CN101527462B - 一种变流器的数字控制装置 - Google Patents
一种变流器的数字控制装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101527462B CN101527462B CN2008102467499A CN200810246749A CN101527462B CN 101527462 B CN101527462 B CN 101527462B CN 2008102467499 A CN2008102467499 A CN 2008102467499A CN 200810246749 A CN200810246749 A CN 200810246749A CN 101527462 B CN101527462 B CN 101527462B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- control
- voltage
- signal
- circuit
- current
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 19
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 12
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 10
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 5
- 230000004224 protection Effects 0.000 claims description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 4
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 3
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 abstract description 8
- 230000006870 function Effects 0.000 description 6
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 3
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 1
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
本发明涉及一种变流器的数字控制装置，是一种基于TMS320F2812 DSP(Digital SignalProcessor)芯片控制的全数字化液流电池储能变流器控制装置方案，本发明通过对液流电池本身的充放电特性、荷电状态以及电能消峰填谷应用的研究提出了液流电池电能管理系统，实际应用表明，控制装置具有良好的变流性能，能够使液流电池在较高的速率下达到充满状态，又不影响电池的寿命。
Description
技术领域
本发明属于电力系统控制器领域，具体而言，涉及一种用于液流电池储能系统变流器的数字信号控制装置。
背景技术
储能技术为解决电力供应链(燃料、发电、输电、配电和用电)现有问题、实现电网可持续发展提供了全新的途径。采用大规模电力储能技术，可以有效缓解用电供需矛盾、提高电网安全和稳定性、改善供电质量，并能促进可再生能源的利用和发展。变流器是储能系统中的一个重要环节，变流器在整个储能系统中充当核心单元的作用，而变流器系统控制平台直接关系着整个储能系统的精确性、可靠性、及相应速度。
目前现有的控制器其控制过程大多数是基于模拟信号处理的，且其控制结构都是集中控制结构。传统的控制器各个子系统界限不清晰、结构复杂、单元化程度很低。其应用电磁环境恶劣，各种高频信号的严重干扰很容易导致其发生故障。另外，过去使用模拟信号进行各个子控制装置间的信号传递。各种干扰信号混入模拟信号中，很容易导致控制装置的故障，其结构和处理过程不能适用于分布式控制的要求和全过程数字处理的要求。本发明提出一种可用于液流电池储能系统变流器的通用数字控制器。
发明内容
本发明提出了一种基于TMS320F2812DSP芯片控制的全数字化液流电池储能变流器控制装置，本发明通过对液流电池本身的充放电特性、荷电状态以及电能消峰填谷应用的研究提出了液流电池电能管理系统。实际应用表明，控制装置具有良好的变流性能。能够使液流电池在较高的速率下达到充满状态，又不影响电池的寿命。
依据本发明的用于液流电池变流器的数字控制装置，其特征在于通过对主电路的逆变部分的脉宽调制PWM控制信号进行调节，控制绝缘栅双极型功率管IGBT开关管导通、关闭的时间，以达到控制主电路输出部分的电压、电流的大小，该装置包括：
(1)数据采样部分，其通过霍尔电压、电流传感器以及滤波电路对充电侧的电流、电压信号加以处理，由A/D采样电路进行数字采样；
(2)脉宽调制PWM部分：TMS320F2812芯片根据设定的基准电流、电压值以及所述数据采样部分中采样所得的实际电流、电压值，对实测值与基准值之间的误差信号进行比例P、积分I运算，得到电压反馈值，将该电压反馈值作为调制波，并与载波信号进行数字运算并输出脉宽调制PWM信号，控制IGBT，以实现电压、电流的控制；
