[发明专利]一种I型与T型三电平双向PWM整流器控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及电子电力控制领域，尤其涉及一种I型与T型三电平双向PWM整流器控制系统。

背景技术

随着分布式能源设备接入电网的数量不断增加，智能电网的快速发展，使得分布式发电设备如光伏逆变器、风电变流器接入电网；新能源汽车充电桩的需要先交流电压转换成直流电压在进入DCDC控制环节；以上设备均需要PWM型逆变器或者整流器。可双向流动的PWM整流器不仅体现出AC/DC变流特性(整流)，而且还可呈现出DC/AC变流特性(有源逆变)，因而确切地说，这类PWM整流器实际上是一种新型的可逆PWM变流器。三电平拓扑分为I型三电平与T型三电平两种拓扑，其中I型的三电平的4个开关管耐压都可以小于直流母线电压，而T型三电平的外管耐压必须大与母线电压，两种拓扑可以采用通用PWM脉冲发送程序，因此可以将控制器进行整合统一。PWM整流器控制需要复杂的数学运算，传统的逆变器多采用单DSP的结构，存在运算速度相对较慢、动态响应不及时的缺点，不能够满足越来越复杂的控制算法需求。I型的T型三电平拓扑对输入脉冲时序有较高的要求，I型开关状态表如表1所示，T型开关状态表如表2所示。

表1I型三电平开关状态表

表2T型三电平开关状态表

发明内容

本发明的目的就是针对以上技术问题，设计出一种I型与T型三电平双向PWM整流器控制系统，能够兼容I型与T型两种三电平电路，能够进行复杂的数学运算，能够进行PWM脉冲检测与纠正，实现高性能的控制和接口功能。

本发明的技术问题主要通过下述技术方案得以解决：

一种I型与T型三电平双向PWM整流器控制系统，包括模拟量数据采集与调理电路、IGBT磁隔离驱动电路、DSP与CPLD组成的控制电路、继电器输出与数字信号输入、故障录波与远程通信，其特征在于，霍尔传感器数据采集电路、IGBT驱动电路、开入开出接口电路与CPLD芯片相连，通信电路和故障录波电路与DSP相连，DSP与CPLD通过数据、地址总线、PWM输出信号与中断信号相连。

模拟量采集电路包括信号调理电路和模数转换芯片AD7606。信号调理电路的输入信号来自于电流霍尔传感器与差分式电压测量电路，信号调理电路输出与模数转换芯片AD7606的模拟信号输入端相连。霍尔传感器通常包括用于测量逆变器输出的三个电流传感器，采用分压电阻与运算放大器采用差分的方式对交流电压与直流母线电压进行采集。

IGBT驱动电路采用12个Infineon公司的1ED020I12磁隔离驱动芯片，驱动电路的输入与CPLD纠正后的PWM脉冲直接相连，经过磁隔离驱动的输出信号通过一个图腾柱推挽输出后与功率器件的门极相连。

故障录波电路由USB接口电路、SD卡接口电路组成、USB接口控制芯片组成，采用南京沁恒电子的CH376芯片与USB和与DSP相连，DSP实时对采样数据进行刷新式存储，当故障发生时，将故障前后100mS的数据，可以通过USB接口芯片分别。

CPLD采用Xilinx公司高性能CPLD芯片XC95288XL，该芯片具备5V输入能力，可用于外设与DSP之前电平转换；在该芯片上使用硬件描述语言VHDL实现DSP输出PWM脉冲检测与纠正、开入开出逻辑扩展、故障保护控制与数字滤波功能。

DSP采用TI公司TMS320F28346浮点DSP控制器作为主控制器芯片，完成三电平PWM脉冲控制逻辑、分压电容中性点平衡控制算法、通信控制、故障录波与电网电压锁相环与直流和交流双闭环控制算法。

CPLD对DSP输出的三电平控制脉冲进行检测，对于I型三电平电路，如果脉冲属于表1中的潜在风险状态或者损坏状态，则CPLD将脉冲进行更换后再输出到IGBT驱动板，并向DSP发出报警信号，以1000为例，如果CPLD检测到DSP输出的PWM脉冲是1000，CPLD将脉冲更新为0100；对于T型三电平电路，如果脉冲属于表2中的损坏状态，则CPLD将脉冲进行更换后再输出到IGBT驱动板，并向DSP发出报警信号，以1001为例，如果CPLD检测到DSP输出的PWM脉冲是1001，CPLD将脉冲更新为1000，以更换后，纠正的开关管状态最少作为脉冲修改准则。