CN110572034A - 一种模块化储能装置的控制系统及其控制方法 - Google Patents

一种模块化储能装置的控制系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种模块化储能装置的控制系统及其控制方法，主控制器安装在直流柜中，直流柜与直流触网相连；从控制器安装在功率柜中，功率柜与直流柜相连；功率柜由至少一组1500V双向DCDC功率变换模块并联组成；每组1500V双向DCDC功率变换模块由上下两个750V双向DCDC功率变换模块串联构成；每个750V双向DCDC功率变换模块内都安装一个从控制器；从控制器包括FPGA芯片、AD采样模块。本方法采用主从控制器架构，主控制器采用DSP+FPGA，DSP用以处理逻辑计算以及人机交互，FPGA用以处理闭环控制，同时发挥了DSP与FPGA的优点。

Description

一种模块化储能装置的控制系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及地铁列车刹车电能存储技术，具体涉及一种模块化储能装置的控制系统及其控制方法。
背景技术
近年来，城市轨道交通建设发展迅速，城轨供电系统作为轨道交通的重要组成部分，其能耗指标是城轨运营的重要指标，地铁列车制动过程中会产生能源消耗，据初步统计，一般城市轨道交通制动能量可到牵引能量的20％～40％以上，因此，对地铁列车过程中的制动能量再利用，将推动城市轨道交通建设资源节约方向的发展。
随着电力电子技术、超级电容储能技术的发展，地铁制动能量储能系统逐渐得到了应用，该装置在列车制动过程中通过双向DCDC变流器将制动能量降压储存到超级电容中，在列车牵引过程中，通过双向DCDC将超级电容中能量升压馈送到直流触网，实现能量再生利用，达到节能的目的。
目前对于轨道交通再生能量存储装置，现有技术主要有以下几种：
现有技术一：公开号为CN 108418199 A的专利文献公开的《地铁再生能量的处理方法和系统》，利用双向DC/DC变流器将超级电容能量释能到直流接触网，利用DC/AC逆变器将超级电容储能的电能进行转换并通过所述变压器输出给所述交流电网，相交流电网放电，该系统涉及到DC/DC变流器未采用模块化地铁再生制动超级电容储能装置，无法兼容DC750/1500V 两种地铁牵引供电制式和各种功率等级需求；
现有技术二：株洲时代装备技术有限责任公司的发明专利《基于超级电容的储能型再生制动能量回收方法及系统》(申请号：201510186565.8)，采用双向DC/DC模块串、并联的方法兼容DC750/1500V两种地铁牵引供电制式和各种功率等级需求，该系统只有两个双向斩波模块单元，当配置为串联时，当一个双向斩波模块单元发生故障时，整个储能系统必须停止运行，无法实现模块化冗余功能。
现有技术三：2010年南京航空航天大学冯晶晶硕士学位论文《基于超级电容的再生制动能量吸收利用技术研究》，采用了4个变流模块高压侧串联、超级电容侧独立组合的模块化结构，模块均压控制复杂。并且其控制系统采用CAN总线进行上、下位控制器的通信，通信速度慢，未考虑多组超级电容之间充放电电流不一致导致超级电容之间电压不均衡问题，从而影响系统吸收能量大小。
上述几种再生能量吸收与存储装置现有方案中，都存在着一定的缺点。现有技术一未采用模块化地铁再生制动超级电容储能装置，无法兼容DC750/1500V两种地铁牵引供电制式和各种功率等级需求；现有技术二只有两个双向斩波模块单元，在1500V串联系统中，无法实现模块化冗余功能；现有技术三控制系统采用CAN总线进行上、下位控制器的通信，通信速度慢，会导致多组超级电容之间充放电电流不一致，从而导致超级电容之间电压不均衡问题，影响系统功率。
因此需要一种模块化的能量吸收与存储装置，能够实现直流电网750V和1500V电压等级兼容；能够实现变流柜的串并联及超级电容扩展；能够保证多组超级电容之间充放电电流一致、多组超级电容之间电压均衡性。
发明内容
1.所要解决的技术问题：
