(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010697068.5
(22)申请日 2020.07.20
(71)申请人 新风光电子科技股份有限公司
地址 272500 山东省济宁市汶上县经济开
发区金成路中段路北
(72)发明人 任其广 陈早军 李强 卢新忠
汝绪丽 李鲁彦
(74)专利代理机构 济宁汇景知识产权代理事务
所(普通合伙) 37254
代理人 孙兆乾
(51)Int.Cl.
H02J 3/32(2006.01)
H02J 15/00(2006.01)
H02M 1/084(2006.01)
H02M 1/092(2006.01)
H02M 7/68(2006.01)H02M 7/797(2006.01)
(54)发明名称一种高压级联式储能装置的主控制系统(57)摘要一种高压级联式储能装置的主控制系统，涉及高压级联式储能装置技术领域，解决了高压级联式储能装置控制难度大的问题，包括主控制器和可扩展板卡，所述的主控制器包括母板、电源板、模拟量板、主控核心板、分相光纤板和BMS光纤板；可以实现6kV、10kV和35kV电压等级的级联储能装置的控制功能；主控制器的核心控制单元采用全数字化 系统，具备强大的运算能力和实时控制能力，同时还具备很好的可扩展性和可升级性；主控制器与级联的功率模块和BMS模块之间通过光纤信号连接，具备很强的抗干扰能力和强弱电隔离能力；主控制器采用机箱结构，具备金属外壳，具备优秀的电磁隔离效果，EMC性能优 异。权利要求书2页 说明书4页 附图3页CN 111769579 A 2020.10.13
C N 111769579
A
1.一种高压级联式储能装置的主控制系统，包括主控制器和可扩展板卡，其特征是所述的主控制器包括母板、电源板、模拟量板、主控核心板、分相光纤板和BMS光纤板；
所述的母板为连接板，母板上设置有卡槽，固定其他各个板卡，传递电能和传递各个板卡之间的模拟信号和数字信号；
所述的电源板安装在母板的卡槽上，为其他各个卡板提供电能；
所述的模拟量板通过母板与主控核心板连接，作用是将储能系统的模拟量进行调理，使得调理完成的模拟量信号可以直接进入到主控核心板的ADC采样部分；
所述的主控核心板的作用是获得模拟量信号、获得数字量信号，根据获得的模拟量信号和数字量信号进行运算，输出相应的控制信号供给其他电路板和功率单元使用；
所述的分相光纤板通过母板与主控核心板连接，作用是将主控核心板传递过来的控制信号经过二次运算以后把最终结果通过光纤传递给功率单元，同时将功率单元传递过来的信号反馈给主控核心板；
所述的BMS光纤板通过母板分别与分相光纤板、主控核心板电连接，作用是将BMS传递过来的光纤信号传递给分相光纤板，同时将主控核心板对BMS系统的控制信号通过光纤传递给BMS；
所述的可扩展板卡包括对外通信扩展板、数字量信号扩展板和人机交互系统，对外通信扩展板、数字量信号扩展板和人机交互系统分别与主控核心板的接口电连接，对外通信扩展板的作用是将通信信号的种类和数量进行扩展，数字量信号扩展板的作用是将主控制器对内和对外的数字量信号进行扩展，人机交互系统的作用是显示相关数据的同时输入相关控制信息。
2.根据权利要求1所述的高压级联式储能装置的主控制系统，其特征是主控制器设置为金属外壳的机箱结构，金属机箱具备良好的EMC屏蔽性能。
3.根据权利要求1所述的高压级联式储能装置的主控制系统，其特征是主控制器还包括分相光纤扩展板和BMS光纤扩展板，通过扩展光纤的方式来实现更多的单元控制能力。
4.根据权利要求1所述的高压级联式储能装置的主控制系统，其特征是电源板具备多路输入端，多路输入端互相备用，其中一路输入端与UPS或者直流屏相连接。
5.根据权利要求1所述的高压级联式储能装置的主控制系统，其特征是模拟量板输入的模拟量信号包括多组PT信号、多组CT信号和至少3路电流传感器信号。
