本實用新型涉及到電力電子技術領域，尤其涉及一種電力電子控制裝置。

背景技術：

隨著國家對節能減排、低碳環保理念的大力推廣和對新能源產業的重點扶持，市場對光伏、風電等新能源發電、大規模儲能以及大容量變頻驅動等大功率電力電子變流裝置的需求與日俱增。

控制器作為電力電子變流裝置的關鍵部件之一，直接決定了電力電子變流裝置的整體性能以及系統可靠性。目前，多功率單元并聯運行模式作為大功率電力電子變流裝置的重要特點與發展趨勢，采用的控制器主要分為集中式和分布式兩種。

集中式控制器將信號采集、邏輯故障、運算控制以及PWM脈沖形成集中在一個控制器中，存在柜內走線偏長、接線復雜及易受干擾等缺陷；分布式控制器，其擁有多個控制器，每個控制器承擔部分功能，多采用主從控制模式，存在控制器繁多，控制及通訊復雜，成本較高的缺點。此外，現有的控制器普遍是針對特定的電力電子裝置進行設計，兼容性和擴展性較差。

公開號為CN 102510092A，公開日為2012年06月20日的中國專利文獻公開了一種風電變流器分布式實時控制單元，其特征在于，機側采樣板、網側采樣板和直流采樣板就近安裝在功率回路采樣點，實現就近采樣，把模擬量通過AD轉換器轉換成數字量再通過光纖以串行方式傳給控制器，同時接收控制器發送的硬件故障門檻值和控制命令信息；安裝在機網側功率單元的功率控制板接收控制器發送的脈沖信息，進行串并轉換和脈沖故障處理，發送給功率元件，實現變流器的控制，同時實時采樣功率單元相電流和溫度信號，通過AD轉換器轉換成數字信號后以串行方式發送給控制器。

該專利文獻公開的風電變流器分布式實時控制單元，由于實時單元沒有設計光纖通訊機制，當在大規模功率單元并聯應用場合使用時，容易出現PWM驅動脈沖不一致的情況，致使并聯系統之間出現系統環流問題，影響可靠性。

技術實現要素：

本實用新型為了克服上述現有技術的缺陷，提供一種電力電子控制裝置，本實用新型通過模塊化設計，易于實現并聯功率單元間的并聯控制及環流抑制，具有可靠性高，擴展能力強，維護成本低和適用范圍廣的特點。

本實用新型通過下述技術方案實現：

一種電力電子控制裝置，包括一個主控板MCU，其特征在于：還包括通過光纖通訊與主控板MCU連接的若干光通訊模擬量輸入板OTAI、若干光通訊模擬量輸出板OTAO、若干光通訊開關量輸入輸出板OTDIO和若干光通訊功率單元電路板OTPEBB；

光通訊模擬量輸入板OTAI，用于采集測量元件的模擬量信號并進行數模轉換，將轉換后的數字化信息通過光纖通訊傳輸至主控板MCU；

光通訊模擬量輸出板OTAO，用于獲取主控板MCU的模擬量輸出信號并進行模數轉換后，輸出模擬量電平；

光通訊開關量輸入輸出板OTDIO，用于獲取主控板MCU的開關量輸出信號并輸出，并將檢測到的開關量輸入信號傳輸至主控板MCU；

光通訊功率單元電路板OTPEBB，用于獲取主控板MCU的PWM輸出信號并形成作用于功率單元的PWM脈沖信息，并將檢測到的功率單元的故障信號傳輸至主控板MCU；

主控板MCU，用于獲取光通訊模擬量輸入板OTAI、光通訊開關量輸入輸出板OTDIO和光通訊功率單元電路板OTPEBB的信息并進行濾波、控制運算和邏輯處理。

所述光通訊功率單元電路板OTPEBB包括電源模塊、FPGA模塊、光纖模塊和驅動接口模塊，FPGA模塊將主控板MCU經光纖模塊傳遞過來的控制信息解碼后形成PWM脈沖信息，經驅動接口模塊傳輸至功率單元，并將驅動接口模塊采集到的功率單元過壓、過流和過溫故障信號編碼后經光纖模塊反饋至主控板MCU。

所述光通訊模擬量輸入板OTAI包括電源模塊、FPGA模塊、光纖模塊和ADC模塊，ADC模塊將電壓、電流和溫度模擬量信號轉換為數字量信號后經FPGA模塊編碼，再通過光纖模塊反饋至主控板MCU。