(3)远程通讯部分：通过CAN2.0的控制器与上位机进行通信，以获取变流器开机命令、紧急停机指令，变流过程中的基准电压、电流值，以及将变流过程中的状态量实时回传到CAN2.0总线上并交由上位机显示；
(4)现场通讯部分：通过RS-485总线完成下位机与控制面板的通信，为现场操作人员获得各种过程参数和开、关机提供良好的人机交互界面。
本发明所公开的液流电池储能变流器控制装置的优点有：
1.与传统的变流器相比，本控制装置是在充分考虑了液流电池充放电特性的基础上来选择充电终止方式的，能够有效的延长电池的寿命并发挥电池的最大效能。
2.采用数字信号处理芯片作为处理器来代替传统的模拟芯片，设计了数字化变流器的控制器，克服了分立元件过多、电路可靠性差、电路复杂等缺点。
3.充分利用DSP处理器内部集成资源丰富、改进的总线结构、工作频率高、指令周期短以及强大的数字信号处理功能等特点，使得数字处理系统在智能控制方面具有突出的优点，生成了有限双极性的PWM控制波形，且具有保护、人机交互等功能，并实现了变流模块与整个系统的基于控制器局域网CAN的通讯功能。
编制了基于C语言和汇编语言混合编程系统控制软件，不仅具有很高的可读性和可移植性，而且具有高速数据处理和动态调整功能，有很高的实时性和良好的控制功能。实现了控制软件的专业化和智能化。
附图说明
下面结合附图进一步说明本发明作说明。
图1为本发明中的变流器控制装置整体结构框图；
图2为本发明中的数字控制原理框图；
图3为本发明中的实时操作系统结构框图。
具体实施方式
1、硬件电路的设计：
液流电池储能变流器实际上就是一种开关电源，由功率变换主电路和控制回路两部分组成，其系统结构框图如附图1所示。它主要由交流电网滤波电路、输入整流滤波电路、IGBT主电路、输出整流滤波电路、控制电路、保护动作电路、辅助电源、检测、监测电路几个部分组成。IGBT主电路采用相同的控制电路结构，变流过程的原理如下所述：1)、DC/DC变换模块基本原理是：直流电压通过高频变换器的IGBT模块将直流电压进行变换，再经过输出滤波电路，得到需要的高品质直流电压。2)、AC/DC(Analog to Digital converter)变换模块基本原理是：交流输入电压经电网滤波，再通过变换器IGBT模块将工频交流电压整流变换成一定的直流电压，最后经过输出整流滤波电路，得到需要的高品质直流电压。3)、DC/AC变换模块基本原理是：直流输入电压经电网滤波，再通过变换器IGBT模块将直流电压逆变变换成一定的高频交流电压，最后经过输出交流滤波电路，得到需要的高品质工频交流电压。
控制电路是通过对主电路的逆变部分的脉宽调制PWM控制信号进行调节，控制IGBT开关管导通、关闭的时间，以达到控制主电路输出部分的电压、电流的大小。
控制电路板包括DSP主控电路板、驱动及保护电路板及前端信号处理板三个部分。整个控制单元以TMS320F2812为核心，通过编程和外部电路的配合，实现液流电池的充放电控制，在主控板的脉宽调制PWM输出信号作用下发生驱动信号，能对IGBT的过电流进行3重保护。由于采集下来的电流电压信号中有的是直接从高压回路中通过分压的方式采集得到，容易对微处理器及其扩展储存器数字电路造成干扰，因此用前端信号处理板对采集信号进行预处理，同时也使主控板得到了简化。如附图2所示，电源控制单元共有下述各个部分组成：
(1)数据采样部分：通过霍尔电压、电流传感器以及滤波电路对充电侧的电流、电压信号加以处理，由A/D采样电路进行数字采样。
(2)脉宽调制PWM调制部分：TMS320F2812根据设定的基准电流、电压值以及上述(1)中采样所得的实际电流、电压值，对实测值与基准值之间的误差信号进行P(比例)、I(积分)运算，得到电压反馈值，该电压作为调制波与载波信号进行数字运算并输出PWM信号，控制IGBT，以实现电压、电流的控制。
(3)远程通讯部分：通过CAN2.0控制器与上位机进行通信，以获取变流器开机命令、 紧急停机指令，变流过程中的基准电压、电流值，以及将变流过程中的状态量实时传递到回传到CAN总线上并交由上位机显示。
(4)现场通讯部分：该模块通过RS-485总线完成下位机与控制面板的通信，为现场操作人员获得各种过程参数和开、关机提供了良好的界面。
2、控制单元的程序设计：
电源控制装置的软件设计作为整个控制装置的主体部分，具有至关重要的作用，是控制的核心环节。如附图3所示采用的实时控制装置结构。利用RTOS内核中C函数对系统初始化，创建任务，对工作状态进行判断，并对变流过程的任务进行调度，以及对异常状态进行处理的程序流程。上电以后，程序依次进行，系统初始化、变流控制任务创建、调取参数等子程序，完成整个主程序的准备工作。随后调用通讯程序，读取面板数据，并等待开始指令。开始信号来临以后，根据所选择的策略，调用相应的变流策略程序，进行初始判断，正常策略控制，异常过程保护控制等。
整个控制过程采用“循环+中断”的程序结构，对实时性要求不高的CAN通信、RS-485通信发送过程，放在主循环程序中顺序执行，而对实时性要求较高的AD采样过程以及PI计算程序放在中断服务程序中，另因RS-485通信接收数据的随机性，也将其放在中断中加以处理。一旦满足了中断触发条件，相应的子程序将立即得到执行，从而保证了控制的实时性。
根据液流电池的电路模型参数和电网波动的负载特性，设计了相应的数字采样、滤波算法和数字PID控制器。实验结果证明系统具有较高的调节精度和响应速度，可以满足不同复杂充放电要求。
