应用于ISOP直流变换器的移相PWM控制方法及子模块控制器技术

本发明专利技术涉及一种应用于ISOP直流变换器的移相PWM控制方法及子模块控制器，在子模块接收到中央控制器下发的PWM基波信号时，根据子模块自身编码对PWM基波信号进行相应的延时形成自身的PWM信号以进行模块间移相，实现了将直流总电流的峰值有效降低，从而有效地减小了电流纹波对母线的影响。

Phase shifted PWM control method and sub module controller applied to ISOP DC converter

The invention relates to a phase-shifted PWM control method and a sub-module controller applied to an ISOP DC converter. When the sub-module receives the PWM fundamental signal from the central controller, the sub-module carries on the corresponding delay to the PWM fundamental signal according to the self-coding of the sub-module to form its own PWM signal for phase-shifting between modules, thus realizing the DC phase-shifting between modules. The peak value of the total current is effectively reduced, thus effectively reducing the effect of current ripple on the bus.

【技术实现步骤摘要】
应用于ISOP直流变换器的移相PWM控制方法及子模块控制器
本专利技术具体涉及一种应用于ISOP直流变换器的移相PWM控制方法及子模块控制器，属于高压直流输电领域中，适用于大功率组合式直流变换器的开环控制。
技术介绍
伴随着新能源、新电力的发展，直流供电技术在某些领域重新取得了优势。直流供电系统有着传输容量更大、可靠性更高、灵活性更强的特点。直流系统中具备电压变换、能量传递及电能质量调节功能的新型变压器——电力电子变压器得到了越来越多的关注。该设计应用于560V-20kV变换场合，为了减小每个功率器件的耐压，可以将多个子DC/DC变换单元进行串联，共同承受高电压，即高压侧串联、低压侧并联的ISOP拓扑，单个模块采用LLC谐振电路。由于变换器在启动瞬间需要对高频变压器注入励磁电流及对副边直流母线电容充电，因此启动瞬间有较大的冲击电流。LLC谐振变换器传统的降频软启动方式不适用于该拓扑。公布号为CN107104588A的中国专利申请，公开了一种应用于直流配电网的隔离直流变换器软启动系统及方法，在直流变换器启动后，通过引入内移相角θ，且θ从0逐渐增加到π，输出方波电压占空比从0增加到0.5，使输入侧H桥输出方波电压占空比按照斜坡函数逐渐由0增加到0.5，通过占空比和移相控制协同调节，实现输出侧电容电压平滑建立，抑制了启动电流，减小了对系统的冲击。但是该技术方案是针对一个直流变换器，减小了对于单个直流变换器的启动冲击，而对于具有多个直流变换器的ISOP组合式直流变换器，高压侧直流总电流峰值较大，一旦出现电流波动，就会对母线产生较大影响。并且，传统控制芯片如DSP，需要执行通信、逻辑处理、控制算法、生成PWM波等多种任务，伴随开关频率的提高执行时间十分紧张，并且对于多模块系统来说，由于多个DSP内部的时钟累积误差，无法做到模块之间的同步性，故利用FPGA并行高速处理的优点实现高频率、高精度的控制。
技术实现思路
本专利技术提出了一种基于ISOP直流变换器的移相PWM控制方法及子模块控制器，解决了现有技术中基于ISOP拓扑的组合式直流变换器直流总电流峰值较大，电流波动对直流母线影响较大的问题。为了实现上述目的，本专利技术提出了一种基于ISOP直流变换器的移相PWM控制方法，即控制方法方案一，对于ISOP组合式直流变换器的n个子模块，该方法包括以下步骤：(1)中央控制器产生两路PWM基波信号，下发给所有子模块控制器；(2)每个子模块接收下发的PWM基波信号，并将该PWM基波信号作为基准；(3)接收到PWM基波信号时，根据子模块自身编码对PWM基波信号进行相应的延时形成自身的PWM信号完成模块间移相。控制方法方案二：在控制方法方案一的基础上，每个子模块进行移相的相位不同。控制方法方案三：在控制方法方案一的基础上，每个子模块移相的相位比前一子模块的相位多π/n，或者比后一子模块移相的相位少π/n。控制方法方案四：在控制方法方案一的基础上，生成PWM信号的方法为：直流变换器启动后，在启动时间内，使输入侧H桥输出方波的等效占空比由0逐渐增加到0.5。控制方法方案五：在控制方法方案四的基础上，中央控制器产生两路PWM基波信号，采用载波与比较值比较的方式生成PWM波，在启动过程中一路比较值保持不变，同时这一路PWM波也保持不变，另一路通过逐步改变比较值的大小，使得两路PWM波产生相位差，使得等效PWM输出输占空比从0逐渐增加到0.5，移相角度平滑递增至两路互补，移相过程结束。本专利技术还提供了一种应用于ISOP组合式直流变换器的子模块控制器，即子模块控制器方案一，子模块控制器用于执行实现如下方法的指令：(1)每个子模块接收下发的PWM基波信号；(2)接收到PWM基波信号时，根据子模块自身编码对PWM基波信号进行相应的延时形成自身的PWM信号以进行模块间移相。子模块控制器方案二：在子模块控制器方案一的基础上，各模块能通过相同的基波信号保持基准相同，但每个子模块进行移相的相位不同。子模块控制器方案三：在子模块控制器方案一的基础上，每个子模块移相的相位比前一子模块的相位多π/n，或者比后一子模块移相的相位少π/n。本专利技术提出了一种应用于ISOP直流变换器的移相PWM控制方法及子模块控制器，中央控制器移相启动产生两路基波信号，在子模块接收到中央控制器下发的PWM基波信号时，根据子模块自身编码对PWM基波信号进行相应的延时形成自身的PWM信号以进行模块间移相，实现了将直流总电流的峰值有效降低，从而有效地减小了电流纹波对母线的影响；同时，由于多个DSP内部的时钟累积误差，无法做到模块之间的同步性，故利用FPGA并行高速处理的优点实现高频率、高精度的控制。附图说明图1为本专利技术所述的基于ISOP拓扑组合式直流变换器；图2为本专利技术所述的ISOP拓扑中采用的LLC谐振电路结构；图3为基于控制系统框图；图4为移相启动时序图；图5为移相启动状态机；图6为模块间移相时序图；图7为延时滤波时序图；图8为对输入PWM信号依据上升沿延时流程示意图；图9为对图8中延时后的PWM信号依据下降沿延时流程示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案做进一步说明：应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。本专利技术中所述的ISOP拓扑的组合式直流变换器，如图1所示，是一种输入串联、输出并联(input-seriesoutput-parallel，ISOP)组合式直流变换器，可采用两类模块，即全桥直流变压器和全桥直流变换器的组合结构，将高压直流变换成低压直流电，供电给负载。如图2所示，本专利技术中ISOP组合式直流变换器的单个子模块采用双有源桥的LLC谐振电路结构。直流变换器包括两个H桥，高压侧H桥逆变侧输出通过高频隔离变压器连接，整流侧分别与滤波电容器连接。对于高压侧H桥，由控制信号驱动，开关管D1与D2的驱动信号互补，D3与D4的驱动信号互补。下面以如图1所示的包含20个子模块的ISOP组合式直流变换器结构阐述移相PWM控制方法。20组子模块对应有高低压模块数各20个，每个模块配备一个模块控制器，如图3所示为本专利技术中依托的控制系统结构，中央控制器主板作为控制中心对20个子模块实现协调控制，通过连接一个开入开出板实现开关量的输入输出，通过连接一个模入板实现电量的采集，中央处理器还连接2个高、低压侧接口控制板，用于区分高、低压数据。高、低压接口控制板通过4个接口板与高、低压模块控制器连接，4个接口板实现通讯及PWM波的传递，从而将中央处理器输出的PWM信号输出至子模块中对应的模块控制器，从而将中央处理器与模块控制器联系起来。具体的工作过程如下：1、PWM基波信号产生过程，该过程由中央控制器、高压侧接口控制板、低压侧接口控制板以及子模块接口板完成，产生PWM基波信号，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于ISOP组合式直流变换器的移相PWM控制方法，对于ISOP组合式直流变换器的n个子模块，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)中央控制器产生两路PWM基波信号，下发给所有子模块控制器；(2)每个子模块接收下发的PWM基波信号，并将该PWM基波信号作为基准；(3)接收到PWM基波信号时，根据子模块自身编码对PWM基波信号进行相应的延时形成自身的PWM信号完成模块间移相。

