一种级联型高压变频器控制方法及主控制器技术

本发明专利技术公开了一种级联型高压变频器控制方法及主控制器，其特点是采用分布式设计，包括高压变频器主控制板插件和外围辅助插件两个部分，采用分布式设计，将主控制板插件和外围辅助插件布置在机箱外，所述高压变频器主控制板插件实现控制、数据传送和上位机通讯，所述外围辅助插件与外围辅助转接插件配合使用，完成各种信号的采集和电力电子器件的驱动等功能，其中外围辅助转接插件完成交流量、直流量和开关量的隔离和转换。本发明专利技术不仅能够根据不同的负载要求设定合适的变频调节方式，而且能够方便的实现不同控制方式的扩展，控制系统功能具有可扩展性，提升了系统的技术水平和运行可靠性、灵活性，提高设备运行效率，降低维修费用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于高压变频器的控制技术，具体涉及一种级联型高压变频器的控制方法及主控制器。
技术介绍
目前，全世界正在为能源紧缺而困扰，我国的能源形势尤其严峻。随着中国经济的快速发展，能源成为制约经济增长的瓶颈，节约降耗也就成为国家和企业严重关切的问题。 当前，国家的宏观政策提倡节约型和谐社会，节能型产品的研究和开发得到了广泛的关注。 具有理想节能效果和调速性能的高压变频器引起政府主管部门和各高耗能企业的高度关注，变频成为首选的节能产品。在级联式高压变频器中，控制器是基本的构成部分，是变频器的核心。它的主要任务是完成电机控制策略、基于光纤的串行通信、与上位机通信，并控制模拟量、数字量、开关量等信号的输入输出处理等。目前，级联式高压变频器的控制器多采用集成式，将所有控制电路集成在一块完整的电路板上，包括了电机控制策略、通信和各种输入输出信号的处理。此种控制器结构简单，在早期的变频器控制中发挥了重要的作用，随着变频技术的发展，对控制系统提出了更高的要求，集成式控制系统因为其电路结构死板，兼容性差，已无法满足控制需要，同时，集成式控制系统现场维护困难，系统可扩展性不好，造成资源的不合理分配。经检索发现有如下一些相关技术文献1、专利申请号为201010142328. 9，名称为“一种用于高压变频器模块化设计的主控制器装置”的中国专利申请，该专利申请公开了一种用于高压变频器模块化设计的主控制器装置，该主控制器装置包括安装于机箱内的母线板，还包括电源插件、主处理器插件、模拟量采集插件、数字量输入插件、数字量输出插件和人机界面。所述的各种插件，前端接信号， 后端分别通过插接件与母线板连接。主处理器插件采用CF卡存储数据和录波。该技术方案的不足在于主控制器装置包括安装于机箱内的母线板，当设计大容量复杂变频器时，需要扩展电路插件时，机箱空间不足，变频器结构需要重新设计，兼容性差。2、作者为罗志惠，发表的南京航空航天大学硕士论文，题目为“高压变频级联逆变器调制策略的研究”;该论文公开了高压变频级联逆变器调制策略，所述的高压变频级联逆变器调制控制单元分为控制CPU插件、外围辅助转接插件两个部分。CPU插件部分以DSP、 FPGA为控制核心，同时通过CPLD检测输出触发信号并在故障时完成闭锁，触发信号转换为光信号后驱动IGCT ；外围辅助插件完成直流量、交流量和开关量的隔离和转换。上述论文提出的技术方案，所存在的不足在于大功率开关器件选用IGCT，IGCT 由于外围器件数目大，系统的故障多，成本高，维修周期长、费用高，而且由于器件复杂，对维修的技术人员要求很高，造成变频器维护困难。因此，现有技术方案均存在一些不足，为了解决现有技术中存在的问题，很有必要提出一种分布式设计的级联型高压变频器控制方法及主控制器。
技术实现思路
针对现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种分布式设计的级联型高压变频器的控制方法及主控制器，使控制系统不仅能够根据不同的负载要求设定合适的变频调节方式，而且能够方便的实现不同控制方式的扩展，控制系统功能具有可扩展性，提升了系统的技术水平和运行可靠性、灵活性，提高设备运行效率，降低维修费用。本专利技术采用的技术方案是一种级联型高压变频器控制方法，包括高压变频器主控制板插件和外围辅助插件两个部分，采用分布式设计，将主控制板插件和外围辅助插件布置在机箱外；由所述高压变频器主控制板插件实现控制、数据传送和上位机通讯，所述外围辅助插件与外围辅助转接插件配合使用，完成各种信号的采集和电力电子器件的驱动等功能，其中外围辅助转接插件完成交流量、直流量和开关量的隔离和转换。