[发明专利]级联型H桥PWM整流系统及其控制方法

摘要

本发明涉及一种高压整流装置及其控制方法，具体涉及一种级联型H桥PWM整流系统及其控制方法，属于高压大功率电力电子领域。本发明是为了解决现有三相整流桥构成的整流装置，由于功率开关管的耐压值及其开关频率的限制，无法达到很大的容量，不符合电力系统的高压范围的问题。本发明的级联型H桥PWM整流系统包括：三相交流电源、信号检测单元、控制单元、隔离驱动单元和整流电路单元；本发明的级联型H桥PWM整流系统的控制方法，采用了适用于级联H桥多电平变流器的载波相移正弦波脉宽调制策略，采用三级控制方式，先控制整体直流侧电压，再控制相间电压平衡，最后控制相内电压平衡，能较好地平衡各相以及各个单元直流侧电容电压。

主权项

1.级联型H桥PWM整流的控制方法，其依托的级联型H桥PWM整流系统，包括：三相交流电源、信号检测单元、控制单元、隔离驱动单元和整流电路单元；所述三相交流电源的输出端连接信号检测单元的输入端，所述信号检测单元的输出端连接控制单元的输入端，所述控制单元的输出端连接隔离驱动单元的输入端，所述隔离驱动单元的输出端连接整流电路单元的输入端；整流电路单元的输出端连接信号检测单元；所述信号检测单元采用电流霍尔模块CHB‑25NP，实现三相电流检测，电流霍尔模块副边电流由电阻R_M进行采样得到电阻R_M两端电压U_M，经过隔离、偏置、低通滤波和嵌位处理后输入到DSP的A/D转换口进行处理；所述信号检测单元的作用是检测出交流侧电感电流、电源电压；所述控制单元包括核心控制器DSP和现场可编程门阵列FPGA；所述控制单元的作用是实现交流侧三相电流采样、电源电压采样、各级联型H桥直流侧电容电压采样、电流电压双闭环控制、CPS‑SPWM波生成；所述控制单元采用载波相移正弦波脉宽调制策略，令相位差为180°的一组正弦调制波和三角波相比较产生PWM波，以控制整流电路单元中的开关管动作，将调制波v_T与三角波ν_r相比较，若v_T大于ν_r，则定时器T1输出高电平，开关管S1导通，S2关断，反之，S2开通，S1关断；同理，令‑ν_T与ν_r比较控制开关管S3，开关管S4状态；开关管S1、开关管S2、开关管S3、开关管S4构成了整流电路单元中的一个H桥；所述隔离驱动单元的作用是将控制单元发出的信号经隔离放大来驱动开关管；所述整流电路单元采用星形接法，每相都采用6个H桥级联的方式，通过电感，直接接入三相交流电源；所述信号检测单元，采用电压霍尔模块CHV‑50P来检测电源电压和直流侧电容电压；基于所述的级联型H桥PWM整流系统实现的控制方法，采用适用于整流电路单元的载波相移正弦波脉宽调制策略，先控制三相整体直流侧电压，再控制相间电压平衡，最后控制相内电压平衡，具体步骤为：步骤a、给定一个直流侧的电压值U_ref，U_ref与各级联型H桥直流侧电容电压总和的平均值进行比较，其差值经PI调节器后，得到调节直流侧电压的指令信号I_dref，将I_dref作为有功电流给定信号，进行直流侧与交流侧的能量交换，从而将各级联型H桥直流侧电容电压总和的平均值调节至给定值U_ref；步骤b、采用输出调制波补偿的方法平衡相间电压，U_dca、U_dcb、U_dcc为每相直流侧电容电压的平均值，计算各级联型H桥直流侧电容电压总和的平均值为参考电压，A，B，C每相直流侧电容电压的平均值分别与之作差比较，经PI调节，输出量与实际输出电流的期望直流量作差比较，进行PI调节，再分别与三相交流的相位角相乘，输出量Δu_cA、Δu_cB、Δu_cC即为相间直流电压变化对调制波的微小调节量；步骤c、对各相内部电容电压进行平衡控制，通过对各正弦调制波进行微调实现对这些电容电压的控制，所需补偿电压调节信号的正负由吸收无功或者发出无功判定，若吸收无功，则所述补偿电压调节信号为正，若发出无功，则所述补偿电压调节信号为负，经过以上三级控制法控制直流侧电压所需调制比之和，即为最终三相电压调制波；其特征在于，步骤a的具体步骤为：步骤a1、对级联型H桥PWM整流系统的工作环境进行配置、级联型H桥PWM整流系统中相关变量进行初始化、各中断进行初始化、判断是否开启中断子程序，接着进入接收和发送数据的循环中，同时等待中断事件的发生，当中断被开启，暂时停止主循环，进入到相应的中断服务子程序中进行各种运算和配置PWM控制信号；步骤a2、捕获中断子程序，检测三相交流电源频率，完成数字锁相环，过零检测电路通过检测相电压信号的过零点来开启捕获中断子程序，当捕获中断子程序被开启，读取当前计数器的值，同时在此中断子程序中启动定时器T1，并将预置的正弦表指针清零；步骤a3、通过A/D中断子程序完成直流侧电压采样、经过PI调节，得到有功电流给定信号，无功电流的给定信号为0，然后通过电流内环控制、电压均衡控制及三相调制波的计算，改变开关管的开通时间，从而调节级联型H桥直流侧电容电压总和的平均值；步骤a4、如果信号检测单元检测到级联型H桥PWM整流系统出现过流现象，则及时将故障信号反馈给核心控制器DSP，通过过流保护电路封锁所有脉冲信号来保护级联型H桥PWM整流系统硬件电路；如果未检测到过流现象，则执行步骤a5；步骤a5、当中断完成后，返回主循环，继续等待下一次中断的发生。