[发明专利]一种地铁能量回馈装置的主从控制系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种地铁能量回馈装置的主从控制系统及其控制方法。

背景技术

地铁能量回馈装置是目前解决地铁运行中由于制动产生的能源消耗问题的主要产品，该装置也能很好的抑制由于列车动能转化为电能导致直流牵引网电压上升危及列车用电安全的危害，积极响应了国家节能减排的号召，大大降低了资源消耗。

目前国内地铁系统主要由750V和1500V两种系统组成，当装置需要使用在不同的电压等级工况中时需要采用不同的选型设计，规格设计，这对于生产和应用来说都面临许多非标准的设计；当前，能量回馈装置又对容量的需求越来越大，尤其对于低电压级的大容量系统，单柜式的设计由于关键器件的容量限制（如IGBT电流等级等）越来越难以满足地铁能量吸收容量的需求，所以模块化的设计是未来发展的趋势。另外，当下市场应用的地铁能量回馈装置控制架构基本采用单系统模式，对于产品的产业化、可兼容性、可拓展性都是比较低的，且不具备冗余功能；或者单一采用独立系统的并联模式实现扩容，虽然具备了冗余功能，但也带来了由于同步性差导致的内部环流，均流性差的风险。

地铁系统中所有的直流母线是相连的，直流侧来源于整流机组，常用的都是基于双闭环控制算法，在模块化的设计中，假如每个模块的PWM存在相位延迟，或者从模块各自独立去控制电压环，势必会面临装置内部环流、均流控制差、同步性低的风险。普通的单控制器系统不能解决多模块的串并联扩容；一般的主从模式，具备了兼容性，但从模块独立采样进行算法控制，生成PWM，又或者主控制器将实时采样的反馈电流统一发送到从模块，从而从模块进行算法控制，生成PWM，这些主从模式都不能很好地解决环流、均流、同步性等问题。对于现有技术采用的控制器（如DSP）来说，若采用主从模式很难实现多个接口的高速光纤通讯，资源限制大，可扩容性小，且串行的流水线操作，可能引起各个模块间的PWM有很大的延迟，这对于地铁模块化能量回馈装置控制要求的PWM高度一致性来说，很难去满足，所以解决装置多模块同步控制这一系列的问题是迫在眉睫的。

现有公开的技术有：专利号CN102231523A用于APF/SVG并联运行的主从控制系统及方法提及了主从控制的模式，该方法使用主控制器采集负载电流信息，提取无功和谐波信息，再根据需要发送给各从控制器，从而控制并联的设备进行有效正确的动态补偿，该系统分别自身进行闭环控制，在地铁系统里直流连接在一起的逆变器工况来说如果各从模块不能保证好的同步性就可能产生内部环流，且该种模式也是不能做到完全保证同步性的；专利号CN 101917148 A 基于高压大功率变频器的主从控制方法，其通过指定多台中的一台变频器为主机，其他各台为从机，从机信号由主机根据其输出指令下发。该控制方法如果应用于多模块的能量回馈装置时，会有主模块与其并联的其他模块存在必然不一致的缺陷发生。另外，该控制方法中指定主机的做法，同样会不利于模块化冗余运行功能的设计。专利号CN200910091191高压链式静止同步补偿器的控制器是一种应用于链式拓扑的中压SVG主从控制方法，该方法特点鲜明解决了链式拓扑需要大量多功率单元的串联，但是功率单元本身功能比较单一，不具备多重可靠保护，且控制系统比较复杂，不太适用于串并联拓扑的模块化能量回馈装置中。

发明内容

1、所要解决的技术问题：

本发明所需要解决的技术问题在于，提供一种地铁能量回馈装置的主从控制系统及其控制方法。本控制系统结构简单，可以实现多重保护，实现控制的同步性，适应于串并联的模块化能量回馈装置。

本方法中采用高速光纤传递使主从控制器的控指令完全一致；控制器均使用了FPGA并行处理芯片，保证了多相算法计算的严格独立、同步性，且其接收指令的传输延时非常小（在1us左右）,从而可有效抑制能量回馈装置各模块间的环流大小。本控制方法可以做到各模块间的冗余运行，由于各模块接收主控信号独立，即当任一模块因内部故障退出时，均不会影响到其他模块的正常运行，另外模块除了本身具有的IGBT驱动保护、过温保护等基本保护外，还增加了CT电流采样进行过流保护，以及具备开关器件保护等保护功能，大大增加了设备的可靠性。本发明提出的基于FPGA控制器的控制方法，应用于模块化的能量回馈装置中，可有效抑制模块间的环流，提高并联模块间信号的一致性，真正实现模块独立、冗余运行，同时，增加模块自身保护功能，大大提高装置的可靠性。

2、技术方案：

一种地铁能量回馈装置的主从控制系统，其特征在于：包括主控制器与从控制器。