[发明专利]基于CAN总线的直流变压器状态机交互及其控制策略

说明书

本发明公开了一种基于CAN总线的直流变压器状态机交互及其控制策略，构建了直流变压器系统上位机、主控制系统、半桥子单元和全桥整流单元多对象的高速通信网络，并提出了多单元状态机交互策略和状态机控制策略。与传统以太网组网方案相比，本发明所提策略具有更简化的网络结构，更低的成本，在子单元数量较少的场合具有更强的实用性。

技术领域

本发明涉及电气技术领域，具体涉及一种基于CAN总线的直流变压器状态机交互及其控制策略。

背景技术

直流变压器(DC transformer，DCT)作为柔性直流输电系统中配网组建、多电压等级互联以及新能源并网的关键部分，近年来受到了广泛关注。其中，一类采用模块化多电平变换器技术(Modular Multilevel Converter，MMC)的直流变压器具有模块化、易拓展、低电压应力、低传输损耗等优点，在直流输电领域具有良好的应用前景。

图1所示为一种适用于中低压场合的模块化多电平直流变压器。其中，直流变压器的一次侧采用多个半桥子单元的级联结构，二次侧采用全桥整流单元，中间通过一个高频变压器实现电气隔离和功率传输。而如何实现主控制系统和这些众多半桥子单元，全桥整流单元之间的通信交互，是实现MMC稳定运行的关键。目前，对于多控制单元系统通常采用基于TCP/IP协议的以太网通信交互技术。然而，这种方案的组网结构较为复杂、成本高昂，在一些中低成本的应用场合中并不适用。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种基于CAN总线的直流变压器状态机交互及其控制策略，极大减小直流变压器对控制系统软硬件资源需求，在实现主控制系统、半桥子单元和全桥整流单元间高速通信的同时，进一步提升直流变压器性能，具有低成本、高效和稳定等特点。

为实现上述目的，现提出的方案如下：

一种基于CAN总线的直流变压器状态机交互策略，所述直流变压器包括滤波电感L₁、滤波电感L₂、滤波电感L₃、滤波电感L₄、变压器漏感L_T、变压器T、全桥整流单元和半桥子单元SM11到半桥子单元SM4N，总数为4N个；所述半桥子单元包括第一子单元开关管S_{1_i}、第二子单元开关管S_{2_i}和子单元电容C_i，其中下标i为半桥子单元标号，下标i取值为11到4N；所述全桥整流单元包括第一开关管S₁、第二开关管S₂、第三开关管S₃和第四开关管S₄和输出电容C_dc；

所述状态机包括主控制系统状态机、半桥子单元状态机和全桥整流单元状态机；所述交互策略包括上位机与主控制系统之间的通信、主控制系统与半桥子单元之间的通信和主控制系统与全桥整流单元之间的通信，具体为：

(A)基于CAN通讯协议中定义五类功能节点，包括上位机节点、第一主控制系统节点、第二主控制系统节点、半桥子单元节点和全桥整流单元节点；其中，上位机节点配置2个邮箱，地址ID1邮箱用于发送，地址ID2邮箱用于接收；第一主控制系统节点配置4N+1个邮箱，地址ID2邮箱用于发送，地址ID4到地址ID(4N+3)邮箱用于接收；第二主控制系统节点配置2个邮箱，地址ID3邮箱用于发送，地址ID(4N+4)邮箱用于接收；每个半桥子单元节点配置2个邮箱，地址ID2邮箱用于接收，地址IDk邮箱用于发送，标号k取值范围为4到(4N+3)；全桥整流单元节点配置2个邮箱，地址ID(4N+4)邮箱用于发送，地址ID3邮箱用于接收；

(B)定义五种符合CAN总线协议规范的数据帧，分别为上位机数据帧、第一主控制系统数据帧、第二主控制系统数据帧、半桥子单元数据帧和全桥整流单元数据帧；