所述主控制板插件设计可采用以DSP、FPGA和CPLD为控制核心的结构，DSP和 FPGA相互配合完成控制策略和调制方法的实现，CPLD主要完成触发信号的检测和闭锁，此外，主控制板插件上还可扩展EPROM，SRAM, NVRAM和EEPROM等各类存储芯片。所述外围辅助插件可包括模拟量输入输出插件、开关量输入输出插件、电源处理插件等。所述外围辅助转接插件可包括交流插件、直流插件、开关量插件等，完成各种输入输出信号的隔离转换，并将信号接口功能集中到一起。所述主控制板插件与外围辅助插件之间通过光纤进行通信，外围辅助插件与外围辅助转接插件之间通过光纤进行通信，主插线板的光纤通讯具有可扩展性。根据上述方法所提出的一种级联型高压变频器主控制器，包括高压变频器主控制板插件和外围辅助插件两个部分，采用分布式设计，将主控制板插件和外围辅助插件布置在机箱外，所述高压变频器主控制板插件实现控制、数据传送和上位机通讯，所述外围辅助插件与外围辅助转接插件配合使用，完成各种信号的采集和电力电子器件的驱动等功能， 其中外围辅助转接插件完成交流量、直流量和开关量的隔离和转换。所述主控制板插件设计可采用以DSP、FPGA和CPLD为控制核心的结构，DSP和 FPGA相互配合完成控制策略和调制方法的实现，CPLD主要完成触发信号的检测和闭锁，此外，主控制板插件上还可扩展EPROM，SRAM, NVRAM和EEPROM等各类存储芯片。所述外围辅助插件可包括模拟量输入输出插件、开关量输入输出插件、电源处理插件等。所述外围辅助转接插件可包括交流插件、直流插件、开关量插件等，完成各种输入输出信号的隔离转换，并将信号接口功能集中到一起。所述主控制板插件与外围辅助插件之间通过光纤进行通信，外围辅助插件与外围辅助转接插件之间通过光纤进行通信，主插线板的光纤通讯具有可扩展性。本专利技术的积极效果在于(1)采用分布式设计，母线板布置在机箱以外，节省了机箱空间，也使得控制器设计更加灵活，可根据需要设计大容量复杂变频器控制器。(2)采用以DSP、FPGA和CPLD为控制核心的结构，并实现存储芯片扩展，使本控制器具有功能可扩展性，硬件平台可以支持多种控制策略，并且实现方便。控制单元的硬件设计功能划分明确，修改相应单元的程序模块就能完成控制功能的扩展。(3)使用模块化插件，当系统某一部分有故障或者需要升级时，可以准确定位，只需更换相应功能插件即可，不需全部更换整个主控制器，使用户利益最大化。(4)标准的总线定义将使系统扩充变得容易、经济。当需要增加新的功能时，只需按照总线定义标准，做成新的功能插件，更换驱动软件和光纤接口，系统就可自动识别，便于系统新加功能的扩充。(5)本主控制器与辅助插件、功率单元间光纤通讯，完全电气隔离，系统具极高的安全性和抗干扰能力。以下结合附图和具体实施方式对本专利技术进行进一步阐述。 附图说明图1为本专利技术所述变频器主控制器的结构图。图2为本专利技术所述变频器主控制器的组成图。图3为本专利技术所属变频器主控制器与功率单元连接示意图。具体实施例方式如图1所示，一种级联型高压变频器主控制器，包括高压变频器主控制板插件和外围辅助插件两个部分，采用分布式设计，将主控制板插件和外围辅助插件布置在机箱外， 所述高压变频器主控制板插件实现控制、数据传送和上位机通讯，所述外围辅助插件与外围辅助转接插件配合使用，完成各种信号的采集和电力电子器件的驱动等功能，其中外围辅助转接插件完成交流量、直流量和开关量的隔离和转换。所述高压变频器主控板插件是控制器的核心部分，除了对大功率开关器件IGBT 的导通和关断进行控制之外，还要满足控本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种级联型高压变频器控制方法，包括高压变频器主控制板插件和外围辅助插件两个部分，其特征在于采用分布式设计，将主控制板插件和外围辅助插件布置在机箱外；由所述高压变频器主控制板插件实现控制、数据传送和上位机通讯，所述外围辅助插件与外围辅助转接插件配合使用，完成各种信号的采集和电力电子器件的驱动功能，其中外围辅助转接插件完成交流量、直流量和开关量的隔离和转换。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：蓝徳劭，曹洋，罗仁俊，陈孟君，范伟，刘彤，王卫安，王挺泽，
申请(专利权)人：株洲变流技术国家工程研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：43