所述光通訊開關量輸入輸出板OTDIO包括電源模塊、FPGA模塊、光纖模塊和開關量接口模塊，FPGA模塊將主控板MCU經光纖模塊傳遞過來的開關量輸出信息解碼后傳遞至開關量接口模塊進行輸出，并將開關量接口模塊檢測到的開關量輸入信號編碼后通過光纖模塊反饋至主控板MCU。

所述主控板MCU包括CPU模塊、FPGA模塊、光纖模塊、電源模塊和通訊模塊，FPGA模塊將光纖模塊接收到的信息進行解碼后傳輸至CPU模塊，CPU模塊進行運算控制、保護及邏輯處理后形成控制信息，經FPGA模塊編碼后由光纖模塊發送至光通訊模擬量輸入板OTAI、光通訊模擬量輸出板OTAO、光通訊開關量輸入輸出板OTDIO和光通訊功率單元電路板OTPEBB進行輸出。

所述通訊模塊為485通訊接口、232通訊接口、現場總線通訊接口或網絡通訊接口。

所述光通訊模擬量輸出板OTAO包括電源模塊、FPGA模塊、光纖模塊和DAC模塊，FPGA模塊將主控板MCU經光纖模塊傳遞過來的模擬量輸出信息解碼后傳遞至DAC模塊，通過DAC模塊的DA芯片完成模數轉換后進行輸出。

所述光通訊模擬量輸入板OTAI、光通訊模擬量輸出板OTAO、光通訊開關量輸入輸出板OTDIO和光通訊功率單元電路板OTPEBB與主控板MCU之間的光纖通訊采用鏈式連接。

本實用新型的工作原理為：

在每個控制周期，主控板MCU首先通過光纖通訊從光通訊模擬量輸入板OTAI獲取數字化后的模擬量信息，從光通訊開關量輸入輸出板OTDIO獲取開關量輸入信息，從光通訊功率單元電路板OTPEBB獲取功率單元故障信息，再將上述信息進行濾波、控制運算、邏輯處理以及保護，形成新的PWM脈沖信息、模擬量輸出信息以及開關量輸出信息，最后將PWM脈沖信息通過光纖通訊傳輸至光通訊功率單元電路板OTPEBB、將模擬量輸出信息通過光纖通訊傳輸至光通訊模擬量輸出板OTAO、將開關量輸出信息通過光纖通訊傳輸至光通訊開關量輸入輸出板OTDIO。

本實用新型的有益效果主要表現在以下方面：

一、本實用新型，包括若干光通訊模擬量輸入板OTAI、若干光通訊模擬量輸出板OTAO、若干光通訊開關量輸入輸出板OTDIO和若干光通訊功率單元電路板OTPEBB，光通訊模擬量輸入板OTAI、光通訊模擬量輸出板OTAO、光通訊開關量輸入輸出板OTDIO和光通訊功率單元電路板OTPEBB均與主控板MCU通過光纖通訊，采用模塊化設計，可以根據實際電力電子變流裝置中功率單元的數目、模擬輸入量需求、模擬輸出量需求以及開關量需求，配置不同數目的光通訊功率單元電路板OTPEBB、光通訊模擬量輸入板OTAI、光通訊模擬量輸出板OTAO和光通訊開關量輸入輸出板OTDIO，當在大規模功率單元并聯應用場合使用時，主控板MCU可以通過光纖通訊確保各個光通訊功率單元電路板OTPEBB的PWM載波是同步的，從而能夠有效的抑制并聯功率單元之間的開關環流；當在大規模功率單元串聯應用場合使用時，主控板MCU可以通過光纖通訊保證各個光通訊功率單元電路板OTPEBB的PWM載波錯開一定的角度，從而實現級聯型電力電子變流裝置所需的載波移相功能；主控板MCU與光通訊模擬量輸入板OTAI、光通訊模擬量輸出板OTAO、光通訊開關量輸入輸出板OTDIO和光通訊功率單元電路板OTPEBB之間沒有電氣聯系，極大的提高了可靠性；具有可靠性高，擴展能力強，維護成本低和適用范圍廣的特點。

二、本實用新型，光通訊功率單元電路板OTPEBB包括電源模塊、FPGA模塊、光纖模塊和驅動接口模塊，FPGA模塊將主控板MCU經光纖模塊傳遞過來的控制信息解碼后形成PWM脈沖信息，經驅動接口模塊傳輸至功率單元，并將驅動接口模塊采集到的功率單元過壓、過流和過溫故障信號編碼后經光纖模塊反饋至主控板MCU，能夠簡化功率單元與控制裝置之間的接線，FPGA模塊能夠根據主控板MCU控制信息對PWM載波進行控制，實現不同光通訊功率單元電路板OTPEBB之間的PWM載波同步，達到抑制并聯功率單元開關諧波的效果。

