[发明专利]大容量电力电子系统高速光纤环网通信网络控制拓扑

说明书

技术领域

本发明涉及大功率电能变换技术领域，具体为一种大容量电力电子系统高速光纤环网通信网络控制拓扑。

背景技术

随着社会经济的不断发展和进步，基于多个标准模块单元组合或多相多电平拓扑的大容量电力电子变流装置的开发和应用越来越广泛。目前，对于电力电子变流装置的控制而言，一般都采用集中式控制结构和方式。对于常规的中小容量电力电子变流装置来说，由于拓扑结构和硬件结构的紧凑和高度集中，集中式控制方法是一种简单、可靠和实用的方法；但是，对于大容量电力电子变流装置而言，复杂的多相多电平或串并联拓扑结构以及大尺度的空间分布特性等都会对传统的集中式控制方法提出挑战。在传统的集中式控制结构中，系统点对点的通信方式将会明显地增加控制器的故障率和维护难度；过多的信号及控制连线也对控制器的抗电磁干扰性能提出了更高的要求；系统控制权限的集中将使整个系统的模块化和标准化程度减弱，模块的冗余性和系统的可靠性通常不能得到有效保证。因此，为了满足系统模块化、标准化和智能化的发展需求，提高系统的可靠性和灵活性，需要研究一种具有分布式控制结构电力电子变流器控制系统。

1995年美国海军部首先提出电力电子集成模块PEBB（Power ElectronicsBuildingBlock）的概念，之后电力电子变流系统的模块化思想就受到越来越多的关注。1998年美国政府批准国家科学基金委员会投资建立了美国电力电子系统中心CPES（CenterforPowerElectronic System），该中心主要研究和开发“集成电力电子模块”IPEM（Integrated PowerElectronicsModules）。此后，国外的许多知名学者和公司对基于这种模块化的集成技术展开了一系列的相关研究。上世纪90年代初，ABB等半导体公司根据自己产品对PEBB的构建进行了基础的研究，且ABB、西门子等公司将PLC控制器和控制总线的技术成功的应用于开发大功率电力电子应用系统中。伴随PEBB研究的进展，针对中大容量电力电子变流系统，电力电子变流器分布式控制技术的研究得到了应有的重视，美国Virginia州立大学等学术机构对大容量电力电子系统的分布式、模块化控制结构及通讯协议开展了大量的研究工作，并提出了一种针对中大容量电力电子变流系统的基于高速光纤环网通信的分布式控制网络拓扑结构，该控制网络的通信速率为125Mbps。尽管基于这种网络拓扑结构的分布式变流系统具有系统简洁，通用性好，易重新配置等优点，但由于其网络本身存在较大的固有的网络延时，导致电力电子变流系统的多节点、高开关频率应用受到限制；此外，复杂的数据与命令接收、保存、传递和发送过程也使通信协议和软件编程都相对复杂。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述不足提供一种大容量电力电子系统高速光纤环网通信网络控制拓扑。

本发明包括一个主节点、多个从节点、开关机网络、故障保护网络、同步网络和高速数据通信网络；所述主节点，用于发送系统开关机命令，接收各个从节点的故障状态以及环形网络中的断线故障，发送系统的同步命令信号并接收各从节点反馈的同步信息，发送系统各从节点所需要的控制数据与命令信息并接收各从节点反馈的数据；所述从节点，用于接收上一主节点或从节点发送过来的各种信息，然后对与本从节点有关的信息进行处理，并把其它从节点的信息与本从节点的故障状态及反馈信息发送到下一节点；所述开关机网络的信息流是由主节点依次流向各个从节点，单向开环流动；所述故障保护网络的信息流是由第一个从节点依次流向下一从节点，最终流到主节点，单向开环流动；所述同步网络的信息流都是由主节点依次流向各个从节点，最终都又回到主节点，单向闭环流动；所述高速数据通信网络信息流都是由主节点依次流向各个从节点，最终都又回到主节点，单向闭环流动。

本发明具有以下优点：

（1）通信速率高。该高速光纤环网通信网络控制拓扑采用了4B/5B的通信编码技术、低摆幅的PECL传输信号和155MHz的高速光纤收发模块，其最大通信速率可达155Mbps，根据实际工程应用需要设计为125Mbps。

（2）结构简单。考虑到系统网络通信协议的简化以及结构的简单化，该高速光纤环网通信网络控制拓扑采用了四个通信网络，包括开关机网络和故障保护网络两个开环控制网络，同步网络和高速数据通信网络两个闭环控制网络，每个控制网络只需一个单光纤线连接即可，通信网络系统结构简单，四个通信网络各司其职，保证了系统运行的可靠性和通信协议的简单化。