[发明专利]一种背靠背有源中点钳位型五电平变频器控制系统

说明书

本发明提出了一种背靠背有源中点钳位型五电平变频器控制系统，包括CPU控制和通信子系统、辅助控制子系统、AD采样子系统、核心控制子系统、单元控制子系统、监视操作子系统和ANPC‑5L一桥臂。CPU控制和通信子系统采用DSP和FPGA架构与其他子系统进行双向通信和数据传输；辅助控制子系统采用FPGA架构与CPU控制和通信子系统相连，将输入信号通过光纤传输给CPU，将CPU发出的信号和AD信号进行处理后输出；AD采样子系统功能单一，AD采样芯片和FPGA组合实现将采集的电压和电流信号传输给CPU；该控制系统控制简单，适用于高压领域，采用的DSP和FPGA架构以及基于EMIF总线的通信能够满足相关的控制算法的实现和高速通信的设计要求，便于在工业中运行。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种背靠背有源中点钳位型五电平变频器控制系统。

背景技术

随着对电机系统高效率，高性能的不断追求，多电平变频器逐渐成为人们研究的热点。多电平变频器控制灵活，电平数输出越多，越能得到接近于正弦波的输出波形。传统的变频器受到功率器件电压等级的限制无法运用在6kV及以上的高电压领域，此外，考虑到变频器电平数越多，其结构越复杂，控制难度越大，所以选择五电平作为高压领域工业应用的对象。工业领域上应用的五电平变频器按照拓扑结构可以分为电容钳位型、H桥级联型、二极管钳位型、模块组合型、层叠式多单元型和有源中点钳位型。有源中点钳位型五电平变频器既可以在运用在高压领域又具有电压等级高、输出功率大、效率高的特点。为了进一步提高有源中点钳位型五电平变频器在工业领域的运行性能，在此基础上提出了一种背靠背有源中点钳位型五电平变频器控制系统。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供了一种背靠背有源中点钳位型五电平变频控制系统,DSP和FPGA架构以及基于EMIF总线的通信能够满足相关的控制算法的实现和高速通信的设计要求。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：一种背靠背有源中点钳位型五电平变频器控制系统，包括CPU控制和通信子系统、辅助控制子系统、AD采样子系统、核心控制子系统、单元控制子系统和监视操作子系统。CPU控制和通信子系统采用DSP和FPGA架构与单元控制子系统和监视操作子系统、核心控制子系统进行双向通信和数据传输；辅助控制子系统采用FPGA架构与CPU控制和通信子系统相连，将输入信号通过光纤传输给CPU，将CPU发出的信号和AD信号进行处理后输出；AD采样子系统功能单一，AD采样芯片和FPGA组合实现将采集的电压和电流信号传输给CPU；核心控制子系统包含整流器和逆变器，实现整流控制和逆变器侧的矢量控制，接收CPU控制和通信子系统的指令又反馈自身的工作状态，同时采用DSP和FPGA架构与单元控制子系统相连实现PWM信号传输；单元控制子系统采用FPGA架构接受核心控制子系统的PWM信号并对其解码，以电信号的形式传输给驱动板，实现各桥臂PWM信号的输出，又通过高速光纤通道协议FCIP(Fibre Channel Frame Over IP)将驱动板故障传输到核心控制子系统；监视操作子系统包含显示器、操作台、PLC和上位机，监视操作子系统与CPU控制和通信子系统通过高速光纤通道协议FCIP(Fibre Channel Frame OverIP)进行数据传输。

优选地，CPU控制和通信子系统采用TI公司的TMS320C6455型数字处理器DSP作为核心处理器，采用XILINX公司的XC6SLX9型FPGA作为协处理器搭建采样数据缓存，实现数据流采集、预处理和缓存功能。DSP内部的CPU模块通过EMIF模块访问外部EMIF总线上设备的存储空间FPGA，实现系统数据的实时性传输。同时FPGA通过高速数据光纤传输协议HSD-FTP外置AD采样控制子系统、辅助控制子系统和核心控制子系统。AD采样控制子系统采集信号输入FPGA进行AD信号处理和16位动态随机存储器IP核集成模块DRAM IP core缓存。DSP在FPGA完成数据处理后通过EMIF接口将数据读入DSP进行控制算法运算，并将结果通过6路DA输出、多路数据通信、CAN总线和RS485接口上传至辅助控制子系统、核心控制子系统、上位机和PLC。