一种地铁能量回馈装置的主从控制系统及其控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种地铁能量回馈装置的主从控制系统及其控制方法，系统包括主控制器与从控制器。设置在直流柜的主控制器和设置在功率柜的从控制器都利用FPGA；从控制器分为第一组从控制器与第二组从控制器；两组从控制器串联；每组的从控制器并联。控制方法包括以下步骤：一主控制器进行统一的锁相直流电压和电流的双闭环算法计算，将计算得到的对称的一半PWM脉冲信号发送到从控制器。二从控制器接收PWM信号进行死区分配，通过IGBT驱动模块驱动IGBT通断；从控制器将温度故障状态输出电流通过高速光纤发送到主控制器。本发明专利技术使得PWM的下发同步性一致性非常高可以简便的拓展容量；当设备的从模块出现故障时从控制器自身可以封锁脉冲保护设备，装置的可靠性高。

【技术实现步骤摘要】
一种地铁能量回馈装置的主从控制系统及其控制方法
本专利技术涉及电力电子
，具体涉及一种地铁能量回馈装置的主从控制系统及其控制方法。
技术介绍
地铁能量回馈装置是目前解决地铁运行中由于制动产生的能源消耗问题的主要产品，该装置也能很好的抑制由于列车动能转化为电能导致直流牵引网电压上升危及列车用电安全的危害，积极响应了国家节能减排的号召，大大降低了资源消耗。目前国内地铁系统主要由750V和1500V两种系统组成，当装置需要使用在不同的电压等级工况中时需要采用不同的选型设计，规格设计，这对于生产和应用来说都面临许多非标准的设计；当前，能量回馈装置又对容量的需求越来越大，尤其对于低电压级的大容量系统，单柜式的设计由于关键器件的容量限制（如IGBT电流等级等）越来越难以满足地铁能量吸收容量的需求，所以模块化的设计是未来发展的趋势。另外，当下市场应用的地铁能量回馈装置控制架构基本采用单系统模式，对于产品的产业化、可兼容性、可拓展性都是比较低的，且不具备冗余功能；或者单一采用独立系统的并联模式实现扩容，虽然具备了冗余功能，但也带来了由于同步性差导致的内部环流，均流性差的风险。地铁系统中所有的直流母线是相连的，直流侧来源于整流机组，常用的都是基于双闭环控制算法，在模块化的设计中，假如每个模块的PWM存在相位延迟，或者从模块各自独立去控制电压环，势必会面临装置内部环流、均流控制差、同步性低的风险。普通的单控制器系统不能解决多模块的串并联扩容；一般的主从模式，具备了兼容性，但从模块独立采样进行算法控制，生成PWM，又或者主控制器将实时采样的反馈电流统一发送到从模块，从而从模块进行算法控制，生成PWM，这些主从模式都不能很好地解决环流、均流、同步性等问题。对于现有技术采用的控制器（如DSP）来说，若采用主从模式很难实现多个接口的高速光纤通讯，资源限制大，可扩容性小，且串行的流水线操作，可能引起各个模块间的PWM有很大的延迟，这对于地铁模块化能量回馈装置控制要求的PWM高度一致性来说，很难去满足，所以解决装置多模块同步控制这一系列的问题是迫在眉睫的。现有公开的技术有：专利号CN102231523A用于APF/SVG并联运行的主从控制系统及方法提及了主从控制的模式，该方法使用主控制器采集负载电流信息，提取无功和谐波信息，再根据需要发送给各从控制器，从而控制并联的设备进行有效正确的动态补偿，该系统分别自身进行闭环控制，在地铁系统里直流连接在一起的逆变器工况来说如果各从模块不能保证好的同步性就可能产生内部环流，且该种模式也是不能做到完全保证同步性的；专利号CN101917148A基于高压大功率变频器的主从控制方法，其通过指定多台中的一台变频器为主机，其他各台为从机，从机信号由主机根据其输出指令下发。该控制方法如果应用于多模块的能量回馈装置时，会有主模块与其并联的其他模块存在必然不一致的缺陷发生。另外，该控制方法中指定主机的做法，同样会不利于模块化冗余运行功能的设计。专利号CN200910091191高压链式静止同步补偿器的控制器是一种应用于链式拓扑的中压SVG主从控制方法，该方法特点鲜明解决了链式拓扑需要大量多功率单元的串联，但是功率单元本身功能比较单一，不具备多重可靠保护，且控制系统比较复杂，不太适用于串并联拓扑的模块化能量回馈装置中。
