CN217848961U - 一种基于单板控制器的svg多机并联控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于单板控制器的SVG多机并联控制装置，包括主机SVG、从机SVG、主从并联装置，主从并联装置包括光路由，光路由通过通讯端口与主机SVG和从机SVG连接，用于主机SVG和从机SVG参数互传；主机SVG包括控制柜、功率柜、充电柜，控制柜通过通讯端口与功率柜连接，功率柜用于接收控制柜指令使功率单元IGBT动作；充电柜与功率柜通过端口电缆连接，用于对功率单元内部的电容进行预充电，减小合闸冲击电流；从机SVG与主机SVG结构完全相同，从机SVG数量大于等于1。本实用新型的优点是：采用主机SVG和从机SVG互联方式，降低SVG系统故障率；SVG主从机容量可自由选择；SVG单元光纤连接采用单根单向收发方式，减小空间，减少光纤长度和数量。

Description

一种基于单板控制器的SVG多机并联控制装置

技术领域

本实用新型涉及SVG控制技术领域，特别涉及一种基于单板控制器的SVG多机并联控制装置。

背景技术

静止无功发生器SVG因其结构简单、响应速度快、高可靠性等特点广泛应用于无功补偿领域中。但受功率器件的电流限制、制造工艺和场地等因素影响，SVG多机并联协调运行是实现扩容和补偿多样化的有效解决方案。

因用户不同的购买需求，无法实现不同厂家的SVG互联并联补偿，因此需要由集中控制器统一管理各个SVG电流，但是集中控制器如果出现故障，整个补偿系统将失控。

发明内容

为克服现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种基于单板控制器的SVG多机并联控制装置，采用主机SVG和从机SVG互联的方式，也可以实现不同厂家SVG控制柜的连接。

为实现上述目的，本实用新型通过以下技术方案实现：

一种基于单板控制器的SVG多机并联控制装置，包括主机SVG、从机SVG、主从并联装置，主从并联装置包括光路由，光路由通过通讯端口与主机SVG和从机SVG连接，用于主机SVG和从机SVG参数互传；主机SVG包括控制柜、功率柜、充电柜，控制柜通过通讯端口与功率柜连接，功率柜用于接收控制柜指令使功率单元IGBT动作；充电柜与功率柜通过端口电缆连接，用于对功率单元内部的电容进行预充电，减小合闸冲击电流。

从机SVG与主机SVG结构完全相同，从机SVG数量大于等于1。

功率柜包括三相若干个功率单元，功率单元之间通过通讯端口单根单相光纤串联连接，功率单元之间采用H桥串联拓扑结构。

控制柜包括单板控制器、上位机、供电单元、电压检测板PT、电流检测板CT、数字量输入板DI和数字量输出板DO，单板控制器的端口包括上位机端口、多模光纤接主从机端口、光纤接单元板端口、数字量输入板端口、数字量输出板端口、模拟量输入端口，上位机通过上位机端口与单板控制器连接，用于对SVG运行状态实时监测；主机SVG的控制柜和从机SVG的控制柜通过多模光纤接主从机端口与光路由连接，功率柜的功率单元通过光纤接单元板端口与单板控制器连接，数字量输入板DI通过数字量输入板端口与单板控制器连接，数字量输出板DO通过数字量输出板端口与单板控制器连接；电压检测板PT用于采集电网电压信号，电流检测板CT用于采集电网电流信号，均通过模拟量输入端口与单板控制器连接，供电单元包括开关电源，用于给控制柜提供电源。

单板控制器主控芯片包括DSP和FPGA，DSP的芯片为ADI-21489，FPGA的芯片为Altera-5CEFA7，单板控制器集成CPU板、模拟量板、数字量板、PWM板的功能。

功率单元包括支撑电容、IGBT、单元板，单元板FPGA芯片为Altera-EP4CE6。

充电柜包括充电电阻、旁路接触器或断路器、电抗器，充电电阻与电抗器串联连接，旁路接触器或断路器与充电电阻并联连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1.采用主机SVG和从机SVG互联方式，降低SVG系统的整体故障率；

2.SVG主从机容量可自由选择，方便实现扩容；

3.采用单根单向收发方式，减小空间，减少光纤长度和数量；

4.实现不同厂家SVG连接，提高控制系统的可靠性。

附图说明

图1主从SVG连接结构框图；

图2单机SVG结构框图；

图3单板控制器资源端口图；

图4单板控制器与功率单元光纤连接图(以A相为例)。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本实用新型进行详细地描述，但是应该指出本实用新型的实施不限于以下的实施方式。

