CN105226961B - 一种模块化三电平储能变流器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种模块化三电平储能变流器，包括背板，背板上通过可拆卸电连接接口连接有主功率板、滤波板和数字控制板；所述主功率板上安装三电平储能变流器的主电路元件；所述滤波板上安装滤波电感和滤波电容；所述数字控制板安装处理器、采样电路和SPWM输出电路。本发明提出的模块化三电平储能变流器，各电路单元模块化，在故障时，替换故障板卡即可，便于故障维修。而且各电路板卡按照特定功能进行划分，便于维护管理和查找故障。
Description
技术领域
本发明涉及一种模块化三电平储能变流器。
背景技术
近年来，由于开关电源成本压力越来越大，以及相匹配的功率器件集成技术越来越成熟，其高功率密度趋势也越来越明显。基于目前的器件水平和市场运行情况，中点钳位的三电平逆变拓扑成为中功率逆变的高性价比选择。
现有的模块化三电平储能变流器，通常分为主电路和控制电路设计，主电路包括模块化的功率模块，电容，散热器等，控制电路包括驱动电路，采样电路，通信电路等。其功能集成程度高，一旦出现故障，则整个变流器都无法工作，维护性较差。
发明内容
本发明的目的是提供一种模块化三电平储能变流器，用以解决现有技术维护性差的问题。
为实现上述目的，本发明的方案包括：
一种模块化三电平储能变流器，包括背板，背板上通过可拆卸电连接接口连接有主功率板、滤波板和数字控制板；所述主功率板上安装三电平储能变流器的主电路元件；所述滤波板上安装滤波电感和滤波电容；所述数字控制板安装处理器、采样电路和SPWM输出电路。
进一步的，还包括检测板，所述检测板上安装采样信号的调理电路和逻辑信号的电平转换电路，用于主功率板与数字控制板之间的信号交互。
进一步的，所述主功率板包括独立设置的第一主功率板和第二主功率板，第一主功率板上安装逆变侧和网侧电流的采样器件、控制输出的继电器和交直流端口处的熔断器；所述第二主功率板包括直流母线支撑电容、IGBT功率器件和IGBT驱动单元，所述IGBT驱动单元设置在一个驱动板上。
进一步的，所述滤波板包括逆变侧电感、网侧电感和滤波电容包括逆变侧电感和网侧的滤波电容。
进一步的，所述数字控制板的处理器由两个DSP和一个CPLD构成。
进一步的，所述数字控制板还设有通信接口、开入/开出信号接口和并离网信号接口。
进一步的，所述并离网信号接口包括离网同步信号接口、离网开关机信号接口和并离网切换信号接口。
进一步的，还包括显示板，用于安装LED指示灯。
进一步的，背板上安装用于标识变流器地址的拨码开关。
本发明提出的模块化三电平储能变流器，各电路单元模块化，在故障时，替换故障板卡即可，便于故障维修。而且各电路板卡按照特定功能进行划分，便于维护管理和查找故障。
附图说明
图1是实施例的系统框图；
图2是变流器对外接口示意图；
图3是处理器构成和软件框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
本实施例中，变流器的主电路为基于三电平逆变技术平台的单级双向AC/DC储能变流器模块，内部主电路采用“I”型三电平逆变拓扑，模块交流侧接入三相三线制交流电网，直流侧连接储能电池，该模块可四象限运行，当电池充电时，将网侧交流整流成直流给储能电池充电，当电池放电时，则将直流逆变成交流回馈到电网。
作为其他实施方式，也可以采用其他类型的三电平拓扑。
具体的，如图1，本实施例中，装置内部共有八块电路板，分别是：主功率板1、主功率板2、滤波板、驱动板、数字数字控制板、检测板、显示板、背板，主功率板1、主功率板2、滤波板、数字数字控制板、检测板、显示板和背板通过插接件组合在一起。本装置采用模块化结构设计思想，每部分承担相对独立的工作。
下面分别介绍各电路板的功能。
1、主功率板1
主功率板1是“I”型三电平主拓扑的重要组成部分，其中包括逆变侧和网侧电流的采样器件、控制输出的继电器、交直流端口处的熔断器。配合滤波板，主要完成滤波功能，同时该板为装置提供稳定可靠的辅助电源。
2、主功率板2
主功率板2是“I”型三电平主拓扑的重要组成部分，其中包括直流母线支撑电容、IGBT功率器件、IGBT驱动单元、IGBT吸收电路等组件，另外还包含散热风扇驱动、故障信号及电源等。主要完成DC/AC变换的功能。
3、滤波板
滤波板是“I”型三电平主拓扑的重要组成部分，包括逆变侧电感、网侧电感和滤波电容包括逆变侧电感和网侧的滤波电容。配合主功率板1，主要完成滤波功能。
4、驱动板
CPLD输出12路SPWM信号，通过检测板做逻辑处理和电平转换后，送到IGBT驱动板隔离放大，驱动IGBT模块的开通与关断。驱动板安装在主功率板2上。
5、数字数字控制板