【技术特征摘要】
1.基于ISOP组合式直流变换器的移相PWM控制方法，对于ISOP组合式直流变换器的n个子模块，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)中央控制器产生两路PWM基波信号，下发给所有子模块控制器；(2)每个子模块接收下发的PWM基波信号，并将该PWM基波信号作为基准；(3)接收到PWM基波信号时，根据子模块自身编码对PWM基波信号进行相应的延时形成自身的PWM信号完成模块间移相。2.根据权利要求1所述的移相PWM控制方法，其特征在于，每个子模块进行移相的相位不同。3.根据权利要求1所述的移相PWM控制方法，其特征在于，每个子模块移相的相位比前一子模块的相位多π/n，或者比后一子模块移相的相位少π/n。4.根据权利要求1所述的移相PWM控制方法，其特征在于，生成PWM信号的方法为：直流变换器启动后，在启动时间内，使输入侧H桥输出方波的等效占空比由0逐渐增加到0.5。5.根据权利要求4所述的移相PWM控制方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈雪，郜亚秋，沈洋，凤勇，曹建博，何彦彬，辛德峰，赵立新，安昱，赵建荣，马贝龙，魏亚龙，徐关澄，
申请(专利权)人：许继电气股份有限公司，西安许继电力电子技术有限公司，许继集团有限公司，国网北京市电力公司，国网冀北电力有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41