本实用新型涉及低压有源电力滤波器技术领域，具体地说涉及一种模块化有源电力滤波器交错并联控制系统。
背景技术：
低压有源电力滤波器（APF,ActivePowerFilter）在许多低压大功率的应用场合，常采用模块化设计，用相同或不同容量规格的功率模块并联构成大功率系统运行。同时模块化的设计能快速丰富产品的系列，便于产品的后期维护与更换。
采用模块化分布式控制的系统，若简单的将功率模块并联在一起，不能充分发挥模块化的优点。由于系统输出的电流是两个功率模块输出电流的叠加，而功率模块输出电流的波形质量与功率模块的PWM调制频率直接相关。常用的PWM控制是利用冲量相等原理，最终保障的是一个开关周期的平均电压。因此，可考虑将多个功率模块的PWM调制载波互差π/n，从而使一个开关周期输出的平均电流更加准确，间接的提高了并联模块的开关频率。
当前，适用于模块化有源电力滤波器的控制系统大都采用两种方案：
1、集中式控制系统，即多个功率模块采用同一个控制板。该方案较容易实现上文所提到的交错并联控制，但由于一个集中控制的控制板要控制多个功率模块，导致该方案控制板设计非常复杂，这种方案背离了模块化设计的初衷，控制板的故障会导致整个系统的瘫痪。又由于并联功率模块的数量不定，导致在不同的应用场合需要开发多个版本的控制板；
2、分布式控制系统，即每个功率模块采用一个独立的模块控制板，控制板设计相较集中式大为简化，功率模块的切入与退出对其他功率模块的影响较小，这更加适用于模块化的初衷。但由于交错并联控制的需要，控制板与控制板之间需要较高速度的协调，传统的控制板间通讯复杂，难以满足此种控制的需要。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于提供一种模块化有源电力滤波器交错并联控制系统，对当前的分布式控制系统进行了改进，以克服上述现有技术的缺陷。
为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是：
一种模块化有源电力滤波器交错并联控制系统，包括一个上位控制器、若干个功率模块和若干个模块控制板，若干个该功率模块连接在电网与负载之间的公共连接点处；所述模块控制板和功率模块相匹配，该上位控制器与若干个模块控制板分别连接，所述功率模块和模块控制板对应分别连接；每一个所述模块控制板内置有模拟量采集模块、通信模块、PWM调理模块、数字输出模块、嵌入式处理器、光纤同步模块，所述模拟量采集模块、通信模块、PWM调理模块、数字输出模块、光纤同步模块分别与嵌入式处理器连接；所述模块控制板包括一个主控板和若干个从控板，所述主控板的光纤同步模块为发射端，所述从控板的光纤同步模块为接收端，所述主控板的光纤同步模块与从控板的光纤同步模块通过同步信号分别连接。
作为对上述技术方案的改进，公共连接点处的三相电网电压通过电压互感器后连接到模拟量采集模块输入端，功率模块的三相输出电流通过电流霍尔传感器后连接到模拟量采集模块输入端，功率模块的直流母线电压通过直流电压霍尔传感器后连接到模拟量采集模块输入端，三相负载电流通过电流互感器后连接到模拟量采集模块输入端。模拟量采集模块输出端连接模块控板板中嵌入式处理器的localbus总线上。
作为对上述技术方案的改进，通讯模块的输入端连接上位控制器的输出端，通讯模块的输出端连接到嵌入式处理器的SCI通讯端口。
作为对上述技术方案的改进，光纤同步模块的输入端采用菊花链模式与其他模块控制板的光纤同步模块串联在一起，光纤同步模块的输出端连接到嵌入式处理器的外部中断IO口上。
作为对上述技术方案的改进，数字输入输出模块的输入端连接到嵌入式处理器的普通IO口上，数字输入输出模块的输出端连接到功率模块中的接触器及温度继电器上。
作为对上述技术方案的改进，模块控制板中的模拟量采集模块负责采集有源电力滤波器控制所用的模拟量，并将其转化为数字信号发送给嵌入式处理器；该模拟量采集模块采集的模拟量包括：公共连接点处的三相电网电压，功率模块的三相输出电流，功率模块的直流母线电压，三相负载电流。
作为对上述技术方案的改进，所述上位控制器与通信模块通过RS485通讯连接，所述通信模块通过SCI总线与嵌入式处理器连接。
作为对上述技术方案的改进，所述模块控制板具有独立的编号，其中最小编号的模块控制板为主近板。
作为对上述技术方案的改进，所述嵌入式处理器为数字信号处理器TMS320F28335。
