本實用新型涉及電力電子領域，具體而言，涉及一種用于MMC的控制器和控制系統(tǒng)。

背景技術：

近年來，隨著風力發(fā)電、光伏發(fā)電等可再生能源發(fā)電技術的發(fā)展，基于電壓源換流器的柔性直流輸電系統(tǒng)由于其經濟性、靈活性、高度可控性等優(yōu)點，取得了飛速的發(fā)展和應用。其中，在眾多種類的電壓源換流器中MMC(modular multilevel converter，模塊化多電平換流器)具有明顯優(yōu)勢。其作為一種近年來新興的多電平拓撲，不僅繼承了傳統(tǒng)級聯(lián)式拓撲在器件數(shù)量、模塊化結構方面的優(yōu)勢，還適用于交流輸出頻率恒定、對電壓和功率等級要求高的功率變換場合；從而使得MMC在電力系統(tǒng)中具有廣泛的應用前景以及研發(fā)價值。

發(fā)明人在研究過程中發(fā)現(xiàn)，因為MMC模型在其內部具有數(shù)量眾多的子模塊以及復雜的拓撲結構，對MMC進行控制的控制器不僅要完成各個子模塊的狀態(tài)信息和控制信號的實時吞吐，而且還需要完成包含子模塊間電壓均衡控制在內的各類計算。然而具備上述功能的控制器通常存在涉及部件較多，內部結構復雜、體積較大以及成本較高等問題。

針對上述控制器結構復雜、成本較高等問題，目前尚未提出有效的解決方案。

技術實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本實用新型實施例的目的在于提供一種用于MMC的控制 器和控制系統(tǒng)，以簡化控制器的結構，降低MMC控制器的成本。

第一方面，本實用新型實施例提供了一種用于MMC的控制器，其中，包括依次電連接的DSP(Digital Signal Processor，數(shù)字信號處理器)、FPGA(Field-Programmable Gate Array，現(xiàn)場可編程門陣列)和光纖接口；FPGA通過光纖接口與MMC相連接；FPGA通過光纖接口接收MMC的運行信息，對該運行信息進行解析，將解析后的運行信息發(fā)送至DSP；DSP根據解析后的運行信息生成控制信號，將該控制信號通過FPGA發(fā)送至MMC。

結合第一方面，本實用新型實施例提供了第一方面的第一種可能的實施方式，其中，上述光纖接口為光電轉換接口。

結合第一方面的第一種可能的實施方式，本實用新型實施例提供了第一方面的第二種可能的實施方式，其中，上述光纖接口支持全雙工通信。

結合第一方面，本實用新型實施例提供了第一方面的第三種可能的實施方式，其中，上述光纖接口為12個。

結合第一方面，本實用新型實施例提供了第一方面的第四種可能的實施方式，其中，上述FPGA、上述DSP和上述光纖接口集成在一塊板卡上。

結合第一方面，本實用新型實施例提供了第一方面的第五種可能的實施方式，其中，上述DSP包括存儲器，用于存儲DSP接收到的解析后的MMC的運行信息和DSP計算所得的控制信號。

結合第一方面，本實用新型實施例提供了第一方面的第六種可能的實施方式，其中，上述DSP為8核架構。

結合第一方面的第六種可能的實施方式，本實用新型實施例提供了第一方面的第七種可能的實施方式，其中，上述DSP包括依次連接的系統(tǒng)級控制單元、換流站級控制單元和換流閥級控制單元；系統(tǒng)級控制單元用于根據解析后的運行信息生成功率電壓指令，并將功率電壓指令發(fā)送至換流站級控制單元；換流站級控制單元用于根據接收到的功率電壓指令生成 MMC中各個橋臂的調制波，將該調制波發(fā)送至換流閥級控制單元；換流閥級控制單元用于根據接收到的調制波生成控制信號。

第二方面，本實用新型實施例還提供了一種用于MMC的控制系統(tǒng)，其中，該系統(tǒng)包括上述第一方面提供的用于MMC的控制器，還包括MMC，其中，控制器與MMC通過光纖連接。

結合第二方面，本實用新型實施例提供了第二方面的第一種可能的實施方式，其中，上述控制系統(tǒng)還包括終端，該終端分別與上述控制器和MMC相連接，該終端用于設置控制器中的DSP的工作方式，以及根據MMC的運行狀態(tài)監(jiān)控控制器的控制效果。