三、本實用新型，光通訊模擬量輸入板OTAI包括電源模塊、FPGA模塊、光纖模塊和ADC模塊，ADC模塊將電壓、電流和溫度模擬量信號轉換為數字量信號后經FPGA模塊編碼，再通過光纖模塊反饋至主控板MCU，當系統中需要增加模擬量測量時添加光通訊模擬量輸入板OTAI即可，主控板MCU無需改動，可擴展性強，同時實現了模擬信息就地測量、簡化了測量元件與控制裝置的接線，避免了因測量線路過長易受干擾的問題。

四、本實用新型，光通訊開關量輸入輸出板OTDIO包括電源模塊、FPGA模塊、光纖模塊和開關量接口模塊，FPGA模塊將主控板MCU經光纖模塊傳遞過來的開關量輸出信息解碼后傳遞至開關量接口模塊進行輸出，并將開關量接口模塊檢測到的開關量輸入信號編碼后通過光纖模塊反饋至主控板MCU，可在不改動主控板MCU的基礎上靈活的增加光通訊開關量輸入輸出板OTDIO的數目，可擴展性強，同時光通訊開關量輸入輸出板OTDIO就近安裝可以簡化電氣布線。

五、本實用新型，主控板MCU包括CPU模塊、FPGA模塊、光纖模塊、電源模塊和通訊模塊，FPGA模塊將光纖模塊接收到的信息進行解碼后傳輸至CPU模塊，CPU模塊進行運算控制、保護及邏輯處理后形成控制信息，經FPGA模塊編碼后由光纖模塊發送至光通訊模擬量輸入板OTAI、光通訊模擬量輸出板OTAO、光通訊開關量輸入輸出板OTDIO和光通訊功率單元電路板OTPEBB進行輸出，當需要擴大系統規模時增加光纖模塊的數目并且改動FPGA代碼即可，通用性強、擴展方便。

六、本實用新型，通訊模塊為485通訊接口、232通訊接口、現場總線通訊接口或網絡通訊接口，可以方便的與人機界面、上位機、上層控制器以及其它類型的控制器進行通訊，通用性強。

七、本實用新型，光通訊模擬量輸出板OTAO包括電源模塊、FPGA模塊、光纖模塊和DAC模塊，FPGA模塊將主控板MCU經光纖模塊傳遞過來的模擬量輸出信息解碼后傳遞至DAC模塊，通過DAC模塊的DA芯片完成模數轉換后進行輸出，能夠方便的增加系統模擬量輸出的數目，擴展方便。

八、本實用新型，光通訊模擬量輸入板OTAI、光通訊模擬量輸出板OTAO、光通訊開關量輸入輸出板OTDIO和光通訊功率單元電路板OTPEBB與主控板MCU之間的光纖通訊采用鏈式連接，同一鏈路上可以連接多個光通訊模擬量輸入板OTAI、光通訊模擬量輸出板OTAO、光通訊開關量輸入輸出板OTDIO或者光通訊功率單元電路板OTPEBB，達到了簡化系統光纖布線的效果。

附圖說明

下面將結合說明書附圖和具體實施方式對本實用新型作進一步的具體說明，其中：

圖1為本實用新型的結構框圖；

圖2為本實用新型光通訊功率單元電路板OTPEBB的結構示意圖；

圖3為本實用新型光通訊模擬量輸入板OTAI的結構示意圖；

圖4為本實用新型光通訊開關量輸入輸出板OTDIO的結構示意圖；

圖5為本實用新型主控板MCU的結構示意圖；

圖6為本實用新型光通訊模擬量輸出板OTAO的結構示意圖。

具體實施方式

實施例1

一種電力電子控制裝置，包括一個主控板MCU，還包括通過光纖通訊與主控板MCU連接的若干光通訊模擬量輸入板OTAI、若干光通訊模擬量輸出板OTAO、若干光通訊開關量輸入輸出板OTDIO和若干光通訊功率單元電路板OTPEBB；

