CN217904250U - 一种风电用变流器控制系统的硬件平台 - Google Patents

Abstract

一种风电用变流器控制系统的硬件平台，对外通信模块对外连接环境监测模块、主控电路、远程监控电路与后台调试电路，对外通信模块对内连接逻辑处理模块；中央通信模块与逻辑处理模块、机侧模块、网侧模块、模组控制模块相连，模组控制模块外接IGBT驱动电路，模组控制模块与中央通信模块相连，模组控制模块用于负责IGBT的动作优化、向IGBT发送PWM信号、模组电流母线电压信号实时采样的任务。本实用新型从控制系统上看解放了机网侧模块芯片的性能，较容易满足变流器控制系统对芯片运算周期的要求；从硬件结构上看可以提高变流器单机扩容能力，并兼容两电平三电平拓扑结构的变流器；同时结构的优势也为硬件平台带来较好的抗干扰能力。

Description

一种风电用变流器控制系统的硬件平台

技术领域

本实用新型涉及风电变流器控制系统领域，涉及一种风电用变流器控制系统的硬件平台。

背景技术

在风电新能源变流器的应用过程中，变流器内部控制系统需要搭建硬件平台作为程序控制以及算法运算的载体，由于当前风电行业不断发展，风机针对不同的市场需要和环境需要发展出了许多不同的种类，在成本的考虑下，同种风电变流器在不改变控制内部结构或在较小的改动下，要尽可能兼容不同种类的风机并提供稳定的风机并网运行环境，这对变流器尤其是变流器内部控制系统尤其是对于变流器控制系统的硬件平台提出了较高的要求。

发明内容

为了克服已有技术的不足，本实用新型提供了一种风电用变流器控制系统的硬件平台，从控制系统上看解放了机网侧模块芯片的性能，较容易满足变流器控制系统对机网侧模块芯片运算周期的要求，从硬件结构上看可以提高变流器单机扩容能力，兼容两电平三电平拓扑结构的变流器，同时结构的优势也为硬件平台带来较好的抗干扰能力。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种风电用变流器控制系统的硬件平台，包括对外通信模块、环境监测模块、逻辑处理模块、机侧模块、网侧模块、中央通信模块、模组控制模块、主控电路、远程监控电路、后台调试电路以及IGBT驱动电路，所述对外通信模块对外连接环境监测模块、主控电路、远程监控电路与后台调试电路，所述对外通信模块对内连接逻辑处理模块；所述中央通信模块与所述逻辑处理模块、机侧模块、网侧模块、模组控制模块相连，所述中央通信模块用于负责所述逻辑处理模块、机侧模块、网侧模块三者数据交互，以及硬件平台I/O拓展和底层模组控制模块通信的任务；所述模组控制模块外接IGBT驱动电路，所述模组控制模块与所述中央通信模块相连，所述模组控制模块用于负责IGBT的动作优化、向IGBT发送PWM信号、模组电流母线电压信号实时采样的任务。

进一步，所述对外通信模块作为硬件平台内部逻辑处理模块对外收发信息的桥梁，主控电路的指令、环境监测模块采集的数据以及远程监控电路所需的变流器相关数据都通过所述对外通信模块传输。

更进一步，所述环境监测模块用于负责变流器外部与内部重要器件工作温度与环境温度的监测，将采集到的数据传输至所述对外通信模块。

再进一步，所述逻辑处理模块用于通过所述对外通信模块实现硬件平台对主控电路、远程监控电路、后台调试电路以及所述环境监测模块数据的接收、发送、存储与响应，并通过所述中央通信模块与所述机侧模块、网侧模块通信，实现变流器运行日志数据和工作数据的存储。

优选的，所述逻辑处理模块中，接收对外通信模块传输的主控指令数据、后台调试指令数据和环境监测模块采集的温度数据，接收数据后对数据进行处理并对外发送主控指令反馈数据、后台调试指令反馈数据以及发送远程监控所需的变流器相关数据；所述逻辑处理模块内有存储芯片负责存储变流器故障记录和工作日志数据。

更进一步，所述机侧模块、网侧模块用于负责变流器机侧与网侧运算以及电网数据的实时采样的任务，通过所述中央通信模块发送使能信号、同步信号、PWM调制波信号至所述模组控制模块；

所述中央通信模块作为逻辑处理模块芯片、机网侧芯片数据交互的中心，传输所述逻辑处理模块对所述机网侧模块、所述机网侧模块对所述模组控制模块的通信数据，所述中央通信模块作为硬件平台内部通信的桥梁的同时，也可以作为硬件平台I/O拓展接口。

