[发明专利]基于DSP/FPGA协同控制的级联型多电平电力电子变压器

权利要求书

1.基于DSP/FPGA协同控制的级联型多电平电力电子变压器，其特征在于：包括前级整流级电路、中间隔离级电路、后级逆变级电路和协同控制模块；

工频交流电通过前级整流级电路整流成为第一直流电输入到中间隔离级电路；中间隔离级电路先将第一直流电调制为高频方波交流电，再将高频方波交流电通过高频变压器进行电压等级变换和隔离处理，然后再解调为第二直流电输出到后级逆变级电路；后级逆变级电路将第二直流电进行逆变输出所需交流电；

协同控制模块包括DSP模块和FPGA模块；

DSP模块用于根据给定直流侧电压值，通过计算处理输出PWM波占空比数据给FPGA模块，FPGA模块采用载波相移技术得到第一PWM波控制前级整流级电路进行整流；FPGA模块还用于产生第二PWM波分别控制中间隔离级电路进行调制和解调；DSP模块产生第三PWM波控制后级逆变级电路进行逆变处理。

2.如权利要求1所述的基于DSP/FPGA协同控制的级联型多电平电力电子变压器，其特征在于：所述前级整流级电路由多个H桥变流器级联组成；H桥变流器的个数由输入的电网电压和组成级联型H桥变流器的IPM模块的耐压水平决定。

3.如权利要求2所述的基于DSP/FPGA协同控制的级联型多电平电力电子变压器，其特征在于：所述前级整流级电路的前级控制系统包括DSP模块的外环直流电压PI控制器、内环交流电流PI控制器和电网电压定向锁相环；

外环直流电压PI控制器用于根据给定直流侧电压值，分别控制多个H桥变流器直流侧电压稳定；

内环交流电流环PI控制器用于根据外环直流电压PI控制器输出的电流参考值计算处理，输出PWM波占空比数据到FPGA模块，FPGA模块经过比较调制处理分别输出控制各级H桥变流器的多个第一PWM波；

电网定向锁相环用于实现对电网电压矢量相位的确定以及用于确定输出电压的基准相位。

4.如权利要求1所述的基于DSP/FPGA协同控制的级联型多电平电力电子变压器，其特征在于：所述中间隔离级电路由H桥DC/AC变流器、高频变压器和H桥AC/DC变流器组成；第一直流电经H桥DC/AC变流器调制为高频方波交流电，高频方波交流电由高频变压器耦合至副边低压侧，副边低压侧输出的高频方波再经H桥AC/DC变流器解调为第二直流电输出。

5.如权利要求4所述的基于DSP/FPGA协同控制的级联型多电平电力电子变压器，其特征在于：所述中间隔离级电路的控制方法采用开环控制，由FPGA模块输出50％占空比的第二PWM波分别控制H桥DC/AC变流器的调制和H桥AC/DC变流器的解调。

6.如权利要求1所述的基于DSP/FPGA协同控制的级联型多电平电力电子变压器，其特征在于：所述后级逆变级电路为三相逆变器。

7.如权利要求6所述的基于DSP/FPGA协同控制的级联型多电平电力电子变压器，其特征在于：所述后级逆变级电路的后级控制系统包括DSP模块的外环负载电压PI控制器、内环负载电流PI控制器和给定相位计算模块；

外环负载电压PI控制器用于根据给定交流侧负载电压值，控制三相半桥逆变器的输出电压；

内环负载电流PI控制器用于根据外环负载电压PI控制器输出的电流参考值快速跟踪给定参考电流，输出PWM波占空比数据到DSP的内部PWM发生器，由DSP的内部PWM发生器输出第三PWM波控制后级逆变级工作；

定相位计算模块用于根据给定的频率和初始相位信息来计算输出电压矢量的相位。