光通訊模擬量輸入板OTAI，用于采集測量元件的模擬量信號并進行數模轉換，將轉換后的數字化信息通過光纖通訊傳輸至主控板MCU；

光通訊模擬量輸出板OTAO，用于獲取主控板MCU的模擬量輸出信號并進行模數轉換后，輸出模擬量電平；

光通訊開關量輸入輸出板OTDIO，用于獲取主控板MCU的開關量輸出信號并輸出，并將檢測到的開關量輸入信號傳輸至主控板MCU；

光通訊功率單元電路板OTPEBB，用于獲取主控板MCU的PWM輸出信號并形成作用于功率單元的PWM脈沖信息，并將檢測到的功率單元的故障信號傳輸至主控板MCU；

主控板MCU，用于獲取光通訊模擬量輸入板OTAI、光通訊開關量輸入輸出板OTDIO和光通訊功率單元電路板OTPEBB的信息并進行濾波、控制運算和邏輯處理。

采用模塊化設計，可以根據實際電力電子變流裝置中功率單元的數目、模擬輸入量需求、模擬輸出量需求以及開關量需求，配置不同數目的光通訊功率單元電路板OTPEBB、光通訊模擬量輸入板OTAI、光通訊模擬量輸出板OTAO和光通訊開關量輸入輸出板OTDIO，當在大規模功率單元并聯應用場合使用時，主控板MCU可以通過光纖通訊確保各個光通訊功率單元電路板OTPEBB的PWM載波是同步的，從而能夠有效的抑制并聯功率單元之間的開關環流；當在大規模功率單元串聯應用場合使用時，主控板MCU可以通過光纖通訊保證各個光通訊功率單元電路板OTPEBB的PWM載波錯開一定的角度，從而實現級聯型電力電子變流裝置所需的載波移相功能；主控板MCU與光通訊模擬量輸入板OTAI、光通訊模擬量輸出板OTAO、光通訊開關量輸入輸出板OTDIO和光通訊功率單元電路板OTPEBB之間沒有電氣聯系，極大的提高了可靠性；且接線方式簡單，具有可靠性高，擴展能力強，維護成本低和適用范圍廣的特點。

實施例2

一種電力電子控制裝置，包括一個主控板MCU，還包括通過光纖通訊與主控板MCU連接的若干光通訊模擬量輸入板OTAI、若干光通訊模擬量輸出板OTAO、若干光通訊開關量輸入輸出板OTDIO和若干光通訊功率單元電路板OTPEBB；

光通訊模擬量輸入板OTAI，用于采集測量元件的模擬量信號并進行數模轉換，將轉換后的數字化信息通過光纖通訊傳輸至主控板MCU；

光通訊模擬量輸出板OTAO，用于獲取主控板MCU的模擬量輸出信號并進行模數轉換后，輸出模擬量電平；

光通訊開關量輸入輸出板OTDIO，用于獲取主控板MCU的開關量輸出信號并輸出，并將檢測到的開關量輸入信號傳輸至主控板MCU；

光通訊功率單元電路板OTPEBB，用于獲取主控板MCU的PWM輸出信號并形成作用于功率單元的PWM脈沖信息，并將檢測到的功率單元的故障信號傳輸至主控板MCU；

主控板MCU，用于獲取光通訊模擬量輸入板OTAI、光通訊開關量輸入輸出板OTDIO和光通訊功率單元電路板OTPEBB的信息并進行濾波、控制運算和邏輯處理。

進一步的，所述光通訊功率單元電路板OTPEBB包括電源模塊、FPGA模塊、光纖模塊和驅動接口模塊，FPGA模塊將主控板MCU經光纖模塊傳遞過來的控制信息解碼后形成PWM脈沖信息，經驅動接口模塊傳輸至功率單元，并將驅動接口模塊采集到的功率單元過壓、過流和過溫故障信號編碼后經光纖模塊反饋至主控板MCU。

進一步的，所述光通訊模擬量輸入板OTAI包括電源模塊、FPGA模塊、光纖模塊和ADC模塊，ADC模塊將電壓、電流和溫度模擬量信號轉換為數字量信號后經FPGA模塊編碼，再通過光纖模塊反饋至主控板MCU。

進一步的，所述光通訊開關量輸入輸出板OTDIO包括電源模塊、FPGA模塊、光纖模塊和開關量接口模塊，FPGA模塊將主控板MCU經光纖模塊傳遞過來的開關量輸出信息解碼后傳遞至開關量接口模塊進行輸出，并將開關量接口模塊檢測到的開關量輸入信號編碼后通過光纖模塊反饋至主控板MCU。

進一步的，所述主控板MCU包括CPU模塊、FPGA模塊、光纖模塊、電源模塊和通訊模塊，FPGA模塊將光纖模塊接收到的信息進行解碼后傳輸至CPU模塊，CPU模塊進行運算控制、保護及邏輯處理后形成控制信息，經FPGA模塊編碼后由光纖模塊發送至光通訊模擬量輸入板OTAI、光通訊模擬量輸出板OTAO、光通訊開關量輸入輸出板OTDIO和光通訊功率單元電路板OTPEBB進行輸出。

