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MMC控制系统中子模块控制器的设计

更新时间：2019-12-24 18:22:24 大小：1M 上传用户：xiaohei1810 查看TA发布的资源 标签：MMC控制系统子模块控制器 下载积分：1分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

资料介绍

为了保证模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converters,MMC)的正常工作,实现电容电压的平衡控制,设计了MMC控制系统中的子模块控制器.首先阐述了MMC控制系统的总体结构和工作原理,介绍子模块控制器在MMC控制系统中的作用.然后介绍了子模块控制器的主要硬件模块和软件部分的设计,着重介绍了在硬件上实现对IGBT的欠压与过流保护和用软件产生带死区保护的PWM驱动脉冲.最后在基于MMC的直流/交流(DC-AC)变换器实验平台上验证了设计的子模块控制器的合理性和可行性.

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V01．44 No．3

!_—!!：!：!Q!!

第44卷第3期

力系

保与控制

— 2016 二三旦!旦

呈旦!呈!!羔坐竺!!竺!皇生竺竺!竺旦坐竺!

●_____●_________-—

—

_________________-— __________-—

—

________________●—

—

_______________--___●_____________’_____________-—

—

●__________—

—

_-—

—

一一

DOI：1 0．7667／PSPC

50525

MMC控制系中子模控制器的

邢达，郭家虎，朱成杰，梁克靖

(安徽理工大学，安徽淮南232001)

Multilevel

Converters，MMC)的正常工作，

构和工作原理，介子模

件部分的，着重介了在

生死区保的PWM 脉冲。最后在基于MMC的直流／交

容

的平衡控

摘要：了保

制，

控制器在MMC控制系中的作用。然后介了子模控制器的主要硬件模

模

化多

平

器(Modular

了MMC控制系中的子模控制器。首先述了MMC控制系

的

体

和

硬件上

IGBT的欠

与

流保和用

的子模控制器的合理性和可行性。

；子模控制器；直流／交流

件

流tOc．AC)

器

平台上

了

关

：模化多

平

流器：控制系

；

容

器

of the sub-module controller of the MMC control

system

Design

XING

Jiahu，ZHU

Changda，GUO

Chengjie，LIANG Kejing

ofScience and

Technology,Huainan

(Anhui University

232001，China)

