[实用新型]高实时性的模块化变流器控制系统

说明书

本实用新型公开了一种高实时性的模块化变流器控制系统，整个模块化变流器系统的实时通信网络拓扑采用以主控制器模块为核心的星型结构，多个功率单元模块直接与所述主控制器模块通信连接，减少了现有串联型拓扑结构的逐级转发和透传环节，每个功率单元模块与主控制器模块直接实时通信，将数据传输效率发挥到极致，整个变流器系统的实时同步性大幅提升。在此基础上，还额外设计一条光纤通信链路，将主控制器模块和各功率单元模块环形串联起来，专门用于各模块的故障连锁保护，从发生故障时刻到所有模块收到故障信号仅需几百纳秒，大大提升了整个变流器系统故障保护动作的可靠性和及时性。

技术领域

本实用新型涉及变流器技术领域，特别地，涉及一种高实时性的模块化变流器控制系统。

背景技术

现有技术中，在设计一些大功率或高电压的大型变流器系统时，因受单个功率器件功率小、耐电压等级低的限制，行业内通常采用模块化多功率单元的拓扑结构设计，即多个功率单元模块中的功率器件以串联、并联或者串并联组合的方式连接，来达到大电流或高电压的输出要求。近年来，随着用户对大型变流器系统的实时性能要求不断提高，在设计时要尽可能的缩短控制周期，以提高系统的响应速度。为提高整个变流器系统的实时性能，各功率单元模块之间的实时同步通信控制变得尤为重要，实时同步通信控制机制的优劣将直接决定整个变流器的系统响应速度。而由于目前的大型变流器系统中多个模块化多功率单元采用串联或者串并联的方式，从而导致各功率单元模块之间的实时同步性较差。

另外，作为一套实时性能优异的大型变流器系统，一套完备的保护机制是不可或缺的，在大型变流器的应用中，如保护动作不及时，将导致负载设备及变流器设备自身造成损坏，甚至损毁，最严重的情况下还可能造成人员伤亡，故保护动作的及时响应尤为重要。目前行业内通常的做法是功率单元在故障发生后，将含有故障状态字的数据帧经由实时同步通信链路传到主控制器模块，主控制器在收到故障状态字后，解析数据帧后采取保护措施，再将含有保护控制指令的数据帧下发到功率单元。从发生故障的功率单元将故障信息发出，到所有功率单元模块收到保护指令并完成保护动作，整个保护过程耗时较长，至少需花费十几us至几十us。

实用新型内容

本实用新型提供了一种高实时性的模块化变流器控制系统，以解决目前的变流器系统存在的多个功率单元模块之间实时同步性较差的技术问题。

根据本实用新型的一个方面，提供一种高实时性的模块化变流器控制系统，包括主控制器模块和多个功率单元模块，整个模块化变流器系统的实时通信网络拓扑采用以所述主控制器模块为核心的星型结构，多个所述功率单元模块直接与所述主控制器模块通信连接。

进一步地，所述功率单元模块与所述主控制器模块之间的通信传输介质采用光纤，所述主控制器模块和功率单元模块均包括光纤转换器、FPGA/CPLD和MCU/DSP，所述FPGA/CPLD分别与所述光纤转换器、MCU/DSP连接，所述光纤转换器用于进行电信号和光信号之间的转换，所述FPGA/CPLD作为串行通信收发器，所述MCU/DSP用于进行信号处理。

进一步地，所述功率单元模块还包括模拟信号调理电路、硬件保护电路和IGBT驱动模块，所述模拟信号调理电路的输入端与传感器连接，输出端分别与MCU/DSP的ADC引脚、硬件保护电路的输入端连接，所述硬件保护电路的输出端与所述FPGA/CPLD连接，所述FPGA/CPLD还与所述IGBT驱动模块连接，所述模拟信号调理电路用于将传感器采集的模拟量信号调理为标准信号并分别传输至MCU/DSP和硬件保护电路，所述MCU/DSP用于在传感器的检测值超过预设保护阈值时，闭锁其内部脉冲发生器发出的PWM脉冲信号并发送保护动作信号至所述FPGA/CPLD，所述硬件保护电路在传感器的检测值超过预设保护阈值时输出信号会发生翻转，所述IGBT驱动模块用于驱动IGBT导通运行，所述FPGA/CPLD用于在接收到所述MCU/DSP传输的保护动作信号或者所述硬件保护电路的输出信号翻转时，控制所述IGBT驱动模块停止驱动IGBT运行，以起到对本功率单元模块的保护。