以下实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。

【实施例1】

见图1，图2，图3，图4，一种基于单板控制器的SVG多机并联控制装置，包括主机SVG、从机SVG、主从并联装置，主机SVG包括控制柜、功率柜、充电柜，功率柜通过普通光纤接收控制柜指令使功率单元IGBT动作；充电柜与功率柜通过端口电缆连接，用于对功率单元内部的电容进行预充电，减小合闸冲击电流，从机SVG与主机SVG结构完全相同，从机SVG数量大于等于1。

控制柜包括单板控制器、上位机、供电单元、电压检测板PT、电流检测板CT、数字量输入板DI和数字量输出板DO，单板控制器将多板卡控制箱的资源和功能整合，集中实现CPU板、模拟量板、数字量板及PWM板等功能，见图3，单板控制器的端口分布在前面板和后面板上，前面板包括32路数字量输入板端口，用于接收开关量状态；32路数字量输出板端口，用于输出开关量状态；两路供电电源端口，由开关电源提供DC24V和DC12V；32路模拟量输入板端口，用于接收电压检测板PT和电流检测板CT的输出侧模拟量数据；一路模拟量输出端口，控制冷却用变频器的频率给定，变频器设置在控制柜内，用于给功率柜和充电柜冷却；后面板包括光纤接单元板端口、多模光纤接主从机端口、上位机端口，光纤接单元板端口包括A、B、C三相各6组光纤TX1/RX1～TX6/RX6，每组光纤可串联8个功率单元，每相可串联48个功率单元；多模光纤接主从机端口包括3对ST端口，多模光纤通讯用于主机SVG和从机SVG并联运行；上位机端口包括以太网端口和RS485端口，以太网端口用于将波形传至上位机，便于监测SVG运行状态、故障分析；3组RS485端口用于与上位机进行Modbus通讯、B码对时等。

功率柜包括三相若干个H桥级联拓扑结构的功率单元，接收单板控制器数据，控制功率单元IGBT动作，并将功率单元直流电压、状态、温度等数据上传至单板控制器，单板控制器与功率单元通过光纤连接，采用单根单向收发方式，即每组单元只需要一对光纤，RX与单板控制器或前级单元的TX相连，TX与后级单元或单板控制器的RX相连，见图4(以A相为例)。

上位机通过上位机端口与单板控制器连接，用于对SVG运行状态实时监测；主机SVG的控制柜和从机SVG的控制柜采用ST-ST多模光纤，通过多模光纤接主从机端口与光路由连接，功率柜的功率单元通过光纤接单元板端口与单板控制器连接，数字量输入板DI通过数字量输入板端口与单板控制器连接，数字量输出板DO通过数字量输出板端口与单板控制器连接；电压检测板PT用于采集电网电压信号，电流检测板CT用于采集电网电流信号，均通过模拟量输入端口与单板控制器连接，供电单元包括开关电源，用于给控制柜提供电源。

单板控制器主控芯片包括DSP和FPGA，DSP芯片为ADI-21489，用于控制算法、逻辑、保护、通讯等功能；FPGA芯片为Altera-5CEFA7，用于载波调制、通过总线与DSP通讯、通过光纤与单元板通讯等；单板控制器集成CPU板、模拟量板、数字量板、PWM板的功能；功率单元包括支撑电容、IGBT、单元板FPGA，FPGA芯片为Altera-EP4CE6。用于通过光纤上传功率单元电压、状态、温度等信息至单板控制器FPGA、同时接收单板控制器FPGA控制指令和驱动信息。

主机SVG与从机SVG通过单板控制器的多模光纤端口相连，主机SVG与从机SVG容量参数互传，以便在主机SVG与从机SVG容量不一致时进行无功补偿容量合理分配，实现SVG扩容和补偿多样化。

主从并联装置包括光路由，光路由通过通讯端口与主机SVG和从机SVG连接，主从并联装置还可以是ST-ST端口多模光纤，因单板控制器的多机协调控制通讯预留最多3对ST多模光纤座，最多与3个从机SVG通讯，当从机数量>3时，主从SVG间通讯需增加光路由，通讯方式变为主机ST-光路由-从机ST。

充电柜包括充电电阻、旁路接触器或断路器、电抗器，充电电阻与电抗器串联连接，旁路接触器或断路器与充电电阻并联连接。

工作过程如下所示：

单板控制器以一块板卡整合控制箱功能，通过多模光纤，将主机SVG无功指令传给从机SVG，实现多机SVG并联运行，其中从机SVG可为本公司SVG，也可为其他公司SVG，若为其他公司SVG，则需要采用主从并联装置转接，通过预定好的通信协议完成数据传输，完成对电网的无功补偿；当实现不同厂家SVG并联运行时，需要各设备厂家改善自身设备与协调控制柜的物理端口匹配并根据通信点表如表1所示，开发相应通信程序以确保SVG设备与主从控制数据交互，各SVG设备主从并联通信板采用多模光纤接主从机端口，以适应和协调控制柜的数据传输，采用简化后的FT3通信规约，通信编码使用曼彻斯特编码方式；通信协议采用标准IEC60044规约的一个子集，传输规格采用IEC60870-5-1中的FT3格式，传输速率为5Mbit/s,采用16位循环冗余校验。

