適用于模塊化多電平變換器的子模塊控制器與上層控制器間的通訊方法
【專利摘要】一種適用于模塊化多電平變換器的子模塊控制器與上層控制器間的通訊方法，所述模塊化多電平變換器由三相六橋臂組成，每相包括上下兩個(gè)橋臂，每個(gè)橋臂包括串聯(lián)的N個(gè)子模塊及一個(gè)交流電抗器，所述的通訊方法是：通過(guò)兩根光纖完成上層控制器和子模塊控制器之間的高速信息交互，其中第一根光纖構(gòu)成上層控制器對(duì)子模塊控制器的信道，上層控制器通過(guò)此信道向子模塊控制器發(fā)送命令信息；第二根光纖構(gòu)成子模塊控制器對(duì)上層控制器的信道，子模塊控制器通過(guò)此信道向上層控制器發(fā)送子模塊電容電壓信息和子模塊狀態(tài)信息；本發(fā)明在不增加子模塊間同步機(jī)制的前提下，實(shí)現(xiàn)了光纖的復(fù)用，將子模塊控制器與上層控制器間的光纖使用量從三根減少到了兩根，節(jié)省了經(jīng)濟(jì)成本以及空間成本，且適用于模塊化多電平變換器系統(tǒng)的三級(jí)控制及兩級(jí)控制方案，具備一定的推廣價(jià)值。
【專利說(shuō)明】適用于模塊化多電平變換器的子模塊控制器與上層控制器間的通訊方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種適用于模塊化多電平變換器(MMC)的子模塊控制器與上層控制器間的通訊方法，屬于電力系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]模塊化多電平變換器(Modular Multilevel Converter, MMC)為一種具有新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的電壓源型變換器。MMC為三相六橋臂變換器，每相由上、下兩個(gè)橋臂構(gòu)成，每個(gè)橋臂由串聯(lián)的N個(gè)子模塊及一個(gè)交流電抗器構(gòu)成，每個(gè)子模塊都是一個(gè)二端口單元但不必局限于半橋或全橋兩種結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的半橋子模塊，即包括兩個(gè)串聯(lián)的帶有反并二極管的絕緣柵雙極型晶體管(IGBT1、IGBT2)構(gòu)成的半橋結(jié)構(gòu)，及一個(gè)與半橋并聯(lián)的電容。
[0003]鑒于MMC不僅保留了傳統(tǒng)的級(jí)聯(lián)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)高度模塊化的特點(diǎn)，并且具有公共的直流母線端子，所以特別適合于高壓直流輸電的場(chǎng)合。但子模塊直流側(cè)電容電壓均衡、相間環(huán)流等問(wèn)題都是制約MMC技術(shù)發(fā)展的瓶頸，且隨著每個(gè)橋臂中子模塊數(shù)目N的不斷增加，系統(tǒng)的控制也變得更為復(fù)雜。
[0004]MMC現(xiàn)在主流的系統(tǒng)控制架構(gòu)可分為三級(jí)控制及兩級(jí)控制兩種。
[0005]三級(jí)控制架構(gòu)適用于子模塊數(shù)較多的MMC系統(tǒng)，包括主控制器(一片主DSP及一片主FPGA)，相控制器(三片F(xiàn)PGA)及子模塊控制器(多片DSP，每片DSP控制一個(gè)子模塊)。主控制器中的主DSP是MMC系統(tǒng)的運(yùn)算及控制算法的核心，主FPGA作為主DSP的外設(shè)，通過(guò)控制總線、數(shù)據(jù)總線、地址總線實(shí)現(xiàn)兩者間的通信和數(shù)據(jù)交換；每片相FPGA分別對(duì)應(yīng)MMC主電路中一相的所有子模塊，實(shí)現(xiàn)子模塊電容電壓均衡策略、完成PWM調(diào)制；子模塊控制器實(shí)現(xiàn)子模塊中上下對(duì)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)死區(qū)的生成、子模塊閉鎖、子模塊旁路、子模塊快速保護(hù)、子模塊電容電壓及狀態(tài)信息(正常/故障)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、上報(bào)。