所述模块控制板直接控制数字与模拟信号采集、数据运算、继电器控制、PWM触发信号输出；所述上位控制器为人机交互系统，方便操作人员对各功率模块的模块控制板进行操作与设置。同时，上位控制器方便操作人员对整套系统的运行情况进行监控。
模块控制板包括：模拟量采集模块、通讯模块、PWM调理模块、光纤同步模块、嵌入式处理器、数字输入输出模块。每个功率模块均配有相同结构的模块控制板，每个功率模块的模块控制板均具有独立的编号。
系统的交错并联控制，需由模块控制板和上位控制器同时参与。停机状态下，上位控制器给各个功率模块的模块控制板分配主从状态，模块控制板接收到主从状态分配后，存储到嵌入式处理器的内存中。编号最小的模块控制板为主控板，该模块控制板负责光纤同步模块信号的发送，其他的模块控制板为从控制板，从控制板通过光纤同步模块接收同步信号。系统开机运行后，上位控制板对个模块控制板下达启动、停机、复位指令，不直接参与各模块控制板的运算控制。
公共连接点处的三相电网电压通过电压互感器后连接到模拟量采集模块输入端，功率模块的三相输出电流通过电流霍尔传感器后连接到模拟量采集模块输入端，功率模块的直流母线电压通过直流电压霍尔传感器后连接到模拟量采集模块输入端，三相负载电流通过电流互感器后连接到模拟量采集模块输入端。模拟量采集模块输出端连接模块控板板中嵌入式处理器的localbus总线上；通讯模块的输入端连接上位控制器的输出端，通讯模块的输出端连接到嵌入式处理器的SCI通讯端口；光纤同步模块的输入端采用菊花链模式与其他模块控制板的光纤同步模块串联在一起，光纤同步模块的输出端连接到嵌入式处理器的外部中断IO口上；数字输入输出模块的输入端连接到嵌入式处理器的普通IO口上，数字输入输出模块的输出端连接到功率模块中的接触器及温度继电器上。
模块控制板中的模拟量采集模块主要负责采集有源电力滤波器控制所用的模拟量，并将其转化为数字信号发送给嵌入式处理器。模拟量采集模块采集的模拟量包括：公共连接点处的三相电网电压，功率模块的三相输出电流，功率模块的直流母线电压，三相负载电流。
模块控制板中的通讯模块主要负责接收上位控制器的控制指令，并将接收到的指令信息发送给嵌入式处理器。同时，通讯模块还要负责将接收嵌入式处理器的反馈信息，将功率模块的相关数据发送给上位控制器进行显示。通讯模块与上位控制器的通讯方式采用RS485通讯。通讯模块与嵌入式处理器的通讯采用SCI通讯。
PWM调理模块主要负责将嵌入式控制器输出的PWM信号进行放大。增大嵌入式控制器输出PWM的电压，提高嵌入式控制器的输出带载能力。
数字输入输出模块负责具体实施嵌入式控制器对功率模块中继电器、接触器的开关控制，反馈功率模块中温度继电器、接触器的状态。
光纤同步模块的主要作用是同步每个模块控制板的PWM触发时刻，以便每个模块控制板之间的载波可在同一基准下进行延时。光纤同步模块采用光纤进行触发同步，光纤的采用可较好的避免信号的电磁干扰，使得同步信号更加的可靠。同步信号由编号最小的模块控制板发出，其他功率模块的模块控制板接收该同步信号后，根据自身模块控制板的编号进行载波移相。
嵌入式处理器为模块控制板的运算核心，采用美国TI公司生产的数字信号处理器TMS320F28335。当操作人员通过上位控制器启动系统，上位控制器发送启动指令给通讯模块，通讯模块通过SCI总线发送启动系统指令给嵌入式处理器，之后嵌入式处理器通过数字输入输出模块输出控制信号，闭合功率模块中的接触器，嵌入式处理器综合计算模拟量采集模块采集相关模拟量以及光纤同步模块发送的同步信号，计算出功率模块所需的调制波。控制PWM调理模块将最终生成PWM触发信号控制功率模块中的半导体开关元件。最后，嵌入式处理器通过SCI总线将系统运行状态发送给通讯模块，由通讯模块通过RS485总线发送给上位控制器显示；当操作人员通过上位控制器关闭系统，上位控制器发送停机指令通讯模块，通讯模块通过SCI总线发送启动系统指令给嵌入式处理器，之后嵌入式处理器停止PWM调理模块的PWM触发信号，同时通过数字输入输出模块断开功率模块中的接触器，数字输入输出模块采集功率模块中的接触器状态，反馈给嵌入式处理器。最后，嵌入式处理器通过SCI总线将停机状态发送给通讯模块，由通讯模块通过RS485总线发送给上位控制器。
上位控制器为人机交互，其负责开、停机操作，方便人员监控设备的状态。同时，上位控制器设置各功率模块的模块控制板在交错并联控制时所起的作用：编号最小的模块控制板为主控制板，其他功率模块的模块控制板为从控制板。主从控制板的设置在设备停机的状态下进行，上位控制器并不会直接参与到各模块控制板调制时的交错控制，从而可大大减小了各模块控制板交错控制时的通讯时间，保障了模块化有源电力滤波器交错并联控制的可靠性。
