电力电子系统的控制系统技术方案

本发明专利技术涉及一种电力电子系统的控制系统。一种模块化电力电子系统（１２）的控制系统（１０），该控制系统包括主控制设备（１４）、多个局部控制设备（４４ａ）、（４４ｂ）、（４４ｃ）、（４８ａ）、（４８ｂ）、（４８ｃ）和通信网络（５８）。通信网络（５８）适于提供所述主控制设备和每个所述局部控制设备之间的通信。每个局部控制设备适于控制模块化电力电子系统的电力电子模块（４２ａ）、（４２ｂ）、（４２ｃ）。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力电子。本专利技术尤其涉及电力电子系统的控制系统以及电力电子系统。
技术介绍
大型电力电子系统典型地包括多个执行不同控制功能的控制设备，这些控制功能例如电量的测量、模拟到数字转换、信号滤波、设定点处理、控制算法、脉冲宽度调制器、通 用10、电路保护、自我监督、供电设备、数据显示和输入设备等。因为大型电力电子系统会达 到显著的尺寸，所以控制设备之间的距离可能长达数十米。要建立专用设备之间的通信并且必须为大多数设备提供电能。此外，电力电子系 统内的通信和供电线通常处于恶劣的环境中，因而易受电磁干扰。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种电力电子系统的控制系统，其对电力电子系统附近的环 境条件不太敏感。根据本专利技术的一个实施例，模块化电力电子系统的控制系统包括主控制设备、多 个局部控制设备和通信网络或通信链路，其中通信网络或通信链路适于在主控制设备和每 个局部控制设备之间提供通信，其中每个局部控制设备适于控制模块化电力电子系统的电 力电子模块。为了获得简单的系统并避免复杂的通信路径，有关控制系统构造的结构可能需要 仔细选择。此外，该构造并且尤其是连接控制系统各部分的连线的拓扑结构可能对控制系 统的失效敏感性有很大影响。例如，如果数据沿复杂通信路径发送，由于恶劣的环境数据被 修改的可能性会增大。电力电子模块可以是可以包括一个或多个功率半导体的模块化电力电子设备的 子系统。控制系统可以包括一个主控制器或主控制设备和若干局部控制器或局部控制设 备。电力电子系统的主控制器可以位于控制单元中。主控制器可以执行与整个系统相关的 不能被分配到子系统的控制功能。局部控制器可以位于电力电子子系统或电力电子模块附 近并且执行与这些子系统相关的控制功能。每个局部控制器可以直接与主控制器或者与相同电力电子模块相关联的另一个 局部控制器进行通信。为了进一步简化控制构造，不同电力电子模块的局部控制器之间可 以不存在通信。根据本专利技术的一个实施例，主控制设备和局部控制设备之间的通信是光通信。光 通信不会被由电力电子系统产生的电磁场干扰。根据本专利技术的一个实施例，主控制设备和每个局部控制设备经由光纤连接，其中 主控制设备和每个局部控制设备适于通过光纤进行通信。因此主控制器和局部控制器之间的通信通过光纤而建立。这对电磁干扰产生了很强的免疫力。为了优化各控制设备之间的 通信，本专利技术提出将光纤用于控制器之间的通信。根据本专利技术的一个实施例，通信网络具有星形拓扑结构。与电力电子模块相关联 的控制设备通过单一通信链路连接到主控制设备。根据本专利技术的一个实施例，控制系统还包括为控制系统提供DC辅助电力的供电 网络，其中主控制设备和局部控制设备连接到供电网络。供电网络可能具有280V DC加权 电压。每个控制设备、主控制设备或局部控制设备都可以连接到供电网络。根据本专利技术的一个实施例，供电网络具有星形拓扑结构。每个控制设备通过供电 线连接到中央供电节点。根据本专利技术的一个实施例，供电网络适于连接到电力电子系统的电源。根据本专利技术的一个实施例，供电网络包括适于连接到电力电子系统的电源的辅助 变压器，其中所述变压器适于产生AC辅助电力。变压器可以从电力电子系统的电源的三相 400V AC辅助电力端口馈电。根据本专利技术的一个实施例，电源包括整流器以从AC辅助电力产生DC辅助电力。DC 辅助电力可以从AC辅助电力端口产生。例如供电网络的280V DC加权电压可以通过整流 器和辅助变压器从来自电力电子系统的电源的三相400V AC电力产生。根据本专利技术的一个实施例，供电网络包括辅助供电缓冲器，在来自电力电子系统 的电源被中断的情况下，所述辅助供电缓冲器适于为该供电网络供电。在这样的中断期间， 供电网络的电压允许降到90VDC。控制系统可以适于在供电网络所施加的宽的电压范围内 工作。在这种情况下，连接到280V DC供电网络的所有设备都可以以低达90VDC的供电电 压工作。根据本专利技术的一个实施例，辅助供电缓冲器包括可由电力电子系统的电源充电的 电容器。辅助供电缓冲器可以包括电容器。例如，供电网络的中央供电节点可以装备有或 连接电容器。在辅助电力端口供应中断的情况下，电容器充当控制设备的辅助供电缓冲器。根据本专利技术的一个实施例，主控制设备适于通过对辅助供电缓冲器的电压测量来 检测电力电子系统的电源的中断。根据本专利技术的一个实施例，在电力电子系统的电源被中断时主控制器适于停止对 功率半导体的调制。例如，由主控制设备执行的控制算法关闭功率半导体以节省控制设备 的辅助控制电力。根据本专利技术的一个实施例，供电网络包括用于将DC辅助电力转换成由控制设备 可消耗的电压的DC到DC转换器。控制设备可以是主控制设备或局部控制设备。例如，一 些控制设备需要24V DC电源，所以通过280V到24V的DC到DC转换器连接到280V DC供 电网络。一些其他设备也有可能被设计得可以直接工作在280V DC供电网络上，而不需要 附加的DC到DC转换器。根据本专利技术的一个实施例，控制系统包括容纳主控制设备的主控制单元。主控制 单元还可以容纳主控制设备的DC到DC转换器和辅助供电缓冲器、变压器、整流器中的至少一个。根据本专利技术的一个实施例，每个局部控制设备适于集成在模块化电力电子系统的 相应电力电子模块中。本专利技术还涉及模块化电力电子系统。根据本专利技术的一个实施例，模块化电力电子 系统包括控制系统，该控制系统具有通过通信网络连接的主控制设备和多个局部控制设 备。主控制设备和控制设备可以是模块或可以是模块化电力电子系统的模块的部分。于是， 模块化电力电子系统是坚固的并且容易维护。根据本专利技术的一个实施例，模块化电力电子系统包括多个电力电子模块，其中每 个电力电子模块容纳功率半导体和用于控制该功率半导体的至少一个局部控制设备。这样 的电力电子系统被高度模块化。每个电力电子模块可以具有其自身的局部控制器。局部控 制器可以是电力电子模块的组成部分而不是被分配给它们。电力电子模块的组装和测试可 以包括局部控制器。局部控制设备可以被严格分配给电力电子模块或电力电子单元。根据本专利技术的一个实施例，至少一个电力电子模块可以容纳用于在电力电子模块 上容纳的局部控制设备之一的DC到DC转换器。通过参考下面所描述的实施例进行阐述，本专利技术的这些和其他方面将显而易见。附图说明下面，参考所附的图来详细的描述本专利技术的实施例。图1示出了根据本专利技术实施例的控制系统和电力电子系统的框图。具体实施方式图1示出了模块化电力电子系统12的控制系统10。主控制设备14被容纳在控制 单元16中。控制单元16还容纳变压器18、整流器20和包含若干电容器的辅助供电缓冲器 22。变压器18的一端通过电线24连接到辅助电力端口 26，其适于被连接到电力电子系统 12的电源。该变压器18在另一端通过电线28与整流器20连接，该整流器20自身通过电 线30与辅助供电缓冲器22连接。电力供电缓冲器22被连接到中央供电节点32。辅助变压器从来自电力电子系统的电源的三相400V AC电力产生200V AC电力。 整流器20将200V AC电力变换成280V DC电力。280VDC电力被供给中央供电节点32和电 力供电缓冲器22。控制单元16还包括两个通过光纤36a和36b连本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模块化电力电子系统（１２）的控制系统（１０），该控制系统包括：　　主控制设备（１４）；　　多个局部控制设备（４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４８ａ、４８ｂ、４８ｃ）；通信网络（５８）；　　其中通信网络（５８）适于在所述主控制设备和每个所述局部控制设备之间提供通信，　　其中每个局部控制设备适于控制模块化电力电子系统的电力电子模块（４２ａ、４２ｂ、４２ｃ）。