针对上述的技术问题，本发明提供一种模块化储能装置的控制系统及其控制方法，本方法采用主从控制器架构，主控制器采用DSP+FPGA，DSP用以处理逻辑计算以及人机交互，FPGA 用以处理闭环控制，同时发挥了DSP与FPGA的优点；采用主从控制器架构实现串并联结构；从控制器闭环独立控制，互不影响；主控制器器统一下发电压环结果作为充放电指令，保证了多组超级电容充放电电流的一致性；从控制器采用一串多并的方式均压环独立，保证了超级电容电压同步一致，同时通过增减1500V双向DCDC变换模块并联模块数实现扩展。
2.技术方案：
一种地铁储能的模块化变流器控制系统，其特征在于：其特征在于：包括主控制器与从控制器。
所述的主控制器安装在直流柜中，直流柜与直流触网相连。
所述的从控制器安装在功率柜中，功率柜与直流柜相连；功率柜由至少一组1500V双向DCDC 功率变换模块并联组成；每组1500V双向DCDC功率变换模块由上下两个750V双向DCDC功率变换模块串联构成；每个750V双向DCDC功率变换模块内都安装一个从控制器；一个750V双向DCDC功率变换模块通过6路并联输出电感与一个超级电容相连；6路输出电感合并后总输出电流对超级电容充放电。
所述的超级电容与各自的750V双向DCDC功率变换模块独立连接，每个超级电容内安装相应的超级电容管理系统CMS；所述超级电容管理系统CMS能够监测超级电容电压、电流、温度。
所述的主控制器包括DSP+FPGA芯片；所述DSP芯片与上位机CAN通信；所述DSP芯片与 FPGA双口RAM通信；所述DSP芯片与超级电容管理系统485通信；所述DSP芯片与EEPROM存储模块相连；所述FPGA芯片与DSP双口RAM通信模块、与从控制器光纤通信模块、AD采样模块相连；所述主控制器还包括逻辑控制模块、故障保护模块、电压环闭环控制模块；主控制器的AD采样模块与直流母线的电压霍尔相连采样直流母线总电压Udc；主控制器的AD 采样模块与直流母线电流霍尔相连采样直流母线电流Idc。
所述的从控制器包括FPGA芯片、AD采样模块、与主控制器光纤通信模块、对电感输出电流闭环控制模块、PWM脉冲调制模块、IGBT驱动部分模块；所述FPGA芯片分别与AD采样模块、与主控制器光纤通信模块、IGBT驱动模块相连；从控制器中的AD采样模块与6路输出电流霍尔相连；电流霍尔相应的与功率变换模块的输出电感相连；采样6路电感输出电流I1、 I2、I3、I4、I5、I6；AD采样模块与上侧750V双向DCDC功率变换模块直流电容并联的电压霍尔相连采样上侧直流母线电压Udc1、与下侧750V双向DCDC功率变换模块直流电容并联的电压霍尔相连采样下侧直流母线电压Udc2，与750V双向DCDC功率变换模块输出并联的电压霍尔相连采样相连的超级电容电压UC。
所述的从控制器接收主控器下发的充放电指令，对6路电感输出电流I1、I2、I3、I4、I5、 I6分别独立进行闭环控制，闭环控制输出经过PWM脉冲调制，驱动IGBT开关动作，IGBT开关动作在输出电感上产生电流，对相连接的超级电容进行充放电。
一种地铁储能的模块化变流器控制系统的控制方法，包括以下步骤：
步骤一：主控制器FPGA将直流母线总电压Udc、直流母线电流Idc、各组超级电容电压UC上传给主控制器DSP芯片，DSP芯片根据Udc、Idc、UC与上位机下发的充电直流母线启动电压 Udch_set、放电直流母线启动电压Udcl_set、超级电容充电电压上限Uc_dch_set、超级电容放电电压下限Uc_dcl_set，判断是否进入充电或放电过程状态；如果Udc大于Udch_set且Udc小于Uc_dch_set时，超级电容进入充电过程；如果Udc小于Udcl_set且Udc大于Uc_dcl_set时超级电容进入放电过程状态；否则，超级电容等待过程状态。
步骤二：主控制器DSP将超级电容的充电或者放电或者等待状态下发主控制器FPGA；若超级电容处于充电状态或放电状态时，启动电压闭环控制，同时将电压闭环输出统一下发至从控制器。
步骤三：从控制器接收电压闭环输出作为充放电指令Id_ref，同时从控制器还进行直流均压闭环控制，均压闭环控制输出Id_n，根据Id_ref、Id_n对输出电感电流作电流闭环控制，6 路输出电感电流独立闭环控制。