[0006]兩級(jí)控制架構(gòu)適用于子模塊數(shù)較少的MMC系統(tǒng)，包括主控制器(一片主DSP及一片主FPGA)及子模塊控制器(多片DSP，每片DSP控制一個(gè)子模塊)。與三級(jí)控制的主FPGA相t匕，兩級(jí)控制中的主FPGA還用于實(shí)現(xiàn)子模塊電容電壓均衡策略、完成PWM調(diào)制，將三級(jí)控制中相FPGA的功能移至主FPGA完成，其余控制器的功能均與三級(jí)控制相同。
[0007]但是，無(wú)論是三級(jí)控制還是兩級(jí)控制，每個(gè)子模塊控制器和上層控制器之間均需要多根光纖的連接，分別用于子模塊開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)的傳輸，系統(tǒng)保護(hù)和電壓采樣信息反饋，子模塊數(shù)目N的增加必然帶來(lái)更大的光纖使用量，很不經(jīng)濟(jì)。
[0008]而后又有學(xué)者對(duì)MMC系統(tǒng)三級(jí)控制架構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，上層控制器只向各子模塊控制器傳遞每個(gè)載波周期的占空比信息以及保護(hù)信息，調(diào)制由每個(gè)子模塊控制器直接實(shí)現(xiàn)，雖然將子模塊控制器和上層控制器之間的光纖使用量減少到了兩根，但子模塊間的時(shí)鐘同步問(wèn)題又變得很棘手。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0009]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有的MMC系統(tǒng)級(jí)控制中，光纖使用量較大等不足，提供一種適用于模塊化多電平變換器(MMC)的子模塊控制器與上層控制器間的通訊方法。
[0010]本發(fā)明采用的的技術(shù)方案是:
[0011]本發(fā)明所述的一種適用于模塊化多電平變換器的子模塊控制器與上層控制器間的通訊方法，所述模塊化多電平變換器由三相六橋臂組成，每相包括上下兩個(gè)橋臂，每個(gè)橋臂包括串聯(lián)的N個(gè)子模塊及一個(gè)交流電抗器，每個(gè)子模塊由一個(gè)半橋電路或者全橋電路及一個(gè)電容組成，并由一個(gè)子模塊控制器控制，其特征在于所述的通訊方法是:通過(guò)兩根光纖完成上層控制器和子模塊控制器之間的高速信息交互，其中第一根光纖構(gòu)成上層控制器對(duì)子模塊控制器的信道，上層控制器通過(guò)此信道向子模塊控制器發(fā)送命令信息；第二根光纖構(gòu)成子模塊控制器對(duì)上層控制器的信道，子模塊控制器通過(guò)此信道向上層控制器發(fā)送子模塊電容電壓信息和子模塊狀態(tài)信息。
[0012]所述的上層控制器發(fā)送給子模塊控制器的命令信息分為低頻短脈沖、高頻短脈沖、持續(xù)高電平、持續(xù)低電平，實(shí)現(xiàn)了第一根光纖的功能復(fù)用，且無(wú)需對(duì)各個(gè)子模塊控制器進(jìn)行同步；50Hz至10kHz的低頻短脈沖表示驅(qū)動(dòng)子模塊中開(kāi)關(guān)管正常工作；500kHz至1MHz的高頻短脈沖表示對(duì)子模塊進(jìn)行保護(hù)；持續(xù)高電平表示使子模塊工作在閉鎖狀態(tài)；持續(xù)低電平表示使子模塊處于旁路狀態(tài)。
[0013]所述的子模塊控制器向上層控制器發(fā)送信息的協(xié)議是自定義單工異步串行通信協(xié)議，子模塊正常工作時(shí)，子模塊控制器將子模塊的電容電壓及子模塊的狀態(tài)信息通過(guò)第二根光纖周期性的發(fā)送至上層控制器；子模塊故障時(shí)，子模塊控制器立即對(duì)子模塊實(shí)施保護(hù)并向上層控制器發(fā)送故障信息。
