通用于大功率儲能變流器和光伏逆變器的控制單元的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了通用于大功率儲能變流器和光伏逆變器的控制單元，包含主控制板、模擬量板和接口。主控制板包含定點主DSP、浮點協(xié)DSP、FPGA、雙口RAM、通信接口單元，還包含分別與FPGA連接的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、光脈沖觸發(fā)器以及開入開出單元，定點主DSP連接通信接口單元，定點主DSP分別經(jīng)FPGA和雙口RAM與浮點協(xié)DSP連接。模擬量板包含模擬信號處理單元，模擬信號處理單元經(jīng)接口分別與FPGA和模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接。本實用新型采用雙核架構(gòu)，運算能力強，可靠性高。
【專利說明】通用于大功率儲能變流器和光伏逆變器的控制單元

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于儲能和新能源發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及了通用于大功率儲能變流器和光伏逆變器的控制單元。

【背景技術(shù)】
[0002]大功率儲能變流器和光伏逆變器廣泛應(yīng)用于新能源發(fā)電系統(tǒng)，尤其是分布式電源和微電網(wǎng)系統(tǒng)中。儲能變流器主要用于各種儲能元件，如化學(xué)電池、超級電容等與電網(wǎng)的連接，進行能量的雙向流動和功率控制。光伏逆變器主要用于把光伏組件發(fā)出的電能轉(zhuǎn)換為電網(wǎng)可以接受的能源形式送入電網(wǎng)。控制單元作為大功率儲能變流器和光伏逆變器的控制大腦，負責(zé)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、算法運算、控制脈沖輸出、開關(guān)邏輯控制、對外通信等系統(tǒng)功能的實現(xiàn)，直接關(guān)系到變流器的控制品質(zhì)以及系統(tǒng)可靠性。
[0003]目前大部分廠家的大功率儲能變流器和光伏逆變器控制單元采用單CPU控制，電脈沖觸發(fā)，存在控制功能太過集中、運算能力不強、可靠性不高、缺乏通用性等問題。
實用新型內(nèi)容
[0004]為了解決上述【背景技術(shù)】存在的問題，本實用新型旨在提供通用于大功率儲能變流器和光伏逆變器的控制單元，采用雙核架構(gòu)，運算能力強，可靠性高。
[0005]為了實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本實用新型的技術(shù)方案為:
[0006]通用于大功率儲能變流器和光伏逆變器的控制單元，包含主控制板、模擬量板和接口，所述主控制板包含定點主DSP、浮點協(xié)DSP、FPGA、雙口 RAM、通信接口單元，還包含分別與FPGA連接的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、光脈沖觸發(fā)器以及開入開出單元，所述定點主DSP連接通信接口單元，定點主DSP分別經(jīng)FPGA和雙口 RAM與浮點協(xié)DSP連接；所述模擬量板包含模擬信號處理單元，模擬信號處理單元經(jīng)接口分別與FPGA和模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接。
[0007]其中，上述模擬量板還包含第一電源變換單元，第一電源變換單元連接電源，主控制板還包含第二電源變換單元，第一電源變換單元為模擬量板供電并通過接口與第二電源變換單元連接，第二電源變換單元為主控制板供電。
[0008]其中，上述通信接口單元包含分別與定點主DSP連接的CAN總線接口、以太網(wǎng)接口、RS485 接口。
[0009]其中，上述定點主DSP還分別連接了第一單口 RAM和串行通用接口，浮點協(xié)DSP還分別連接了第二單口 RAM和Flash存儲器。
[0010]采用上述技術(shù)方案帶來的有益效果是:
[0011]1、本實用新型采用定點主DSP和浮點協(xié)DSP兩個處理器，運算能力強，功能劃分明確，便于系統(tǒng)升級。采用光脈沖觸發(fā)器實現(xiàn)FPGA與變流器功率單元之間的通信，通信距離遠，不易受干擾，可靠性高；
[0012]2、本實用新型采用模擬信號處理單元可以進行PT、CT、霍爾、溫度等信號的處理，并把處理好的信號通過板間接口送給模數(shù)轉(zhuǎn)換器，通用性強，可滿足各種型號大功率儲能變流器和光伏逆變器的需求；