本實用新型實施例提供的一種用于MMC的控制器和控制系統(tǒng)，采用FPGA通過光纖接口接收MMC的運行信息，將解析后的運行信息發(fā)送至與FPGA電連接的DSP；該DSP根據解析后的運行信息生成控制信號，并將該控制信號通過FPGA發(fā)送至MMC，以實現(xiàn)對MMC的控制。與現(xiàn)有技術中構造復雜且成本昂貴的MMC控制器相比，本實施例所提供的控制器構造簡單，成本較低。

為使本實用新型的上述目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合所附附圖，作詳細說明如下。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應當理解，以下附圖僅示出了本實用新型的某些實施例，因此不應被看作是對范圍的限定，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他相關的附圖。

圖1示出了本實用新型實施例所提供的用于MMC的控制器的結構示意圖；

圖2示出了本實用新型實施例所提供的用于MMC的控制器的另一種結構示意圖；

圖3示出了本實用新型實施例所提供的用于MMC的控制系統(tǒng)的結構示意圖；

圖4示出了本實用新型實施例所提供的用于MMC的控制系統(tǒng)的另一種結構示意圖。

主要元件符號說明：

1—控制器、11—DSP、12—FPGA、13—光纖接口、

2—終端、3—MMC。

具體實施方式

為使本實用新型實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合本實用新型實施例中附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本實用新型實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設計。因此，以下對在附圖中提供的本實用新型的實施例的詳細描述并非旨在限制要求保護的本實用新型的范圍，而是僅僅表示本實用新型的選定實施例。基于本實用新型的實施例，本領域技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。

考慮到現(xiàn)有技術中用于控制MMC的控制器通常構造復雜、成本昂貴，本實用新型實施例提供了一種用于MMC的控制器和控制系統(tǒng)。下面通過實施例進行描述。

實施例1

參見圖1所示的一種用于MMC的控制器的結構示意圖，其中，該控 制器包括依次電連接的DSP11、FPGA12和光纖接口13；FPGA12通過光纖接口13與MMC相連接；FPGA12通過光纖接口13接收MMC的運行信息，對該運行信息進行解析，將解析后的運行信息發(fā)送至DSP11；DSP11根據解析后的運行信息生成控制信號，將該控制信號通過FPGA12發(fā)送至MMC。具體的，上述控制信號為子模塊觸發(fā)信號，通過控制MMC中6個橋臂所包括的各個子模塊的開關狀態(tài)，從而實現(xiàn)對MMC的控制作用。

其中，DSP是一種特別適合于進行數(shù)字信號處理運算的微處理器，其主要作用在于可以實時快速地實現(xiàn)各種數(shù)字信號處理算法，通常為一種體積小巧的芯片。FPGA是在可編程器件的基礎上進一步發(fā)展的產物。它是作為專用集成電路領域中集成度最高的一種，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點。通常的FPGA采用了LCA(Logic Cell Array，邏輯單元陣列)這樣一個新概念，內部包括CLB(Configurable Logic Block，可配置邏輯模塊)、輸出輸入模塊IOB(Input Output Block，輸出輸入模塊)和內部連線三個部分。本實施例中的DSP11和FPGA12的具體電路結構可以參照相關技術實現(xiàn)，在此不再贅述。

此外，F(xiàn)PGA12、DSP11和光纖接口13可以集成在一塊板卡上，從而實現(xiàn)高度集成化，使控制器的結構更精簡。

本實施例的上述用于MMC的控制器中，采用FPGA12通過光纖接口13接收MMC的運行信息，將解析后的運行信息發(fā)送至與FPGA12電連接的DSP11；該DSP11根據解析后的運行信息生成控制信號，并將該控制信號通過FPGA12發(fā)送至MMC，以實現(xiàn)對MMC的控制。因DSP11和FPGA12具有數(shù)據高效處理能力，可以良好的實現(xiàn)對MMC的控制，而且DSP11和FPGA12通常為體積小巧的芯片，極大的簡化了控制器的構成，并降低了控制器成本。

考慮到FPGA12需要通過光纖接口13接收MMC的運行信息以及向MMC發(fā)送控制信號，且光纖接口13是通過光纖與MMC相連接的，而只 有光信號才能夠在光纖中傳播，所以需要將諸如控制器生成的控制信號以及MMC的運行信息等電信號轉換為光信號，因而在具體實現(xiàn)時，上述光纖接口13為光電轉換接口，該光電轉換接口可以把電信號轉換成光信號，也可以把光信號轉換成電信號，從而便于將控制器生成的控制信號(電信號)轉換為能夠在光纖中傳遞的光信號，也便于將通過光纖傳遞至該控制器的MMC運行信息(光信號)轉換為控制器可以接收的電信號。