[0014]所述的子模塊控制器向上層控制器發(fā)送信息的串行通信采用地址位模式，單幀數(shù)據(jù)包括1位起始位、8位數(shù)據(jù)位、1位地址位、1位奇偶校驗(yàn)位、1位停止位；若子模塊電容電壓信息為12位V[11:0]，狀態(tài)信息為4位S[3:0]，則子模塊控制器向上層控制器傳送的一組有效信息需要由連續(xù)兩幀信息表示，第一幀數(shù)據(jù)的低四位為狀態(tài)信息，第一幀數(shù)據(jù)的高四位為電壓信息的低四位，第二幀數(shù)據(jù)為電壓信息的高八位，地址位用于區(qū)分有狀態(tài)信息的幀和無(wú)狀態(tài)信息的幀；狀態(tài)信息最高位S[3]用于區(qū)分子模塊故障、正常兩種狀態(tài)，狀態(tài)信息的低三位S[2:0]用于區(qū)分子模塊故障類型。
[0015]所述通訊方法基于如下兩種模塊化多電平變換器的控制架構(gòu):
[0016]A.三層模塊化多電平變換器的控制架構(gòu):由主控制器、相控制器及子模塊控制器構(gòu)成，它適用于子模塊數(shù)較多的模塊化多電平變換器系統(tǒng)；所述的主控制器包括一片主DSP和一片主FPGA ;所述的相控制器包括三片F(xiàn)PGA ;所述的子模塊控制器包括多片DSP，每片DSP控制一個(gè)子模塊；
[0017]B.兩層模塊化多電平變換器的控制架構(gòu):由主控制器和子模塊控制器構(gòu)成，它適用于子模塊數(shù)較少的模塊化多電平變換器系統(tǒng)；其中所述的主控制器包括一片主DSP和一片主FPGA ;所述的子模塊控制器包括多片DSP，每片DSP控制一個(gè)子模塊。
[0018]若將本發(fā)明應(yīng)用于MMC的三級(jí)控制系統(tǒng)中，處于中間層的FPGA需要同步，但即便如此，也遠(yuǎn)比6N個(gè)子模塊間的同步問(wèn)題簡(jiǎn)單。
[0019]本發(fā)明提供了一種適用于模塊化多電平變換器(MMC)子模塊控制器與上層控制器間的通訊方法，在不增加子模塊間同步機(jī)制的前提下，實(shí)現(xiàn)了光纖的復(fù)用，將子模塊控制器與上層控制器間的光纖使用量從三根減少到了兩根，節(jié)省了經(jīng)濟(jì)成本以及空間成本，且適用于MMC系統(tǒng)的三級(jí)控制及兩級(jí)控制，具備一定的推廣價(jià)值。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是本發(fā)明的模塊化多電平變換器MMC系統(tǒng)控制框圖。
[0021]圖2是本發(fā)明實(shí)施例中的模塊化多電平變換器MMC系統(tǒng)三級(jí)控制框圖。
[0022]圖3是本發(fā)明實(shí)施例中的模塊化多電平變換器MMC系統(tǒng)兩級(jí)控制框圖。
[0023]圖4是本發(fā)明實(shí)施例中模塊化多電平變換器MMC單相及子模塊的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。
[0024]圖5是本發(fā)明提供的子模塊控制器對(duì)上層控制器傳送的命令信息的響應(yīng)圖。
[0025]圖6是本發(fā)明實(shí)施例中子模塊控制器與上層控制器間串行通信協(xié)議幀格式。
[0026]圖7是本發(fā)明實(shí)施例中子模塊電容電壓及狀態(tài)信息在兩幀中的分配圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。圖1-7所示，本發(fā)明所述的一種適用于模塊化多電平變換器的子模塊控制器002與上層控制器001間的通訊方法，所述模塊化多電平變換器由三相六橋臂組成，每相包括上下兩個(gè)橋臂，每個(gè)橋臂包括串聯(lián)的N個(gè)子模塊及一個(gè)交流電抗器，每個(gè)子模塊由一個(gè)半橋電路或者全橋電路及一個(gè)電容組成，并由一個(gè)子模塊控制器002控制，其特征在于所述的通訊方法是:通過(guò)兩根光纖完成上層控制器001和子模塊控制器002之間的高速信息交互，其中第一根光纖d構(gòu)成上層控制器001對(duì)子模塊控制器002的信道，上層控制器001通過(guò)此信道向子模塊控制器002發(fā)送命令信息；第二根光纖e構(gòu)成子模塊控制器002對(duì)上層控制器001的信道，子模塊控制器002通過(guò)此信道向上層控制器001發(fā)送子模塊電容電壓信息和子模塊狀態(tài)息。
