CN109787230A - 一种用于多态电能质量治理装置的控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于多态电能质量治理装置的控制系统，通过对装置中的2块主控制板、36块逆变单元控制板、36块逆变单元驱动板、36块储能单元控制板以及36个储能电池监控模块进行协调控制，从而实现多态电能质量治理装置的安全稳定运行；且本发明所设计的控制系统，具有结构灵活、通用性强、便于模块化设计，适用于10kV及以上电压等级的电能质量治理装置系统控制，能显著提高电能质量治理装置控制系统的安全性和可靠性。

Description

一种用于多态电能质量治理装置的控制系统

技术领域

本发明属于电力电子装置控制技术领域，更为具体地讲，涉及一种用于多态电能质量治理装置的控制系统。

背景技术

控制系统是决定电能质量治理装置治理效果好坏的重要因素，近年来，由于电能质量治理装置功率单元级数、电流密度的不断提高，工作环境也越发恶劣，导致了原有的一些控制系统在这种运行条件下的抗干扰能力不强，采样精度不高，故障保护机制不够强大，从而引起系统的控制性能不高，造成了电能质量治理装置运行的不可靠。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于多态电能质量治理装置的控制系统，以实现多态电能质量治理装置的实时安全稳定运行。

为实现上述发明目的，本发明一种用于多态电能质量治理装置的控制系统，其特征在于，包括：

第一主控板，包括光纤接口模块、RS485通信模块、故障处理模块、数据接收模块和控制模块；第一主控板通过RS485通信模块与触摸显示屏连接，通过光纤接口模块分别与第二主控制板和储能单元控制板连接；

其中，RS485通信模块用于与触摸显示屏、第二主控制板和储能单元控制板之间的故障代码、储能电池控制命令以及储能电池状态的传递；故障处理模块用于接收储能单元控制板上传的储能单元故障信息，并对故障信息进行处理；控制模块用于控制储能单元DCDC控制板状态、控制储能单元充放电状态、控制储能单元功率二极管直流接触器分断；数据接收模块用于接收储能单元控制板、触摸屏、第二主控制板发送的储能电池组SOC状态信息、双向DCDC变换器状态信息；

数据接收模块将接收到的电池组状态信息和双向DCDC变换器信息发送给控制模块进行处理，然后，控制模块将处理后的控制命令发送给FPGA通信模块，FPGA通信模块再将控制命令通过光纤接口模块发送给储能单元控制板和第二主控制板进行处理；

第二主控板，主要包括光纤接口模块、采样模块、控制模块、故障处理模块、RS485通信模块、FPGA通信模块、数据接收模块和调制模块；第二主控制板通过RS485通信模块与触摸显示屏连接，通过光纤接口模块分别与第一主控板和逆变单元控制板连接；

其中，采样模块用于采集电网电压、电网电流及多态电能质量治理装置的输出电流、输出电压，并对这些数据进行标准化处理；控制模块用于对逆变单元进行输出电压控制、电流控制、直流稳压控制、逆变单元均功率控制等；故障处理模块用于处理逆变单元控制板上传的故障信息及采样模块传回数据的故障信息；RS485通信模块用于与触摸显示屏通信；FPGA通信模块用于与第一主控制板、逆变单元控制板之间的逆变单元运行状态和逆变单元控制命令传递；数据接收模块用于接收触摸屏、第一主控制板和逆变单元控制板输入的运行命令、储能电池组状态信息以及逆变单元状态信息；调制模块用于输出逆变单元脉宽调制波形并把调制后的信号送入FPGA模块；

采样模块将采集处理后的电压、电流信号传递给控制模块进行处理；数据接收模块将接收到的逆变单元状态信息、储能单元状态信息、运行命令信息传递给控制模块进行处理，然后，控制模块将处理后的逆变单元控制命令发送给调制模块，调制模块根据控制命令生成逆变单元调制波形传递给FPGA通信模块，最后，FPGA通信模块将逆变单元调制波形和控制命令通过光纤接口模块传递给逆变单元控制板；

