[發明專利]一種I型與T型三電平雙向PWM整流器控制系統

在審

• 申請號: 201510846301.0
• 申請日: 2015-11-28
• 公開（公告）號: CN105406752A
• 公開（公告）日: 2016-03-16
• 發明（設計）人: 郭巍;駱皓;曹陽;朱劍峰;朱泓;詹熙;周紅永
• 申請（專利權）人: 江蘇宏寶電子有限公司;南京工程學院
• 主分類號: H02M7/797
• 分類號: H02M7/797
• 代理公司: 蘇州潤桐嘉業知識產權代理有限公司 32261
• 代理人: 趙麗麗

技術領域

本發明涉及電子電力控制領域，尤其涉及一種I型與T型三電平雙向PWM整流器控制系統。

背景技術

隨著分布式能源設備接入電網的數量不斷增加，智能電網的快速發展，使得分布式發電設備如光伏逆變器、風電變流器接入電網；新能源汽車充電樁的需要先交流電壓轉換成直流電壓在進入DCDC控制環節；以上設備均需要PWM型逆變器或者整流器。可雙向流動的PWM整流器不僅體現出AC/DC變流特性(整流)，而且還可呈現出DC/AC變流特性(有源逆變)，因而確切地說，這類PWM整流器實際上是一種新型的可逆PWM變流器。三電平拓撲分為I型三電平與T型三電平兩種拓撲，其中I型的三電平的4個開關管耐壓都可以小于直流母線電壓，而T型三電平的外管耐壓必須大與母線電壓，兩種拓撲可以采用通用PWM脈沖發送程序，因此可以將控制器進行整合統一。PWM整流器控制需要復雜的數學運算，傳統的逆變器多采用單DSP的結構，存在運算速度相對較慢、動態響應不及時的缺點，不能夠滿足越來越復雜的控制算法需求。I型的T型三電平拓撲對輸入脈沖時序有較高的要求，I型開關狀態表如表1所示，T型開關狀態表如表2所示。

表1I型三電平開關狀態表

表2T型三電平開關狀態表

發明內容

本發明的目的就是針對以上技術問題，設計出一種I型與T型三電平雙向PWM整流器控制系統，能夠兼容I型與T型兩種三電平電路，能夠進行復雜的數學運算，能夠進行PWM脈沖檢測與糾正，實現高性能的控制和接口功能。

本發明的技術問題主要通過下述技術方案得以解決：

一種I型與T型三電平雙向PWM整流器控制系統，包括模擬量數據采集與調理電路、IGBT磁隔離驅動電路、DSP與CPLD組成的控制電路、繼電器輸出與數字信號輸入、故障錄波與遠程通信，其特征在于，霍爾傳感器數據采集電路、IGBT驅動電路、開入開出接口電路與CPLD芯片相連，通信電路和故障錄波電路與DSP相連，DSP與CPLD通過數據、地址總線、PWM輸出信號與中斷信號相連。

模擬量采集電路包括信號調理電路和模數轉換芯片AD7606。信號調理電路的輸入信號來自于電流霍爾傳感器與差分式電壓測量電路，信號調理電路輸出與模數轉換芯片AD7606的模擬信號輸入端相連。霍爾傳感器通常包括用于測量逆變器輸出的三個電流傳感器，采用分壓電阻與運算放大器采用差分的方式對交流電壓與直流母線電壓進行采集。

IGBT驅動電路采用12個Infineon公司的1ED020I12磁隔離驅動芯片，驅動電路的輸入與CPLD糾正后的PWM脈沖直接相連，經過磁隔離驅動的輸出信號通過一個圖騰柱推挽輸出后與功率器件的門極相連。

故障錄波電路由USB接口電路、SD卡接口電路組成、USB接口控制芯片組成，采用南京沁恒電子的CH376芯片與USB和與DSP相連，DSP實時對采樣數據進行刷新式存儲，當故障發生時，將故障前后100mS的數據，可以通過USB接口芯片分別。

CPLD采用Xilinx公司高性能CPLD芯片XC95288XL，該芯片具備5V輸入能力，可用于外設與DSP之前電平轉換；在該芯片上使用硬件描述語言VHDL實現DSP輸出PWM脈沖檢測與糾正、開入開出邏輯擴展、故障保護控制與數字濾波功能。

DSP采用TI公司TMS320F28346浮點DSP控制器作為主控制器芯片，完成三電平PWM脈沖控制邏輯、分壓電容中性點平衡控制算法、通信控制、故障錄波與電網電壓鎖相環與直流和交流雙閉環控制算法。

CPLD對DSP輸出的三電平控制脈沖進行檢測，對于I型三電平電路，如果脈沖屬于表1中的潛在風險狀態或者損壞狀態，則CPLD將脈沖進行更換后再輸出到IGBT驅動板，并向DSP發出報警信號，以1000為例，如果CPLD檢測到DSP輸出的PWM脈沖是1000，CPLD將脈沖更新為0100；對于T型三電平電路，如果脈沖屬于表2中的損壞狀態，則CPLD將脈沖進行更換后再輸出到IGBT驅動板，并向DSP發出報警信號，以1001為例，如果CPLD檢測到DSP輸出的PWM脈沖是1001，CPLD將脈沖更新為1000，以更換后，糾正的開關管狀態最少作為脈沖修改準則。