技术实现思路
1、所要解决的技术问题：本专利技术所需要解决的技术问题在于，提供一种地铁能量回馈装置的主从控制系统及其控制方法。本控制系统结构简单，可以实现多重保护，实现控制的同步性，适应于串并联的模块化能量回馈装置。本方法中采用高速光纤传递使主从控制器的控指令完全一致；控制器均使用了FPGA并行处理芯片，保证了多相算法计算的严格独立、同步性，且其接收指令的传输延时非常小（在1us左右）,从而可有效抑制能量回馈装置各模块间的环流大小。本控制方法可以做到各模块间的冗余运行，由于各模块接收主控信号独立，即当任一模块因内部故障退出时，均不会影响到其他模块的正常运行，另外模块除了本身具有的IGBT驱动保护、过温保护等基本保护外，还增加了CT电流采样进行过流保护，以及具备开关器件保护等保护功能，大大增加了设备的可靠性。本专利技术提出的基于FPGA控制器的控制方法，应用于模块化的能量回馈装置中，可有效抑制模块间的环流，提高并联模块间信号的一致性，真正实现模块独立、冗余运行，同时，增加模块自身保护功能，大大提高装置的可靠性。2、技术方案：一种地铁能量回馈装置的主从控制系统，其特征在于：包括主控制器与从控制器。所述主控制器设置在直流柜内，与上位机通过CAN通讯相连；所述主控制器包括FPGA主控板、AD采样模块、主控输入模块、主控输出模块、主控通讯发送模块、主控通讯接收模块；所述AD采样模块、主控输入模块、主控输出模块、主控通讯发送模块、主控通讯接收模块分别与FPGA主控板电路连接。所述的从控制器设置在功率柜内，所述从控制器包括FPGA从控板、从控采样模块、从控通讯模块、从控输入模块、从控输出模块、PWM输出模块和IGBT驱动模块；所述从控采样模块、从控通讯模块、从控输入模块、从控输出模块、PWM输出模块和IGBT驱动模块分别与FPGA从控板电路连接；所述从控制器在功率柜中分为两组：第一组从控制器与第二组从控制器；所述第一组从控制器与第二组从控制器串联；每组从控制器中的从控制器之间为并联。进一步地，所述每个从控制器还包括CT采样模块，所述CT采样模块与FPGA从控板电路相连。进一步地，所述PWM输出模块与所在从控制器组的IGBT驱动模块相连，从而控制IGBT通断。一种地铁能量回馈装置的主从控制系统的控制方法，包括以下步骤：步骤一：主控制器进行统一的锁相、直流电压和电流的双闭环算法计算，将计算得到的对称的一半PWM脉冲信号发送到从控制器。步骤二：从控制器接收PWM信号进行死区分配，通过IGBT驱动模块驱动IGBT通断；所述从控制器将温度、故障状态、输出电流通过高速光纤发送到主控制器。进一步地，所述控制方法中的步骤一具体包括：所述主控制器中通过AD采样模块采集电网电压的相位信息进行统一软件锁相，从控制器不参与锁相，从而保证各从模块的相位一致性。所述主控制器通过AD采样模块采集的电网电压、电流数据进行双闭环算法计算得到调制量，然后通过SPWM模块得到对称的上桥臂PWM脉冲信号，通过高速光纤将其传送到每个从控制器。所述主控制器将计算得到的PWM信号、使能信号、故障信号、控制命令通过高速光纤定频地、同步地、高速发送到各从控制器。所述步骤二具体包括：从控制器接收到PWM脉冲信号，将脉冲进行死区分配，并实时进行通信校验，当出现校验错误的PWM帧信号时，从控制器自身封锁脉冲，进故障态。