以“2DSP+CPLD”为核心，包括外围电源和接口电路以及外扩的EEPROM、DAC等。如图3，储能变流器要求CPU快速响应指令，为了满足需求，采用“2DSP+CPLD”控制方案，其中一块主控DSP主要完成控制算法功能以及信息交换，另外一块逻辑DSP主要是执行逻辑时序功能和通信数据交换，CPLD是DSP的逻辑执行单元。实现如下功能：
模拟量采样，包括：滤波电容电压(三相)、逆变侧电感电流(三相)、网侧电感电流(三相)、直流正负母线电压、电池电压、电池电流及IGBT模块温度。
SPWM输出，共12路，低电平0V，高电平+3.3V。
开出，包括风扇控制信号、交流侧继电器控制信号、直流侧预充电回路继电器控制信号、直流侧继电器控制信号。
开入，包括散热器过温信号、风扇故障信号、熔断器故障等信号。
通讯接口，包括2路CAN和2路RS485。
信号接口，包括离网同步信号接口、离网开关机信号接口、并离网切换信号接口。
如图2，模块对外有4组通讯接口，分别为CAN1、CAN2、RS485A、RS485B，CAN1连接电池管理系统(BMS)，实现对电池的保护性充放电；CAN2连接后台监控系统，用于传输实时数据，多模块并联时实现模块均流控制；RS485A连接本地显示单元，用于传输模块运行数据；RS485B为预留通讯接口。
如图2，模块对外有3组信号接口，分别为离网同步信号接口(多模块并联离网运行时，通过该接口，使各模块时钟信号保持一致)、离网开关机信号接口(多模块并联离网运行时，通过该接口，解决启动时差问题)、并离网切换信号接口(通过该接口，可实现并离网切换功能)。
6、检测板
检测板连接主功率板1和数字数字控制板，主要包含采样信号的调理电路和逻辑信号的电平转换电路，主要功能是将主功率板1采集到的电压、电流、温度信号经过检测板差分运放处理后发送至数字控制板，将数字控制板输出的SPWM、控制信号经过电路推挽放大及信号电平转换后接至主功率板1。检测板主要包括接口电路、电源电路、采样电路及信号转换电路。
7、显示板
通过显示板上安装的两个LED指示灯(一个红灯，一个绿灯)，用来标识装置当前工作状态。
绿灯常亮，红灯熄灭：正常运行；
绿灯秒闪，红灯熄灭：待机；
绿灯红灯全常亮：通讯故障；
红灯常亮，绿灯熄灭：故障或告警。
8、背板
安装用于标识装置地址的拨码开关。
以上给出了本发明涉及的具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式，比如主功率板1和主功率板2可以一体设置；再如，检测板和数字控制板可以合并为一块板卡以节省空间；或者显示板也可以不设。
在本发明给出的思路下，采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本发明中的相应技术手段基本相同、实现的发明目的也基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种模块化三电平储能变流器，其特征在于，包括背板，背板上通过可拆卸电连接接口连接有主功率板、滤波板、检测板和数字控制板；所述主功率板上安装三电平储能变流器的主电路元件；所述滤波板上安装滤波电感和滤波电容；所述数字控制板安装处理器、采样电路和SPWM输出电路；所述主功率板包括独立设置的第一主功率板和第二主功率板，第一主功率板上安装逆变侧和网侧电流的采样器件、控制输出的继电器和交直流端口处的熔断器；所述第二主功率板包括直流母线支撑电容、IGBT功率器件和IGBT驱动单元，所述IGBT驱动单元设置在一个驱动板上；所述检测板上安装采样信号的调理电路和逻辑信号的电平转换电路，用于主功率板与数字控制板之间的信号交互；所述检测板将第一主功率板采集到的电压、电流、温度信号经过差分运放处理后发送至数字控制板，并将数字控制板输出的SPWM、控制信号经过电路推挽放大及信号电平转换后接至第一主功率板。
2.根据权利要求1所述的一种模块化三电平储能变流器，其特征在于，所述滤波板包括逆变侧电感、网侧电感和滤波电容。
3.根据权利要求1所述的一种模块化三电平储能变流器，其特征在于，所述数字控制板的处理器由两个DSP和一个CPLD构成。
4.根据权利要求1所述的一种模块化三电平储能变流器，其特征在于，所述数字控制板还设有通信接口、开入/开出信号接口和并离网信号接口。
5.根据权利要求4所述的一种模块化三电平储能变流器，其特征在于，所述并离网信号接口包括离网同步信号接口、离网开关机信号接口和并离网切换信号接口。
6.根据权利要求1所述的一种模块化三电平储能变流器，其特征在于，还包括显示板，用于安装LED指示灯。
7.根据权利要求1所述的一种模块化三电平储能变流器，其特征在于，背板上安装用于标识变流器地址的拨码开关。
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