[0013]3、本實用新型同時具有CAN總線、RS485、以太網(wǎng)等接口，并且可以根據(jù)實際需要進行擴展，可以與外部系統(tǒng)進行多種方式的數(shù)據(jù)交換，接口豐富，通用性強，滿足用戶的多樣化需求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本實用新型的主控制板結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2是本實用新型的模擬量板結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖3是本實用新型的模擬信號處理單元結(jié)構(gòu)圖。
[0017]圖4是本實用新型的開入開出單元結(jié)構(gòu)圖。
[0018]圖4中主要標號說明:R1?R5:第一?第五電阻，Cl、C2:第一、第二電容，D1、D2:第一、第二二極管，D3:穩(wěn)壓管，Vl:三極管，OH:光耦合器，RY:繼電器，TVS:瞬態(tài)抑制二極管。

【具體實施方式】
[0019]以下將結(jié)合附圖，對本實用新型的技術(shù)方案進行詳細說明。
[0020]通用于大功率儲能變流器和光伏逆變器的控制單元，包含主控制板、模擬量板和接口。
[0021]如圖1所示本實用新型的主控制板結(jié)構(gòu)示意圖，主控制板包含定點主DSP、浮點協(xié)DSP、FPGA、雙口 RAM、通信接口單元，還包含分別與FPGA連接的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、光脈沖觸發(fā)器以及開入開出單元，所述定點主DSP連接通信接口單元，定點主DSP分別經(jīng)FPGA和雙口 RAM與浮點協(xié)DSP連接。如圖2所示本實用新型的模擬量板結(jié)構(gòu)示意圖，模擬量板包含模擬信號處理單元，模擬信號處理單元經(jīng)接口分別與FPGA和模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接。
[0022]如圖3所示本實用新型的模擬信號處理單元結(jié)構(gòu)圖，模擬信號處理單元包含依次連接的采樣電阻、共模濾波電感、TVS、阻容濾波電路和隔離運算放大器，隔離運算放大器的輸出端經(jīng)箝位和濾波電路與比例調(diào)節(jié)電路連接，隔離運算放大器的輸出端還經(jīng)絕對值電路與比較器的輸入端連接，比較器的輸出端連接整形電路。采樣電阻采集PT、CT、霍爾、溫度等信號，并將這些信號依次經(jīng)共模濾波電感、TVS、阻容濾波電路、隔離運算放大器、箝位和濾波電路以及比例調(diào)節(jié)電路后生成模擬量信號，還將些信號依次經(jīng)共模濾波電感、TVS、阻容濾波電路、隔離運算放大器、絕對值電路、比較器以及整形電路后生成硬件保護信號。
[0023]如圖4所示本實用新型的開入開出單元結(jié)構(gòu)圖，開入開出單元包含開入單元和開出單元，開入單元包含第一輸入端、第二輸入端、第一二極管D1、瞬態(tài)抑制二極管TVS、第一電阻R1、第二電阻R2、第一電容Cl、穩(wěn)壓管D3、光耦合器OH以及整形電路，所述第一二極管Dl的陽極連接第一輸入端，它的陰極經(jīng)第一電阻與穩(wěn)壓管D3的陰極連接，穩(wěn)壓管D3的陽極連接光耦合器OH中LED的陽極，LED的陰極連接第二輸入端，第一電容Cl的兩端分別連接穩(wěn)壓管D3的陰極和第二輸入端，第二電阻R2與第一電容Cl并聯(lián)，瞬態(tài)抑制二極管TVS的陰極連接第一二極管Dl的陰極，瞬態(tài)抑制二極管TVS的陽極連接第二輸入端，光耦合器OH的輸出端經(jīng)整形電路與FPGA連接。開出單元包含繼電器RY、第二二極管D2、三極管V1、第二電容C2、第三?第五電阻，F(xiàn)PGA經(jīng)第三電阻分別連接三極管Vl的基極和第四電阻R4的一端，第四電阻R4的另一端和三極管Vl的發(fā)射極均接地，第二電容C2與第四電阻R4并聯(lián)。三極管Vl的集電極經(jīng)第五電阻R5分別與繼電器RY線圈的一端和第二二極管D2的陽極連接，繼電器RY線圈的另一端分別連接第二二極管D2的陰極和15V電壓。
[0024]在本實施例中，模擬量板還包含第一電源變換單元，主控制板還包含第二電源變換單元，第一電源變換單元與24V電源連接并將24V電壓轉(zhuǎn)換為5V和15V的電壓，轉(zhuǎn)換生成的5V電壓和15V電壓為模擬信號處理單元中的各器件供電并通過接口為模數(shù)轉(zhuǎn)換器、開入開出單元供電，且第一電源變換單元經(jīng)接口與第二變換單元連接，第二變換單元將5V電壓轉(zhuǎn)化為1.2V和3.3V為DSP和FPGA供電。
[0025]在本實施例中，通信接口單元包含分別與定點主DSP連接的CAN總線接口、以太網(wǎng)接口、RS485接口。定點主DSP還分別連接了第一單口 RAM和串行通用接口，浮點協(xié)DSP還分別連接了第二單口 RAM和Flash存儲器。
[0026]本實施例的工作原理為:
[0027]定點主DSP與浮點協(xié)DSP在得電后完成初始化，其地址線、片選以及讀寫控制信號分別通過FPGA進行地址解碼、對外部電路的片選以及時序控制。浮點協(xié)DSP根據(jù)FPGA采集的數(shù)字信號，并從雙口 RAM讀取定點主DSP的控制命令、參數(shù)設(shè)定等，產(chǎn)生PWM脈沖并傳送給FPGA，F(xiàn)PGA對PWM脈沖進行死區(qū)和最小脈寬等邏輯處理后傳送給光脈沖觸發(fā)器，光脈沖觸發(fā)器將PWM脈沖轉(zhuǎn)化為光信號并將該光信號傳送給變流器的功率單元，實現(xiàn)變流器的實時控制。同時，開入單元對功率單元傳來的故障信號進行光耦隔離和電平變換后送給FPGA，F(xiàn)PGA根據(jù)接收到的故障信息進行實時的硬件保護。
[0028]模擬信號處理單元將接收的PT、CT、霍爾、溫度等信號進通過一系列處理后生成模擬量信號，并將接收到的PT、CT、霍爾、溫度等信號通過一系列處理后產(chǎn)生硬件保護信號，該硬件保護信號經(jīng)接口直接送給FPGA，模擬量信號經(jīng)接口送給模數(shù)轉(zhuǎn)換器后轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并將該數(shù)字信號送給FPGA，F(xiàn)PGA將該數(shù)字信號送給主定點DSP和浮點協(xié)DSP，主定點DSP根據(jù)接收到的數(shù)字信號產(chǎn)生開關(guān)控制信號，并將產(chǎn)生的開關(guān)控制信號送給FPGA，F(xiàn)PGA將接收到的開關(guān)控制信號送給開出單元進行電平轉(zhuǎn)換后驅(qū)動繼電器動作，浮點協(xié)DSP根據(jù)接收到的數(shù)字信號產(chǎn)生PWM脈沖并傳送給FPGA。
[0029]定點主DSP通過RS485、以太網(wǎng)或CAN總線接口與上位機或人機界面建立通信，獲取控制命令和參數(shù)，并實時上傳變流器的運行信息。
[0030]以上實施例僅為說明本實用新型的技術(shù)思想，不能以此限定本實用新型的保護范圍，凡是按照本實用新型提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動，均落入本實用新型保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.通用于大功率儲能變流器和光伏逆變器的控制單元，其特征在于:包含主控制板、模擬量板和接口，所述主控制板包含定點主DSP、浮點協(xié)DSP、FPGA、雙口 RAM和通信接口單元，還包含分別與FPGA連接的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、光脈沖觸發(fā)器以及開入開出單元，所述定點主DSP連接通信接口單元，定點主DSP分別經(jīng)FPGA和雙口 RAM與浮點協(xié)DSP連接；所述模擬量板包含模擬信號處理單元，模擬信號處理單元經(jīng)接口分別與FPGA和模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述通用于大功率儲能變流器和光伏逆變器的控制單元，其特征在于:所述模擬量板還包含第一電源變換單元，第一電源變換單元連接電源，所述主控制板還包含第二電源變換單元，第一電源變換單元為模擬量板供電并通過接口與第二電源變換單元連接，第二電源變換單元為主控制板供電。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述通用于大功率儲能變流器和光伏逆變器的控制單元，其特征在于:所述模擬信號處理單元包含依次連接的采樣電阻、共模濾波電感、TVS、阻容濾波電路和隔離運算放大器，隔離運算放大器的輸出端經(jīng)箝位和濾波電路與比例調(diào)節(jié)電路連接，隔離運算放大器的輸出端還經(jīng)絕對值電路與比較器的輸入端連接，比較器的輸出端連接整形電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述通用于大功率儲能變流器和光伏逆變器的控制單元，其特征在于:所述通信接口單元包含分別與定點主DSP連接的CAN總線接口、以太網(wǎng)接口、RS485接□。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述通用于大功率儲能變流器和光伏逆變器的控制單元，其特征在于:所述定點主DSP還分別連接了第一單口 RAM和串行通信接口，所述浮點協(xié)DSP還分別連接了第二單口 RAM和Flash存儲器。
【文檔編號】G05B19/042GK203858478SQ201420225200
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年5月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月5日
【發(fā)明者】任善榮, 儲海兵 申請人:南京鼎臻自動化科技有限公司