CN114362485A - 一种pwm变流控制装置pwm变流系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种PWM变流控制装置及PWM变流系统，通过第一控制模块向各个第二控制模块发送同步的载波指令和相同的功率指令，N个第二控制模块根据功率指令和同步的载波指令生成同步的PWM调制波信号来同步控制与各个第二控制模块一一对应连接的变流模块中的电力电子器件输出的PWM脉冲的占空比，使得同一时刻各个变流模块输出的PWM脉冲相同，实现了抑制环流的目的。此外，由于第一控制模块仅需向各个第二控制模块发送功率指令和同步的载波指令，相对于现有技术中第一控制模块需要控制所有变流模块中电力电子器件的导通，第一控制模块的电路设计更加简单，并且第一控制模块需要发送的信号的数量更少，因此能够并联更多的变流模块。

Description

一种PWM变流控制装置PWM变流系统

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，特别是涉及一种PWM变流控制装置及PWM变流系统。

背景技术

PWM(Pulse width modulation，脉冲宽度调制)变流器可以用于进行整流或者逆变，具有能够控制三相电网侧功率因数和稳定直流侧输出电压等优点，在PWM整流器包括多个并联的变流模块时，通过控制各个变流模块中的各个电力电子器件输出的PWM脉冲的占空比来控制变流模块输出的PWM脉冲，若各个变流模块在同一时刻输出的PWM脉冲不同则会产生环流，环流会带来额外的开关损耗并引起三线电网侧电流畸变，因此需要抑制环流。现有技术通过一个主控制器生成PWM调制波信号后，主控制器根据PWM调制波信号直接控制各个变流模块中的各个电力电子器件输出的PWM脉冲的占空比，使得同一时刻各个变流模块输出的电压相同，但是这种方式导致主控制器需要控制的驱动信号过多使得主控制器的设计复杂，并且由于主控制器能够输出的驱动信号的数量有限，因此能够并联的变流模块的数量有限。

发明内容

本发明的目的提供一种PWM变流控制装置及PWM变流系统，实现了抑制环流的目的。此外，第一控制模块的电路设计更加简单，并且第一控制模块需要发送的信号的数量更少，能够并联更多的变流模块。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种PWM变流控制装置，应用于包括N个并联的变流模块的PWM变流器，所述PWM变流控制装置包括：

第一控制模块，N个第二控制模块，N个所述第二控制模块的输入端均与所述第一控制模块连接，N个所述第二控制模块的输出端分别与N个所述变流模块一一对应连接，N为不小于2的整数；

所述第一控制模块用于生成同步的载波指令并在接收到所述变流模块的直流侧的直流母线电压的目标值时根据所述直流母线电压的目标值生成功率指令；

所述第二控制模块用于在接收到所述同步的载波指令和所述功率指令时，根据所述同步的载波指令和所述功率指令生成同步的PWM调制波信号，并根据所述PWM调制波信号控制与自身对应连接的变流模块中的电力电子器件输出的PWM脉冲的占空比。

优选的，所述第一控制模块具体用于实时生成所述同步的载波指令。

优选的，所述PWM调制波信号为SVPWM调制波信号。

优选的，根据所述直流母线电压的目标值生成功率指令，包括：

根据所述直流母线电压的目标值闭环控制生成所述功率指令。

优选的，还包括显示模块、直流电压采集模块、直流电流采集模块、交流电流采集模块及交流电压采集模块；

所述显示模块用于显示所述直流电压采集的变流模块的直流侧的直流母线电压、所述直流电流采集模块采集的变流模块的直流侧的直流母线电流、所述交流电流采集模块采集的变流模块的交流侧的三相电网电流及所述交流电压采集模块采集的变流模块的交流侧的三相电网电压。