所述模组控制模块中，接收所述机网侧模块发送的调制波信号并向IGBT驱动电路发送PWM波，同时负责IGBT的动作优化和模组电流与母线电压信号的实时采样。

本实用新型的有益效果主要表现在：机网侧模块、中央通信模块、模组控制模块三者构成的硬件结构可以提高变流器单机扩容能力，并实现两电平三电平拓扑结构变流器的兼容设计；相较于现存大部分变流器直接在机网侧模块中进行PWM发波控制，本实用新型增添模组控制模块进行发波控制，减短了PWM接口与功率模组的线缆距离，提高了控制系统的干扰能力；逻辑处理模块的设计可以减少机网侧模块对变流器各种状态的判断周期，从而提高机网侧模块的运算周期，容易满足算法运算周期的要求。

附图说明

图1是本实用新型的对外连接示意图。

图2是本实用新型的结构图。

图3是本实用新型在变流器内的布局示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。

参照图2，一种风电用变流器控制系统的硬件平台，包括对外通信模块41、环境监测模块42、逻辑处理模块43、机侧模块45、网侧模块46、中央通信模块44、模组控制模块47、主控电路2、远程监控电路3、后台调试电路1以及IGBT驱动电路5，所述对外通信模块41对外连接环境监测模块42、主控电路2、远程监控电路3与后台调试电路1，所述对外通信模块41对内连接逻辑处理模块43；所述中央通信模块44与所述逻辑处理模块43、机侧模块45、网侧模块46、模组控制模块47相连，所述中央通信模块44用于负责所述逻辑处理模块43、机侧模块45、网侧模块46三者数据交互，以及硬件平台I/O拓展和底层模组控制模块47通信的任务；所述模组控制模块47外接IGBT驱动电路5，所述模组控制模块47与所述中央通信模块44相连，所述模组控制模块47用于负责IGBT的动作优化、向IGBT发送PWM信号、模组电流母线电压信号实时采样的任务。

本实施例中，所述对外通信模块41通过连接并接收后台调试电路1、主控电路2、远程监控电路3的数据与指令，接收环境监测模块42采集的与变流器工作相关的环境参数数据，对外通信模块41与逻辑处理模块43相连并向逻辑处理模块43发送其接收到的后台调试电路1、主控电路2、远程监控电路3的数据与指令。

所述逻辑处理模块43通与对外通信模块41连接并接收由对外通信模块接收并发送的后台调试电路1、主控电路2、远程监控电路3的数据与指令，并对接收的数据与指令进行处理、执行和反馈，与中央通信模块44相连，通过中央通信模块44接收机网侧模块45、46发送的工作数据，并将其进行记录存储。

所述中央通信模块44与机侧模块45、网侧模块46连接，接收由机侧模块45、网侧模块46发送的工作数据并发送给逻辑处理模块43，同时接收机侧模块45、网侧模块46发送的使能信号、同步信号和PWM调制波数据并发送给模组控制模块47。

所述机侧模块45、网侧模块46负责机网侧核心算法运算并对电网数据进行实时采样，与中央通信模块44连接，通过中央通信模块44向模组控制模块47发送使能信号、同步信号和PWM调制波数据。

所述模组控制模块47外接IGBT驱动电路，与中央通信模块44通过自定义串口连接，接收由中央通信模块44接收的由机侧模块45、网侧模块46发送的使能信号、同步信号和PWM调制波数据，同时负责IGBT的动作优化和模组电流与母线电压信号的实时采样。

更进一步，所述逻辑处理模块43在控制系统中承担与后台调试电路1、主控电路2、远程监控电路3的数据处理，同时也负责控制变流器运行逻辑判断与执行，控制系统运行日志记录以及数据记录，相较于大部分变流器利用机网侧模块处理上述任务，添加逻辑处理模块43协助处理，降低了机网侧模块的芯片在进行机网侧核心算法运算的周期，如此机网侧模块的芯片更容易满足控制系统对机网侧核心算法最大运算周期的需求。

更进一步，所述机侧模块45和网侧模块46通过中央通信模块44向模组控制模块47发送调制波以及使能信号和调制信号，再由模组控制模块47通过调制波信号进行处理产生PWM波，向IGBT驱动电路5发送，机侧模块45、网侧模块46，中央通信模块44，模组控制模块47三者组成的硬件结构成为上述控制系统向IGBT驱动电路5发送PWM波的方式的前提，这种硬件结构以及控制系统向IGBT驱动电路5发送PWM波的方式，使得变流器在进行单机扩容以及两电平三电平兼容工作时，不需要对机侧模块45、网侧模块46，中央通信模块44的硬件结构进行更改，对于模组控制模块47在三电平与两电平变流器的区别在于，三电平的变流器中模组电流与母线电压信号采样数量要大于两电平变流的数量，三电平中的模组控制模块47兼容两电平中的模组控制模块47，所以变流器控制系统的硬件平台4满足兼容两电平三电平变流器的条件；对于单机扩容来讲，扩容所需并联增加的功率模组只需要对应增加模组控制模块47的数量，由于模组控制模块47接口资源占用少，使得中央通信模块44连接的模组控制模块47最大数量满足变流器单机扩容的需求，根据上述说明变流器控制系统的硬件平台4可以提高变流器单机扩容能力。