此处已经根据特定的示例性实施例对本发明进行了描述。对本领域的技术人员来说在不脱离本发明的范围下进行适当的替换或修改将是显而易见的。示例性的实施例仅仅是例证性的，而不是对本发明的范围的限制，本发明的范围由所附的权利要求定义。
Claims (1)
1.一种用于液流电池变流器的数字控制装置，其特征在于通过对主电路的逆变部分的脉宽调制PWM控制信号进行调节，控制绝缘栅双极型功率管IGBT开关管导通、关闭的时间，以达到控制主电路输出部分的电压、电流的大小，该装置包括：
(1)数据采样部分，其通过霍尔电压、电流传感器以及滤波电路对充电侧的电流、电压信号加以处理，由A/D采样电路进行数字采样；
(2)脉宽调制PWM部分：TMS320F2812芯片根据设定的基准电流、电压值以及所述数据采样部分中采样所得的实际电流、电压值，对实测值与基准值之间的误差信号进行比例、积分运算，得到电压反馈值，将该电压反馈值作为调制波，并与载波信号进行数字运算并输出脉宽调制PWM信号，控制IGBT，以实现电压、电流的控制；
(3)远程通讯部分：通过控制器局域网CAN2.0的控制器与上位机进行通信，以获取变流器开机命令、紧急停机指令，变流过程中的基准电压、电流值，以及将变流过程中的状态量实时回传到控制器局域网CAN2.0串行端口总线上并交由上位机显示；
(4)现场通讯部分：通过RS-485总线完成下位机与控制面板的通信，为现场操作人员获得各种过程参数和开、关机提供良好的人机交互界面；
(5)控制电路板包括DSP主控电路板、驱动及保护电路板及前端信号处理板三个部分，通过编程和外部电路的配合，实现液流电池的充放电控制，在DSP主控电路板的脉宽调制PWM输出信号作用下发出驱动信号，能对IGBT的过电流进行3重保护。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2008102467499A CN101527462B (zh) | 2008-12-30 | 2008-12-30 | 一种变流器的数字控制装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2008102467499A CN101527462B (zh) | 2008-12-30 | 2008-12-30 | 一种变流器的数字控制装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101527462A CN101527462A (zh) | 2009-09-09 |
| CN101527462B true CN101527462B (zh) | 2012-08-01 |
Family
ID=41095203
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2008102467499A Active CN101527462B (zh) | 2008-12-30 | 2008-12-30 | 一种变流器的数字控制装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101527462B (zh) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102185508A (zh) * | 2011-05-23 | 2011-09-14 | 南昌航空大学 | 基于模糊预测控制技术的pwm逆变电源系统及算法 |
| CN102231532A (zh) * | 2011-06-28 | 2011-11-02 | 青岛派克能源有限公司 | 液流电池蓄能并网装置及方法 |
| CN102290587B (zh) * | 2011-07-22 | 2013-09-18 | 华中科技大学 | 液流电池模拟方法及模拟器 |
| CN102545667B (zh) * | 2012-02-09 | 2014-06-18 | 北京机械设备研究所 | 一种并联逆变器输出电压的调节方法 |
| CN102624016B (zh) * | 2012-03-15 | 2014-05-07 | 华中科技大学 | 一种能量双向流动的液流电池储能并网装置及其控制方法 |
| CN104932353B (zh) * | 2015-05-29 | 2017-12-26 | 株洲变流技术国家工程研究中心有限公司 | 一种多变流器模块串联机组的无线控制和程序更换装置 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1789033A (zh) * | 2005-09-08 | 2006-06-21 | 武汉理工大学 | 基于dsp的嵌入式电动汽车变频控制方法及装置 |
| CN1858959A (zh) * | 2006-05-22 | 2006-11-08 | 东北大学 | 微型燃气轮机的蓄电池控制装置及方法 |
| CN101109387A (zh) * | 2007-08-06 | 2008-01-23 | 中山大学 | 具有水压控制功能的光伏水泵系统 |
| CN201087938Y (zh) * | 2007-09-10 | 2008-07-16 | 天津理工大学 | 基于dsp控制的双向升降压直直变换器装置 |
-
2008