步骤四：从控制器将6路电流闭环结果作为PWM脉冲调制输入，得到6路互补的脉冲PWM 脉冲信号，输出IGBT驱动模块驱动IGBT开关动作输出电流。
进一步地，所述步骤一具体包括：
所述的充电过程启动条件直流母线电压Udc>Udch_set必须满足，否则退出充电过程；
所述的充电过程启动条件中超级电容电压Udc<超级电容充电上限Uc_dch_set，系统中所有超级电容都必须满足，否则退出充电过程。
所述的放电过程启动条件直流母线电压Udc<Udcl_set必须满足，否则退出放电过程。
所述的放电过程启动条件中超级电容电压Udc>超级电容放电下限Uc_dcl_set，系统中所有超级电容都必须满足，否则退出放电过程。
在充放电过程中，若直流母线电流Idc<5A，退出充放电过程。
进一步地，所述步骤二中电压闭环控制计算过程具体为：
上位机设置充电过程中直流母线电压稳压设定值Udch_ref、放电过程中直流母线稳压设定值Udcl_ref，充电时，Udc-Udch_ref值，作为电压闭环控制输入，放电时Udc-Udcl_ref作电压闭环控制输入。
电压闭环控制输入经过PI控制计算，得到电压闭环输出量。
将电压闭环输出量实时的并行的通过高速光纤下发从控制器。
进一步地，如果系统中有N组1500VDCDC功率变换模块并联，则每组1500V双向DCDC功率变换模块独立均压控制；所述步骤三中的直流均压闭环控制具体包括：从控制器M对应的上侧从控制器M-1对上侧直流母线电压Udc1、对应的下侧直流母线电压Udc2进行均压控制，均压闭环输出计算的上下侧功率修正量Id-n，将Id-n通过光纤下发给相对应的下侧从控制器M-2；M≤N,均为整数。
从控制器M接收主控制器电压闭环输出Id_ref，从控制器M-1将Id_ref-Id-n作为充放电指令，从控制器M-2将Id_ref+Id-n作为充放电指令。
将充放电指令与输出电感电流之间的误差，作为所在的750V双向DCDC功率变换模块的 PI电流闭环的输入，每个从控制器有6路电流闭环控制器。
进一步地，所述步骤四中的PWM脉冲调制具体包括：6路PWM脉冲载波移相，载波相位两两相差60°，每路PWM生成互补脉冲，互补脉冲间加入死区。
进一步地，还包括步骤五：当超级电容的每组电压均为0时，或超级电容每组之间的电压不一致统一放电到0V时，通过与超级电容相连接的750VDCDC功率变换模块对超级电容进行预充电过程；预充电到超级电容额定电压半电压，采用开环控制方式，由主控制器通过高速光纤统一下发脉冲，从控制器接收统一的脉冲输出IGBT驱动，驱动IGBT开关动作，预充电过程结束后，系统中所有超级电容电压均为额定半电压且电压一致。
进一步地，还包括步骤六：当一组1500V双向DCDC变换模块发生故障时，其所在的功率变换模块中的从控制器将故障上传给主控制器，主控制器重新计算在线正常运行的功率模块数N，主控制器根据在线运行模块数N降容，主控制器将降容后的充放电指令下发给其他无故障DCDC功率变换模块内的从控制器，实现其他模块正常运行。
3.有益效果：
本发明提供的一种模块化储能装置的控制系统及其控制方法，能够实现直流电网750V和 1500V电压等级兼容；能够实现变流柜的串并联及超级电容扩展；能够保证多组超级电容之间充放电电流一致、多组超级电容之间电压均衡性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中的主控制器的控制系统图
图3为本发明中的主控制器的充放电流程图；
图4为本发明中的上从控制器的控制系统图；
图5为本发明中的下从控制器的控制系统图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行具体的说明。
如附图1至5所示，一种地铁储能的模块化变流器控制系统，其特征在于：其特征在于：包括主控制器与从控制器。
所述的主控制器安装在直流柜中，直流柜与直流触网相连。
所述的从控制器安装在功率柜中，功率柜与直流柜相连；功率柜由至少一组1500V双向DCDC 功率变换模块并联组成；每组1500V双向DCDC功率变换模块由上下两个750V双向DCDC功率变换模块串联构成；每个750V双向DCDC功率变换模块内都安装一个从控制器；一个750V双向DCDC功率变换模块通过6路并联输出电感与一个超级电容相连；6路输出电感合并后总输出电流对超级电容充放电。
