CN104578074B - 基于光纤接口的环形通讯网络系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于光纤接口的环形通讯网络系统及其控制方法，其中，所述系统包括并联的分别带有控制板的主功率单元和若干个从功率单元，主功率单元通过其控制板光纤接口与APF主控系统通讯，并通过控制板光纤接口组成环形通讯网络；主、从功率单元的控制板均分别具有三个电流霍尔传感器，用于功率单元三相输出电流及一路直流电压的采样，并具有直流电压过压保护和三相交流电流过流保护；所述控制方法是通过APF主控系统通过光纤接口传送给主功率单元补偿谐波电流、前馈电压、系统状态信息，主功率单元再通过环形通讯网络传送给每个在线从功率单元；每个主、从功率单元控制板通过FPGA进行电流控制产生PWM控制IGBT输出。
Description
技术领域
本发明涉及一种功率单元组成的环形通讯网络系统，特别是公开一种基于光纤接口的并联功率单元组成的环形通讯网络系统及其控制方法，属于电力电子控制技术领域。
背景技术
随着工业自动化的快速发展，更多的工业设备使用，电网的谐波不断增大，严重影响电能质量，这就需要对电网谐波进行治理。有源滤波器是对谐波进行治理的一种设备，可以进行谐波补偿。一般应用现场，选择有源滤波器容量都是根据负载数据进行理论计算得出，但有可能某个负载变化就会造成选择的有源滤波器容量不合适，在现场由于空间大小问题，不能扩容；其次，有源滤波器由于功率元器件的特点造成单机容量不能做大，在某些现场需要并机运行，占地面积大；还有就是在现场运行，由于电磁环境恶劣，造成干扰，设备不能稳定运行；另外，有源滤波器的保护不及时，也易造成炸机。
发明内容
本发明针对上述现有问题，提供一种基于光纤接口的环形通讯网络系统及其控制方法，由并联功率单元组成，提高了抗干扰能力，加强故障保护，增强了系统的运行稳定性。
本发明是这样实现的：一种基于光纤接口的环形通讯网络系统，其特征在于：所述的系统包括并联的分别带有控制板的主功率单元和若干个从功率单元，所述的从功率单元设有1～10个，主功率单元的控制板有两组光纤通讯接口，一组用于与APF主控系统通讯，另外一组用于与从功率单元组成环形通讯网络；从功率单元的控制板只有一组光纤通讯接口，用于组成环形通讯网络；所述主、从功率单元的控制板均具有三个电流霍尔传感器，用于功率单元三相输出电流的采样，以及一路直流电压的采样，并且对主、从功率单元的直流电压过压和三相输出电流过流进行保护。
一种基于光纤接口的环形通讯网络系统的控制方法，其特征在于：APF主控系统通过光纤接口与主功率单元通讯，传送所需补偿谐波电流、前馈电压、系统状态信息，主功率单元根据在线功率单元数量，平均分配需要补偿谐波电流值，通过环形通讯网络，传送给每个在线从功率单元；主、从功率单元把接收到的补偿谐波电流值与三相输出电流采样值进行PI调节，控制IGBT的PWM驱动输出，进而控制电流输出。
特别地，主、从功率单元分别采集自身的三相输出电流，从功率单元通过环形通讯网络传输叠加后，最终传送给主功率单元，由主功率单元再进行叠加后传送给APF主控系统。主、从功率单元的直流电压同样通过环形光纤网络经过平均处理后由主功率单元传送给APF主控系统。
特别地，APF主控系统通过光纤通讯传送功率单元的直流电压过压和三相交流电流过流的保护参数给主功率单元，再通过环形通讯网络传送给所有在线从功率单元。
特别地，从功率单元可判定自身故障，如果故障则自动退出运行，具备冗余功能，不影响整个环形通讯网络的系统运行。
本发明的有益效果是：利用本发明提供的基于光纤接口的并联功率单元组成的环形通讯网络系统及其控制方法，可以方便扩容，单机容量提高很多，同时抗干扰能力加强，故障保护及时，功率单元的故障自动离线功能，增强了系统的运行稳定性。
附图说明
图1是本发明的系统示意图。
