一种直流变压器控制系统及控制方法与流程

1.本发明涉及电力设备控制技术领域，特别涉及一种直流变压器控制系统及控制方法。


背景技术：

2.直流变压器通常采用igbt模块式结构，根据电压等级的不同，包含模块数不同。通常电压等级越高，模块数越多。为了得到较为平滑曲线，模块功率原件开关频率一般都比较高，1秒钟往往开关数千次，上述技术方案对控制器的计算能力和通信速率和频率提出了较高的要求，并给直流变压器控制器带来较大的工作负荷，降低了直流变压器控制器的运行效率。


技术实现要素：

3.本发明实施例的目的是提供一种直流变压器控制系统及控制方法，通过采用中央处理器与模块控制器的两层控制器架构，在保证控制精度的同时，大大降低了通信频率，并降低了对主控制器计算能力的要求，降低了直流变压器主控制器的工作负荷，提高了直流变压器主控制器的运行效率。
4.为解决上述技术问题，本发明实施例的第一方面提供了一种直流变压器控制系统，直流变压器包括若干个功率模块，包括：光纤连接的中央控制器和若干个模块控制器；
5.所述模块控制器与所述功率模块一一对应；
6.所述中央控制器获取所述若干个功率模块的运行数据并得到相应的所述功率模块的调制波；
7.所述中央控制器按照预设周期向所述若干个模块控制器发送控制指令，所述控制指令包括：调制波、功率模块编号和功率模块状态信息；
8.所述模块控制器依据功率模块编号和功率模块状态信息得到三角载波，并将所述三角载波与所述调制波进行对比计算，以得到所述功率模块的控制命令。
9.进一步地，所述模块控制器对所述功率模块状态信息进行遍历计算，得到所述功率模块的故障个数及小于所述功率模块位置编号的所述功率模块故障个数，并计算出所述功率模块三角载波的偏移角度。
10.进一步地，所述功率模块三角载波的偏移角度θ的计算公式为：
11.θ＝(n-x1)*2π/(m-x)；
12.式中，n为子模块对应的模块编号，m为直流变压器模块总个数，x为子模块根据模块状态信息遍历后计算出的故障模块总个数，x1为模块编号小于本模编号故障模块的总个数。
13.进一步地，所述控制指令还包括：用于标识所述功率模块基准相位的同步指令；
14.所述同步指令的下发周期与所述模块控制器产生的载波周期正相关；
15.所述模块控制器在接收到所述同步指令后，将其相应的所述三角载波恢复为初始
状态。
16.进一步地，所述同步指令的下发周期为所述载波周期的整数倍。
17.相应地，本发明实施例的第二方面提供了一种直流变压器控制方法，通过上述任一直流变压器控制系统对直流变压器进行控制，所述直流变压器包括若干个功率模块，包括如下步骤：
18.通过中央控制器获取若干个功率模块的运行数据；
19.依据所述运行数据，计算得到所述功率模块的调制波；
20.将包含所述调制波的所述控制指令发送至相应所述模块控制器；
21.控制所述模块控制器依据所述控制指令中的功率模块编号和功率模块状态信息，得到所述功率模块的三角载波；
22.将所述三角载波与所述调制波进行对比计算，得到所述功率模块的控制命令。
23.进一步地，所述控制指令还包括：同步指令；
24.所述直流变压器控制方法还包括：
25.所述模块控制器接收到所述同步指令后，将其相应的所述三角载波恢复至初始状态。
26.本发明实施例的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
27.通过采用中央处理器与模块控制器的两层控制器架构，在保证控制精度的同时，大大降低了通信频率，并降低了对主控制器计算能力的要求，降低了直流变压器主控制器的工作负荷，提高了直流变压器主控制器的运行效率。
附图说明
28.图1是本发明实施例提供的直流变压器功率模块电路示意图；
29.图2是本发明实施例提供的直流变压器控制系统架构示意图；
30.图3是本发明实施例提供的直流变压器控制方法流程图；
31.图4是本发明实施例提供的直流变压器控制方法逻辑图。
具体实施方式
32.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
33.图1是本发明实施例提供的直流变压器功率模块电路示意图。
34.请参照图1，直流变压器其中一个功率模块，q1-q10为可控开关的功率元器件。其中q9、q10构成高压侧半桥1—b1桥(buck-boost半桥)，q1-q4构成高压侧h桥，q5-q8构成低压侧h桥。中央控制器通过对模块运行参数监视计算产生b1桥的调制波，并下发各功率模块编号及所有功率模块状态信息。
35.图2是本发明实施例提供的直流变压器控制系统架构示意图
