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一种模块化多电平控制电路的桥臂控制器的制作方法

2022-09-06 22:53:03 来源:中国专利 TAG:


1.本实用新型涉及储能技术领域,特别是涉及一种模块化多电平控制电路的桥臂控制器。


背景技术:

2.随着风电、太阳能等新能源发电的占比越来越大,新能源发电过程中产生的间歇性、波动性等问题日渐凸显。采用电池储能系统来平滑风电和光伏发电功率是解决这个问题的有效途径。电池储能系统中涉及到交直流换流技术,在电压源换流器中,模块化多电平换流器(mmc,modular multilevel converter)具有较高的模块化和可扩展性,避免了功率开关器件直接串联,较低的开关频率降低了转换器的损耗,并且引进冗余子模块,运行可靠性高,受到了比较广泛的研究和应用。传统的mmc控制电路由主控制器系统和子模块控制器组成。主控制器主要由一块dsp芯片及其外围电路构成,dsp芯片连接有若干个光纤发送接口和光纤接收接口,每个光纤发送接口与对应子模块控制器的光纤接收接口连接,每个光纤接收接口与对应子模块控制器的光纤发送接口连接,主控制器系统直接对每个子模块控制器进行控制。
3.但是,传统的mmc控制电路系统结构复杂,模块化程度较低,可扩展性较差,不利于系统的扩容和检修。


技术实现要素:

4.针对现有技术中的缺陷,本实用新型的目的是提供一种模块化多电平控制电路的桥臂控制器。
5.根据本实用新型的一个方面,提供一种模块化多电平控制电路的桥臂控制器,包括:
6.快速以太网,所述快速以太网包括若干个连接端;
7.ethercat协议芯片,所述ethercat协议芯片与所述快速以太网连接;
8.fpga芯片,所述fpga芯片与所述ethercat协议芯片连接;
9.光纤接收器,若干所光线接收器与所述fpga芯片连接;
10.光纤发送器,若干所述光纤发送器与所述fpga芯片连接。
11.优选的,还包括:
12.第一以太网输入端,所述第一以太网输入端位于所述快速以太网的一侧;
13.第一以太网输出端,所述第一以太网输出端位于所述快速以太网的同一侧;
14.光纤信号发送端,所述光纤信号发送端位于所述光纤发送器的一侧;
15.光纤信号接收端,所述光纤信号接收端位于所述光纤接收器的一侧。
16.优选的,所述快速以太网的第一端连接所述第一以太网输入端,所述快速以太网的第二端连接所述第一以太网输出端;所述快速以太网的第三端连接所述ethercat协议芯片。
17.优选的,所述ethercat协议芯片的第一端与所述快速以太网连接,所述ethercat协议芯片的第二端用于连接所述fpga芯片的第一双向信号传输端。
18.优选的,还包括:
19.所述fpga芯片设有若干个光纤发送信号控制端和若干个光纤接收信号控制端。
20.优选的,所述光纤发送器的一端与所述fpga芯片的光纤发送信号控制端连接,另一端与所述光纤信号发送端连接。
21.优选的,所述光纤接收器的一端与所述fpga芯片的光纤接收信号控制端连接,另一端与所述光纤信号接收端连接。
22.优选的,所述光纤发送器之间并联,每个光纤发送器的连接方式一致。
23.优选的,所述光纤接收器之间并联,每个光纤接收器的连接方式一致。
24.优选的,所述光纤接收器与所述光纤发送器数量相等。
25.与现有技术相比,本实用新型具有如下的有益效果:
26.本实用新型的一种模块化多电平控制电路的桥臂控制器可与支持ehtercat协议的控制器进行通信,泛用性强,稳定性较好;
27.本实用新型模块化程度高,可扩展性;桥臂的电路拓扑和控制程序在理论上均能保持一致,因此便于生产,安装和维修;在主控制器的编程逻辑比较简单,适宜大规模推广。
附图说明
28.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述,本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
29.图1为本实用新型一实施例中一种模块化多电平控制电路的桥臂控制器的结构示意图。
具体实施方式
30.下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型,但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本实用新型构思的前提下,还可以做出若干变形和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。
31.本实用新型提供一个实施例,一种模块化多电平控制电路的桥臂控制器,包括:快速以太网t1、ethercat协议芯片e1、fpga芯片f1、若干个光纤接收器fr11-frn1 和若干个光纤发送器ft11-ftn1以及位于快速以太网的一侧的第一以太网输入端、位于快速以太网的同一侧的第一以太网输出端、位于光纤发送器的一侧的光纤信号发送端、位于光纤接收器的一侧的光纤信号接收端。
32.快速以太网t1与桥臂控制器10的第一以太网输入端、第一以太网输出端连接; ethercat协议芯片e1与快速以太网t1连接;fpga芯片f1与ethercat协议芯片e1连接;光线接收器fr11-frn1一端与fpga芯片f1连接,另一端与桥臂控制器10的光纤信号发送端连接;所述光纤发送器ft11-ftn1一端与fpga芯片f1连接,另一端与桥臂控制器10的光纤信号接收端连接。
33.如图1所示,为本实用新型的一个优选实施例,快速以太网t1的第一端连接桥臂控
制器10的第一以太网输入端,快速以太网t1的第二端连接桥臂控制器10的第一以太网输出端;快速以太网t1的第三端连接ethercat协议芯片e1的第一端,ethercat 协议芯片e1的第二端用于连接fpga芯片f1的第一双向信号传输端;
34.具体地,光纤发送器和光纤接收器的数量相等。在一个较为详细的实施例中,光纤发送器和光纤接收器的数量相等均为20个。
35.fpga芯片f1的第一光纤发送信号控制端连接第一光纤发送器ft11,第一光纤发送器ft11连接桥臂控制器10的第一光纤信号发送端,fpga芯片f1的第二光纤发送信号控制端连接第二光纤发送器ft21,第二光纤发送器ft21连接桥臂控制器10的第二光纤信号发送端
……
fpga芯片f1的第二十光纤发送信号控制端连接第二十光纤发送器 ft201,第二十光纤发送器ft201连接桥臂控制器10的第二十光纤信号发送端;
36.fpga芯片f1的第一光纤接收信号控制端连接第一光纤接收器fr11,第一光纤接收器fr11连接桥臂控制器10的第一光纤信号接收端,fpga芯片f1的第二光纤接收信号控制端连接第二光纤接收器fr21,第二光纤接收器fr2连接桥臂控制器10的第二光纤信号接收端
……
fpga芯片f1的第二十光纤接收信号控制端连接第二十光纤接收器 fr201,第二十光纤接收器fr201连接桥臂控制器10的第二十光纤信号接收端;
37.在其他实施例中,ethercat(ethernet control automation technology)是一个开放架构,以以太网为基础的现场总线系统。自动化对通讯一般会要求较短的资料更新时间、资料同步时的通讯抖动量低,而且硬件的成本要低,ethercat开发的目的就是让以太网可以运用在自动化应用中。用户可以根据需求选取ethercat协议芯片。在一个较为详细的实施例中,ethercat控制芯片选用ethercat从站控制器芯片et1100。
38.在其他实施例中,fpga(field programmable gate array)是可编程的逻辑列阵,能够有效的解决原有的器件门电路数较少的问题。用户可以根据需求选取fpga芯片。 fpga芯片需要进行编程才能投入使用。可以理解,用户可以根据需求进行控制逻辑的编写。在一个较为详细的实施例中,fpga芯片选用赛灵思artix7系列fpga。
39.为了便于理解本技术的各个实施例,下面结合具体实施例对本技术进行解释说明。本实施例为模块化多电平换流器的桥臂控制器,快速以太网为ethercat从站控制器集成的以太网模块,ethercat控制芯片选用ethercat从站控制器芯片et1100,fpga选用赛灵思artix7系列fpga,发送器和光纤接收器都集成在avago afbr-57d9amz 8g 850nm。桥臂控制器通过快速以太网接收主控制器发送的调制值,并将调制值与载波进行比较,最终产生各个子模块的开关信号,桥臂控制器通过光纤发送器将子模块的开关信号下发至模块化多电平换流器各个子模块控制器,通过子模块控制器来控制模块化多电平换流器的子模块的开关,同时各个子模块控制器将自己的关键状态信息通过光纤接收器发送给桥臂控制器,最终利用以太网的全双工特性回传至主控制器中,形成控制闭环。本实施例中快速以太网的控制周期为50us,光纤接收器和光纤发送器的控制周期为100us。
40.以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是,本实用新型并不局限于上述特定实施方式,本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改,这并不影响本实用新型的实质内容。
再多了解一些

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