所述的超级电容与各自的750V双向DCDC功率变换模块独立连接，每个超级电容内安装相应的超级电容管理系统CMS；所述超级电容管理系统CMS能够监测超级电容电压、电流温度。
所述的主控制器包括DSP+FPGA芯片；所述DSP芯片与上位机CAN通信；所述DSP芯片与 FPGA双口RAM通信；所述DSP芯片与超级电容管理系统485通信；所述DSP芯片与EEPROM存储模块相连；所述FPGA芯片与DSP双口RAM通信模块、与从控制器光纤通信模块、AD采样模块相连；所述主控制器还包括逻辑控制模块、故障保护模块、电压环闭环控制模块；主控制器的AD采样模块与直流母线的电压霍尔相连采样直流母线总电压Udc；主控制器的AD 采样模块与直流母线电流霍尔相连采样直流母线电流Idc。
所述的从控制器包括FPGA芯片、AD采样模块、与主控制器光纤通信模块、对电感输出电流闭环控制模块、PWM脉冲调制模块、IGBT驱动部分模块；所述FPGA芯片分别与AD采样模块、与主控制器光纤通信模块、IGBT驱动模块相连；从控制器中的AD采样模块与6路输出电流霍尔相连；电流霍尔相应的与功率变换模块的输出电感相连；采样6路电感输出电流I1、 I2、I3、I4、I5、I6；AD采样模块与上侧750V双向DCDC功率变换模块直流电容并联的电压霍尔相连采样上侧直流母线电压Udc1、与下侧750V双向DCDC功率变换模块直流电容并联的电压霍尔相连采样下侧直流母线电压Udc2，与750V双向DCDC功率变换模块输出并联的电压霍尔相连采样相连的超级电容电压UC。
所述的从控制器接收主控器下发的充放电指令，对6路电感输出电流I1、I2、I3、I4、I5、 I6分别独立进行闭环控制，闭环控制输出经过PWM脉冲调制，驱动IGBT开关动作，IGBT开关动作在输出电感上产生电流，对相连接的超级电容进行充放电。
一种地铁储能的模块化变流器控制系统的控制方法，包括以下步骤：
步骤一：主控制器FPGA将直流母线总电压Udc、直流母线电流Idc、各组超级电容电压UC上传给主控制器DSP芯片，DSP芯片根据Udc、Idc、UC与上位机下发的充电直流母线启动电压 Udch_set、放电直流母线启动电压Udcl_set、超级电容充电电压上限Uc_dch_set、超级电容放电电压下限Uc_dcl_set，判断是否进入充电或放电过程状态；如果Udc大于Udch_set且Udc小于Uc_dch_set时，超级电容进入充电过程；如果Udc小于Udcl_set且Udc大于Uc_dcl_set时超级电容进入放电过程状态；否则，超级电容等待过程状态。
步骤二：主控制器DSP将超级电容的充电或者放电或者等待状态下发主控制器FPGA；若超级电容处于充电状态或放电状态时，启动电压闭环控制，同时将电压闭环输出统一下发至从控制器。
步骤三：从控制器接收电压闭环输出作为充放电指令Id_ref，同时从控制器还进行直流均压闭环控制，均压闭环控制输出Id_n，根据Id_ref、Id_n对输出电感电流作电流闭环控制，6 路输出电感电流独立闭环控制。
步骤四：从控制器将6路电流闭环结果作为PWM脉冲调制输入，得到6路互补的脉冲PWM 脉冲信号，输出IGBT驱动模块驱动IGBT开关动作输出电流。
进一步地，所述步骤一具体包括：
所述的充电过程启动条件直流母线电压Udc>Udch_set必须满足，否则退出充电过程。
所述的充电过程启动条件中超级电容电压Udc<超级电容充电上限Uc_dch_set，系统中所有超级电容都必须满足，否则退出充电过程。
所述的放电过程启动条件直流母线电压Udc<Udcl_set必须满足，否则退出放电过程；
所述的放电过程启动条件中超级电容电压Udc>超级电容放电下限Uc_dcl_set，系统中所有超级电容都必须满足，否则退出放电过程。
在充放电过程中，若直流母线电流Idc<5A，退出充放电过程。
进一步地，所述步骤二中电压闭环控制计算过程具体为：