此外，上述光纖接口13用于連接光纖，而在本實施例中采用的光纖需要向控制器傳遞MMC的運行信息，也需要向MMC傳遞控制器生成的控制信號，所以該光纖采用全雙工通信，即可以使數(shù)據在兩個方向同時進行傳送，在發(fā)送數(shù)據的同時也能夠接收數(shù)據，兩者同步進行。因而，本實施例所提供的控制器中，與光纖相連接的光纖接口13支持全雙工通信，從而便于數(shù)據的雙向傳輸，使得數(shù)據的傳輸更高效便捷。

為了能夠讓數(shù)據傳遞更快捷，本實施例中采用多個光纖接口同時傳輸信號。參見圖2所示的用于MMC的控制器的另一種結構示意圖，在該控制器中的光纖接口為12個，具體的，MMC包括6個橋臂，每個橋臂上的子模塊可對應2個光纖接口，并通過對應的2個光纖接口來傳遞運行信息以及接收控制信息。例如，MMC中的一個橋臂有512個級聯(lián)的子模塊，則該橋臂可通過對應的兩個光纖接口之一接收1～256個子模塊的控制信息，通過兩個光纖接口中的另外一個接口接收257～512個子模塊的控制信息。

應當注意的是，上述的512個子模塊數(shù)量僅為示意說明。在實際應用中，當每個橋臂所包括的子模塊數(shù)量較少時，可以只采用一個光纖接口進行信號的傳輸，另一個光纖接口空置；光纖接口的分配可以根據實際情況靈活分配，在此不再贅述。應當注意的是，本實施例所提供的控制器中優(yōu)選包括12個光纖接口，但可以根據實際情況選擇光纖接口的數(shù)量，并不受本實施例中光纖接口數(shù)量的限制。

考慮到信息存儲以及讀取的便利性，上述DSP11還包括存儲器，用于 存儲DSP11接收到的解析后的MMC的運行信息和DSP11計算所得的控制信號。該存儲器可以將上述FPGA12發(fā)送的解析后的MMC的運行信息存儲至指定位置，當DSP11對該運行信息進行處理時，可以從該指定位置取出該運行信息。

為了提升DSP11對于數(shù)據的處理速度，本實施例中的DSP11為8核架構，即具有8個處理器核心，可以同時運行多種任務，為DSP11的信息處理能力提供了良好的性能保障。具體的，在本實施例中的DSP11在0核中完成換流站級控制部分的計算，并生成6個橋臂的調制波，當換流站級控制計算完成后，DSP11將上述調制波傳遞至1～6核內部以繼續(xù)進行換流閥級控制的計算，最后將計算后生成的控制信號存入至DSP11存儲器中的指定位置，進而可以通過FPGA12向MMC發(fā)送控制信號。應當注意的是，DSP11的處理器核心越多，信息處理能力越強，數(shù)據處理速度越快。

在實際應用中，可以根據需求選擇DSP11的類型，如四核架構的DSP11也可實現(xiàn)對所接收信息的處理。

進一步，在本實施例中DSP11包括依次連接的系統(tǒng)級控制單元、換流站級控制單元和換流閥級控制單元；該DSP11根據FPGA12發(fā)送的解析后的運行信息生成控制信號的具體過程為：系統(tǒng)級控制單元用于根據解析后的運行信息生成功率電壓指令，并將功率電壓指令發(fā)送至換流站級控制單元；換流站級控制單元用于根據接收到的功率電壓指令生成MMC中各個橋臂的調制波，將調制波發(fā)送至換流閥級控制單元；換流閥級控制單元用于根據接收到的調制波生成控制信號。

DSP11通過上述過程可以將接收到的運行信息有效準確的生成MMC的控制信號。此外，上述單元的具體電路結構可以參照相關技術實現(xiàn)，在此不再贅述。

應當注意的是，上述作為分離部件說明的單元可以是或者也可以不是 物理上分開的，作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位于一個地方，或者也可以分布到多個單元上。可以根據實際的需要選擇其中的部分或者全部單元來實現(xiàn)本實施例方案的目的。

本實用新型實施例提供的一種用于MMC的控制器，采用FPGA12通過光纖接口13接收MMC的運行信息，將解析后的運行信息發(fā)送至與FPGA12電連接的DSP11；該DSP11根據解析后的運行信息生成控制信號，并將該控制信號通過FPGA12發(fā)送至MMC，以實現(xiàn)對MMC的控制。與現(xiàn)有技術中構造復雜且成本昂貴的MMC控制器相比，本實施例所提供的控制器構造簡單，成本較低。