参照图1构建变流器控制系统的硬件平台4(包括对外通信模块41、环境监测模块42、逻辑处理模块43、中央通信模块44、机侧模块45、网侧模块46、模组控制模块47)，对外连接后台调试电路1，主控电路2，远程监控电路3，IGBT驱动电路5，硬件平台可以满足风电用变流器基本功能实现的需求。

更进一步，本实用新型参照图3在变流器内部进行布局，变流器控制柜7内安装除所述模组控制模块47外所有所述硬件平台4中的模块，在变流器功率柜8内安装所述模组控制模块47，其在变流器功率柜8与功率模组使用排线10连接传输PWM信号，与变流器控制柜7中中央通信模块44通过光纤11连接，这种布局方式可以缩短所述模组控制模块47与所述功率模组9连接距离，提高PWM信号在传输过程中的稳定性；利用光纤11连接所述模组控制模块47与所述中央通信模块44，可降低两者通信时的电磁干扰，提高硬件平台的抗干扰能力。

本说明书的实施例所述的内容仅仅是对实用新型构思的实现形式的列举，仅作说明用途。本实用新型的保护范围不应当被视为仅限于本实施例所陈述的具体形式，本实用新型的保护范围也及于本领域的普通技术人员根据本实用新型构思所能想到的等同技术手段。

Claims (8)

1.一种风电用变流器控制系统的硬件平台，其特征在于，所述硬件平台包括对外通信模块、环境监测模块、逻辑处理模块、机侧模块、网侧模块、中央通信模块、模组控制模块、主控电路、远程监控电路、后台调试电路以及IGBT驱动电路，所述对外通信模块对外连接环境监测模块、主控电路、远程监控电路与后台调试电路，所述对外通信模块对内连接逻辑处理模块；所述中央通信模块与所述逻辑处理模块、机侧模块、网侧模块、模组控制模块相连，所述中央通信模块用于负责所述逻辑处理模块、机侧模块、网侧模块三者数据交互，以及硬件平台I/O拓展和底层模组控制模块通信的任务；所述模组控制模块外接IGBT驱动电路，所述模组控制模块与所述中央通信模块相连，所述模组控制模块用于负责IGBT的动作优化、向IGBT发送PWM信号、模组电流母线电压信号实时采样的任务。

2.如权利要求1所述的一种风电用变流器控制系统的硬件平台，其特征在于，所述对外通信模块作为硬件平台内部逻辑处理模块对外收发信息的桥梁，主控电路的指令、环境监测模块采集的数据以及远程监控电路所需的变流器相关数据都通过所述对外通信模块传输。

3.如权利要求1或2所述的一种风电用变流器控制系统的硬件平台，其特征在于，所述环境监测模块用于负责变流器外部与内部重要器件工作温度与环境温度的监测，将采集到的数据传输至所述对外通信模块。

4.如权利要求1或2所述的一种风电用变流器控制系统的硬件平台，其特征在于，所述逻辑处理模块用于通过所述对外通信模块实现硬件平台对主控电路、远程监控电路、后台调试电路以及所述环境监测模块数据的接收、发送、存储与响应，并通过所述中央通信模块与所述机侧模块、网侧模块通信，实现变流器运行日志数据和工作数据的存储。

5.如权利要求4所述的一种风电用变流器控制系统的硬件平台，其特征在于，所述逻辑处理模块中，接收对外通信模块传输的主控指令数据、后台调试指令数据和环境监测模块采集的温度数据，接收数据后对数据进行处理并对外发送主控指令反馈数据、后台调试指令反馈数据以及发送远程监控所需的变流器相关数据；所述逻辑处理模块内有存储芯片负责存储变流器故障记录和工作日志数据。

6.如权利要求1或2所述的一种风电用变流器控制系统的硬件平台，其特征在于，所述机侧模块、网侧模块用于负责变流器机侧与网侧运算以及电网数据的实时采样的任务，通过所述中央通信模块发送使能信号、同步信号、PWM调制波信号至所述模组控制模块。

7.如权利要求1或2所述的一种风电用变流器控制系统的硬件平台，其特征在于，所述中央通信模块作为逻辑处理模块芯片、机网侧芯片数据交互的中心，传输所述逻辑处理模块对所述机侧模块和网侧模块、所述机侧模块和网侧模块对所述模组控制模块的通信数据，所述中央通信模块作为硬件平台内部通信的桥梁的同时，作为硬件平台I/O拓展接口。

8.如权利要求1或2所述的一种风电用变流器控制系统的硬件平台，其特征在于，所述模组控制模块中，接收所述机侧模块和网侧模块发送的调制波信号并向IGBT驱动电路发送PWM波，同时负责IGBT 的动作优化和模组电流与母线电压信号的实时采样。

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