[0028]本發(fā)明所述的上層控制器001發(fā)送給子模塊控制器002的命令信息分為低頻短脈沖、高頻短脈沖、持續(xù)高電平、持續(xù)低電平，實(shí)現(xiàn)了第一根光纖d的功能復(fù)用，且無(wú)需對(duì)各個(gè)子模塊控制器進(jìn)行同步；50Hz至IOkHz的低頻短脈沖表示驅(qū)動(dòng)子模塊中開(kāi)關(guān)管正常工作；500kHz至IMHz的高頻短脈沖表示對(duì)子模塊進(jìn)行保護(hù)；持續(xù)高電平表示使子模塊工作在閉鎖狀態(tài)；持續(xù)低電平表示使子模塊處于旁路狀態(tài)。
[0029]本發(fā)明所述的子模塊控制器002向上層控制器001發(fā)送信息的協(xié)議是自定義單工異步串行通信協(xié)議，子模塊常工作時(shí)，子模塊控制器002將子模塊的電容電壓及子模塊的狀態(tài)信息通過(guò)第二根光纖e周期性的發(fā)送至上層控制器001 ;子模塊故障時(shí)，子模塊控制器002立即對(duì)子模塊實(shí)施保護(hù)并向上層控制器001發(fā)送故障信息。
[0030]所述的子模塊控制器002向上層控制器001發(fā)送信息的串行通信采用地址位模式，單幀數(shù)據(jù)包括I位起始位、8位數(shù)據(jù)位、I位地址位、I位奇偶校驗(yàn)位、I位停止位；若子模塊電容電壓信息為12位V [11:0]，狀態(tài)信息為4位S [3:0]，則子模塊控制器002向上層控制器001傳送的一組有效信息需要由連續(xù)兩幀信息表示，第一幀數(shù)據(jù)的低四位為狀態(tài)信息，第一幀數(shù)據(jù)的高四位為電壓信息的低四位，第二幀數(shù)據(jù)為電壓信息的高八位，地址位用于區(qū)分有狀態(tài)信息的幀和無(wú)狀態(tài)信息的幀；狀態(tài)信息最高位S[3]用于區(qū)分子模塊故障、正常兩種狀態(tài)，狀態(tài)信息的低三位S[2:0]用于區(qū)分子模塊故障類型。[0031]本發(fā)明所述通訊方法基于如下兩種模塊化多電平變換器的控制架構(gòu):
[0032]A.三層模塊化多電平變換器的控制架構(gòu):由主控制器101、相控制器102及子模塊控制器103構(gòu)成，它適用于子模塊數(shù)較多的模塊化多電平變換器系統(tǒng)；所述的主控制器101包括一片主DSP101-1和一片主FPGA101-2 ;所述的相控制器102包括三片F(xiàn)PGA102-1、102-2、102-3 ;所述的子模塊控制器103包括多片DSP，每片DSP控制一個(gè)子模塊；
[0033]B.兩層模塊化多電平變換器的控制架構(gòu):由主控制器201和子模塊控制器202構(gòu)成，它適用于子模塊數(shù)較少的模塊化多電平變換器系統(tǒng)；其中所述的主控制器201包括一片主DSP201-1和一片主FPGA201-2 ;所述的子模塊控制器202包括多片DSP，每片DSP控制一個(gè)子模塊。
[0034]以下實(shí)施例只用于說(shuō)明本發(fā)明，但不限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0035]實(shí)施例:將本發(fā)明應(yīng)用于模塊化多電平換流器MMC的三級(jí)控制系統(tǒng)中，如圖2所示。所述模塊化多電平換流器MMC為三相六橋臂半橋模塊化多電平換流器。