从控制器将所在的从控制器的故障信息、IGBT温度、驱动状态、输出电流的模块信息通过高速光纤定频地发送给主控制器，主控制器解析出各种信息通过从控制器的状态判断装置是否冗余控制。进一步地，还包括：步骤三：从控制器存在从控制器故障时，从控制器自身封锁脉冲，并发送故障信号到主控制器；所述主控制器接收到故障信号后对故障所在的分控制器组进行同幅度限容运行。进一步地，还包括：步骤四：所述主控制器与从控制器均为FPGA控制器，三相反馈电流采用同步并行进行；直流电压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种地铁能量回馈装置的主从控制系统，其特征在于：包括主控制器与从控制器；所述主控制器设置在直流柜内，与上位机通过CAN通讯相连；所述主控制器包括FPGA主控板、AD采样模块、主控输入模块、主控输出模块、主控通讯发送模块、主控通讯接收模块；所述AD采样模块、主控输入模块、主控输出模块、主控通讯发送模块、主控通讯接收模块分别与FPGA主控板电路连接；所述的从控制器设置在功率柜内，所述从控制器包括FPGA从控板、从控采样模块、从控通讯模块、从控输入模块、从控输出模块、PWM输出模块和IGBT驱动模块；所述从控采样模块、从控通讯模块、从控输入模块、从控输出模块、PWM输出模块和IGBT驱动模块分别与FPGA从控板电路连接；所述从控制器在功率柜中分为两组：第一组从控制器与第二组从控制器；所述第一组从控制器与第二组从控制器串联；每组从控制器中的从控制器之间为并联。

【技术特征摘要】
1.一种地铁能量回馈装置的主从控制系统，其特征在于：包括主控制器与从控制器；所述主控制器设置在直流柜内，与上位机通过CAN通讯相连；所述主控制器包括FPGA主控板、AD采样模块、主控输入模块、主控输出模块、主控通讯发送模块、主控通讯接收模块；所述AD采样模块、主控输入模块、主控输出模块、主控通讯发送模块、主控通讯接收模块分别与FPGA主控板电路连接；所述的从控制器设置在功率柜内，所述从控制器包括FPGA从控板、从控采样模块、从控通讯模块、从控输入模块、从控输出模块、PWM输出模块和IGBT驱动模块；所述从控采样模块、从控通讯模块、从控输入模块、从控输出模块、PWM输出模块和IGBT驱动模块分别与FPGA从控板电路连接；所述从控制器在功率柜中分为两组：第一组从控制器与第二组从控制器；所述第一组从控制器与第二组从控制器串联；每组从控制器中的从控制器之间为并联。2.根据权利要求1所述的一种地铁能量回馈装置的主从控制系统，其特征在于：所述每个从控制器还包括CT采样模块，所述CT采样模块与FPGA从控板电路相连。3.根据权利要求1所述的一种地铁能量回馈装置的主从控制系统，其特征在于：所述PWM输出模块与所在从控制器组的IGBT驱动模块相连，从而控制IGBT通断。4.一种如权利要求1-3任一权利要求所述一种地铁能量回馈装置的主从控制系统的控制方法；其特征在于：包括以下步骤：步骤一：主控制器进行统一的锁相、直流电压和电流的双闭环算法计算，将计算得到的对称的一半PWM脉冲信号发送到从控制器；步骤二：从控制器接收PWM信号进行死区分配，通过IGBT驱动模块驱动IGBT通断；所述从控制器将温度、故障状态、输出电流通过高速光纤发送到主控制器。5.根据权利要求4所述的一种地铁能量回馈装置的主从控制系统的控制方法，其特征在于：所述步骤一具...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈蕾，仇志凌，胡磊磊，李锦，张明，张勇，
申请(专利权)人：南京亚派科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32