6.根据权利要求1所述的高压级联式储能装置的主控制系统，其特征是主控核心板包括DSP芯片、FPGA芯片和多路RS485接口，所述的DSP芯片完成核心控制算法的运算实现，主控核心板通过FPGA芯片分别通过LVDS总线或者高速光纤的通信方式与分相光纤板、BMS光纤板相连接，FPGA芯片实现DSP芯片与其他电路板的高速数据流传输以及部分逻辑运算，其中一路RS485接口与数字量扩展板连接，其中一路RS485接口与人机交互系统连接，其中一路RS485接口与对外通信扩展板连接。
7.根据权利要求1所述的高压级联式储能装置的主控制系统，其特征是分相光纤板包括大容量FPGA芯片，分相光纤板通过光纤与级联H桥连接，采集各个级联H桥的内部模拟量和状态量。
8.根据权利要求1所述的高压级联式储能装置的主控制系统，其特征是BMS光纤板通过光纤与BMS连接，光纤采用CAN 2.0B协议或者MODBUS协议进行通信。
9.根据权利要求1所述的高压级联式储能装置的主控制系统，其特征是对外通信扩展板的通信接口包括R
S485、CAN、以太网和光纤接口，可扩展的协议包括MODBUS-RTU、CAN 2.0B、IEC 104和IEC 61850，对外通信扩展板分别通过RS485接口、高速光纤接口与主控核心板相连接。
10.根据权利要求1所述的高压级联式储能装置的主控制系统，其特征是数字量信号扩展板可以根据需求设置为PLC，数字量信号扩展板通过RS485接口与主控核心板连接。
一种高压级联式储能装置的主控制系统
技术领域
[0001]本发明涉及一种高压级联式储能装置，尤其涉及一种高压级联式储能装置的主控制系统。
背景技术
[0002]高压级联式储能装置是一种新型的储能变流器，这种结构的储能系统可以直接连接6kV、10kV和35kV电压等级的电网而不需要升压变压器。与常规的低压380V储能变流器相比，级联H桥结构的变流器每个功率模块都是互相隔离的，因此需要搭建一套复杂的控制系统来实现级联储能系统的控制。
[0003]这一套控制系统需要实现多个H桥的控制，例如10kV系统需要超过40个H桥，35kV 需要超过150个H桥，需要实现与同样数量的BMS子模块进行通信连接，需要实现所有电池的SOC均衡，同时为了实
现AGC控制需要采用快速的对外通信接口。现有技术的储能变流器控制系统一般可以实现两电平或者三电平变流器的控制，显然无法满足上述要求。
[0004]现有技术的级联H桥电路结构的变流器产品如高压SVG（高压动态无功补偿装置）和高压级联变频器具有类似的控制器，但是这些产品的控制器都无法实现与BMS系统的对接，控制的单元个数少于级联储能变流器，同样无法满足进一步扩展电池各种高级控制功能的实现，也无法直接使用。
发明内容
[0005]为了解决上述问题，本发明提供了一种高压级联式储能装置的主控制系统，提供一种能够实现6kV、10kV和35kV电压等级的级联储能装置控制的系统。为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种高压级联式储能装置的主控制系统，包括主控制器和可扩展板卡，所述的主控制器包括母板、电源板、模拟量板、主控核心板、分相光纤板和BMS光纤板；
所述的母板为机箱的连接板，母板上设置有卡槽，固定其他各个板卡，传递电能和传递各个板卡之间的模拟信号和数字信号；
所述的电源板安装在母板的卡槽上，为其他各个卡板提供电能；
所述的模拟量板通过母板与主控核心板连接，作用是将储能系统的模拟量进行调理，使得调理完成的模
拟量信号可以直接进入到主控核心板的ADC采样部分；
所述的主控核心板的作用是获得模拟量信号、获得数字量信号，根据获得的模拟量信号和数字量信号进行运算，输出相应的控制信号供给其他电路板和功率单元使用；