上位机设置充电过程中直流母线电压稳压设定值Udch_ref、放电过程中直流母线稳压设定值Udcl_ref，充电时，Udc-Udch_ref值，作为电压闭环控制输入，放电时Udc-Udcl_ref作电压闭环控制输入。
电压闭环控制输入经过PI控制计算，得到电压闭环输出量。
将电压闭环输出量实时的并行的通过高速光纤下发从控制器。
进一步地，如果系统中有N组1500VDCDC功率变换模块并联，则每组1500V双向DCDC功率变换模块独立均压控制；所述步骤三中的直流均压闭环控制具体包括：从控制器M对应的上侧从控制器M-1对上侧直流母线电压Udc1、对应的下侧直流母线电压Udc2进行均压控制，均压闭环输出计算的上下侧功率修正量Id-n，将Id-n通过光纤下发给相对应的下侧从控制器M-2；M≤N,均为整数。
从控制器M接收主控制器电压闭环输出Id_ref，从控制器M-1将Id_ref-Id-n作为充放电指令，从控制器M-2将Id_ref+Id-n作为充放电指令。
将充放电指令与输出电感电流之间的误差，作为所在的750V双向DCDC功率变换模块的 PI电流闭环的输入，每个从控制器有6路电流闭环控制器。
进一步地，所述步骤四中的PWM脉冲调制具体包括：6路PWM脉冲载波移相，载波相位两两相差60°，每路PWM生成互补脉冲，互补脉冲间加入死区。
进一步地，还包括步骤五：当超级电容的每组电压均为0时，或超级电容每组之间的电压不一致统一放电到0V时，通过与超级电容相连接的750VDCDC功率变换模块对超级电容进行预充电过程；预充电到超级电容额定电压半电压，采用开环控制方式，由主控制器通过高速光纤统一下发脉冲，从控制器接收统一的脉冲输出IGBT驱动，驱动IGBT开关动作，预充电过程结束后，系统中所有超级电容电压均为额定半电压且电压一致。
进一步地，还包括步骤六：当一组1500V双向DCDC变换模块发生故障时，其所在的功率变换模块中的从控制器将故障上传给主控制器，主控制器重新计算在线正常运行的功率模块数N，主控制器根据在线运行模块数N降容，主控制器将降容后的充放电指令下发给其他无故障DCDC功率变换模块内的从控制器，实现其他模块正常运行。
其原理如下：
如图1所示为一种模块化储能装置的控制系统，该系统中包括上位机、主控制器、从控制器、超级电容管理系统CMS。上位机与主控器CAN通信相连，主控制器与所有从控制器光纤相连，主控制器与所有CMS通过485相连，从控制器分为N组S1、S2...Sn并联，每组从控制器分为上下两个从控制器S1-1、S1-2；S2-1、S2-2；...；Sn-1、Sn-2；对于1500V系统S1-1、S1-2串联，S2-1、S2-2串联，...SN-1、SN-2串联。对于750V系统S1-1、S1-2并联,S2-1、S2-2并联，...SN-1、SN-2并联。
如图2所示为一种模块化储能装置的主控制器控制系统，主控制器接收上位机的操作指令，判断是否进入充电或放电过程，在充放电过程中，对直接侧母线电压进行稳压，并将稳压输出下发从控制器作为充放电指令。
当处于等待状态时，PI电压环输入为0，当处于充放电过程时，PI电压环输入为Udc-ref与 Udc相减的误差，当系统处于充电过程时，Udc-ref为充电稳压设定值Udch-ref，当系统处于放电过程时，Udc-ref为放电稳压设定值Udcl-ref，充放电过程如图3所示，PI电压环输出结果Ud-ref通过高速光纤统一并行下发从控制器。
一种模块化储能装置的从控制器控制系统，若系统中有N组1500V双向DCDC变换模块，以一组1500V双向DCDC变换模块为例，其上侧从控制器如图4所示，下侧从控制器如图5所示，其余组1500V双向DCDC变换模块因为是并联关系，控制方法相同。
上侧从控制器对上下侧直接母线电压偏差Udc-n与均压环指令0之间的误差，作为PI控制器输入，经过PI均压环控制后，得到上下侧功率模块功率修正量Id-n，同时下发下侧从控制器；上侧从控制器接收主控制器下发的Id-ref，将Id-ref-Id-n作为上侧充放电指令Id1-ref，将 Id1-ref与6路电感输出电流I1、I2、I3、I4、I5、I6的误差作PI电流闭环输入，PI电流闭环输出送入PWM调制模块，6路PWM调制载波移相，调制出的6路PWM脉冲相位相差60°，减小了6路电感输出总电流的纹波电流大小。