图2是本发明的功率单元控制板的故障保护示意图。
图3是本发明的主功率单元的控制流程示意图。
图4是本发明的从功率单元的控制流程示意图。
图5是本发明的主、从功率单元的电流控制示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
图1是本发明的系统示意图，虚框为本发明的基于光纤接口的并联功率单元组成的环形通讯网络系统。系统中有一个主功率单元和若干个从功率单元（分别为从功率单元1、从功率单元2……从功率单元N），根据需要一般从功率单元可设置1～10个。主、从功率单元都分别带有一块控制板，每块控制板均具有三个电流霍尔传感器，主功率单元的控制板设有两组光纤通讯接口，从功率单元的控制板只设有一组光纤通讯接口，主、从功率单元的硬件差别仅此而已；主、从功率单元还有直流电压V+,V-接口以及三相输出电流接口。主、从功率单元的V+，V-分别共在一起，共直流母线，同时主、从功率单元的三相输出电流也分别共在一起，形成功率单元并联，可以增大单机的电流输出能力。，每组光纤通讯接口具有收发功能，发送端是TX,接收端是RX。主功率单元的两组光纤通讯接口，一组与APF主控系统的光纤通讯接口连接，交互通讯数据；另一组用于与从功率单元的光纤通讯接口形成环形通讯网络，具体实现如下：主功率单元的光纤通讯接口TX1与第一个从功率单元1的光纤通讯接口RX1连接，从功率单元1的光纤通讯接口TX1与后级的从功率单元2的光纤通讯接口RX1连接，以此类推，最后一个从功率单元N的光纤通讯接口TX1与主功率单元的光纤通讯接口RX1连接，主、从功率单元通过光纤通讯接口连接形成环形通讯网络。从功率单元的个数则是根据系统容量的需求来确定，最多能达到10个从功率单元在环形通讯网络上工作。光纤通讯接口的速率达到100M，保证整个环形网络通讯速率满足系统的性能要求。
图2是功率单元控制板的故障保护示意图。并联的主、从功率单元都能进行PWM独立控制输出，同时通过电流霍尔传感器对三相输出电流进行采样，并且直流电压进行采样，为了保证功率单元独立工作的安全性，对功率单元的直流电压和三相输出电流进行故障保护。直流电压采样是通过电阻分压后进入功率单元控制板，经过控制板的调理电路得到一个滤波后比较稳定的电压值，与直流电压保护设定值进行比较，大于保护阀值则输出过压故障信号；三相输出电流采样则是通过电流霍尔传感器采样得到，同样是通过控制板的调理电路进行滤波调理，再经过最大值电路得到电流峰值，与过流保护设定值进行比较，超过保护阀值则输出过流故障信号。过压故障信号或过流故障信号有效，则本功率单元封锁PWM输出，同时把故障信息通过环形通讯网络传送给主功率单元，退出PWM输出工作模式。
图3是主功率单元的控制流程示意图，主功率单元在环形通讯网络中的控制方法如下:
主功率单元与APF主控系统建立通讯连接，接收APF主控系统经过串行编码定时发过来的不同类型的信息：系统状态信息，故障保护设定参数，启停命令以及输出控制参数信息。主功率单元利用单元控制板上的FPGA芯片对串行信息进行解码，解析出每次接收到的数据信息，并根据数据类型的不同，进行不同的操作。接收到的信息是故障保护设定参数，主功率单元则通过与第一个从功率单元建立的光纤通讯连接，把参数再经过串行编码传送给第一个从功率单元，从功率单元经过数据处理传送给下面的从功率单元，致使环形通讯网络上的所有在线功率单元都得到参数；接收到停止命令和系统状态信息，主功率单元则把停止命令和系统状态信息传送给第一个功率单元；接收到启动命，主功率单元则根据在线功率单元个数自动平均分配目标电流，并且把启动命令，平均后的目标电流和前馈电压参数，传送给第一个功率单元，同时主功率单元开始电流控制PWM输出。在环形通讯网络中，主功率单元与最后一个从功率单元建立的光纤通讯连接，接收最后一个从功率单元传送的所有从功率单元的故障状态信息，三相电流叠加信息和直流电压信息，主功率单元再叠加自身的三相电流值，则得到整个系统的三相电流输出大小，同时通过故障状态信息，可得知在线单元的个数。主功率单元在定时到来时，通过光纤通讯接口，把所有单元的故障状态信号、系统三相输出电流信号、系统直流电压信号以串行编码的方式传送给APF主控系统。