多块储能单元控制板，包括光纤接口模块、数据接收模块、故障处理模块、通信模块、充放电控制模块和驱动模块；

其中，储能单元控制板通过光纤接口模块与第一主控板的光纤模块进行连接，数据接收模块用于接收第一主控制板和储能电池管理系统发送的储能单元控制命令、储能电池组故障信息；故障处理模块用于处理储能单元电池欠压、过压、过流及漏电故障；通信模块用于与储能电池组的通信模块进行连接，采集储能电池组的状态信息；充放电控制模块用于储能单元中双向DCDC变换器的充放电控制；

数据接收模块将接收到的储能单元控制命令传递给充放电控制模块进行处理，将接收到的储能电池组故障信息传递给故障处理模块进行处理；充放电控制模块将接收到的控制命令转换为双向DCDC变换器控制信号传递给驱动模块；驱动模块用于对DCDC的控制实现电池组的充放电控制；

多块储能电池管理系统，包括采样模块、数据处理模块和通信模块；

其中，采样模块用于实时采集储能单元中电池的电压、温度和充放电电流数据；数据处理模块用于将采样模块采集到的数据进行处理；通信模块用于将数据处理模块处理后的数据发送给储能单元控制板；

多块逆变单元控制板，包括光纤接口模块、数据接收模块、采样模块、通信模块和故障处理模块；

其中，逆变单元控制板通过光纤接口模块与逆变单元驱动板以及第二主控板进行连接；数据接收模块用于接收第二主控板和逆变单元驱动板发送的逆变单元控制命令、逆变单元调制波形数据、逆变单元故障信息；采样模块用于采集逆变单元直流母线电压；通信模块用于发送逆变单元的运行状态信息；故障处理模块用于处理逆变单元的过压故障、过温故障和通信失效故障；

数据接收模块将接收到的逆变单元故障信息传递给故障处理模块进行处理，将接收到的逆变单元控制命令、调制波形传递给通信模块进行处理；采样模块将采集到的逆变单元直流母线电压信息传递给通信模块；通信模块将接收的逆变单元直流母线电压信息上传给第二主控制板进行处理，将接收到的逆变单元控制命令、调制波形数据传递给逆变单元驱动板进行处理；

多块逆变单元驱动板，包括光纤接口模块、驱动模块和故障检测模块；

其中，驱动模块用于接收逆变单元控制板发送的逆变单元调制波形数据，并对IGBT进行驱动控制；故障检测模块用于逆变单元过温故障、过压故障、通信失效故障的检测；逆变单元驱动板光纤接口模块和逆变单元控制板光纤接口模块进行连接，主要用于逆变单元故障信息和逆变单元调制波形数据的传递；光纤接口模块将接收到的逆变单元调制波形数据传递给驱动模块，驱动模块根据调制波形数据对逆变单元IGBT进行驱动控制；

触摸显示屏，用于所述多态电能质量治理装置系统运行状态显示、系统参数设定、系统参数读取、故障信息显示。

本发明的发明目的是这样实现的：

本发明提供一种用于多态电能质量治理装置的控制系统，通过对装置中的2块主控制板、36块逆变单元控制板、36块逆变单元驱动板、36块储能单元控制板以及36个储能电池监控模块进行协调控制，从而实现多态电能质量治理装置的安全稳定运行；且本发明所设计的控制系统，具有结构灵活、通用性强、便于模块化设计，适用于10kV及以上电压等级的电能质量治理装置系统控制，能显著提高电能质量治理装置控制系统的安全性和可靠性。

附图说明

图1是本发明一种用于多态电能质量治理装置的控制系统架构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。

实施例

图1是本发明一种用于多态电能质量治理装置的控制系统架构图。

在本实施例中，如图1所示，本发明一种用于多态电能质量治理装置的控制系统，包括：第一主控板、第二主控板、多块储能单元控制板、多块储能电池管理系统、多块逆变单元控制板、多块逆变单元驱动板和触摸显示屏。