下侧从控制器接收对应的上侧从控制器下发的功率模块功率修正量Id-n；下侧从控制器接收主控制器下发的Id-ref，将Id-ref+Id-n作为下侧充放电指令Id2-ref，将Id2-ref与6路电感输出电流I1、I2、I3、I4、I5、I6的误差作PI电流闭环输入，PI电流闭环输出送入PWM调制模块，6路PWM调制载波移相，调制出的6路PWM脉冲相位相差60°，减小了6路电感输出总电流的纹波电流大小。
将一个上侧从控制器和一个下侧从控制器作为一组，由于上下侧功率修正量Id-n的作用，保证了上下侧功率变换模块相连的超级电容电压始终保持一致，避免了上下侧超级电容电压产生偏差影响系统功率。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但它们并不是用来限定本发明的，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求保护范围所界定的为准。

Claims (8)

1.一种地铁储能的模块化变流器控制系统，其特征在于：其特征在于：包括主控制器与从控制器；
所述的主控制器安装在直流柜中，直流柜与直流触网相连；
所述的从控制器安装在功率柜中，功率柜与直流柜相连；功率柜由至少一组1500V双向DCDC功率变换模块并联组成；每组1500V双向DCDC功率变换模块由上下两个750V双向DCDC功率变换模块串联构成；每个750V双向DCDC功率变换模块内都安装一个从控制器；一个750V双向DCDC功率变换模块通过6路并联输出电感与一个超级电容相连；6路输出电感合并后总输出电流对超级电容充放电；
所述的超级电容与各自的750V双向DCDC功率变换模块独立连接，每个超级电容内安装相应的超级电容管理系统CMS；所述超级电容管理系统CMS能够监测超级电容电压、电流、温度；
所述的主控制器包括DSP+FPGA芯片；所述DSP芯片与上位机CAN通信；所述DSP芯片与FPGA双口RAM通信；所述DSP芯片与超级电容管理系统485通信；所述DSP芯片与EEPROM存储模块相连；所述FPGA芯片与DSP双口RAM通信模块、与从控制器光纤通信模块、AD采样模块相连；所述主控制器还包括逻辑控制模块、故障保护模块、电压环闭环控制模块；主控制器的AD采样模块与直流母线的电压霍尔相连采样直流母线总电压Udc；主控制器的AD采样模块与直流母线电流霍尔相连采样直流母线电流Idc；
所述的从控制器包括FPGA芯片、AD采样模块、与主控制器光纤通信模块、对电感输出电流闭环控制模块、PWM脉冲调制模块、IGBT驱动部分模块；所述FPGA芯片分别与AD采样模块、与主控制器光纤通信模块、IGBT驱动模块相连；从控制器中的AD采样模块与6路输出电流霍尔相连；电流霍尔相应的与功率变换模块的输出电感相连；采样6路电感输出电流I1、I2、I3、I4、I5、I6；AD采样模块与上侧750V双向DCDC功率变换模块直流电容并联的电压霍尔相连采样上侧直流母线电压Udc1、与下侧750V双向DCDC功率变换模块直流电容并联的电压霍尔相连采样下侧直流母线电压Udc2，与750V双向DCDC功率变换模块输出并联的电压霍尔相连采样相连的超级电容电压UC；
所述的从控制器接收主控器下发的充放电指令，对6路电感输出电流I1、I2、I3、I4、I5、I6分别独立进行闭环控制，闭环控制输出经过PWM脉冲调制，驱动IGBT开关动作，IGBT开关动作在输出电感上产生电流，对相连接的超级电容进行充放电。
2.一种地铁储能的模块化变流器控制系统的控制方法，应用于如权利要求1所述的一种地铁储能的模块化变流器控制系统，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：主控制器FPGA将直流母线总电压Udc、直流母线电流Idc、各组超级电容电压UC上传给主控制器DSP芯片，DSP芯片根据Udc、Idc、UC与上位机下发的充电直流母线启动电压Udch_set、放电直流母线启动电压Udcl_set、超级电容充电电压上限Uc_dch_set、超级电容放电电压下限Uc_dcl_set，判断是否进入充电或放电过程状态；如果Udc大于Udch_set且Udc小于Uc_dch_set时，超级电容进入充电过程；如果Udc小于Udcl_set且Udc大于Uc_dcl_set时超级电容进入放电过程状态；否则，超级电容等待过程状态；