Abstract：In order to ensure the normal work of Modular Multilevel

realize the

Converters(MMC)and

capacitor voltage

working principle

introduced．Then

system

sub-module controller in MMC control

overall structure and

designed．First，the

balancing，a

system

ofMMC control

are

and effect ofthe sub-module controller in MMC _control

the

described

system

the

of main hardware modules and software module of

sub-module controller is

design

presented，the implementation

of the

and overcurrent

for IGBT in hardware and PWM driven

protection

with dead zone

undervoltage

pulse

protection

software ale

and

the sub-module

generated by using

emphatically introduced．Finally,the rationality

feasibility

_converterofMMC

experimental platform．

controller

verified based on DC— AC

converter

Key words：MMC；control system；capacitor voltage；sub· · module controller；DC--AC

的功率出和

出【l3|，并且抗磁干能力

波含量，所以MMC的灵活

引言

MMC作一种新型的

，减少

出

的

装置，具有

性更高、展性也更

。

出

波少⋯ 、模化程度高【2l、灵活性等特点，

在一起【3】，叠加

，在力系中具有广泛的用前景【4j。

MMC的

些构特点其控制系的信号采

它把多个子模功率

很高的

元

出

集、脉冲生和数据理能力提出了比高的要求，

而且

足系隔离和复

数据的介

文献[14]提出了一种控制系

括一个主控器和若干个子模控制器，即在每个子

上安装一个控制器。控制每个

子模快速可靠控制的目的，具有高效的控制效率，

磁境需要，一般采

由于具有公共直流母，MMC可以用于背

用光

作

。

靠背高直流

直流

点【7。9J。文献[10]提出了基于MMC的大型光伏并网

系

中【5。6】，所以基于MMC的高

构，

构包

系

成

了柔性直流域的研究

模

构

了

系

构，旨在解决当前大型光伏并网系存在的

，如孤染等。

一些

效

、波

并

足MMC的模

化

和各个子模

的隔离

性。

MMC装置的系

主要包括主路部分和

控制系部分。MMC主

路

构高度模化，含

。文献『11— 12]指

目前， MMC相关技的研究，主要包括数

学模型、元件参数

、

容

平衡和制策略

容平衡控制是

有大量的子模，且相互之

出，通

子模

的

个数可以完成不同等

等方面【l 21J。其中，子模

万方数据

邢

达，等

．115．

MMC控制系中子模控制器的

MMC 用的关

技

之一。而

子模

容

便于研

人

察DSP

理

果。二是接收通

上

平衡控制，均需子模控制器完成

数据参数

位机加的DSP和FPGA的程序，控制DSP的

的采集、理、

控制子模的投切。

子模

和子模故障信息的反以及

算，方便通

网

行

容

程

程序。子模控制

器主要完成子模

的采集，并将其送至

容

的精确采集，达到

主控制器，同接收主控制器

冲，生成双路PWM脉冲子模上的两个IGBT，

子模的投切。数据采集模采集三相

，三相流和三相上下流，并将

数据及送至主控制器。

送

来的PWM脉

容

平衡控制，

MMC系的多

平

出，

了

按照文献[141提出的控制系

构，本文

而

控制系中的子模控制器，从硬件和件方面

臂

流

子模控制器行介。通

所

的子

模

控制器的合理性。

2子模控制器的硬件

MMC控制系

体构和工作原理

2．1子模控制器的工作原理

整个MMC控制系主要包括三大部分，即主

控制器、子模控制器和数据采集部分。主控制器

包括CPU模源模、光等。其中，C

2 子模控制器在MMC控制系中的硬

件框。子控制器所用的控制芯片 FPGA。子控

、

模

芯片FPGA主要是控制子模

A／D 器采及接收A／D

成两路PWM脉冲、通

容

采集模的

PU模主要包括主控制器L137和助控制器FPG

A等。子模控制器包括数据理模、子模

器的采数据、生

模与CPU核心

光

容

采集模、光

等。数据采集模主要采集三相

及三相上下流。如 1所示。

模

和

源系

及

模

板之的通信。一方面FPGA控制子控模

容

、三相流以

采集模的A／D

器的采，与此同接收A

FPGA内部的FIFO存

臂

／D采集的数据，然后

￡控制器

r模

{ 制器

器

行

存，再行并／串

，

光

通信模

PWM脉≯ }t

光

j，模荇M器

数据理模

送

主控制器的CPU模。CPU模

的

助控制

，再

反

源

光

模

器FPGA将接收的

流

数据行串／并

果及

及

模

}乜容

r模

容

将数据送至L137。L137将

助控制器FPGA，并根据

算

爪采集1{l

1U源

模

CPU模

光?r模

、兜

(L137、FPGA)

果

投入足条件

的子模且通

光

向

的子控制模送制

。U，n‘UI札

数据采艇模

。数据

波。另一方面FPGA通光通信模接收CPU

I包括

日

、

日

)匕}T

流、

二十11上r

臂流1

模

送的制波，与自身定的三角

波

行比

，

生互的两路PWM信号，再

死区保

，

MMC控制系

体

构

最

形成

信号，而通

平衡。

模

子模

Overall structure of MMC control

Fig．1

system

元

容

MMC控制系包含一个主控制器以及若干个

子模控制器、多个数据采集模，每个子模

制器和数据采集模与主控制模使用光

控

之

行通信。主控制器的核心部分主要有助控制芯片

FPGA和主控制芯片L137。助控制芯片FPGA一

方面接收子模控制器和数据采集模

数据，存到FPGA内部的FIFO 存器中，

行数据串／并，再将并行数据 L137

来的流

再

行

算

理。另一方面，助控制芯片FPGA接收

L137反

波，通

的

光

算

果，并根据

算

果

生PWM

子模控制器。L137包括DSP

理FPGA 来的数据，并将

FPGA和ARM。ARM的功能有

和ARM。DSP

理果分

2子模控制器在MMC控制系中的硬件框

for

hardware

Sub-module controller

Fig．2

the

block

2个：一是接收DSP 理的果，并将数据

上

in MMCcontrol

diagram

system

位机，在上位机上以形的方式示此

理果，

万方数据

力系

{

与控制

2．2子模控制器数据理模

子模控制器数据理模主要是由子控芯片

(FPGA)、JTAG接口、源系路、外部

接口和一些外阻容成。使用的FPGA的型

号是Altera公司的EPlC3T10017。芯片在于

引脚少，功能大且成本低。通 JTAG接口

件程序到FPGA，主要用于FPGA

性减小到0～10V的弱

性光耦

信号。

行

后的弱

信号

路

气隔离。光隔

离是一种常的信号隔离形式，性光耦

、

路

路主要由性光耦HCNR201、运算放大器CA

140和阻容元件成。流／

路主要是

由运算放大器CA3140和一些阻容元件成。由于

将

的

性光耦

流／

路出端是流信号，流信号通

路

范

成

信号。

由

芯片内部

以及整个系的仿真和

器AMSlll7— 33

17— 1．5 成，使得源系生3．3

平，保整个核心模的正常工作。

。源

系

主要是由两个正向低

降

路，采集的

A／D 器。A／D

0～2．5 V，并被送至

和AMSll

芯片采用AD7472，是12位

和1．5

出

低功耗逐次逼近型、高速ADC，其工作

源， AD7472的最高吞吐量

可达1．5 MBPS，AD7472内置一个／保

路的功能是向子模控制器提供工作率，

构主要包括有源晶振。外部接口是子控制器

2．7 v至5．25 v

路

采

核心模与其他模

收来自子模

通信模向主控制器送的串行数据、接收

通信模来自于主控制器的PWM信号、向子

行数据的通信，主要有接

持、低噪声放大器，可理20 MHz以上的入

率。AD7472 出的12位数字量将被送至FPGA。

2．4光通信模

容

采集模数据、由光

由

光

通信模是将子模控制器的数据理模

模

送的双路PWM信号等。

采集模

来的信号化成光信号，送主控制器的

2．3子模

子模

容

CPU模

模

理

算以及接收由光

送的CPU

采集模主要是由

感

生的制信号，并将光信号化成信号，

器、

容

路以及A／D

路

成。如

送至子模控制器数据理模。光通信模

包括两大部分路，一个是送端口路f如 5所

示)，一个是接收端口路(如 6所示)。送端IZl

3和 4所示。

采用LEM

感器，感器型号LV25．P，

V。

可以准确地采集子模

路由性降

容

，范

路、性光耦

路成。性降

0-600

路将数据理模

来的数据OTX，以光形式

送出去。接收端口路接收主控制器送的光信号，

路以及流／

路由

并将光信号化成信号ORX 送至子模

控

若个阻容期

成，

路可以将0-600 V的高

制器的核心模

行

理。

3子模

容

路

Sub— module

detection circuit

capacitance voltage

Fig．3

万方数据

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