CN108233727A - 一种基于独立母线交直交变流器模块并联拓扑结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于独立母线交直交变流器模块并联拓扑结构，包括若干个结构相同的子变流器模块，子变流器模块包括PWM整流器和PWM逆变器，在PWM整流器的输入端连接有交流输入滤波器，在PWM逆变器的输出端连接有交流输出滤波器，各个子变流器模块通过PWM整流器的滤波器交流输入连接在一起，各个子变流器模块中PWM逆变器的输出滤波器的交流端连接在一起，各个子变流器模块的直流侧相互独立，每个子变流器模块均分别由一个控制器来控制，各控制器之间采用硬接线作为时钟同步线，保证每个控制器的输出PWM的时钟基准同步。本拓扑方式能够有效的实现交直交变流器模块简单而快速并联，从而有效的扩展了系统容量，有利于模块化生产。

Description

一种基于独立母线交直交变流器模块并联拓扑结构
技术领域
本发明属于电路拓扑领域，尤其是涉及一种基于独立母线交直交变流器模块并联拓扑结构。
背景技术
由于半导体器件的发展原因，单个大容量的器件并未问世，导致市场上需要的大功率变流器无法通过大容量的器件直接设计出来。现在市场上的大容量的变流器的设计有以下几种思路：1)通过小容量的半导体开关器件并联出大容量器件；2)通过小容量的半导体器件设计出小容量的逆变器，再由逆变器共母线的方式并联而成；3)通过小容量的半导体器件通过隔离变压器之后再经过并联或者串联形成大功率变流器。
针对上述提到的思路中，第一种通过小容量的半导体开关器件直接并联成大容量器件，由于并联结构，杂散电感等原因无法达到满足的容量需求；第二种通过逆变器共母线并联形式中，由于逆变器的环流回路较短等原因控制比较困难，虽然可以采用共用PWM的方式解决，但是增加了系统并联难度；第三种通过隔离的方式并联或者串联形成大功率变流器成本较高，增加隔离后系统复杂度增加。
因此，设计一款能够有效兼顾上述优点，同时解决上述方案中问题的技术方案是个亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种基于独立母线交直交变流器模块并联拓扑结构，可以有效地扩展变流器的容量，并且实现模块化生产。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种基于独立母线交直交变流器模块并联拓扑结构，包括若干个结构相同的子变流器模块，所述子变流器模块包括PWM整流器和PWM逆变器，在所述PWM整流器的输入端连接有交流输入滤波器，在所述PWM逆变器的输出端连接有交流输出滤波器，所述PWM整流器的输出端与PWM逆变器的输入端相连，在所述PWM整流器和PWM逆变器之间设有滤波电容，各个子变流器模块通过PWM整流器的滤波器交流输入直接连接在一起，各个子变流器模块中PWM逆变器的输出滤波器的交流端连接在一起，各个子变流器模块的直流侧是相互独立的，每个子变流器模块均分别由一个控制器来控制，各控制器之间采用硬接线作为时钟同步线，用于保证每个控制器的输出PWM的时钟基准同步；每个子变流器模块独立检测电流，电压等信息，并且独立完成PWM整流器和PWM逆变器的控制。
进一步的，所述控制器包括DSP、FPGA、时钟对时模块、用于采集PWM整流器输入电压和输入电流的采集和AD转换电路、用于采集PWM逆变器输出电压和输出电流的采集和AD转换电路、用于采集输出直流母线电压的采集和AD转换电路；控制器将采集到的PWM整流器输入电压和输入电流以及输出直流母线电压输入到DSP中，经过PWM整流控制算法得到输出电压控制目标值，根据输出电压控制目标值由FPGA生产PWM波，输出到PWM整流器完成直流母线电压的控制；控制器将采集到的PWM逆变器的输出电压和输出电流输入到DSP中，经过电机控制算法生产输出电压控制目标值，根据输出电压控制目标值由FPGA生产PWM波，输出到PWM逆变器完成电机的转速和转矩的控制；由于各个控制器都有自己的时钟晶振，并且很难保证两个晶振产生的时钟脉冲完全一致，所以每个控制器中都设有一个时钟对时模块，各个控制器的时钟对时模块通过同步线来完成控制器之间的时钟对时工作，保证控制器的时钟脉冲同步。
进一步的，所述交流输入滤波器和交流输出滤波器均为滤波电感。
进一步的，所述同步线为硬接线，各个子变流器模块的控制器采用硬接线作为时钟同步线，用于保证各个控制器的输出PWM的时钟基准同步。
进一步的，所述DSP芯片为为TI公司生产的TMS320F2837XD系列的双核DSP。
进一步的，所述FPGA为芯片为Altera公司生产的Cyclone IV系列的FPGA。
相对于现有技术，本发明所述的基于独立母线交直交变流器模块并联拓扑结构具有以下优势：本技术方案中每个子变流器模块具有自己完全独立的电流控制，独立的直流母线电压控制，以及完全独立的输出功率控制和独立的控制器，在控制器之间连接有时钟同步线，通过硬件同步线来保证并联的拓扑之间的时钟同步，从而有效减少并联环流；本拓扑方式能够有效的实现交直交变流器模块简单而快速并联，从而有效的扩展了系统容量，同时有利于模块化生产。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明交直交变流器模块并联拓扑结构示意图。
图2为本发明中各控制器连接示意图。
图3为本发明中控制器的内部结构示意图。