36.请参照图2，本发明实施例的第一方面提供了一种直流变压器控制系统，直流变压器包括若干个功率模块，包括：光纤连接的中央控制器和若干个模块控制器。其中，模块控
制器与功率模块一一对应；中央控制器获取若干个功率模块的运行数据并得到相应的功率模块的调制波；中央控制器按照预设周期向若干个模块控制器发送控制指令，控制指令包括：调制波、功率模块编号和功率模块状态信息；模块控制器依据功率模块编号和功率模块状态信息得到三角载波，并将三角载波与调制波进行对比计算，以得到功率模块的控制命令。
37.上述直流变压器控制系统分为两个控制层级，分别是中央控制器和模块控制器。中央控制器与模块控制器之间通过光纤连接。每个模块控制器对应控制一个功率模块。
38.上述直流变压器控制系统通过采用中央处理器与模块控制器的两层控制器架构，在保证控制精度的同时，大大降低了通信频率，并降低了对主控制器计算能力的要求，降低了直流变压器主控制器的工作负荷，提高了直流变压器主控制器的运行效率。
39.具体的，模块控制器对功率模块状态信息进行遍历计算，得到功率模块的故障个数及小于功率模块位置编号的功率模块故障个数，并计算出功率模块三角载波的偏移角度。
40.进一步地，功率模块三角载波的偏移角度θ的计算公式为：
41.θ＝(n-x1)*2π/(m-x)；
42.式中，n为子模块对应的模块编号，m为直流变压器模块总个数，x为子模块根据模块状态信息遍历后计算出的故障模块总个数，x1为模块编号小于本模编号故障模块的总个数。
43.具体的，如表1所示，控制指令包括：帧头、调制波、功率模块编号、功率模块状态信息、其他控制指令及校验。可选的，控制指令还包括：用于标识功率模块基准相位的同步指令；同步指令的下发周期与模块控制器产生的载波周期正相关；模块控制器在接收到同步指令后，将其相应的三角载波恢复为初始状态。
44.进一步地，同步指令的下发周期为载波周期的整数倍。优选的，同步指令的下发周期载波周期的10倍以上。
45.图3是本发明实施例提供的直流变压器控制方法流程图；
46.图4是本发明实施例提供的直流变压器控制方法逻辑图。
47.相应地，请参照图3和图4，本发明实施例的第二方面提供了一种直流变压器控制方法，通过上述任一直流变压器控制系统对直流变压器进行控制，直流变压器包括若干个功率模块，包括如下步骤：
48.s100，通过中央控制器获取若干个功率模块的运行数据。
49.s200，依据运行数据，计算得到功率模块的调制波。
50.s300，将包含调制波的控制指令发送至相应模块控制器。
51.s400，控制模块控制器依据控制指令中的功率模块编号和功率模块状态信息，得到功率模块的三角载波。
52.s500，将三角载波与调制波进行对比计算，得到功率模块的控制命令。
53.上述直流变压器控制方法通过采用中央处理器与模块控制器的两层控制器架构，在保证控制精度的同时，大大降低了通信频率，并降低了对主控制器计算能力的要求，降低了直流变压器主控制器的工作负荷，提高了直流变压器主控制器的运行效率。
54.具体的，模块控制器定时对接收到的功率模块状态信息进行判断，如果与之前状
态不一致，则进行遍历计算；通过遍历得到功率模块故障总个数以及编号小于本功率模块编号的故障模块个数。假设共有m个功率模块，用m个bit位表示功率模块的状态，每个bit位标准对应一个功率模块，模块故障置为1，否则为0，按照功率模块编号顺序排列。
55.根据公式θ＝(n-x1)*2π/(m-x)计算出本功率模块的偏移角度，并生成相应的三角载波，生成的三角载波与调制波进行比较计算得到功率模块的控制指令。
56.进一步地，控制指令还包括：同步指令。因此上述直流变压器控制方法还包括：
57.模块控制器接收到同步指令后，将其相应的三角载波恢复至初始状态。
58.本发明实施例旨在保护一种直流变压器控制系统及控制方法，直流变压器包括若干个功率模块，直流变压器控制系统包括：光纤连接的中央控制器和若干个模块控制器；模块控制器与功率模块一一对应；中央控制器获取若干个功率模块的运行数据并得到相应的功率模块的调制波；中央控制器按照预设周期向若干个模块控制器发送控制指令，控制指令包括：调制波、功率模块编号和功率模块状态信息；模块控制器依据功率模块编号和功率模块状态信息得到三角载波，并将三角载波与调制波进行对比计算，以得到功率模块的控制命令。上述技术方案具备如下效果：
59.通过采用中央处理器与模块控制器的两层控制器架构，在保证控制精度的同时，大大降低了通信频率，并降低了对主控制器计算能力的要求，降低了直流变压器主控制器的工作负荷，提高了直流变压器主控制器的运行效率。
60.应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。