CN109361317A - 一种三端口电力电子变压器的集中控制器 - Google Patents

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袁晓冬
费益军
徐晓轶
李强
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Abstract

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种三端口电力电子变压器的集中控制器，包括高压端口、低压直流端口和低压交流端口，所述高压端口包括若干个功率模块，还包括控制主机，每个所述功率模块均配备两个编解码单元和一个校验和控制信号分配单元；所述控制主机接收各个功率模块传输过来的电压和电流信号，将未调制的控制信号传输给到各个功率模块；控制主机与每个所述功率模块之间采用两路串行总线实现双向通信；每个所述校验和控制信号分配单元，将接收到的两路控制信号进行对比和校验，该集中控制器仍然采用集中式的控制方式，将控制端口移至功率模块附近，主机采用编码通信的方式将控制信息传输到功率模块，减小控制主机的体积，提高可靠性。

Description

一种三端口电力电子变压器的集中控制器
技术领域
本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种三端口电力电子变压器的集中控制器。
背景技术
三端口电力电子变压器，包括高压端口(以直流端口为例)，低压直流端口和低压交流端口。其中高压端口包括了若干个模块的串联，通过高频变压器隔离之后首先连接低压直流端口，然后通过逆变器连接低压交流端口。
对于此类复杂的电力电子变压器装置，需要大量的模拟信号测量通道和开关器件控制信号，通常可以采用分布式、分层式或者集中式控制器方案。其中的集中式控制有利于全面优化系统性能，但当采用集中式控制器时，需要功能强大的控制主机，以及大量的控制端口和信号端口。随着微处理器技术的快速发展，开发功能强大的控制主机已经不再困难，但是大量的控制端口和复杂的信号连线使控制主机体积庞大，可靠性下降。
发明内容
本发明的目的是提出一种新的三端口电力电子变压器的集中控制器，仍然采用集中式的控制方式，但将控制端口移至功率模块附近，主机采用编码通信的方式将控制信息传输到功率模块，减小控制主机的体积，提高可靠性。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种三端口电力电子变压器的集中控制器，包括高压端口、低压直流端口和低压交流端口，所述高压端口包括n个功率模块，n为大于等于2的整数，该n个模块采用串联的方式，所述高压端口的每个所述功率模块分别与高频变压器连接，所述高频变压器的输出端通过双向低压整流器连接至所述低压直流端口，所述低压直流端口通过双向低压逆变器连接至所述低压交流端口，其特征在于：还包括控制主机，每个所述功率模块均配备两个编解码单元和一个校验和控制信号分配单元；所述控制主机接收各个所述功率模块传输过来的电压和电流信号，完成主要控制任务，将未调制的控制信号传输给到各个功率模块；所述控制主机与每个所述功率模块之间采用两路串行总线实现双向通信，通过该双向通信使所述控制主机与模块之间进行信息交互；每个所述校验和控制信号分配单元，将接收到的两路控制信号进行对比和校验，对正确的控制信号进行调制产生PWM控制信号送到所述功率模块中的主电路，同时通过每个功率模块所配备的编解码单元将采集到的模拟和数字信号进行编码并通过所述串行总线传输回所述控制主机。
优选的，所述控制主机采用复杂的控制电路，可以采用DSP+FPGA电路，或者采用工控机。
优选的，每个所述功率模块，都配置一个分控制器，用于通信和调制，该分控制器可以采用小封装DSP+CPLD的形式来实现。
优选的，所述两路串行总线，采用异步串行通信方式，每一路发送和接收各使用一根光纤进行传输。
优选的，对每个所述功率模块中需要通信的信息，按照实时性要求分为高实时信号和低实时信号，将模块的实时电流值和控制量作为高实时信号，其他如电压、功率等，都作为低实时信号。
优选的，基于通信协议，所述控制主机与所有功率模块之间建立一个同步时钟，基于该同步时钟，给所有功率模块设计独有的发送和接收数据的时间段，用于传输高实时要求的信号，而低实时要求的数据则在总线空闲时发送。
优选的，每个所述功率模块的高实时信号数据总宽度总共为50bit，按照100Mbps通信速率，和100个模块计算，刷新时间最高为50us。
与现有技术相比，本发明至少具有下述的有益效果或优点：
本发明提供的这种三端口电力电子变压器的集中控制器，仍然采用集中式的控制方式，但将控制端口移至功率模块附近，主机采用编码双向通信的方式将控制信息传输到功率模块，并通过在功率模块上配备编解码和校验控制信号分配，实现信号的校验和编解码，还能够实现对高实时要求的信号优先传输，减小控制主机的体积，提高可靠性。
附图说明
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明；
图1是三端口电力电子变压器结构示意图；
图2是三端口电力电子变压器的集中控制器模块化简图；
图3是三端口电力电子变压器的控制方案流程框图；