在本实施例中，储能单元控制板、储能电池管理系统、逆变单元控制板和逆变单元驱动板均采用36块，且每一块的结构和功能相同。储能单元控制板、储能电池管理系统、逆变单元控制板和逆变单元驱动板之间按照编号1对1，2对2，……，36对36的方式连接。

下面我们对系统中的各个子部件进行详细说明：

第一主控板，即图1所示的主控板1，包括光纤接口模块、RS485通信模块、故障处理模块、数据接收模块和控制模块；第一主控板通过RS485通信模块与触摸显示屏连接，通过光纤接口模块分别与第二主控制板和储能单元控制板连接；

其中，RS485通信模块用于与触摸显示屏、第二主控制板和储能单元控制板之间的故障代码、储能电池控制命令以及储能电池状态的传递；故障处理模块用于接收储能单元控制板上传的储能单元故障信息，并对故障信息进行处理；控制模块用于控制储能单元DCDC控制板状态、控制储能单元充放电状态、控制储能单元功率二极管直流接触器分断；数据接收模块用于接收储能单元控制板、触摸屏、第二主控制板发送的储能电池组SOC状态信息、双向DCDC变换器状态信息；

数据接收模块将接收到的电池组状态信息和双向DCDC变换器信息发送给控制模块进行处理，然后，控制模块将处理后的控制命令发送给FPGA通信模块，FPGA通信模块再将控制命令通过光纤接口模块发送给储能单元控制板和第二主控制板进行处理；

第二主控板，即图1所示的主控板2，主要包括光纤接口模块、采样模块、控制模块、故障处理模块、RS485通信模块、FPGA通信模块、数据接收模块和调制模块；第二主控制板通过RS485通信模块与触摸显示屏连接，通过光纤接口模块分别与第一主控板和逆变单元控制板连接；

其中，采样模块用于采集电网电压、电网电流及多态电能质量治理装置的输出电流、输出电压，并对这些数据进行标准化处理；控制模块用于对逆变单元进行输出电压控制、电流控制、直流稳压控制、逆变单元均功率控制等；故障处理模块用于处理逆变单元控制板上传的故障信息及采样模块传回数据的故障信息；RS485通信模块用于与触摸显示屏通信；FPGA通信模块用于与第一主控制板、逆变单元控制板之间的逆变单元运行状态和逆变单元控制命令传递；数据接收模块用于接收触摸屏、第一主控制板和逆变单元控制板输入的运行命令、储能电池组状态信息以及逆变单元状态信息；调制模块用于输出逆变单元脉宽调制波形并把调制后的信号送入FPGA模块；

采样模块将采集处理后的电压、电流信号传递给控制模块进行处理；数据接收模块将接收到的逆变单元状态信息、储能单元状态信息、运行命令信息传递给控制模块进行处理，然后，控制模块将处理后的逆变单元控制命令发送给调制模块，调制模块根据控制命令生成逆变单元调制波形传递给FPGA通信模块，最后，FPGA通信模块将逆变单元调制波形和控制命令通过光纤接口模块传递给逆变单元控制板；

多块储能单元控制板，包括光纤接口模块、数据接收模块、故障处理模块、通信模块、充放电控制模块和驱动模块；

其中，储能单元控制板通过光纤接口模块与第一主控板的光纤模块进行连接，数据接收模块用于接收第一主控制板和储能电池管理系统发送的储能单元控制命令、储能电池组故障信息；故障处理模块用于处理储能单元电池欠压、过压、过流及漏电故障；通信模块用于与储能电池组的通信模块进行连接，采集储能电池组的状态信息；充放电控制模块用于储能单元中双向DCDC变换器的充放电控制；

数据接收模块将接收到的储能单元控制命令传递给充放电控制模块进行处理，将接收到的储能电池组故障信息传递给故障处理模块进行处理；充放电控制模块将接收到的控制命令转换为双向DCDC变换器控制信号传递给驱动模块；驱动模块用于对DCDC的控制实现电池组的充放电控制；