- 2008-12-30 CN CN2008102467499A patent/CN101527462B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1789033A (zh) * | 2005-09-08 | 2006-06-21 | 武汉理工大学 | 基于dsp的嵌入式电动汽车变频控制方法及装置 |
| CN1858959A (zh) * | 2006-05-22 | 2006-11-08 | 东北大学 | 微型燃气轮机的蓄电池控制装置及方法 |
| CN101109387A (zh) * | 2007-08-06 | 2008-01-23 | 中山大学 | 具有水压控制功能的光伏水泵系统 |
| CN201087938Y (zh) * | 2007-09-10 | 2008-07-16 | 天津理工大学 | 基于dsp控制的双向升降压直直变换器装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101527462A (zh) | 2009-09-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101814765A (zh) | 电动汽车双向充电机电源控制系统 | |
| EP2701274B1 (en) | Electric automobile pwm rectification and voltage current transformation pulse charging system | |
| CN101527462B (zh) | 一种变流器的数字控制装置 | |
| CN101976879B (zh) | 基于系统变流器的移动应急电源 | |
| CN102427245B (zh) | 海上风电经柔性直流输电并网系统的动模装置 | |
| CN112519620B (zh) | 一种电动汽车柔性充电系统及控制方法 | |
| He et al. | Design and implementation of an energy feedback digital device used in elevator | |
| CN201332290Y (zh) | 用于电动汽车充电机的电源控制系统 | |
| CN202135074U (zh) | 全智能电池模拟器 | |
| CN102624016B (zh) | 一种能量双向流动的液流电池储能并网装置及其控制方法 | |
| CN103986173A (zh) | 一种电力电子变压器的控制方法及系统 | |
| CN108964007B (zh) | 一种直流配电方法、装置及系统 | |
| CN103645645A (zh) | 电力机车辅助控制单元半实物仿真平台 | |
| CN104578781B (zh) | 一种光‑蓄联合供电双输入buck电路 | |
| CN201961911U (zh) | 电梯智能节电装置 | |
| CN202940630U (zh) | 具有无功补偿功能的大功率充放电机 | |
| CN201656897U (zh) | 移动式龙门起重机的节能控制系统 | |
| CN218124324U (zh) | 一种适应零碳建筑的能量路由器系统 | |
| CN203911558U (zh) | 具有apf功能的非车载传导式直流电动汽车充电机 | |
| CN203166830U (zh) | 高压电机高电效节能控制装置 | |
| CN203069761U (zh) | 一种电池化成检测系统 | |
| CN203399048U (zh) | 一种光电气互补交流变频发电及调速节能装置 | |
| CN105048810A (zh) | 一种用于功率变换器的自适应电压调节电路 | |
| CN203372934U (zh) | 节能控制系统 | |
| CN202564971U (zh) | 一种变频器老化测试环节的能源再生系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: STATE ELECTRIC NET CROP. Effective date: 20130129 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20130129 Address after: 100192 Beijing city Haidian District Qinghe small Camp Road No. 15 China Electric Power Research Institute of the Ministry of science and technology Patentee after: China Electric Power Research Institute Patentee after: State Grid Corporation of China Address before: 100192 Beijing city Haidian District Qinghe small Camp Road No. 15 China Electric Power Research Institute of the Ministry of science and technology Patentee before: China Electric Power Research Institute |