在SVG主从运行过程中，还要对异常机制进行处理：

1.电网发生暂态故障时：各SVG不论何种控制策略不接受远方控制指令，按照国家电网要求执行暂态控制策略，待暂态结束后，恢复原控制策略。

2.主机SVG、从机SVG通信中断、光纤断线时，主机分配指令时不考虑断线从机并发出报警，运行人员根据报警信息排除故障。

3.从机SVG退出运行，主机SVG分配指令时不考虑该从机，将输出容量分配给其他从机SVG。

4.从机SVG接收指令超过其容量限值，按其容量限值执行，并发出报警。

5.当主机SVG停止时包括手动停止或设备发生故障跳闸，主机SVG仍旧正常给各个从机SVG发出无功指令，保持控制策略继续运行。

6.当主机SVG控制系统异常(板卡故障或者掉电)或通讯光纤断开，关联性运行模式下主机SVG和从机SVG中的主机SVG彻底丧失主机SVG功能，各从机SVG按照最后正确指令保持输出不变，主机SVG发出报警等待修理维护。

本实用新型采用主机SVG和从机SVG互联方式，降低SVG系统故障率；SVG主从机容量可自由选择，方便扩容；SVG单元光纤连接采用单根单向收发方式，减少光纤长度和数量。

Claims (7)

1.一种基于单板控制器的SVG多机并联控制装置，其特征在于，包括主机SVG、从机SVG、主从并联装置，所述的主从并联装置包括光路由，所述的光路由通过通讯端口与所述的主机SVG和从机SVG连接，用于主机SVG和从机SVG参数互传；所述的主机SVG包括控制柜、功率柜、充电柜，所述的控制柜通过通讯端口与所述的功率柜连接，所述的功率柜用于接收控制柜指令使功率单元IGBT动作；所述的充电柜与所述的功率柜通过端口电缆连接，用于对功率单元内部的电容进行预充电，减小合闸冲击电流。

2.根据权利要求1所述的一种基于单板控制器的SVG多机并联控制装置，其特征在于，所述的从机SVG与主机SVG结构完全相同，从机SVG数量大于等于1。

3.根据权利要求1所述的一种基于单板控制器的SVG多机并联控制装置，其特征在于，所述的功率柜包括三相若干个功率单元，所述的功率单元之间通过通讯端口单根单相光纤串联连接，功率单元之间采用H桥串联拓扑结构。

4.根据权利要求1所述的一种基于单板控制器的SVG多机并联控制装置，其特征在于，所述的控制柜包括单板控制器、上位机、供电单元、电压检测板PT、电流检测板CT、数字量输入板DI和数字量输出板DO，所述的单板控制器的端口包括上位机端口、多模光纤接主从机端口、光纤接单元板端口、数字量输入板端口、数字量输出板端口、模拟量输入端口，所述的上位机通过上位机端口与单板控制器连接，用于对SVG运行状态实时监测；所述的主机SVG的控制柜和从机SVG的控制柜通过多模光纤接主从机端口与所述的光路由连接，所述的功率柜的功率单元通过光纤接单元板端口与单板控制器连接，所述的数字量输入板DI通过数字量输入板端口与单板控制器连接，所述的数字量输出板DO通过数字量输出板端口与单板控制器连接；所述的电压检测板PT用于采集电网电压信号，所述的电流检测板CT用于采集电网电流信号，均通过模拟量输入端口与单板控制器连接，所述的供电单元包括开关电源，用于给控制柜提供电源。

5.根据权利要求4所述的一种基于单板控制器的SVG多机并联控制装置，其特征在于，所述的单板控制器主控芯片包括DSP和FPGA，DSP的芯片为ADI-21489，FPGA的芯片为Altera-5CEFA7，单板控制器集成CPU板、模拟量板、数字量板、PWM板的功能。

6.根据权利要求3所述的一种基于单板控制器的SVG多机并联控制装置，其特征在于，所述的功率单元包括支撑电容、IGBT、单元板，单元板FPGA芯片为Altera-EP4CE6。

7.根据权利要求1所述的一种基于单板控制器的SVG多机并联控制装置，其特征在于，所述的充电柜包括充电电阻、旁路接触器或断路器、电抗器，所述的充电电阻与所述的电抗器串联连接，所述的旁路接触器或断路器与充电电阻并联连接。

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