步骤二：主控制器DSP将超级电容的充电或者放电或者等待状态下发主控制器FPGA；若超级电容处于充电状态或放电状态时，启动电压闭环控制，同时将电压闭环输出统一下发至从控制器；
步骤三：从控制器接收电压闭环输出作为充放电指令Id_ref，同时从控制器还进行直流均压闭环控制，均压闭环控制输出Id_n，根据Id_ref、Id_n对输出电感电流作电流闭环控制，6路输出电感电流独立闭环控制；
步骤四：从控制器将6路电流闭环结果作为PWM脉冲调制输入，得到6路互补的脉冲PWM脉冲信号，输出IGBT驱动模块驱动IGBT开关动作输出电流。
3.根据权利要求2所述的一种地铁储能的模块化变流器控制方法，其特征在于：所述步骤一具体包括：
所述的充电过程启动条件直流母线电压Udc>Udch_set必须满足，否则退出充电过程；
所述的充电过程启动条件中超级电容电压Udc<超级电容充电上限Uc_dch_set，系统中所有超级电容都必须满足，否则退出充电过程；
所述的放电过程启动条件直流母线电压Udc<Udcl_set必须满足，否则退出放电过程；
所述的放电过程启动条件中超级电容电压Udc>超级电容放电下限Uc_dcl_set，系统中所有超级电容都必须满足，否则退出放电过程；
在充放电过程中，若直流母线电流Idc<5A，退出充放电过程。
4.根据权利要求2所述的一种地铁储能的模块化变流器控制方法，其特征在于：所述步骤二中电压闭环控制计算过程具体为：
上位机设置充电过程中直流母线电压稳压设定值Udch_ref、放电过程中直流母线稳压设定值Udcl_ref，充电时，Udc-Udch_ref值，作为电压闭环控制输入，放电时Udc-Udcl_ref作电压闭环控制输入；
电压闭环控制输入经过PI控制计算，得到电压闭环输出量；
将电压闭环输出量实时的并行的通过高速光纤下发从控制器。
5.根据权利要求2所述的一种地铁储能的模块化变流器控制方法，其特征在于：如果系统中有N组1500VDCDC功率变换模块并联，则每组1500V双向DCDC功率变换模块独立均压控制；所述步骤三中的直流均压闭环控制具体包括：从控制器M对应的上侧从控制器M-1对上侧直流母线电压Udc1、对应的下侧直流母线电压Udc2进行均压控制，均压闭环输出计算的上下侧功率修正量Id-n，将Id-n通过光纤下发给相对应的下侧从控制器M-2；M≤N,均为整数；
从控制器M接收主控制器电压闭环输出Id_ref，从控制器M-1将Id_ref-Id-n作为充放电指令，从控制器M-2将Id_ref+Id-n作为充放电指令；
将充放电指令与输出电感电流之间的误差，作为所在的750V双向DCDC功率变换模块的PI电流闭环的输入，每个从控制器有6路电流闭环控制器。
6.根据权利要求2所述的一种地铁储能的模块化变流器控制方法，其特征在于：所述步骤四中的PWM脉冲调制具体包括：6路PWM脉冲载波移相，载波相位两两相差60°，每路PWM生成互补脉冲，互补脉冲间加入死区。
7.根据权利要求2所述的一种地铁储能的模块化变流器控制方法，其特征在于：还包括步骤五：当超级电容的每组电压均为0时，或超级电容每组之间的电压不一致统一放电到0V时，通过与超级电容相连接的750VDCDC功率变换模块对超级电容进行预充电过程；预充电到超级电容额定电压半电压，采用开环控制方式，由主控制器通过高速光纤统一下发脉冲，从控制器接收统一的脉冲输出IGBT驱动，驱动IGBT开关动作，预充电过程结束后，系统中所有超级电容电压均为额定半电压且电压一致。
8.根据权利要求2所述的一种地铁储能的模块化变流器控制方法，其特征在于：还包括步骤六：当一组1500V双向DCDC变换模块发生故障时，其所在的功率变换模块中的从控制器将故障上传给主控制器，主控制器重新计算在线正常运行的功率模块数N，主控制器根据在线运行模块数N降容，主控制器将降容后的充放电指令下发给其他无故障DCDC功率变换模块内的从控制器，实现其他模块正常运行。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111934334A (zh) * 2020-07-08 2020-11-13 深圳供电局有限公司 储能控制系统和电力系统
