CN104466981B - 用于动态无功功率调节装置控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于动态无功功率调节装置控制系统，包括：用于对前端功率单元进行控制的首控制器；至少一个用于对中段功率单元进行控制的中间控制器；用于对后端功率单元进行控制的尾控制器；以及与所述首控制器、中间控制器及尾控制器进行通讯并且实现组网控制运行方式的上位机；该用于动态无功功率调节装置控制系统可以通过对多个控制器进行协调控制，从而实现对35KV以上动态无功功率调节装置的控制。

Description

用于动态无功功率调节装置控制系统

技术领域

本发明涉及电力电子装置及其控制技术领域，具体涉及一种用于动态无功功率调节装置控制系统。

背景技术

在已有的动态无功功率调节装置中，链式结构因其容易实现高压、大容量，相较于传统的变压器多重化结构而言，具有效率高、并网无需变压器、冗余控制等优点，因此正在得到广泛应用；为了适应更高电压等级（35KV以上）的市场需求，动态无功功率调节装置需要级联的功率单元数就更多；因此需要对多个功率单元进行协调控制，在单个控制器输出接口及芯片容量有限的情况下，亟需一种用于动态无功功率调节装置控制系统的主控实现方案。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种用于动态无功功率调节装置控制系统，该用于动态无功功率调节装置控制系统可以通过对多个控制器进行协调控制，从而实现对35KV以上动态无功功率调节装置的控制。

为达到上述要求，本发明采取的技术方案是：提供一种用于动态无功功率调节装置控制系统，该用于动态无功功率调节装置控制系统包括：

用于对动态无功功率调节装置的前端功率单元进行控制的首控制器；

至少一个用于对动态无功功率调节装置的中段功率单元进行控制的中间控制器；

用于对动态无功功率调节装置的后端功率单元进行控制的尾控制器；以及

与所述首控制器、中间控制器及尾控制器进行通讯并且实现组网控制运行方式的上位机。

优选地，首控制器、中间控制器及尾控制器均分别对12级率单元进行控制，并通过一对光纤进行连接。

优选地，首控制器包括：

用于采样电网系统电压、电网系统电流、并网点电压、动态无功功率调节装置输出电流以及前端功率单元的直流母线电压的采样模块；

用于对外部接口进行控制，即对数字量输入和数字量输出接口进行控制的控制模块；

用于实现恒无功控制算法、恒电压控制算法、恒功因控制算法、电流解耦控制算法、系统逻辑运行控制算法、功率单元直流稳压控制算法、功率单元均压控制算法的主控算法模块；

用于把同步信号以及系统运行状态标志和首控制器得到的功率单元调制电压信号传入中间控制器和尾控制器的传输模块；

用于实现前端功率单元的脉冲宽度调制并将调制后的信号送入功率单元控制器中的调制模块；

实现系统故障处理算法并对前端功率单元系统故障进行处理的故障处理模块；以及

与实现上位机对故障代码的读取处理、系统运行状态标志的读取处理以及上位机对相关控制参数的写入和读取的通信模块。

优选地，中间控制器包括：

用于实现中段功率单元直流母线电压采样以及处理算法，并把直流母线电压送入首控制器中的中段采样模块；

用于实现中段功率单元的脉冲宽度调制并把信号送入尾控制器中的中段调制模块；

用于中段功率单元故障处理的中段故障处理模块；

用于将同步信号以及系统运行状态标志传入尾控制器中段传输模块；以及

用于实现上位机对故障代码的读取处理以及上位机对相关控制参数的写入和读取的中段通信模块。

优选地，尾控制器包括：

用于实现后端功率单元直流母线电压采样以及处理算法，并后端功率单元的直流母线电压送入首控制器中的后端采样模块；

用于实现后端功率单元的脉冲宽度调制并把信号送入尾控制器中的后端调制模块；

用于实现后端功率单元故障处理的后端故障处理模块；以及

用于实现上位机对故障代码的读取处理以及上位机对相关控制参数的写入和读取的后端通信模块。

该用于动态无功功率调节装置控制系统具有的优点如下：

（1）通过设置首控制器、中间控制器及尾控制器达到动态无功功率调节装置控制系统内的光纤通讯的数据量较小的效果，且不会随着功率单元数的增加使得通讯数据及时间变长。

（2）该用于动态无功功率调节装置控制系统将控制系统模块化，且本发明提供的用于动态无功功率调节装置控制系统在生产更高电压等级的动态无功补偿装置时功率单元数会急剧增加的情况下，只需要增加控制器数量即可，无需对程序进行改动。

（3）通过设置首控制器、中间控制器、尾控制器及上位机可以极大地简化原有系统的结构，同时达到提高数据传输速率的作用。

（4）通过光纤实现首控制器、中间控制器和尾控制器间的数据传输可以极大地提高数据传输速率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，在这些附图中使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是本发明控制系统的结构框图。