优选的，根据所述同步的载波指令和所述功率指令生成同步的PWM调制波信号，包括

根据所述同步的载波指令和所述功率指令闭环控制生成同步的PWM调制波信号。

本发明还提供了一种PWM变流系统，包括变压器、N个交流电抗器、N个并联的变流模块及如上述的PWM变流控制装置；

所述变压器的原边绕组与三相电网连接，副边绕组分别与N个所述交流电抗器的第一端连接；

N个所述变流模块的交流侧分别与所述N个交流电抗器的第二端连接。

本发明提供了一种PWM变流控制装置及PWM变流系统，包括第一控制模块和N个第二控制模块，通过第一控制模块向各个第二控制模块发送同步的载波指令和相同的功率指令，N个第二控制模块在接收到所述功率指令时，根据功率指令和同步的载波指令生成同步的PWM调制波信号来同步控制与各个第二控制模块一一对应连接的变流模块中的电力电子器件输出的PWM脉冲的占空比，使得同一时刻各个变流模块输出的PWM脉冲相同，实现了抑制环流的目的。此外，由于第一控制模块仅需向各个第二控制模块发送功率指令和同步的载波指令，相对于现有技术中第一控制模块需要控制所有变流模块中电力电子器件的导通，第一控制模块的电路设计更加简单，并且第一控制模块需要发送的信号的数量更少，因此能够并联更多的变流模块。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种PWM变流控制装置的结构示意图；

图2为第二控制模块接收到同步的载波指令的原理示意图；

图3为第一控制模块采用闭环控制输出功率指令的原理示意图；

图4为第二控制模块采用闭环控制输出SVPWM调制波信号的原理示意图；

图5为本发明所提供的一种PWM变流系统的部分结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种PWM变流控制装置及PWM变流系统，实现了抑制环流的目的。此外，第一控制模块的电路设计更加简单，并且第一控制模块需要发送的信号的数量更少，能够并联更多的变流模块。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

具体请参照图1，图1为本发明提供的一种PWM变流控制装置的结构示意图。

一种PWM变流控制装置，应用于包括N个并联的变流模块的PWM变流器，PWM变流控制装置包括：

第一控制模块11，N个第二控制模块12，N个第二控制模块12的输入端均与第一控制模块11连接，N个第二控制模块12的输出端分别与N个变流模块一一对应连接，N为不小于2的整数；

第一控制模块11用于生成同步的载波指令并在接收到变流模块的直流侧的直流母线电压的目标值时根据直流母线电压的目标值生成功率指令；

第二控制模块12用于在接收到同步的载波指令和功率指令时，根据同步的载波指令和功率指令生成同步的PWM调制波信号，并根据PWM调制波信号控制与自身对应连接的变流模块中的电力电子器件输出的PWM脉冲的占空比。

考虑到若通过第一控制模块11直接生成统一的PWM调制波信号来控制所有电力电子器件输出的PWM脉冲的占空比，则在变流模块为三电平或者更多电平的情况下，第一控制模块11需要连接的电力电子器件将非常多，导致第一控制模块11的线路设计非常复杂，并且第一控制模块11能够连接电力电子器件有限，PWM变流器中能够并联的变流模块也有限。为了解决上述问题，在本实施例中，通过第一控制模块11发送同步的载波指令和功率指令给各个第二控制模块12，第二控制模块12再根据同步的载波指令和功率指令生成同步的PWM调制波信号，来驱动各个变流模块中的电力电子器件的导通或者关断，进而控制变流模块输出的PWM脉冲。

具体的，第一控制模块11会生成同步的载波指令，载波指令的信号频率即为载波频率，在接收到用户设置的变流模块的直流侧的直流母线电压的目标值时，主控制器根据变流模块的直流侧的直流母线电压的目标值生成功率指令，并向所有的第二控制模块12发送同步的载波指令和相同的功率指令，N个第二控制模块12在接收到同步的载波指令和功率指令后根据功率指令生成相同的PWM脉冲序列，并根据相同的PWM脉冲序列和同步的载波指令生成相同的PWM调制波信号，根据相同的PWM调制波信号来驱动与自身连接的变流模块中的电力电子器件。

具体请参照图2，图2为第二控制模块12接收到同步的载波指令的原理示意图，图2中载波指令的占空比为50％，由图2可知，在接收到同步的载波指令之前载波信号不同步的第二控制模块12在接收到同步的载波信号后载波信号会强制同步。

此外，此处的PWM调制波信号可以为SPWM(Sinusoidal Pulse Width Modulation，正弦脉宽调制)调制，也可以为SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation，空间矢量脉宽调制)调制，本实施例在此不作特别的限定。