[0036]如圖4所示，每個(gè)橋臂由串聯(lián)的N個(gè)子模塊及一個(gè)交流電抗器構(gòu)成，所述子模塊包括兩個(gè)串聯(lián)的帶有反并二極管的絕緣柵雙極型晶體管IGBT1、IGBT2組成的半橋結(jié)構(gòu)，及一個(gè)與半橋并聯(lián)的電容。
[0037]MMC三級(jí)控制采用如下控制芯片:主控制器101由一片TMS320系列的DSP，即主DSP101-1和一片Cyclone III系列的現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列器件，即主FPGA101-2構(gòu)成；相控制器102由三片Cyclone III系列的現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列器件構(gòu)成，即相FPGA102-1、102-2、102-3，每片相FPGA分別對(duì)應(yīng)MMC主電路中一相的所有子模塊；每個(gè)子模塊控制器103均為一片TMS320系列的具備簡(jiǎn)單功能的DSP。
[0038]對(duì)本實(shí)例【具體實(shí)施方式】做進(jìn)一步說(shuō)明之前，對(duì)各層控制器間的連接方式及通信協(xié)議做以下定義:主控制器101與相控制器102、子模塊控制器103向上層相控制器102的信息傳遞均采用自定義異步串行通信協(xié)議，信道采用光纖。主控制器101通過(guò)2根光纖b、c與每個(gè)相控制器102進(jìn)行互聯(lián)，共用6根光纖完成兩層控制器間的互聯(lián)；每個(gè)相控制器102通過(guò)2根光纖d、e與每個(gè)子模塊控制器103進(jìn)行互聯(lián)，每個(gè)相控制器102均通過(guò)4N根光纖與相內(nèi)的所有子模塊控制器103互聯(lián)，共用12N根光纖完成兩層控制器間的互聯(lián)。
[0039]主控制器101與相控制器102間的通信實(shí)為FPGA間的通信，數(shù)據(jù)格式較自由，僅規(guī)定三相調(diào)制波為16位。
[0040]上層相控制器102通過(guò)第一根光纖d直接將命令信息發(fā)送給相應(yīng)子模塊，且無(wú)需同步各個(gè)子模塊。如圖5所示，所述命令信息可分為低頻短脈沖、高頻短脈沖、持續(xù)高電平、持續(xù)低電平，實(shí)現(xiàn)了對(duì)光纖d的功能復(fù)用；低頻(50Hz至10kHz)短脈沖表示驅(qū)動(dòng)子模塊中開(kāi)關(guān)管正常工作；高頻(500kHz至1MHz)短脈沖表示對(duì)子模塊進(jìn)行保護(hù)；持續(xù)高電平表示使子模塊工作在閉鎖狀態(tài)即系統(tǒng)處于停機(jī)；持續(xù)低電平表示使冗余子模塊處于旁路狀態(tài)。[0041 ] 上層相控制器102通過(guò)第二根光纖e接收所有子模塊控制器103在單工通信方式下發(fā)送的子模塊電容電壓信息、子模塊狀態(tài)信息。子模塊正常工作時(shí)，子模塊控制器將子模塊電容電壓及子模塊狀態(tài)信息周期性的發(fā)送至上層相控制器102 ;子模塊故障時(shí)，子模塊控制器102立即對(duì)子模塊實(shí)施保護(hù)并向上層控制器101發(fā)送故障信息。
[0042]所述子模塊控制器103向上層相控制器102發(fā)送信息的串行通信協(xié)議采用地址位模式，如圖6所示，單幀數(shù)據(jù)包括1位起始位、8位數(shù)據(jù)位、1位地址位、1位奇偶校驗(yàn)位、1位停止位。子模塊電容電壓信息為12位V[11:0]，狀態(tài)信息為4位S[3:0]，則子模塊控制器103向相控制器102傳送的一組有效信息需由連續(xù)兩幀信息表示，如圖7所示。第一幀數(shù)據(jù)的低四位為狀態(tài)信息，第一幀數(shù)據(jù)的高四位為電壓信息的低四位，第二幀數(shù)據(jù)為電壓信息的高八位，地址位用于區(qū)分有狀態(tài)信息的幀和無(wú)狀態(tài)信息的幀；狀態(tài)信息最高位S[3]用于區(qū)分子模塊故障、正常兩種狀態(tài)，狀態(tài)信息第三位S[2:0]用于區(qū)分子模塊故障類型。
