级联多电平有源电力滤波器分散控制系统技术方案

本发明专利技术提供了一种级联多电平有源电力滤波器分散控制系统，采用中央控制器上位控制与各单链节下位控制相结合的方式，各链节为具有独立控制器的集成功率单元，更容易实现模块化和链节扩展，各链节直流电压均压和PWM调制由本链节控制器完成，简化了中央控制器的软件设计。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力系统谐波补偿
，具体涉及一种级联多电平有源电力滤波器分散控制系统。
技术介绍
目前链式多电平变换器控制系统，可以归纳为两类①集中控制系统；②分散控制系统。集中控制系统只含有一个中央控制器并由其承担所有的控制任务和链节脉冲宽度调制(PWM)算法。而分散控制系统则由中央控制器和单链节控制器组成，其中部分控制任务和链节PWM产生算法被分配到单链节控制器完成。现有链式有源电力滤波器(APF)基本上都采用集中控制，中央控制器一般采用数字信号处理器DSP和现场可编程门阵列FPGA相结合的硬件结构，其中DSP完成APF的上层控制算法，包括直流电容均值控制、动态谐波电流控制以及链节直流电容均压控制等；FPGA完成链式APF的底层调制，负责产生所有链节的PWM脉冲。然而这种集中控制系统将本可以由各链节独立完成的均压控制策略和PWM算法，都放在中央控制器完成。当装置链节数较多时，一方面中央控制器的软件设计复杂；另一方面，中央控制电路还必须实时检测每个链节的直流电容电压，大大增加了硬件电路的复杂程度。因此传统的集中控制系统不利于链式APF链节数的扩展。要发挥链式模块化结构的优势，必须研究分散控制系统的设计与实现问题。文献 Implementation and control of distributed PWM cascaded multilevel inverters with minimal harmonic distortion and common-mode voltage，，提出了一禾中级联多电平变换器的分散控制系统，单链节由独立的功率单元构成，采用“背靠背”结构，配以完备的控制系统，但链节之间调制波和载波同步的方法比较复杂，而且载波移相角的精度依赖于各链节锁相精度，因此链节载波之间的精确移相较难实现。文献“!tactical Implementation of PWM synchronization and phase-shift method for cascadedH-Bridge multilevel inverters based on a standard serial communication protocol ft)(^^ H- ^f^ % 平电机驱动装置，提出基于CAN总线的分散控制系统，中央控制器和单链节控制器之间采用CAN总线传递控制信息，但由于CAN总线数据帧结构特点和通讯速率限制，该方案较难实现高速实时控制，对于需要对谐波电流进行快速、动态补偿的APF并不适用。另外，链节直流电容电压不平衡是级联多电平变换器面临的一个突出问题。许多文献对此做了深入研究。文献A generalized control strategy of per-phase DC voltage balancing for cascaded multilevel converter-based STATC0M,Individual voltage balancing strategy for PWM cascaded H-Bridge converter-based STATC0M 禾口 Small-signtal model-based control strategy for balancing individual DC capacitor voltages in cascade multilevel inverter-based STATC0M”提出了一些新的直流电压均压算法，能取得良好效果，但这些算法需要获取各链节的直流电压，若在分散控制系统中实现，必然增加控制系统软、硬件的复杂程度，同时当链节数较多时，各链节直流电压采样值实时传送的时序配合也是一个难题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种级联多电平有源电力滤波器分散控制系统，采用中央控制器上位控制与各单链节下位控制相结合的方式，各链节为具有独立控制器的集成功率单元，更容易实现模块化和链节扩展，各链节直流电压均压和PWM调制由本链节控制器完成，简化了中央控制器的软件设计。