综上所述，在本实施例中，通过第一控制模块11生成同步的载波指令和相同的功率指令发送个各个第二控制模块12，第二控制模块12根据同步的载波指令和相同的功率指令生成相同的PWM调制波信号来控制变流模块的PWM脉冲，使得各个变流模块在同一时刻输出的PWM脉冲相同，抑制了环流，并且由于第一控制模块11仅需向各个第二控制模块12发送功率指令和同步的载波指令，相对于现有技术中第一控制模块11需要控制所有变流模块中电力电子器件的导通，第一控制模块11的电路设计更加简单，并且第一控制模块11需要发送的信号的数量更少，因此能够并联更多的变流模块。

在上述实施例的基础上：

作为一种优选的实施例，第一控制模块11具体用于实时生成同步的载波指令。

为了保证第二控制模块12根据功率指令生成PWM脉冲序列后，能及时根据载波指令生成PWM调制波信号，以便控制与自身连接的变流模块输出的功率，在本实施例中，第一控制模块11实时的生成同步的载波指令，并将实时生成的同步的载波指令发送给N个第二控制模块12。

作为一种优选的实施例，PWM调制波信号为SVPWM调制波信号。

在本实施例中，采用SVPWM调制生成PWM调制波信号，SVPWM属于正弦脉宽调制技术，称空间电压矢量PWM，是一种优化的PWM技术，能明显减小变流模块输出电流的谐波成分及损耗，且其控制简单，数字化实现方便，电压利用率高。

作为一种优选的实施例，根据直流母线电压的目标值生成功率指令，包括：

根据直流母线电压的目标值闭环控制生成功率指令。

在本实施例中，根据直流母线电压的目标值闭环控制生成功率指令，具体的，第一控制模块11根据变流模块的直流侧的直流母线电压的目标值以及变流模块的直流侧的直流母线电压的实际值，经过计算后生成功率指令。闭环控制的优点是充分发挥了反馈的重要作用，排除了难以预料或不确定的因素，使变流模块输出的PWM脉冲更准确。

还需要说明的是，三相电网侧PWM变流器采用三相电网电压定向矢量控制策略时，变流模块的输出的有功功率和无功功率可以通过d轴电流和q轴电流来控制，因此，此处的功率指令可以但不限是电流指令，该电流指令包括d轴电流和q轴电流的目标值。此处的电流指令可以是第一控制模块11根据变流模块的直流侧的直流母线电压的目标值以及变流模块的直流侧的直流母线电压的实际值通过PI控制算法生成的。具体请参照图3，图3为第一控制模块11采用闭环控制输出功率指令的原理示意图，其中u^* _dc为变流模块的直流侧的直流母线电压的目标值，u_dc为变流模块的直流侧的直流母线电压的实际值，i^* _d为电流指令。

作为一种优选的实施例，还包括显示模块、直流电压采集模块、直流电流采集模块、交流电流采集模块及交流电压采集模块；

显示模块用于显示直流电压采集的变流模块的直流侧的直流母线电压、直流电流采集模块采集的变流模块的直流侧的直流母线电流、交流电流采集模块采集的变流模块的交流侧的三相电网电流及交流电压采集模块采集的变流模块的交流侧的三相电网电压。

为了及时显示变流模块的交流侧和直流侧的电压或电流，在本实施例中，还设置了显示模块、直流电压采集模块、直流电流采集模块、交流电流采集模块及交流电压采集模块。通过显示模块来显示变流模块的交流侧和直流侧的电压或电流。此处的显示模块可以但不限于是LED(Light-Emitting Diode，发光二极管)或OLED(Organic Light-EmittingDiode，有机发光二极管)显示模块。