图2是动态无功功率调节装置的系统结构图。

图3是利用本发明控制系统实现的软件算法框图。

其中：1、首控制器；2、中间控制器；3、尾控制器；4、上位机。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图及具体实施例，对本申请作进一步地详细说明。

在以下描述中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”、“示例”等等的引用表明如此描述的实施例或示例可以包括特定特征、结构、特性、性质、元素或限度，但并非每个实施例或示例都必然包括特定特征、结构、特性、性质、元素或限度。另外，重复使用短语“根据本申请的一个实施例”虽然有可能是指代相同实施例，但并非必然指代相同的实施例。

为简单起见，以下描述中省略了本领域技术人员公知的某些技术特征。

根据本申请的一个实施例，提供一种用于动态无功功率调节装置控制系统，如图1所示，包括：

用于对前端功率单元进行控制的首控制器1；

至少一个用于对中段功率单元进行控制的中间控制器2；

用于对后端功率单元进行控制的尾控制器3；以及

与首控制器、中间控制器及尾控制器进行通讯并且实现组网控制运行方式的上位机4。

优选地，首控制器1、中间控制器2及尾控制器3均分别对12级率单元进行控制，并通过一对光纤进行连接。

优选地，首控制器1包括：

用于采样电网系统电压、电网系统电流、并网点电压、动态无功功率调节装置输出电流以及前端功率单元的直流母线电压的采样模块；

用于对外部接口进行控制，即对数字量输入和数字量输出接口进行控制的控制模块；

用于实现恒无功控制算法、恒电压控制算法、恒功因控制算法、电流解耦控制算法、系统逻辑运行控制算法、直流稳压控制算法、功率单元均压控制算法的主控算法模块；

用于把同步信号以及系统运行状态标志和首控制器1得到的功率单元调制电压信号传入中间控制器2和尾控制器3的传输模块；

用于实现前端功率单元的脉冲宽度调制并将调制后的信号送入功率单元控制器中的调制模块；

实现系统故障处理算法并对前端功率单元系统故障进行处理的故障处理模块；以及

与实现上位机4对故障代码的读取处理、系统运行状态标志的读取处理以及上位机对相关控制参数的写入和读取的通信模块。

优选地，中间控制器2包括：

用于实现中段功率单元直流母线电压采样以及处理算法，并把直流母线电压送入首控制器1中的中段采样模块；

用于实现中段功率单元的脉冲宽度调制并把信号送入尾控制器3中的中段调制模块；

用于中段功率单元故障处理的中段故障处理模块；

用于将同步信号以及系统运行状态标志传入尾控制器3中段传输模块；以及

用于实现上位机对故障代码的读取处理以及上位机4对相关控制参数的写入和读取的中段通信模块。

优选地，尾控制器3包括：

用于实现后端功率单元直流母线电压采样以及处理算法，并后端功率单元的直流母线电压送入首控制器1中的后端采样模块；

用于实现后端功率单元的脉冲宽度调制并把信号送入尾控制器3中的后端调制模块；

用于实现后端功率单元故障处理的后端故障处理模块；以及

用于实现上位机对故障代码的读取处理以及上位机对相关控制参数的写入和读取的后端通信模块。

根据本申请的一个实施例，如图1至图3所示，以级联数为36级的动态无功功率调节装置为例，该用于动态无功功率调节装置控制系统包括一个首控制器1、一个中间控制器2、一个尾控制器3及一个上位机4，每个控制器包括：CPU控制芯片、FPGA控制芯片、AD采样芯片以及DI/DO控制芯片等，三个控制器分别对12级功率单元的U、V、W三相进行控制，三个控制器通过一对光纤进行连接；三个控制器都与同一个上位机进行通讯，上位机可以分别对三个控制器进行参数设定和参数读取，首控制器1所记录的系统故障信息、单元故障信息以及系统运行状态标志均通过上位机4显示，上位机4通过对首控制器1进行充电、运行、停机、复位等操作，中间控制器2和尾控制器3记录的单元故障信息通过上位机4显示。

根据本申请的一个实施例，以级联数为36级的动态无功功率调节装置为例，该用于动态无功功率调节装置控制系统的首控制器1主要实现以下功能：1）采样电网系统电压、电网系统电流、并网点电压、动态无功功率调节装置输出电流以及第1到12级功率单元的直流母线电压；2）对外部接口进行控制，即对数字量输入和数字量输出接口进行控制；3）所有主控算法的实现，包括：恒无功控制算法、恒电压控制算法、恒功因控制算法、电流解耦控制算法、系统逻辑运行控制算法、直流稳压控制算法、功率单元均压控制算法等；4）负责把同步信号以及系统运行状态标志传入中间控制器2和尾控制器3；5）1到12级功率单元的PWM调制并将调制后的信号送入功率单元控制器中；6）把首控制器1得到的功率单元调制电压信号送入中间控制器2和尾控制器3；7）负责系统故障处理算法的实现；8）负责第1到12级功率单元故障的处理；9）与上位机4进行通信，即：实现上位机4对故障代码的读取处理、系统运行状态标志的读取处理以及上位机4对相关控制参数的写入和读取。

