與其他子控制器協同工作，通過其他子控制器傳遞的數據信息，通過內部的算法控制流程達到變流器的正常工作以及一些故障異常處理工作；子控制器的數量根據變流器并聯單元模塊的數量的多少而定，并且各子控制器的配置完全一樣；它首先負責監控變流器基本單元，包括背靠背變流器、充電、卸荷回路的控制信號以及狀態信息，PWM脈沖信號產生、快速過流過熱保護，采集電壓電流信號，并通過這些信號進行快速保護；其次，將采集到的電壓、電流、溫度信號通過POWERLNK通訊回路發送至變流器主控器，并且接受主控器的控制命令來控制變流器基本單元，完成變流器的控制。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：韓剛，張建文，
申請(專利權)人：上海交通大學，
類型：發明
國別省市：