[发明专利]一种用于级联整流器的分层控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种用于级联整流器的分层控制方法，包括以下步骤：在上层控制器中产生用以启动所述级联整流器系统的初始参数组；通过所述上层控制器将所初始参数组经由通信链路传输到用于控制级联整流器系统中的各个子模块的各个底层控制器；在所述各个底层控制器中：基于所接收到的初始参数组产生PWM初始调制信号并作为控制指令实时发送给各个子模块，以启动所述级联整流器系统进行工作，同时采集各个子模块被启动后前端输入和后端输出的电压和电流；基于实时检测的电压和电流的值进一步经过控制计算以得到PWM实时调制信号，并采用PWM实时调制信号来控制对应连接的子模块的电压输入。

技术领域

本发明涉及电力电子系统控制领域，应用于能源互联网、高压配电网、电气化铁路牵引行业，具体说涉及一种用于级联整流器的分层控制方法及系统。

背景技术

级联整流器作为电力电子变压器和能源路由器的前端整流环节，广泛应用于电气化铁路牵引场合和能源互联网行业，是现有中高压能量变换的主要设备，与传统钳位型多电平变换器相比，这种级联整流器具有模块化，易拓展，结构简单等优点。

在中高压级联整流器中，子模块之间的协调控制至关重要的。在现有的研究中，主要存在统一调制和模型预测两种控制方法，均是基于集中式框架完成所有的控制目标。在这种情况下，需要一个集中式控制器来采集所有模块的输出电压电流信号、直流侧电容电压信号和并网侧大电网电压信号，并进行处理和给定参考信号，从而实现所有模块的电容电压均衡、模块间有功功率均衡、电网电压频率同步。由于传输信号是交流周期信号，因此需要高带宽通信来完成。

另外，由于采集信息量过大，尤其在一些特高压级联模块个数非常多的情况下，要求集中式控制器具备非常强大的处理能力，因此限制了现有级联整流器的应用规模。同时，由于一个集中式控制器管理所有子模块，当单个子模块存在通信丢包或延时，容易造成整个级联整流器的非正常工作。由于单点故障问题的存在大大影响了整体系统的可靠性。

为了克服集中式控制框架的问题，减少级联整流器对通信带宽的要求、降低对集中式处理器处理能力的过高要求、提高由于通信故障引发整体系统的可靠性等，亟需研究新颖的控制框架以提高级联整流器的灵活性和可靠性，从而推动级联整流器的应用规模并进一步降低其应用成本。

发明内容

针对上述提到的技术问题，本发明提供了一种用于级联整流器系统的分层控制方法，所述控制方法包括以下步骤：

在上层控制器中产生用以启动所述级联整流器系统的初始参数组；

通过所述上层控制器将所述初始参数经由通信链路传输到用于控制所述级联整流器系统中的各个子模块的各个底层控制器，其中，所述各个底层控制器与所述各个子模块对应连接；

在所述各个底层控制器中：基于所接收到的初始参数组产生PWM初始调制信号并作为控制指令实时发送给所述各个子模块，以启动所述级联整流器系统进行工作，同时采集所述各个子模块被启动后前端输入和后端输出的电压和电流；基于实时检测的所述电压和电流的值进一步经过控制计算以得到PWM实时调制信号，并采用所述PWM实时调制信号来控制对应连接的子模块的电压输入；在检测到所述子模块中的所述电压和电流出现异常情况时，自动切断所述子模块与所述系统的连接，并向所述上层控制器发送故障报告消息；

所述上层控制器接收所述故障报告消息，重新产生初始参数组并通过通信链路传输给所述各个底层控制器，以重新分配所述级联整流器系统中剩余的各个整流器子模块所承担的从电网的电压输入。

根据本发明的用于级联整流器的分层控制方法的一个实施例，优选的是，所述初始参数组中包括初始启动电压值、初始启动相角值和额定有功功率参考值。

根据本发明的一个实施例，在上层控制器中产生用以启动所述级联整流器系统的初始参数组中，还包括以下子步骤：

基于所获取的电网上的电压幅值和相角值来生成所述初始启动电压值和初始启动相角值；