图4是，从功率单元的控制流程示意图，从功率单元在环形通讯网络中的控制方法如下:
从功率单元接收前级功率单元（主功率单元或从功率单元都有可能）通过光纤通讯接口发送的串行编码数据，在从功率单元没有过压故障和过流故障的条件下，对数据进行解码，得到系统发送的启停命令及控制参数，在启动命令下，从功率单元根据得到的平均目标电流参数和前馈电压参数进行电流控制PWM输出；在定时到来时，从功率单元把启停命令，功率单元故障状态信息，控制参数以串行编码方式通过光纤通讯接口发送给后级功率单元。从功率单元实时进行自身故障判断，如果故障，会自动退出PWM工作模式，不影响整个系统的继续工作，增强了系统的工作稳定性。
图5是主、从功率单元的电流控制示意图，主、从功率单元在系统启动命令下，进行电流控制PWM输出。Itarget是APF主控系统传送的谐波补偿总电流，N是环形网络在线的功率单元个数（包含主功率单元），If是功率单元电流霍尔传感器采集的输出电流，UL是电抗器电压，由功率单元根据采样电流和电感感量L*di/dt计算得到，Upower是APF主控系统传送前馈电压。首先Itarget与If进行PI调节，其次调节后的值加上UL，把电感电压的影响增补上，最后把前馈电压Upower加上，增强系统调节的稳定，把最终结果与三角波进行比较产生PWM控制输出。
以上具体实施例仅用于详细解释本发明，本领域的普通技术人员显然可以根据本案公开的技术内容对实施方式作各种等同替换或修改、变化，这些替换、修改、变化均应属于本发明的保护范围，本发明的保护范围以本案的权利要求书描述为准。
Claims (4)
1.一种基于光纤接口的环形通讯网络系统的控制方法，所述的环形通讯网络系统包括并联的分别带有控制板的主功率单元和若干个从功率单元，主功率单元的控制板有两组光纤接口，一组用于与APF主控系统通讯，另外一组用于与从功率单元组成环形通讯网络；从功率单元的控制板只有一组光纤接口，用于组成环形通讯网络；所述主、从功率单元的控制板均具有三个电流霍尔传感器，主、从功率单元的控制板用于功率单元三相输出电流的采样，以及一路直流电压的采样，并且对主、从功率单元的直流电压过压和三相输出电流过流进行保护，其特征在于：所述的APF主控系统通过光纤接口与主功率单元通讯，传送所需补偿谐波电流值、前馈电压、系统状态信息，主功率单元根据在线功率单元数量，平均分配所需补偿谐波电流值，通过环形通讯网络，传送给每个在线从功率单元；主、从功率单元把接收到的所需补偿谐波电流值与三相输出电流采样值进行PI调节，加上前馈电压和电抗器压降，计算得到输出所需补偿电流值的波形数据，PWM方式控制IGBT输出，得到输出电流。
2.根据权利要求1所述的基于光纤接口的环形通讯网络系统的控制方法，其特征在于：主、从功率单元分别采集自身的三相输出电流，从功率单元通过环形通讯网络传输叠加后，最终传送给主功率单元，由主功率单元再进行叠加后传送给有APF主控系统，主、从功率单元的直流电压同样通过环形通讯网络经过平均处理后由主功率单元传送给APF主控系统。
3.根据权利要求 1所述的基于光纤接口的环形通讯网络系统的控制方法，其特征在于：从功率单元可判定自身故障，如果故障则自动退出运行，具备冗余功能，不影响整个环形通讯网络的系统的运行。
4.根据权利要求1或2或3所述的基于光纤接口的环形通讯网络系统的控制方法，其特征在于：所述的从功率单元设有1～10个。
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