【技术特征摘要】
一种模块化电力电子系统(12)的控制系统(10)，该控制系统包括主控制设备(14)；多个局部控制设备(44a、44b、44c、48a、48b、48c)；通信网络(58)；其中通信网络(58)适于在所述主控制设备和每个所述局部控制设备之间提供通信，其中每个局部控制设备适于控制模块化电力电子系统的电力电子模块(42a、42b、42c)。2.根据权利要求1所述的控制系统(10)，其中所述主控制设备和所述局部控制设备之间的通信是光通信。3.根据权利要求1或2所述的控制系统(10)，其中所述主控制设备和每个所述局部控制设备经由光纤(36a、36b、54a、54b、54c、56a、 56b、56c)进行连接，其中所述主控制设备和每个所述局部控制设备适于通过光纤进行通信。4.根据前述权利要求之一所述的控制系统(10)，还包括供电网络(60)，用于为所述控制系统(10)提供DC辅助电力， 其中所述主控制设备和所述局部控制设备被连接到所述供电网络， 其中所述供电网络具有星形拓扑结构。5.根据权利要求4所述的控制系统(10)，其中所述供电网络(60)适于连接到所述电力电子系统的电源。6.根据权利要求5所述的控制系统(10)，其中所述供电网络(60)包括辅助变压器(18)，其适于连接到所述电力电子系统的电源，其中所述变压器(18)适于产生AC辅助电力，其中所述电源包括整流器(20)以从AC辅助电力产生DC辅助电力。7.根据权利要求4所述的控制系统(10)，其中所述供电网络(60)包括辅助供电缓冲器(22)，在来自电力电子系统的供电被中 断的情况下，所述辅助供电缓冲器(22)适于为所述供电...

【专利技术属性】
技术研发人员：S赫罗尔德，
申请(专利权)人：ABB瑞士有限公司，
类型：实用新型
国别省市：CH[瑞士]