与现有技术相比，本实用新型所取得的有益效果是：
本实用新型的模块化有源电力滤波器交错并联控制系统，1、每个功率模块配备一套完全相同的模块控制板，控制板复杂度降低；2、模块控制板间较为独立，可实现每个功率模块的独立运行，便于功率模块的扩展；3、采用简单的同步控制方式，避免模块控制板间的复杂通讯，同步速度快，可靠性高；4、可在独立完成有源电力滤波器相关功能的同时，较好的实现功率模块间的交错并联控制。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型技术作进一步详细说明。
如图1所示，本实用新型的模块化有源电力滤波器交错并联控制系统，包括一个上位控制器8、若干个功率模块9和若干个模块控制板1，若干个该功率模块9连接在电网10与负载11之间的公共连接点13处；所述模块控制板1和功率模块9相匹配，该上位控制器8与若干个模块控制板1分别连接，所述功率模块9和模块控制1板对应分别连接；每一个所述模块控制1板内置有模拟量采集模块2、通信模块3、PWM调理模块4、数字输出模块7、嵌入式处理器6、光纤同步模块5，所述模拟量采集模块2、通信模块3、PWM调理模块4、数字输出模块7、光纤同步模块5分别与嵌入式处理器6连接；所述模块控制板1包括一个主控板和若干个从控板，所述主控板的光纤同步模块为发射端，所述从控板的光纤同步模块为接收端，所述主控板的光纤同步模块与从控板的光纤同步模块通过同步信号分别连接。
作为对上述技术方案的改进，公共连接点处13的三相电网电压通过电压互感器后连接到模拟量采集模块2输入端，功率模块9的三相输出电流14通过电流霍尔传感器后连接到模拟量采集模块2输入端，功率模块9的直流母线电压通过直流电压霍尔传感器后连接到模拟量采集模块2输入端，三相负载电流12通过电流互感器后连接到模拟量采集模块2输入端。模拟量采集模块2输出端连接模块控板板1中嵌入式处理器6的localbus总线上。
作为对上述技术方案的改进，通讯模块3的输入端连接上位控制器8的输出端，通讯模块3的输出端连接到嵌入式处理器6的SCI通讯端口。
作为对上述技术方案的改进，光纤同步模块5的输入端采用菊花链模式与其他模块控制板的光纤同步模块5串联在一起，光纤同步模块5的输出端连接到嵌入式处理器6的外部中断IO口上。
作为对上述技术方案的改进，数字输入输出模块7的输入端连接到嵌入式处理器6的普通IO口上，数字输入输出模块6的输出端连接到功率模块9中的接触器及温度继电器上。
作为对上述技术方案的改进，模块控制板1中的模拟量采集模块2负责采集有源电力滤波器控制所用的模拟量，并将其转化为数字信号发送给嵌入式处理器；该模拟量采集模块2采集的模拟量包括：公共连接点处的三相电网电压，功率模块的三相输出电流，功率模块的直流母线电压，三相负载电流。
作为对上述技术方案的改进，所述上位控制器8与通信模块3通过RS485通讯连接，所述通信模块3通过SCI总线与嵌入式处理器6连接。
作为对上述技术方案的改进，所述模块控制板1具有独立的编号，其中最小编号的模块控制板1为主近板。
作为对上述技术方案的改进，所述嵌入式处理器6为数字信号处理器TMS320F28335。
作为对上述技术方案的改进，所述模块控制板1直接控制数字与模拟信号采集、数据运算、继电器控制、PWM触发信号输出；
作为对上述技术方案的改进，所述上位控制器8为人机交互系统，方便操作人员对各功率模块的模块控制板进行操作与设置。同时，上位控制器方便操作人员对整套系统的运行情况进行监控。
模块控制板1包括：模拟量采集模块2、通讯模块3、PWM调理模块4、光纤同步模块5、嵌入式处理器6、数字输入输出模块7。每个功率模块9均配有相同结构的模块控制板1，每个功率模块9的模块控制板均具有独立的编号。
系统的交错并联控制，需由模块控制板和上位控制器同时参与。停机状态下，上位控制器给各个功率模块的模块控制板分配主从状态，模块控制板接收到主从状态分配后，存储到嵌入式处理器的内存中。编号最小的模块控制板为主控板，该模块控制板负责光纤同步模块信号的发送，其他的模块控制板为从控制板，从控制板通过光纤同步模块接收同步信号。系统开机运行后，上位控制板对个模块控制板下达启动、停机、复位指令，不直接参与各模块控制板的运算控制。