多块储能电池管理系统，包括采样模块、数据处理模块和通信模块；

其中，采样模块用于实时采集储能单元中电池的电压、温度和充放电电流数据；数据处理模块用于将采样模块采集到的数据进行处理；通信模块用于将数据处理模块处理后的数据发送给储能单元控制板；

多块逆变单元控制板，包括光纤接口模块、数据接收模块、采样模块、通信模块和故障处理模块；

其中，逆变单元控制板通过光纤接口模块与逆变单元驱动板以及第二主控板进行连接；数据接收模块用于接收第二主控板和逆变单元驱动板发送的逆变单元控制命令、逆变单元调制波形数据、逆变单元故障信息；采样模块用于采集逆变单元直流母线电压；通信模块用于发送逆变单元的运行状态信息；故障处理模块用于处理逆变单元的过压故障、过温故障和通信失效故障；

数据接收模块将接收到的逆变单元故障信息传递给故障处理模块进行处理，将接收到的逆变单元控制命令、调制波形传递给通信模块进行处理；采样模块将采集到的逆变单元直流母线电压信息传递给通信模块；通信模块将接收的逆变单元直流母线电压信息上传给第二主控制板进行处理，将接收到的逆变单元控制命令、调制波形数据传递给逆变单元驱动板进行处理；

多块逆变单元驱动板，包括光纤接口模块、驱动模块和故障检测模块；

其中，驱动模块用于接收逆变单元控制板发送的逆变单元调制波形数据，并对IGBT进行驱动控制；故障检测模块用于逆变单元过温故障、过压故障、通信失效故障的检测；逆变单元驱动板光纤接口模块和逆变单元控制板光纤接口模块进行连接，主要用于逆变单元故障信息和逆变单元调制波形数据的传递；光纤接口模块将接收到的逆变单元调制波形数据传递给驱动模块，驱动模块根据调制波形数据对逆变单元IGBT进行驱动控制；

触摸显示屏，用于所述多态电能质量治理装置系统运行状态显示、系统参数设定、系统参数读取、故障信息显示。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (1)

1.一种用于多态电能质量治理装置的控制系统，其特征在于，包括：

第一主控板，包括光纤接口模块、RS485通信模块、故障处理模块、数据接收模块和控制模块；第一主控板通过RS485通信模块与触摸显示屏连接，通过光纤接口模块分别与第二主控制板和储能单元控制板连接；

其中，RS485通信模块用于与触摸显示屏、第二主控制板和储能单元控制板之间的故障代码、储能电池控制命令以及储能电池状态的传递；故障处理模块用于接收储能单元控制板上传的储能单元故障信息，并对故障信息进行处理；控制模块用于控制储能单元DCDC控制板状态、控制储能单元充放电状态、控制储能单元功率二极管直流接触器分断；数据接收模块用于接收储能单元控制板、触摸屏、第二主控制板发送的储能电池组SOC状态信息、双向DCDC变换器状态信息；

数据接收模块将接收到的电池组状态信息和向DCDC变换器信息发送给控制模块进行处理，然后，控制模块将处理后的控制命令发送给FPGA通信模块，FPGA通信模块再将控制命令通过光纤接口模块发送给储能单元控制板和第二主控制板进行处理；

第二主控板，主要包括光纤接口模块、采样模块、控制模块、故障处理模块、RS485通信模块、FPGA通信模块、数据接收模块和调制模块；第二主控制板通过RS485通信模块与触摸显示屏连接，通过光纤接口模块分别与第一主控板和逆变单元控制板连接；