图4为本发明环流流向图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1所示，一种基于独立母线交直交变流器模块并联拓扑结构，包括若干个结构相同的子变流器模块，所述子变流器模块包括PWM整流器和PWM逆变器，在所述PWM整流器的输入端连接有交流输入滤波器，在所述PWM逆变器的输出端连接有交流输出滤波器，所述交流输入滤波器和交流输出滤波器均为滤波电感。所述PWM整流器的输出端与PWM逆变器的输入端相连，在所述PWM整流器和PWM逆变器之间设有滤波电容，各个子变流器模块通过PWM整流器的滤波器交流输入直接连接在一起，各个子变流器模块中PWM逆变器的输出滤波器的交流端连接在一起，各个子变流器模块的直流侧是相互独立的，每个子变流器模块均分别由一个控制器来控制，各控制器之间采用硬接线作为时钟同步线，用于保证每个控制器的输出PWM的时钟基准同步；每个子变流器模块独立检测电流，电压等信息，并且独立完成PWM整流器和PWM逆变器的控制。
如图2、3所示，所述控制器包括DSP、FPGA、时钟对时模块、用于采集PWM整流器输入电压和输入电流的采集和AD转换电路、用于采集PWM逆变器输出电压和输出电流的采集和AD转换电路、用于采集输出直流母线电压的采集和AD转换电路；控制器将采集到的PWM整流器输入电压和输入电流以及输出直流母线电压输入到DSP中，经过PWM整流控制算法得到输出电压控制目标值，根据输出电压控制目标值由FPGA生产PWM波，输出到PWM整流器完成直流母线电压的控制；控制器将采集到的PWM逆变器的输出电压和输出电流输入到DSP中，经过电机控制算法生产输出电压控制目标值，根据输出电压控制目标值由FPGA生产PWM波，输出到PWM逆变器完成电机的转速和转矩的控制；由于各个控制器都有自己的时钟晶振，并且很难保证两个晶振产生的时钟脉冲完全一致，所以每个控制器中都设有一个时钟对时模块，各个控制器的时钟对时模块通过同步线来完成控制器之间的时钟对时工作，保证控制器的时钟脉冲同步，所述同步线为硬接线，各个子变流器模块的控制器采用硬接线作为时钟同步线，用于保证各个控制器的输出PWM的时钟基准同步。所述DSP芯片为为TI公司生产的TMS320F2837XD系列的双核DSP。所述FPGA为芯片为Altera公司生产的Cyclone IV系列的FPGA。
如图4所示，本技术方案中由于直流母线是相互独立的，所以变流器模块的环流通路是需要经过两个子变流器模块的所有滤波器，由于滤波器的阻抗原因，所以在拓扑的角度能够有效的减少环流情况。
本技术方案中每个子变流器模块具有自己完全独立的电流控制，独立的直流母线电压控制，以及完全独立的输出功率控制等功能。每个子变流器模块可以独立检测自己的零序环流，并独立采用环流控制方式来完成各自的环流抑制控制，从而使得每个子变流器模块的环流得到很好的抑制。
以上拓扑方式能够有效的实现交直交变流器模块简单而快速并联，从而有效的扩展了系统容量，同时有利于模块化生产。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于独立母线交直交变流器模块并联拓扑结构，其特征在于：包括若干个结构相同的子变流器模块，所述子变流器模块包括PWM整流器和PWM逆变器，在所述PWM整流器的输入端连接有交流输入滤波器，在所述PWM逆变器的输出端连接有交流输出滤波器，所述PWM整流器的输出端与PWM逆变器的输入端相连，在所述PWM整流器和PWM逆变器之间设有滤波电容，各个子变流器模块通过PWM整流器的滤波器交流输入端连接在一起，各个子变流器模块中PWM逆变器的输出滤波器的交流端连接在一起，各个子变流器模块的直流侧相互独立，每个子变流器模块均分别由一个控制器来控制，各控制器之间采用硬接线作为时钟同步线，保证每个控制器的输出PWM的时钟基准同步。
2.根据权利要求1所述的一种基于独立母线交直交变流器模块并联拓扑结构，其特征在于：所述控制器包括DSP、FPGA、时钟对时模块、用于采集PWM整流器输入电压和输入电流的采集和AD转换电路、用于采集PWM逆变器输出电压和输出电流的采集和AD转换电路、用于采集输出直流母线电压的采集和AD转换电路；控制器将采集到的PWM整流器输入电压和输入电流以及输出直流母线电压输入到DSP中，经过PWM整流控制算法得到输出电压控制目标值，根据输出电压控制目标值由FPGA生产PWM波，输出到PWM整流器完成直流母线电压的控制；控制器将采集到的PWM逆变器的输出电压和输出电流输入到DSP中，经过电机控制算法生产输出电压控制目标值，根据输出电压控制目标值由FPGA生产PWM波，输出到PWM逆变器完成电机的转速和转矩的控制；各个控制器的时钟对时模块通过同步线来完成控制器之间的时钟对时工作，保证控制器的时钟脉冲同步。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于独立母线交直交变流器模块并联拓扑结构，其特征在于：所述交流输入滤波器和交流输出滤波器均为滤波电感。
4.根据权利要求2所述的一种基于独立母线交直交变流器模块并联拓扑结构，其特征在于：所述同步线为硬接线，各个子变流器模块的控制器采用硬接线作为时钟同步线，用于保证各个控制器的输出PWM的时钟基准同步。
5.根据权利要求1所述的一种基于独立母线交直交变流器模块并联拓扑结构，其特征在于：所述DSP芯片为TI公司生产的TMS320F2837XD系列的双核DSP。
6.根据权利要求1所述的一种基于独立母线交直交变流器模块并联拓扑结构，其特征在于：所述FPGA芯片为Altera公司生产的Cyclone IV系列的FPGA。
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