还需要说明的是，设置直流电压采集模块还能够便于第一控制模块11根据直流母线电压的目标值和直流电压采集模块采集到的直流母线电压的实际值进行闭环控制来生成功率指令。

作为一种优选的实施例，根据同步的载波指令和功率指令生成同步的PWM调制波信号，包括

根据同步的载波指令和功率指令闭环控制生成同步的PWM调制波信号。

为了对变流模块输出的PWM脉冲进行更精准的控制，在本实施例中，根据同步的载波指令和功率指令闭环控制生成同步的PWM调制波信号。

例如，具体请参照图4，图4为第二控制模块12采用闭环控制输出SVPWM调制波信号的原理示意图，在采用三相电网电压定向矢量控制策略时，第二控制模块12首先对三相电网电压进行软件锁相，不仅可以锁定三相电压的相位角，还能将三相电网电压矢量定于d轴上。然后第二控制模块12对变流模块的交流侧的三相电网电流进行坐标变换，在第二控制模块12在接收到功率指令时，也即图中的i^* _d和i^* _q，将三相电网电流的实际值从三相静止坐标系(ABC坐标系)变换到两相同步旋转坐标系(dq坐标系)中。根据三相电网电流的实际值和三相电网电流的的目标值经过PI控制算法后生成电压控制信号，第二控制模块12对电压控制信号进行SVPWM调制后生成PWM脉冲序列，并根据同步的载波指令以及PWM脉冲序列来控制与自身连接的变流模块中的电力电子器件的导通或关断。由于三相电网侧PWM变流器的dq轴电流还会受到电流交叉耦合项ωLi_q和ωLi_d以及对三相电网电压进行软件锁相后的三相电网电压e_d的影响，其中ω为三相电网电压的角频率，L为变流模块与三相电网之间的等效电感量，i_q和i_d为将三相电网电流的实际值从三相静止坐标系变换到两相同步旋转坐标系中后的q轴电流和d轴电流，还可以引入状态反馈ωLi_q和-ωLi_d实现解耦，并引入三相电网电压e_d进行前馈补偿，从而实现dq轴电流的独立控制，系统的动态性能可获得进一步提高。

具体请参照图5，图5为本发明所提供的一种PWM变流系统的部分结构示意图。

本发明还提供了一种PWM变流系统，包括变压器51、N个交流电抗器52、N个并联的变流模块及如上述的PWM变流控制装置；

变压器51的原边绕组与三相电网连接，副边绕组分别与N个交流电抗器52的第一端连接；

N个变流模块的交流侧分别与N个交流电抗器52的第二端连接。

在本实施例中，变压器51用于对三相电网的电压进行升压或降压，N个交流电抗器52用于在整流时升高变压器51的副边绕组输出的电压。

关于该PWM变流系统的相关介绍，请参照上述实施例，本申请在此不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种PWM变流控制装置，其特征在于，应用于包括N个并联的变流模块的PWM变流器，所述PWM变流控制装置包括：

第一控制模块，N个第二控制模块，N个所述第二控制模块的输入端均与所述第一控制模块连接，N个所述第二控制模块的输出端分别与N个所述变流模块一一对应连接，N为不小于2的整数；

所述第一控制模块用于生成同步的载波指令并在接收到所述变流模块的直流侧的直流母线电压的目标值时根据所述直流母线电压的目标值生成功率指令；

所述第二控制模块用于在接收到所述同步的载波指令和所述功率指令时，根据所述同步的载波指令和所述功率指令生成同步的PWM调制波信号，并根据所述PWM调制波信号控制与自身对应连接的变流模块中的电力电子器件输出的PWM脉冲的占空比。

2.如权利要求1所述的PWM变流控制装置，其特征在于，所述第一控制模块具体用于实时生成所述同步的载波指令。

3.如权利要求1所述的PWM变流控制装置，其特征在于，所述PWM调制波信号为SVPWM调制波信号。

4.如权利要求1所述的PWM变流控制装置，其特征在于，根据所述直流母线电压的目标值生成功率指令，包括：

根据所述直流母线电压的目标值闭环控制生成所述功率指令。

5.如权利要求1所述的PWM变流控制装置，其特征在于，还包括显示模块、直流电压采集模块、直流电流采集模块、交流电流采集模块及交流电压采集模块；

所述显示模块用于显示所述直流电压采集的变流模块的直流侧的直流母线电压、所述直流电流采集模块采集的变流模块的直流侧的直流母线电流、所述交流电流采集模块采集的变流模块的交流侧的三相电网电流及所述交流电压采集模块采集的变流模块的交流侧的三相电网电压。

6.如权利要求1至5任一项所述的PWM变流控制装置，其特征在于，根据所述同步的载波指令和所述功率指令生成同步的PWM调制波信号，包括

根据所述同步的载波指令和所述功率指令闭环控制生成同步的PWM调制波信号。

7.一种PWM变流系统，其特征在于，包括变压器、N个交流电抗器、N个并联的变流模块及如权利要求1至6任一项所述的PWM变流控制装置；

所述变压器的原边绕组与三相电网连接，副边绕组分别与N个所述交流电抗器的第一端连接；

N个所述变流模块的交流侧分别与所述N个交流电抗器的第二端连接。

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