實施例2

本實施例提供了一種用于MMC的控制系統(tǒng)，參見圖3所示的用于MMC的控制系統(tǒng)的結構示意圖，該控制系統(tǒng)包括實施例1中所提供的控制器1，還包括MMC3，其中，控制器1與MMC3通過光纖連接。

此外，參見圖4所示的用于MMC的控制系統(tǒng)的另一種結構示意圖，上述控制系統(tǒng)還包括終端2，該終端2分別與上述控制器1和MMC3相連接，終端2用于設置控制器1中的DSP11的工作方式，以及根據MMC的運行狀態(tài)監(jiān)控控制器1的控制效果。具體的，DSP11可以根據終端2的工作方式設定以執(zhí)行相應的操作，按照正確的方式處理數(shù)據，以便準確的生成所需信號。同時，該終端2還可以檢測到MMC的運行狀態(tài)，并根據該運行狀態(tài)來判定上述控制器1的控制效果，從而實現(xiàn)對控制器1的監(jiān)控作用。

本實用新型實施例所提供的用于MMC的控制系統(tǒng)，其實現(xiàn)原理及產生的技術效果和前述實施例相同，為簡要描述，本實施例部分未提及之處，可參考前述實施例中相應內容。

本實用新型實施例提供的一種用于MMC的控制系統(tǒng)，包括上述實施 例中的控制器1和MMC3，還可以包括終端2。其中，控制器1與MMC3通過光纖相連接，控制器1接收MMC3的運行信息，并根據該運行信息生成MMC3的控制信號，將該控制信號發(fā)送至MMC3，以實現(xiàn)對MMC3的控制。終端2分別與控制器1和MMC3相連接，用于設置控制器1的運行方式，還用于根據MMC3的運行狀態(tài)來監(jiān)控上述控制器1的控制效果，進而使該控制系統(tǒng)能夠對MMC3實現(xiàn)有效的控制。

在具體實現(xiàn)時，本實施例的控制器1中采用FPGA12通過光纖接口13接收MMC3的運行信息，將解析后的運行信息發(fā)送至與FPGA12電連接的DSP11；該DSP11根據解析后的運行信息生成控制信號，并將該控制信號通過FPGA12發(fā)送至MMC3，以實現(xiàn)對MMC3的控制。由于FPGA12和DSP11能夠以芯片形式實現(xiàn)，高度集成化且構造小巧，實現(xiàn)了控制器1構造簡單，成本較低的優(yōu)勢。

上述實施例所提供的用于MMC的控制器和控制系統(tǒng)，在具體實現(xiàn)時，可以采用具有上述功能的模塊或單元實現(xiàn)，這些模塊或單元可以是物理上分開的或者物理上集成的，也可以根據實際的需要選擇其中的部分或者全部單元來實現(xiàn)本實施例的目的。

除非具體說明，否則在這些實施例中闡述的部件和步驟的相對步驟、數(shù)字表達式和數(shù)值并不限制本實用新型的范圍。還應注意到：相似的標號和字母在附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對其進行進一步定義和解釋。

此外，在本實用新型所提供的幾個實施例中，應該理解到，所揭露的系統(tǒng)和裝置，可以通過其它的方式實現(xiàn)。以上所描述的裝置實施例僅僅是示意性的，例如，所述單元的劃分，僅僅為一種邏輯功能劃分，實際實現(xiàn)時可以有另外的劃分方式，又例如，多個單元或組件可以結合或者可以集成到另一個系統(tǒng)，或一些特征可以忽略，或不執(zhí)行。另一點，所顯示或討論的相互之間的耦合或直接耦合，裝置或單元的間接耦合或通信連接，可 以是電性，機械或其它的形式。

在本實用新型的描述中，還需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術語“設置”、“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本實用新型中的具體含義。

最后應說明的是：以上所述實施例，僅為本實用新型的具體實施方式，用以說明本實用新型的技術方案，而非對其限制，本實用新型的保護范圍并不局限于此，盡管參照前述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：任何熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型揭露的技術范圍內，其依然可以對前述實施例所記載的技術方案進行修改或可輕易想到變化，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改、變化或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本實用新型實施例技術方案的精神和范圍。都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內。因此，本實用新型的保護范圍應所述以權利要求的保護范圍為準。