级联多电平有源电力滤波器分散控制系统，包括中央控制器和三个单相控制单元，中央控制器分别向各单相控制单元提供调制波信号和载波同步信号；所述单相控制单元包括一个以上的单链节，单链节包含单链节控制器、IGBT驱动电路、功率变换桥和直流电压采集电路；所述单链节控制器接收来自中央控制器的调制波信号和载波同步信号，依据链节直流电压采集电路采集的直流电压对调制波信号进行修正，再利用修正后的调制波信号与载波同步信号产生脉宽调制脉冲传送给IGBT驱动电路；IGBT驱动电路在脉宽调制脉冲的作用下对功率变换桥进行控制实现对电网的谐波补偿。进一步地，所述中央控制器包括电压外环控制模块、电流指令合成模块和电流内环控制模块；所述电压外环控制模块对单相控制单元中任一单链节采集的直流电压作反馈控制生成有功电流指令幅值Isjj ；所述电流指令合成模块依据电网电压相位和Is—p生成有功电流指令瞬时值is—/ ；所述电流内环控制模块对is—/作反馈控制生成调制波信号ν。—&。进一步地，所述单链节控制器按照如下方式对调制波信号修正Av ’ i -V, >0调制波信号^械=^狱+“”，其中八^厂°n-P, “ — ，4为并— —— -Δνi -Vrl <0on _ ps den _err网电流，Vd。n—为本链节直流电压误差，中间微调量Av。nj/为Vdm m经比例调节P放大后， 与正交电网电压相位的余弦量t相乘，再对此乘积取的绝对值。本专利技术的技术效果体现在(1)各链节为具有独立控制器的集成功率单元，能产生PWM驱动脉冲，更容易实现模块化。(2)各链节直流电压由本链节控制器实现“本地”控制，无需传至中央控制器，因此可节省大量中央控制器和链节控制器间的直流电压采样信号线，便于系统设计和维护。(3)各链节直流电压均压和PWM调制算法由本链节控制器完成，简化了中央控制器软件设计。附图说明图1为本专利技术控制系统整体结构示意图；图2为中央控制器结构框图；图3为中央控制器软件流程图；图4为单链节控制器结构框图；图5为单链节控制器软件流程；图6为单链节之间载波同步示意图；图7为分散控制系统组网方式示意。具体实施例方式图1为分散控制系统总体结构图，Vs为电网电压，Vc为APF桥臂输出电压，is为并网电流，L为连接电感。本系统包含一个中央控制器和三个单相控制单元，单相控制单元又包含多个单链节，每个单链节包含单链节控制器、IGBT驱动电路、功率变换桥和直流电压采集电路，同一单相控制单元的各单链节的功率变换桥相级联。图1给出了一个单相控制单元的示例，该单元包含三个链节。控制器分为中央控制器和单链节控制器，中央控制器位于上层控制电路，而单链节控制器位于每个链节内部。中央控制器和单链节控制器之间采用光纤构成双向数据通讯链路，使得上层控制电路和各链节控制电路彼此隔离。中央控制器和单链节控制器均采用TMS320F2812型DSP作为主控设备。图2为中央控制器控制原理框图。中央控制器按照实现的功能，可分为三个部分 电压外环控制器、电流指令合成器和电流内环控制器。也就是说，该控制系统采用了电压、 电流双闭环控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．级联多电平有源电力滤波器分散控制系统，包括中央控制器和三个单相控制单元，中央控制器分别向各单相控制单元提供调制波信号和载波同步信号；所述单相控制单元包括一个以上的单链节，单链节包含单链节控制器、ＩＧＢＴ驱动电路、功率变换桥和直流电压采集电路；所述单链节控制器接收来自中央控制器的调制波信号和载波同步信号，依据链节直流电压采集电路采集的直流电压对调制波信号进行修正，再利用修正后的调制波信号与载波同步信号产生脉宽调制脉冲传送给ＩＧＢＴ驱动电路；ＩＧＢＴ驱动电路在脉宽调制脉冲的作用下对功率变换桥进行控制实现对电网的谐波补偿。

【技术特征摘要】
1.级联多电平有源电力滤波器分散控制系统，包括中央控制器和三个单相控制单元， 中央控制器分别向各单相控制单元提供调制波信号和载波同步信号；所述单相控制单元包括一个以上的单链节，单链节包含单链节控制器、IGBT驱动电路、功率变换桥和直流电压采集电路；所述单链节控制器接收来自中央控制器的调制波信号和载波同步信号，依据链节直流电压采集电路采集的直流电压对调制波信号进行修正，再利用修正后的调制波信号与载波同步信号产生脉宽调制脉冲传送给IGBT驱动电路；IGBT驱动电路在脉宽调制脉冲的作用下对功率变换桥进行控制实现对电网的谐波补偿。2.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴珂，康勇，张树全，陈晶晶，段科威，彭繁，徐晨，陈睿，黄云辉，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：83