進一步的，所述通訊模塊為485通訊接口、232通訊接口、現場總線通訊接口或網絡通訊接口。

進一步的，所述光通訊模擬量輸出板OTAO包括電源模塊、FPGA模塊、光纖模塊和DAC模塊，FPGA模塊將主控板MCU經光纖模塊傳遞過來的模擬量輸出信息解碼后傳遞至DAC模塊，通過DAC模塊的DA芯片完成模數轉換后進行輸出。

進一步的，所述光通訊模擬量輸入板OTAI、光通訊模擬量輸出板OTAO、光通訊開關量輸入輸出板OTDIO和光通訊功率單元電路板OTPEBB與主控板MCU之間的光纖通訊采用鏈式連接。

光通訊功率單元電路板OTPEBB包括電源模塊、FPGA模塊、光纖模塊和驅動接口模塊，FPGA模塊將主控板MCU經光纖模塊傳遞過來的控制信息解碼后形成PWM脈沖信息，經驅動接口模塊傳輸至功率單元，并將驅動接口模塊采集到的功率單元過壓、過流和過溫故障信號編碼后經光纖模塊反饋至主控板MCU，能夠簡化功率單元與控制裝置之間的接線，FPGA模塊能夠根據主控板MCU控制信息對PWM載波進行控制，實現不同光通訊功率單元電路板OTPEBB之間的PWM載波同步，達到抑制并聯功率單元開關諧波的效果。光通訊模擬量輸入板OTAI包括電源模塊、FPGA模塊、光纖模塊和ADC模塊，ADC模塊將電壓、電流和溫度模擬量信號轉換為數字量信號后經FPGA模塊編碼，再通過光纖模塊反饋至主控板MCU，當系統中需要增加模擬量測量時添加光通訊模擬量輸入板OTAI即可，主控板MCU無需改動，可擴展性強，同時實現了模擬信息就地測量、簡化了測量元件與控制裝置的接線，避免了因測量線路過長易受干擾的問題。光通訊開關量輸入輸出板OTDIO包括電源模塊、FPGA模塊、光纖模塊和開關量接口模塊，FPGA模塊將主控板MCU經光纖模塊傳遞過來的開關量輸出信息解碼后傳遞至開關量接口模塊進行輸出，并將開關量接口模塊檢測到的開關量輸入信號編碼后通過光纖模塊反饋至主控板MCU，可在不改動主控板MCU的基礎上靈活的增加光通訊開關量輸入輸出板OTDIO的數目，可擴展性強，同時光通訊開關量輸入輸出板OTDIO就近安裝可以簡化電氣布線。

主控板MCU包括CPU模塊、FPGA模塊、光纖模塊、電源模塊和通訊模塊，FPGA模塊將光纖模塊接收到的信息進行解碼后傳輸至CPU模塊，CPU模塊進行運算控制、保護及邏輯處理后形成控制信息，經FPGA模塊編碼后由光纖模塊發送至光通訊模擬量輸入板OTAI、光通訊模擬量輸出板OTAO、光通訊開關量輸入輸出板OTDIO和光通訊功率單元電路板OTPEBB進行輸出，當需要擴大系統規模時增加光纖模塊的數目并且改動FPGA代碼即可，通用性強、擴展方便。通訊模塊為485通訊接口、232通訊接口、現場總線通訊接口或網絡通訊接口，可以方便的與人機界面、上位機、上層控制器以及其它類型的控制器進行通訊，通用性強。

光通訊模擬量輸出板OTAO包括電源模塊、FPGA模塊、光纖模塊和DAC模塊，FPGA模塊將主控板MCU經光纖模塊傳遞過來的模擬量輸出信息解碼后傳遞至DAC模塊，通過DAC模塊的DA芯片完成模數轉換后進行輸出，能夠方便的增加系統模擬量輸出的數目，擴展方便。

光通訊模擬量輸入板OTAI、光通訊模擬量輸出板OTAO、光通訊開關量輸入輸出板OTDIO和光通訊功率單元電路板OTPEBB與主控板MCU之間的光纖通訊采用鏈式連接，同一鏈路上可以連接多個光通訊模擬量輸入板OTAI、光通訊模擬量輸出板OTAO、光通訊開關量輸入輸出板OTDIO或者光通訊功率單元電路板OTPEBB，達到了簡化系統光纖布線的效果。