[0043]規(guī)定系統(tǒng)檢測(cè)到故障后，由下層報(bào)送至上層的信息為故障信息，由上層向下層傳遞的、用以保護(hù)正常工作的子模塊的信息為保護(hù)信息。時(shí)序關(guān)系如下:
[0044]A.子模塊控制器103檢測(cè)到子模塊故障，立即對(duì)其實(shí)施保護(hù)，并向所在相的相FPGA102發(fā)送故障信息；
[0045]B.相FPGA102收到故障信息后，向所在相剩余子模塊控制器103發(fā)送保護(hù)信號(hào)(高頻短脈沖)，并通過(guò)光纖c將故障信息向上發(fā)送至主FPGA101-2 ；
[0046]C.主FPGA101-2收到故障信息后，將保護(hù)信息通過(guò)光纖b、d向下傳送至剩余兩個(gè)相FPGA102，兩個(gè)相FPGA102再將保護(hù)信息傳送至各個(gè)子模塊控制器103。
[0047]此外，本發(fā)明還可應(yīng)用于模塊化多電平換流器MMC的兩級(jí)控制系統(tǒng)中，如圖3所示。主控制器201由一片TMS320系列的DSP，即主DSP201-1及一片Cyclone III系列的現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列器件，即主FPGA201-2構(gòu)成；每個(gè)子模塊控制器202均為一片TMS320系列的具備簡(jiǎn)單功能的DSP。除了控制器間的連接方式、故障及保護(hù)信息傳遞的時(shí)序關(guān)系不同外，其余均與三級(jí)控制相同。
[0048]兩級(jí)控制的控制器間的連接方式:主控制器201與子模塊控制器202間的信息傳遞采用自定義異步串行通信協(xié)議，信道采用光纖。主控制器201通過(guò)2根光纖b、c與每個(gè)子模塊控制器202進(jìn)行互聯(lián)，通過(guò)4N根光纖與每相的所有子模塊控制器202互聯(lián)，共用12N根光纖完成控制器間的互聯(lián)。
[0049]兩級(jí)控制的故障及保護(hù)信息傳遞的時(shí)序關(guān)系:
[0050]A.子模塊控制器202檢測(cè)到子模塊故障，立即保護(hù)，并向主FPGA201-2發(fā)送故障信息；
[0051]B.主FPGA201-2收到故障信息后，向所有剩余子模塊控制器202傳送保護(hù)信號(hào)(高頻短脈沖)。
[0052]由以上實(shí)施例子可以看出，與現(xiàn)有的MMC系統(tǒng)級(jí)控制相比，本發(fā)明提供了一種適用于模塊化多電平變換器MMC子模塊控制器與上層控制器間的通訊方法，在不增加子模塊間同步機(jī)制的前提下，實(shí)現(xiàn)了光纖的復(fù)用，將子模塊控制器與上層控制器間的光纖使用量從三根減少到了兩根，節(jié)省了經(jīng)濟(jì)成本以及空間成本，且適用于MMC系統(tǒng)的三級(jí)控制及兩級(jí)控制，具備一定的推廣價(jià)值。
【權(quán)利要求】
1.一種適用于模塊化多電平變換器的子模塊控制器(002 )與上層控制器(OOI)間的通訊方法，所述模塊化多電平變換器由三相六橋臂組成，每相包括上下兩個(gè)橋臂，每個(gè)橋臂包括串聯(lián)的N個(gè)子模塊及一個(gè)交流電抗器，每個(gè)子模塊由一個(gè)半橋電路或者全橋電路及一個(gè)電容組成，并由一個(gè)子模塊控制器(002)控制，其特征在于所述的通訊方法是:通過(guò)兩根光纖完成上層控制器(001)和子模塊控制器(002)之間的高速信息交互，其中第一根光纖(d)構(gòu)成上層控制器(001)對(duì)子模塊控制器(002)的信道，上層控制器(001)通過(guò)此信道向子模塊控制器(002)發(fā)送命令信息；第二根光纖(e)構(gòu)成子模塊控制器(002)對(duì)上層控制器(001)的信道，子模塊控制器(002 )通過(guò)此信道向上層控制器(001)發(fā)送子模塊電容電壓信息和子模塊狀態(tài)信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通訊方法，其特征在于所述的上層控制器(001)發(fā)送給子模塊控制器(002)的命令信息分為低頻短脈沖、高頻短脈沖、持續(xù)高電平、持續(xù)低電平，實(shí)現(xiàn)了第一根光纖(d)的功能復(fù)用，且無(wú)需對(duì)各個(gè)子模塊控制器進(jìn)行同步；50Hz至IOkHz的低頻短脈沖表示驅(qū)動(dòng)子模塊中開(kāi)關(guān)管正常工作；500kHz至IMHz的高頻短脈沖表示對(duì)子模塊進(jìn)行保護(hù)；持續(xù)高電平表示使子模塊工作在閉鎖狀態(tài)；持續(xù)低電平表示使子模塊處于旁路狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通訊方法，其特征在于所述的子模塊控制器(002)向上層控制器(001)發(fā)送信息的協(xié)議是自定義單工異步串行通信協(xié)議，子模塊正常工作時(shí)，子模塊控制器(002)將子模塊的電容電壓及子模塊的狀態(tài)信息通過(guò)第二根光纖(e)周期性的發(fā)送至上層控制器(001);子模塊故障時(shí)，子模塊控制器(002)立即對(duì)子模塊實(shí)施保護(hù)并向上層控制器(001)發(fā)送故障信息。 所述子模塊控制器(002)向上層控制器(001)發(fā)送信息的串行通信協(xié)議采用地址位模式，單幀數(shù)據(jù)包括I位起始位、8位數(shù)據(jù)位、I位地址位、I位奇偶校驗(yàn)位、I位停止位；若子模塊電容電壓信息為12位V [I 1: O]，狀態(tài)信息為4位S [3:0]，則子模塊控制器(002 )向上層控制器(001)傳送的一組有效信息需要由連續(xù)兩幀信息表示，第一幀數(shù)據(jù)的低四位為狀態(tài)信息，第一幀數(shù)據(jù)的高四位為電壓信息的低四位，第二幀數(shù)據(jù)為電壓信息的高八位，地址位用于區(qū)分有狀態(tài)信息的幀和無(wú)狀態(tài)信息的幀；狀態(tài)信息最高位S[3]用于區(qū)分子模塊故障、正常兩種狀態(tài)，狀態(tài)信息的低三位S[2:0]用于區(qū)分子模塊故障類型。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的適用于模塊化多電平變換器的子模塊控制器與上層控制器間的通訊方法，其特征在于所述通訊方法基于如下兩種模塊化多電平變換器的控制架構(gòu): A.三層模塊化多電平變換器的控制架構(gòu):由主控制器(101)、相控制器(102)及子模塊控制器(103)構(gòu)成，它適用于子模塊數(shù)較多的模塊化多電平變換器系統(tǒng)；所述的主控制器(101)包括一片主DSP (101-1)和一片主FPGA (101-2);所述的相控制器(102)包括三片F(xiàn)PGA (102-1、102-2、102-3);所述的子模塊控制器(103)包括多片DSP，每片DSP控制一個(gè)子模塊； B.兩層模塊化多電平變換器的控制架構(gòu):由主控制器(201)和子模塊控制器(202)構(gòu)成，它適用于子模塊數(shù)較少的模塊化多電平變換器系統(tǒng)；其中所述的主控制器(201)包括一片主DSP (201-1)和一片主FPGA (201-2);所述的子模塊控制器(202)包括多片DSP，每片DSP控制一個(gè)子模塊。
【文檔編號(hào)】H02M7/483GK103684014SQ201310711238
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年12月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月20日
【發(fā)明者】謝瑞, 劉盛, 周志超, 徐建國(guó), 高志林, 陳晴, 錢鋒, 徐峰, 楊衛(wèi)星, 丁健 申請(qǐng)人:浙江省電力設(shè)計(jì)院