公共连接点处的三相电网电压通过电压互感器后连接到模拟量采集模块输入端，功率模块的三相输出电流通过电流霍尔传感器后连接到模拟量采集模块输入端，功率模块的直流母线电压通过直流电压霍尔传感器后连接到模拟量采集模块输入端，三相负载电流通过电流互感器后连接到模拟量采集模块2输入端。模拟量采集模块2输出端连接模块控板板中嵌入式处理器的localbus总线上；通讯模块的输入端连接上位控制器的输出端，通讯模块的输出端连接到嵌入式处理器的SCI通讯端口；光纤同步模块的输入端采用菊花链模式与其他模块控制板的光纤同步模块串联在一起，光纤同步模块的输出端连接到嵌入式处理器的外部中断IO口上；数字输入输出模块的输入端连接到嵌入式处理器的普通IO口上，数字输入输出模块的输出端连接到功率模块中的接触器及温度继电器上。
模块控制板1中的模拟量采集模块2主要负责采集有源电力滤波器控制所用的模拟量，并将其转化为数字信号发送给嵌入式处理器6。模拟量采集模块2采集的模拟量包括：公共连接点13处的三相电网电压，功率模块9的三相输出电流14，功率模块9的直流母线电压，三相负载电流12。
模块控制板1中的通讯模块3主要负责接收上位控制器8的控制指令，并将接收到的指令信息发送给嵌入式处理器6。同时，通讯模块3还要负责将接收嵌入式处理器6的反馈信息，将功率模块9的相关数据发送给上位控制器8进行显示。通讯模块3与上位控制器8的通讯方式采用RS485通讯。通讯模块3与嵌入式处理器6的通讯采用SCI通讯。
PWM调理模块4主要负责将嵌入式控制器6输出的PWM信号进行放大。增大嵌入式控制器6输出PWM的电压，提高嵌入式控制器6的输出带载能力。
数字输入输出模块7负责具体实施嵌入式控制器6对功率模块9中继电器、接触器的开关控制，反馈功率模块9中温度继电器、接触器的状态。
光纤同步模块5的主要作用是同步每个模块控制板的PWM触发时刻，以便每个模块控制板之间的载波可在同一基准下进行延时。光纤同步模块5采用光纤进行触发同步，光纤的采用可较好的避免信号的电磁干扰，使得同步信号更加的可靠。同步信号由编号最小的模块控制板1发出，其他功率模块9的模块控制板1接收该同步信号后，根据自身模块控制板1的编号进行载波移相。
嵌入式处理器6为模块控制板1的运算核心，采用美国TI公司生产的数字信号处理器TMS320F28335。当操作人员通过上位控制器8启动系统，上位控制器8发送启动指令给通讯模块3，通讯模块3通过SCI总线发送启动系统指令给嵌入式处理器6，之后嵌入式处理器6通过数字输入输出模块7输出控制信号，闭合功率模块9中的接触器，嵌入式处理器6综合计算模拟量采集模块2采集相关模拟量以及光纤同步模块5发送的同步信号，计算出功率模块9所需的调制波。控制PWM调理模块4将最终生成PWM触发信号控制功率模块9中的半导体开关元件。最后，嵌入式处理器6通过SCI总线将系统运行状态发送给通讯模块3，由通讯模块3通过RS485总线发送给上位控制器8显示；当操作人员通过上位控制器8关闭系统，上位控制器8发送停机指令通讯模块3，通讯模块3通过SCI总线发送启动系统指令给嵌入式处理器6，之后嵌入式处理器6停止PWM调理模块4的PWM触发信号，同时通过数字输入输出模块7断开功率模块9中的接触器，数字输入输出模块7采集功率模块9中的接触器状态，反馈给嵌入式处理器6。最后，嵌入式处理器6通过SCI总线将停机状态发送给通讯模块3，由通讯模块3通过RS485总线发送给上位控制器8。
上位控制器8为人机交互，其负责开、停机操作，方便人员监控设备的状态。同时，上位控制器8设置各功率模块9的模块控制板1在交错并联控制时所起的作用：编号最小的模块控制板1为主控制板，其他功率模块9的模块控制板1为从控制板。主从控制板的设置在设备停机的状态下进行，上位控制器8并不会直接参与到各模块控制板1调制时的交错控制，从而可大大减小了各模块控制板1交错控制时的通讯时间，保障了模块化有源电力滤波器交错并联控制的可靠性。
与现有技术相比，本实用新型所取得的有益效果是：
本实用新型的模块化有源电力滤波器交错并联控制系统，1每个功率模块配备一套完全相同的模块控制板，控制板复杂度降低；2模块控制板间较为独立，可实现每个功率模块的独立运行，便于功率模块的扩展；3采用简单的同步控制方式，避免模块控制板间的复杂通讯，同步速度快，可靠性高；4可在独立完成有源电力滤波器相关功能的同时，较好的实现功率模块间的交错并联控制。