[发明专利]一种大功率双向DC/DC变换电路的控制系统及方法

说明书

一种大功率双向DC/DC变换电路的控制系统及方法，该系统包括顶层控制器D1、FPGA芯片；顶层控制器D1用于计算得到DC/DC变换电路的并网电源端电流、直流母线电压、以及储能端电流，向FPGA芯片发送控制命令；FPGA芯片用于完成效验算法，确保接收数据的正确性；完成DC/DC电路电气量的读取与处理，为占空比计算和能量流动方向提供数据基础；结合能量流动方向，将数据信息发送给PWM信号输出单元，输出单元完成DC/DC变换电路中开关器件的高精度控制信号输出；检测开关器件的故障反馈信息，若开关器件出现故障，则向PWM信号输出电路发出闭锁命令。本发明可有效提高变换电路控制的精确性、快速性，以及稳定性。

技术领域

本发明涉及大功率电力电子变换装置控制技术领域，具体是一种大功率双向DC/DC变换电路的控制系统及方法。

背景技术

随着电力电子器件和控制技术的不断发展，大功率电力电子变换系统在电气驱动、交通运输、电力系统、以及新能源领域均得到了广泛应用。这些系统中，由于存在有功功率的波动，需要设置储能部件，实现平缓系统功率波动，或者节能提效的作用。为了实现储能部件的正常、高效工作，储能部件与系统直流母线之间一般会设置大功率双向DC/DC变换电路，变换电路一端与直流母线连接，一端与储能部件连接，DC/DC变换电路两端电压均可调节控制，由此实现能量在直流母线与储能部件之间的双向流动控制。由于以上系统动态响应速度快、电压高、功率大，因此，对DC/DC变换电路的精确性、快速性，以及稳定性提出了很高的要求，具体如下：

(1)大功率电力电子技术场合，需要检测的电气量、开关量数量较多，而且电力电子器件基于高速开关状态，对控制系统的计算速度和计算量都有较高要。此外，大功率场合的电磁干扰问题较突出，顶层控制器受干扰，有可能会出现短时的重启。因此，需要提出新的方法，解决以上问题。

(2)由于以上问题的存在，加之电力电子器件的开关速度快，因此，要实现系统的精确控制，需要采用新的方式和方法。

(3)大功率系统对安全稳定性要求更高，在控制系统数据传输过程中，需要进一步考虑数据的容错处理。

(4)对于高精度的控制算法，需要系统具备极高的采样率，依靠常规的微处理器，难以满足要求。

(5)此外，由于常规的微处理器，其内部PWM往往已经固化，用户只需要调用即可，而大功率场合，拓扑结构多样，固化的PWM程序难以满足需求，因此，需要采用可自行编程，还有扩展的方式完成PWM控制信号的生成。

(6)由于电力电子器件承受过流的时间及短，往往都是ms级别，而微处理的处理速度和精度，以及灵活能量，都难以满足要求，这也是需要解决的问题。

发明内容

针对以上背景，本发明提出了一种基于FPGA技术的大功率双向DC/DC变换电路全数字化控制方法及系统，可有效提高变换电路控制的精确性、快速性，以及稳定性。

一种大功率双向DC/DC变换电路的控制系统，包括：顶层控制器D1、AD采样电路S₁，开关量输入电路K₁以及与顶层控制器D1、AD采样电路S₁、开关量输入电路K₁通信连接的FPGA芯片；

所述顶层控制器D1用于完成系统的各种电气量与开关量的检测，计算得到DC/DC变换电路的并网电源端电流、直流母线电压、以及储能端电流，向FPGA芯片发送包括并网电源端电流、直流母线电压、以及储能端电流目标参数的控制命令；

所述FPGA芯片，包括：

F₁模块，用于接收顶层控制器D1发送的控制命令，完成控制数据效验与处理，若数据正确，则将数据下发给F₄模块，同时将能量流动方向下发给F₅模块；