本實(shí)用新型屬于風(fēng)電系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于EtherCAT通信的大功率風(fēng)電變流系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著社會的發(fā)展，新能源行業(yè)逐漸的得到了重視，由于不用地點(diǎn)對風(fēng)電機(jī)組容量的要求也不相同，內(nèi)蒙古草原，微電網(wǎng)項(xiàng)目對風(fēng)電機(jī)組的容量需求較??；海上風(fēng)電，以及風(fēng)資源較豐富，人煙稀少的西北風(fēng)電場則對單臺的容量要求較大。

目前風(fēng)力發(fā)電行業(yè)內(nèi)應(yīng)對這種不同需求采用的一貫辦法為，客戶需求多大的風(fēng)機(jī)，就設(shè)計(jì)多大的變流系統(tǒng)；客戶有十幾種容量需求，就設(shè)計(jì)十幾種容量的風(fēng)力變流系統(tǒng)，在成本和備品備件等方面都有很大的浪費(fèi)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本實(shí)用新型旨在提出一種基于EtherCAT通信的大功率風(fēng)電變流系統(tǒng)，以解決大功率風(fēng)電變流器因需求容量不同，不能統(tǒng)一設(shè)計(jì)和制作造成的時間、原材料等成本浪費(fèi)的問題。

為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種基于EtherCAT通信的大功率風(fēng)電變流系統(tǒng)，包括核心控制CPU和功率單元，所述功率單元的數(shù)量至少為一個，所述核心控制CPU分別通過EtherNET通信協(xié)議和CANopen通信協(xié)議與外界的SCADA和主控系統(tǒng)PLC進(jìn)行通信，所述核心控制CPU通過EtherCAT通信協(xié)議與各個所述功率單元進(jìn)行通信，完成整個變流系統(tǒng)的閉環(huán)控制，所述核心控制CPU采用powerPC處理器，所述功率單元包括依次信號連接的信號采集單元、核心計(jì)算單元、PWM單元、驅(qū)動單元和輸出單元。

進(jìn)一步的，所述核心控制CPU采用powerPC處理器中的P2020芯片，所述P2020芯片的SPI引腳經(jīng)過SPI轉(zhuǎn)CAN芯片后連接至CAN驅(qū)動芯片，所述P2020芯片的Etsec3引腳經(jīng)PHY芯片后通過EtherNET通信協(xié)議與外界連接，所述P2020芯片的引腳Etsec2和引腳Etsec1各經(jīng)一個PHY芯片后通過EtherCAT通信協(xié)議與外界連接，所述P2020芯片的引腳DUART經(jīng)UART0連接至RS485驅(qū)動電路，所述P2020芯片的引腳DUART經(jīng)UART1連接至SCI/RS485驅(qū)動電路。

進(jìn)一步的，所述信號采集單元包括電壓傳感器、電流傳感器和A/D轉(zhuǎn)換芯片，所述電壓傳感器、電流傳感器均與所述A/D轉(zhuǎn)換芯片信號連接。

進(jìn)一步的，所述風(fēng)電變流系統(tǒng)的主站采用飛思卡爾的powerPC和RTlinux操作系統(tǒng)。

進(jìn)一步的，所述EtherCAT的最小循環(huán)周期為200us。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型所述的基于EtherCAT通信的大功率風(fēng)電變流系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢：

(1)本實(shí)用新型所述的基于EtherCAT通信的大功率風(fēng)電變流系統(tǒng)，開發(fā)單臺小功率變流器單元，并通過EtherCAT通信技術(shù)完成控制側(cè)組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)多個變流器單元協(xié)同工作，針對不同應(yīng)用場合，特別是海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的應(yīng)用，對功率進(jìn)行靈活組合，完成變流系統(tǒng)的搭建，從而實(shí)現(xiàn)大容量的“單”臺大功率變流系統(tǒng)的運(yùn)行，真正實(shí)現(xiàn)開發(fā)一次，即可適應(yīng)行業(yè)內(nèi)不同的應(yīng)用需求，為其他系統(tǒng)的二次開發(fā)提供良好的開發(fā)平臺，大大縮短了新產(chǎn)品的開發(fā)周期。

(2)本實(shí)用新型所述的基于EtherCAT通信的大功率風(fēng)電變流系統(tǒng)，功率單元模組化，控制核心模塊化，配合EtherCAT內(nèi)部總線，實(shí)現(xiàn)不同容量的風(fēng)電變流器的可能性大大提高，同時減少人力物力的成本。

(3)本實(shí)用新型所述的基于EtherCAT通信的大功率風(fēng)電變流系統(tǒng)，采用的powerPC處理器能夠在極低和超高溫的情況下啟動并運(yùn)行，采用RTLinux操作系統(tǒng)，通過對操作系統(tǒng)內(nèi)核部分的改造，可以實(shí)現(xiàn)直接對底層硬件高實(shí)時性改造，更加方便實(shí)用。

附圖說明

構(gòu)成本實(shí)用新型的一部分的附圖用來提供對本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，本實(shí)用新型的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對本實(shí)用新型的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例所述的基于EtherCAT通信的大功率風(fēng)電變流系統(tǒng)拓?fù)鋱D；

圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例所述的PowerPC處理器的硬件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例所述的PowerPC處理器的軟件架構(gòu)示意圖；

圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例所述的功率單元組成框圖。

附圖標(biāo)記說明：

具體實(shí)施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本實(shí)用新型中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。

在本實(shí)用新型的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本實(shí)用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本實(shí)用新型的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本實(shí)用新型的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。

在本實(shí)用新型的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)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(jī)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(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以通過具體情況理解上述術(shù)語在本實(shí)用新型中的具體含義。

下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本實(shí)用新型。

一種基于EtherCAT通信的大功率風(fēng)電變流系統(tǒng)，如圖1至圖4所示，

包括核心控制CPU和功率單元，所述功率單元的數(shù)量至少為一個，所述核心控制CPU分別通過EtherNET通信協(xié)議和CANopen通信協(xié)議與外界的SCADA和主控系統(tǒng)PLC進(jìn)行通信，所述核心控制CPU通過EtherCAT通信協(xié)議與各個所述功率單元進(jìn)行通信，完成整個變流系統(tǒng)的閉環(huán)控制，所述核心控制CPU采用powerPC處理器，所述功率單元包括依次信號連接的信號采集單元、核心計(jì)算單元、PWM單元、驅(qū)動單元和輸出單元。

所述核心控制CPU采用powerPC處理器中的P2020芯片，所述P2020芯片的SPI引腳依次經(jīng)過SPI轉(zhuǎn)CAN芯片和CAN驅(qū)動芯片后連接至DB9，所述P2020芯片的Etsec3引腳經(jīng)PHY芯片后通過EtherNET通信協(xié)議連接至RJ45，所述P2020芯片的引腳Etsec2和引腳Etsec1各經(jīng)一個PHY芯片后通過EtherCAT通信協(xié)議各連接至一個光纖模塊，所述P2020芯片的引腳DUART經(jīng)UART0和RS485驅(qū)動電路后連接至DB9，所述P2020芯片的引腳DUART經(jīng)UART1和SCI/RS485驅(qū)動電路后連接至光纖頭/DB9,所述P2020芯片的引腳SD/MMC連接至SD接口，所述P2020芯片的引腳USB2.0連接至USB接口，所述P2020芯片的引腳MiniPCIE連接至MiniPCIE接口，所述P2020芯片的引腳Local BUS連接至FLASH，所述P2020芯片的引腳DDR3連接至RAM，所述P2020芯片的引腳I²C連接至RTC，所述P2020芯片的引腳還設(shè)置JTAG接口。

所述信號采集單元包括電壓傳感器、電流傳感器和A/D轉(zhuǎn)換芯片，所述電壓傳感器、電流傳感器均與所述A/D轉(zhuǎn)換芯片信號連接，電壓傳感器和電流傳感器采集標(biāo)準(zhǔn)的4～20mA的工業(yè)傳感器信號，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換，完成模擬量對數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。數(shù)字量輸入核心計(jì)算單元后進(jìn)行快速計(jì)算，并通過EtherCAT進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，最終得到一個高同步的PWM信號輸出給驅(qū)動單元，并由驅(qū)動單元完成對輸出單元的控制。

所述風(fēng)電變流系統(tǒng)的主站采用飛思卡爾的powerPC和Rtlinux操作系統(tǒng)，采用的powerPC處理器能在極低和超高溫的惡劣溫度情況下啟動并運(yùn)行。采用的RTLinux操作系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)在于代碼開源，通過對操作系統(tǒng)內(nèi)核部分的改造，可以實(shí)現(xiàn)直接對底層硬件高實(shí)時性改造，并通過實(shí)時核完成對EtherCAT協(xié)議棧的強(qiáng)力支撐。通過對內(nèi)核的裁剪、倍頻等優(yōu)化工作，使EtherCAT的最小循環(huán)周期在200us運(yùn)行，滿足了功率單元的協(xié)同配合，確保了閉環(huán)控制的周期。

所述P2020芯片的軟件架構(gòu)包括應(yīng)用部分、控制部分和硬件部分，所述應(yīng)用部分通過基于EtherCAT通信協(xié)議的界面與控制部分連接，所述控制部分經(jīng)過數(shù)據(jù)實(shí)時轉(zhuǎn)換系統(tǒng)驅(qū)動硬件部分并連接至基于EtherCAT通信協(xié)議的網(wǎng)卡。所述應(yīng)用部分包括Code tool、SSH Server、GDB Server、WEB Server和CanOpen接口，所述控制部分包括EtherCAT接口、USB接口、MMC/SD接口、UART接口、SPI接口和CAN接口，所述硬件部分設(shè)置基于EtherCAT通信協(xié)議的網(wǎng)卡NIC。

一種基于EtherCAT通信的大功率風(fēng)電變流系統(tǒng)的工作原理為：

功率單元模組化，控制核心模塊化，配合EtherCAT內(nèi)部總線，由于每個功率單元的功率是相同的，根據(jù)用戶對風(fēng)電變流器不同容量的需求，實(shí)現(xiàn)單控制核心+單功率模塊到單控制核心+多功率模塊的使用方式，通過對功率單元的一次開發(fā)完成整個產(chǎn)品鏈的開發(fā)。

以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。