根据本申请的一个实施例，以级联数为36级的动态无功功率调节装置为例，该用于动态无功功率调节装置控制系统的中间控制器2要实现以下功能：1）第13级到24级功率单元直流母线电压采样以及处理算法，并把13级到24级功率单元的直流母线电压送入首控制器1中；2）负责13级到24级功率单元的PWM调制并把信号送入13级到24级的单元控制器中；3）负责13级到24级功率单元的单元故障处理算法；4）负责把同步信号以及系统运行状态标志传入尾控制器3；5）与上位机4进行通信，即：实现上位机4对故障代码的读取处理以及上位机4对相关控制参数的写入和读取。

根据本申请的一个实施例，以级联数为36级的动态无功功率调节装置为例，该用于动态无功功率调节装置控制系统的尾从控制器3要实现以下功能：1）第25级到36级功率单元直流母线电压采样以及处理算法，并把25级到36级功率单元的直流母线电压送入首控制器1中；2）负责25级到36级功率单元的PWM调制并把信号送入25级到36级的单元控制器中；3）负责25级到36级功率单元的单元故障处理算法；4）负责把系统运行状态标志传入首控制器1；5）与上位机4进行通信，即：实现上位机4对故障代码的读取处理以及上位机4对相关控制参数的写入和读取；当需要对级联数大于36级的动态无功功率调节只需要增加中间控制器2的数量既可。

以上所述实施例仅表示本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明保护范围。因此本发明的保护范围应该以所述权利要求为准。

Claims (4)

1.一种用于动态无功功率调节装置的控制系统，其特征在于，包括：

用于对动态无功功率调节装置的前端功率单元进行控制的首控制器；

至少一个用于对动态无功功率调节装置的中段功率单元进行控制的中间控制器；

用于对动态无功功率调节装置的后端功率单元进行控制的尾控制器；以及与所述首控制器、中间控制器及尾控制器进行通讯并且实现组网控制运行方式的上位机；

所述首控制器包括：

用于采样电网系统电压、电网系统电流、并网点电压、动态无功功率调节装置输出电流以及前端功率单元的直流母线电压的采样模块；

用于根据所述采样信息实现前端功率单元的脉冲宽度调制并将调制后的电压信号送入首控制器中的调制模块；

用于把同步信号以及系统运行状态标志和首控制器得到的所述调制电压信号传入所述中间控制器和尾控制器的传输模块；

用于对外部接口进行控制的控制模块；

用于实现恒无功控制功能、恒电压控制功能、恒功因控制功能、电流解耦控制功能、系统逻辑运行控制功能、功率单元直流稳压控制功能及功率单元均压控制功能的主控算法模块；

实现系统故障处理算法并对前端功率单元系统故障进行处理的故障处理模块；以及

实现所述上位机对故障代码的读取处理、系统运行状态标志的读取处理以及上位机对相关控制参数的写入和读取的通信模块。

2.根据权利要求1所述的用于动态无功功率调节装置的控制系统，其特征在于：所述首控制器、中间控制器及尾控制器均分别对动态无功功率调节装置的12级功率单元进行控制，并通过一对光纤进行连接。

3.根据权利要求1所述的用于动态无功功率调节装置的控制系统，其特征在于：所述中间控制器包括：

用于实现中段功率单元直流母线电压采样，并把所述直流母线电压送入首控制器中的中段采样模块；

用于根据采样信息实现中段功率单元的脉冲宽度调制并把信号送入所述中间控制器中的中段调制模块；

用于将同步信号以及系统运行状态标志传入尾控制器的中段传输模块；

用于中段功率单元故障处理的中段故障处理模块；以及用于实现上位机对故障代码的读取处理以及上位机对相关控制参数的写入和读取的中段通信模块。

4.根据权利要求1所述的用于动态无功功率调节装置的控制系统，其特征在于：所述尾控制器包括：

用于实现后端功率单元直流母线电压采样，并将后端功率单元的直流母线电压信号送入所述首控制器中的后端采样模块；

用于根据所述采样信息实现后端功率单元的脉冲宽度调制并把信号送入尾控制器中的后端调制模块；

用于实现后端功率单元故障处理的后端故障处理模块；以及用于实现所述上位机对故障代码的读取处理以及上位机对相关控制参数的写入和读取的后端通信模块。