其中，采样模块用于采集电网电压、电网电流及多态电能质量治理装置的输出电流、输出电压，并对这些数据进行标准化处理；控制模块用于对逆变单元进行输出电压控制、电流控制、直流稳压控制、逆变单元均功率控制等；故障处理模块用于处理逆变单元控制板上传的故障信息及采样模块传回数据的故障信息；RS485通信模块用于与触摸显示屏通信；FPGA通信模块用于与第一主控制板、逆变单元控制板之间的逆变单元运行状态和逆变单元控制命令传递；数据接收模块用于接收触摸屏、第一主控制板和逆变单元控制板输入的运行命令、储能电池组状态信息以及逆变单元状态信息；调制模块用于输出逆变单元脉宽调制波形并把调制后的信号信号送入FPGA模块；

采样模块将采集处理后的电压、电流信号传递给控制模块进行处理；数据接收模块将接收到的逆变单元状态信息、储能单元状态信息、运行命令信息传递给控制模块进行处理，然后，控制模块将处理后的逆变单元控制命令发送给调制模块，调制模块根据控制命令生成逆变单元调制波形传递给FPGA通信模块，最后，FPGA通信模块将逆变单元调制波形和控制命令通过光纤接口模块传递给逆变单元控制板；

多块储能单元控制板，包括光纤接口模块、数据接收模块、故障处理模块、通信模块、充放电控制模块和驱动模块；

其中，储能单元控制板通过光纤接口模块与第一主控板的光纤模块进行连接，数据接收模块用于接收第一主控制板和储能电池管理系统发送的储能单元控制命令、储能电池组故障信息；故障处理模块用于处理储能单元电池欠压、过压、过流及漏电故障；通信模块用于与储能电池组的通信模块进行连接，采集储能电池组的状态信息；充放电控制模块用于储能单元中双向DCDC变换器的充放电控制；

数据接收模块将接收到的储能单元控制命令传递给充放电控制模块进行处理，将接收到的储能电池组故障信息传递给故障处理模块进行处理；充放电控制模块将接收到的控制命令转换为双向DCDC变换器控制信号传递给驱动模块；驱动模块用于对DCDC的控制实现电池组的充放电控制；

多块储能电池管理系统，包括采样模块、数据处理模块和通信模块；

其中，采样模块用于实时采集储能单元中电池的电压、温度和充放电电流数据；数据处理模块用于将采样模块采集到的数据进行处理；通信模块用于将数据处理模块处理后的数据发送给储能单元控制板；

多块逆变单元控制板，包括光纤接口模块、数据接收模块、采样模块、通信模块和故障处理模块；

其中，逆变单元控制板通过光纤接口模块与逆变单元驱动板以及第二主控板进行连接；数据接收模块用于接收第二主控板和逆变单元驱动板发送的逆变单元控制命令、逆变单元调制波形数据、逆变单元故障信息；采样模块用于采集逆变单元直流母线电压；通信模块用于发送逆变单元的运行状态信息；故障处理模块用于处理逆变单元的过压故障、过温故障和通信失效故障；

数据接收模块将接收到的逆变单元故障信息传递给故障处理模块进行处理，将接收到的逆变单元控制命令、调制波形传递给通信模块进行处理；采样模块将采集到的逆变单元直流母线电压信息传递给通信模块；通信模块将接收的逆变单元直流母线电压信息上传给第二主控制板进行处理，将接收到的逆变单元控制命令、调制波形数据传递给逆变单元驱动板进行处理；

多块逆变单元驱动板，包括光纤接口模块、驱动模块和故障检测模块；

其中，驱动模块用于接收逆变单元控制板发送的逆变单元调制波形数据，并对IGBT进行驱动控制；故障检测模块用于逆变单元过温故障、过压故障、通信失效故障的检测；逆变单元驱动板光纤接口模块和逆变单元控制板光纤接口模块进行连接，主要用于逆变单元故障信息和逆变单元调制波形数据的传递；光纤接口模块将接收到的逆变单元调制波形数据传递给驱动模块，驱动模块根据调制波形数据对逆变单元IGBT进行驱动控制；

触摸显示屏，用于所述多态电能质量治理装置系统运行状态显示、系统参数设定、系统参数读取、故障信息显示。