所述的分相光纤板通过母板与主控核心板电连接，作用是将主控核心板传递过来的控制信号经过二次运算以后把最终结果通过光纤传递给功率单元，同时将功率单元传递过来的信号反馈给主控核心板；
所述的BMS光纤板通过母板分别与分相光纤板、主控核心板电连接，作用是将BMS（电池管理系统）传递过来的光纤信号传递给分相光纤板，同时将主控核心板对BMS系统的控制信号通过光纤传递给BMS；
所述的可扩展板卡包括对外通信扩展板、数字量信号扩展板和人机交互系统，对外通信扩展板、数字量信号扩展板和人机交互系统分别与主控核心板的接口电连接，对外通信扩展板的作用是将通信信号的种类和数量进行扩展，数字量信号扩展板的作用是将主控制器对内和对外的数字量信号进行扩展，人机交互系统的作用是显示相关数据的同时输入相关控制信息。
[0006]进一步地，主控制器设置为金属外壳的机箱结构，具备优秀的电磁隔离效果，金属机箱具备良好的EMC屏蔽性能。
[0007]进一步地，主控制器还包括分相光纤扩展板和BMS光纤扩展板，作用是用于35kV高压级联储能装
置，这类装置级联的单元个数超过100个，需要通过扩展光纤的方式来连接所有的级联单元和级联BMS。
[0008]进一步地，电源板具备多路输入端，多路输入端互相备用，其中一路输入端与UPS （不间断供电电源）或者直流屏相连接；在常规的220V供电存在断电状态时保证控制系统一直有电，电源板的输出通过母板与其他电路板连接，在其他电路板内部再次变换以后供给所在电路板的芯片或者分立元件供电使用。
[0009]进一步地，模拟量板输入的模拟量信号包括多组PT（交流电压互感器）信号、多组CT（交流电流互感器）信号和至少3路电流传感器信号；输入的PT信号一般为100V交流信号，输入的CT信号可能是5A电流信号或1A电流信号，输入的电流传感器信号一般为100mA电流信号，上述信号经过放大缩小以后转换成统一的3V范围内的电压信号传递给主控核心板和分相光纤板。
[0010]进一步地，主控核心板包括DSP芯片和FPGA芯片，所述的DSP芯片完成核心控制算法的运算实现，主控核心板通过FPGA芯片分别通过LVDS总线或者高速光纤的通信方式与分相光纤板、BMS光纤板相连接，FPGA芯片实现DSP芯片与其他电路板的高速数据流传输以及部分逻辑运算；
进一步地，主控核心板还具备多路RS485接口，其中一路RS485接口与数字量扩展板连接，可以读写到储能系统内部和对外的数字量信号；其中一路RS485接口与人机交互系统连接，人机交互系统可以是触
摸屏也可以是一台工控机，通过与人机交互系统的连接就可以实现储能系统内部的所有模拟量、数字量、状态量的显示功能，也可以实现外部数据、参数、控制逻辑的输入；其中一路RS485接口与对外通信扩展板连接，可以扩展出不同种类和不同数量的通信接口。
[0011]进一步地，分相光纤板包括大容量FPGA芯片，其作用是进行电流环运算、进行SOC 均衡运算、进行功率单元的标准载波移相控制等功能，分相光纤板通过光纤与级联H桥连接，采集了各个级联H桥的内部模拟量和状态量，包括H桥单元内部的直流电容电压值、散热片温度值、故障状态、开停机状态等信息。
[0012]进一步地，BMS光纤板通过光纤与BMS（电池管理系统）连接，光纤采用CAN 2.0B协议或者MODBUS协议进行通信；获得的BMS信息包括SOC（电池荷电量）、SOH（电池健康状态）、电池电压、电池电流和电池故障信息，BMS光纤板还可以传递主控核心板发出的对电池直流侧开关进行控制的信号。
[0013]进一步地，对外通信扩展板的通信接口包括RS485、CAN、以太网和光纤接口，可以实现对外通信接口的扩展功能，可扩展的协议包括MODBUS-RTU、CAN 2.0B、IEC 104和IEC
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