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种三端口电力电子变压器的集中控制器，如图1所示，包括高压端口、低压直流端口和低压交流端口，所述高压端口包括n个功率模块，功率模块1、功率模块2……功率模块n，n为大于等于2的整数，该n个模块采用串联的方式，所述高压端口的每个所述功率模块分别与高频变压器T连接，所述高频变压器T的输出端通过双向低压整流器HFAC/DC连接至所述低压直流端口，所述低压直流端口通过双向低压逆变器DC/LAC连接至所述低压交流端口。
如图2所示，该集中式控制器还包括控制主机，每个所述功率模块均配备两个编解码单元和一个校验和控制信号分配单元；所述控制主机接收各个所述功率模块传输过来的电压和电流信号，完成主要控制任务，将未调制的控制信号传输给到各个功率模块；所述控制主机与每个所述功率模块之间采用两路串行总线实现双向通信，包括串行通信1和串行通信2，通过该双向通信使所述控制主机与模块之间进行信息交互；每个所述校验和控制信号分配单元，将接收到的两路控制信号进行对比和校验，对正确的控制信号进行调制产生PWM控制信号送到所述功率模块中的主电路，同时通过每个功率模块所配备的编解码单元将采集到的模拟和数字信号进行编码并通过所述串行总线传输回所述控制主机。
所述控制主机采用复杂的控制电路，可以采用DSP+FPGA电路，或者采用工控机。
每个所述功率模块，都配置一个分控制器，用于通信和调制，该分控制器可以采用小封装DSP+CPLD的形式来实现。
所述两路串行总线，采用异步串行通信方式，每一路发送和接收各使用一根光纤进行传输，因此，两路双向通信仅需要4根光纤，通信的速率选择100Mbps。
对每个所述功率模块中需要通信的信息，按照实时性要求分为高实时信号和低实时信号，将模块的实时电流值和控制量作为高实时信号，其他如电压、功率等，都作为低实时信号。
基于通信协议，所述控制主机与所有功率模块之间建立一个同步时钟，基于该同步时钟，给所有功率模块设计独有的发送和接收数据的时间段，用于传输高实时要求的信号，而低实时要求的数据则在总线空闲时发送。
每个所述功率模块的高实时信号数据总宽度总共为50bit，按照100Mbps通信速率，和100个模块计算，刷新时间最高为50us。
如图3所示，控制方案根据三端口电力电子变压器的应用场合进行设计，包括两个主要控制量，分别是从高压直流端到低压直流端的功率流，以及从低压直流端到低压交流端的功率流。采用的控制方案如下。其中的Ch1，Ch2…Chn是高压侧串联模块的控制信号，Clr是低压整流的控制信号，Cli是低压侧逆变的控制信号。
综上所述，这种三端口电力电子变压器的集中控制器，仍然采用集中式的控制方式，但将控制端口移至功率模块附近，主机采用编码双向通信的方式将控制信息传输到功率模块，并通过在功率模块上配备编解码和校验控制信号分配，实现信号的校验和编解码，还能够实现对高实时要求的信号优先传输，减小控制主机的体积，提高可靠性。具有广泛的应用前景。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种三端口电力电子变压器的集中控制器，包括高压端口、低压直流端口和低压交流端口，所述高压端口包括n个功率模块，n为大于等于2的整数，该n个功率模块采用串联的方式，所述高压端口的每个所述功率模块分别与高频变压器连接，所述高频变压器的输出端通过双向低压整流器连接至所述低压直流端口，所述低压直流端口通过双向低压逆变器连接至所述低压交流端口，其特征在于：还包括控制主机，每个所述功率模块均配备两个编解码单元和一个校验和控制信号分配单元；所述控制主机接收各个所述功率模块传输过来的电压和电流信号，完成主要控制任务，将未调制的控制信号传输给到各个功率模块；所述控制主机与每个所述功率模块之间采用两路串行总线实现双向通信，通过该双向通信使所述控制主机与模块之间进行信息交互；每个所述校验和控制信号分配单元，将接收到的两路控制信号进行对比和校验，对正确的控制信号进行调制产生PWM控制信号送到所述功率模块中的主电路，同时通过每个功率模块所配备的编解码单元将采集到的模拟和数字信号进行编码并通过所述串行总线传输回所述控制主机。
2.根据权利要求1所述的三端口电力电子变压器的集中控制器，其特征在于：所述控制主机采用复杂的控制电路，采用DSP+FPGA电路，或者采用工控机。
3.根据权利要求1所述的三端口电力电子变压器的集中控制器，其特征在于：每个所述功率模块，都配置一个分控制器，用于通信和调制，该分控制器采用小封装DSP+CPLD的形式来实现。
4.根据权利要求1所述的三端口电力电子变压器的集中控制器，其特征在于：所述两路串行总线，采用异步串行通信方式，每一路发送和接收信号各使用一根光纤进行传输。
5.根据权利要求1所述的三端口电力电子变压器的集中控制器，其特征在于：对每个所述功率模块中需要通信的信息，按照实时性要求分为高实时要求信号和低实时要求信号，将模块的实时电流值和控制量作为高实时要求信号，将实时电压、功率作为低实时要求信号。
6.根据权利要求5所述的三端口电力电子变压器的集中控制器，其特征在于：基于通信协议，所述控制主机与所有功率模块之间建立一个同步时钟，基于该同步时钟，给所有功率模块设计独有的发送和接收数据的时间段，用于传输所述高实时要求信号，而低实时要求信号则在总线空闲时段发送。
7.根据权利要求6所述的三端口电力电子变压器的集中控制器，其特征在于：每个所述功率模块的高实时要求信号数据总宽度总共为50bit，按照100Mbps通信速率和100个模块计算，刷新时间最高为50us。
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