CN114047714A (zh) * 2021-09-27 2022-02-15 中天海洋系统有限公司 多处理器协同控制系统及方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103309267A (zh) * 2013-06-13 2013-09-18 中国矿业大学 一种模块化多电平变换器的控制系统架构
US20130285470A1 (en) * 2012-04-27 2013-10-31 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Power supply circuit and semiconductor device including the same
CN104802646A (zh) * 2015-04-20 2015-07-29 株洲时代装备技术有限责任公司 基于超级电容的储能型再生制动能量回收方法及系统
CN106026185A (zh) * 2016-07-29 2016-10-12 南京工程学院 三电平地铁能量回馈与谐波治理一体化装置及其控制方法
CN106208635A (zh) * 2016-07-20 2016-12-07 深圳市禾望电气股份有限公司 变换器并联控制系统和方法
CN107248734A (zh) * 2017-05-09 2017-10-13 南京亚派科技股份有限公司 模块化地铁再生制动超级电容储能装置的闭环控制系统
CN108429275A (zh) * 2018-02-28 2018-08-21 中国科学院广州能源研究所 一种基于混合储能的再生电能回收利用实验系统

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130285470A1 (en) * 2012-04-27 2013-10-31 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Power supply circuit and semiconductor device including the same
CN103309267A (zh) * 2013-06-13 2013-09-18 中国矿业大学 一种模块化多电平变换器的控制系统架构
CN104802646A (zh) * 2015-04-20 2015-07-29 株洲时代装备技术有限责任公司 基于超级电容的储能型再生制动能量回收方法及系统
CN106208635A (zh) * 2016-07-20 2016-12-07 深圳市禾望电气股份有限公司 变换器并联控制系统和方法
CN106026185A (zh) * 2016-07-29 2016-10-12 南京工程学院 三电平地铁能量回馈与谐波治理一体化装置及其控制方法
CN107248734A (zh) * 2017-05-09 2017-10-13 南京亚派科技股份有限公司 模块化地铁再生制动超级电容储能装置的闭环控制系统
CN108429275A (zh) * 2018-02-28 2018-08-21 中国科学院广州能源研究所 一种基于混合储能的再生电能回收利用实验系统

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111934334A (zh) * 2020-07-08 2020-11-13 深圳供电局有限公司 储能控制系统和电力系统
CN114047714A (zh) * 2021-09-27 2022-02-15 中天海洋系统有限公司 多处理器协同控制系统及方法

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