级联型H桥PWM整流系统及其控制方法与流程

技术特征：

1.级联型H桥PWM整流系统，其特征在于，包括：三相交流电源、信号检测单元、控制单元、隔离驱动单元和整流电路单元；

所述三相交流电源的输出端连接信号检测单元的输入端，所述信号检测单元的输出端连接控制单元的输入端，所述信号控制单元的输出端连接驱动单元的输入端，所述驱动单元的输出端连接整流电路单元的输入端；整流电路单元的输出端连接信号检测单元；

所述信号检测单元采用电流霍尔模块CHB-25NP，实现三相电流检测，霍尔传感器副边电流由电阻R_M进行采样得到电阻R_M两端电压U_M，经过隔离、偏置、低通滤波和嵌位处理后输入到DSP的A/D转换口进行处理；所述信号检测单元的作用是检测出交流侧电感电流、电源电压；

所述控制单元包括核心控制器DSP和现场可编程门阵列FPGA；所述控制单元的作用是实现交流侧三相电流采样、电源电压采样、各级联桥直流侧电容电压采样、电流电压双闭环控制、CPS-SPWM波生成；所述控制部分采用单极倍频调制，令相位为180°的一组正弦调制波和三角波相比较产生PWM波，以控制开关管动作，将调制波v_T与三角载波ν_r相比较，若v_T大于ν_r则T1输出高电平，开关管S1导通，S2关断，反之，S2开通，S1关断；同理，令-ν_T与ν_r比较控制S3，S4状态；

所述隔离驱动单元的作用是将信号经隔离放大来驱动功率管；

所述整流电路单元采用星形接法，每相都采用6个H桥级联的方式，通过电感，直接接入电网。

2.根据权利要求1所述的级联型H桥PWM整流系统，其特征在于，所述信号检测单元，采用电压霍尔模块CHV-50P来检测电源电压和直流侧电容电压。

3.基于权利要求1或2所述的级联型H桥PWM整流系统的控制方法，其特征在于，采用适用于级联H桥多电平变流器的载波相移正弦波脉宽调制策略，即三级控制方式，先控制整体直流侧电压，再控制相间电压平衡，最后控制相内电压平衡，具体步骤为：

步骤a、给定一个直流侧的电压值U_ref，U_ref与实际反馈回来的各级直流侧电压U_dc总和的平均值进行比较，其差值经PI调节器后，得到调节直流侧电压的指令信号I_dref，将I_dref作为有功电流给定信号，进行CHBR直流侧与交流侧的能量交换，从而将U_dc调节至给定值U_ref；

步骤b、采用输出调制波补偿的方法平衡相间电压，U_dca、U_dcb、U_dcc为每相直流侧电容电压的平均值，计算三相直流侧电压平均值U_dc为参考电压，A，B，C各相直流侧电压平均值分别与之作差比较，经PI调节，输出量与实际电流的直流量作差比较，进行PI调节，再分别与三相交流进行倍乘，输出量Δu_cA、Δu_cB、Δu_cC即为相间直流电压变化对调制波的微小调节量；

步骤c、对各相内部电容电压进行平衡控制，通过对各正弦调制波进行微调实现对这些电容电压的控制，所需补偿电压调节信号由系统是发出还是吸收无功决定，若吸收无功，则所补偿电压调节信号应该为正，若发出无功，则所补偿电压调节信号应该为负，经过以上三级控制法控制直流侧电压所需调制比之和，即为最终三相电压调制波u_am、u_bm、u_cm。

4.根据权利要求3所述的级联型H桥PWM整流系统的控制方法，其特征在于，步骤a的具体步骤为：

步骤a1、对DSP系统的工作环境进行配置、系统中相关变量的初始化、各中断的初始化、判断是否开启中断子程序等，接着进入接收和发送数据的循环中，同时等待中断事件的发生，当中断被开启，暂时停止主循环，进入到相应的中断服务子程序中进行各种运算和配置PWM控制信号；

步骤a2、捕获中断子程序检测电网频率，完成数字锁相环，过零检测电路通过检测相电压信号的过零点来开启捕获中断子程序，当捕获中断子程序被开启，读取当前计数器的值同时在此中断子程序中启动定时器T1，并将预置的正弦表指针清零；

步骤a3、通过A/D中断子程序完成直流侧电压样、经过PI调节，得到给定的有功电流信号，无功电流的给定信号为0，然后通过电流内环控制、电压均衡控制及三相调制波的计算，改变开关管的开通时间，从而调节U_dc；

步骤a4、如果信号检测单元检测到系统出现过流现象，则及时将故障信号反馈给核心控制器DSP，通过过流保护电路封锁所有脉冲信号来保护系统硬件电路；如果未检测到过流现象，则执行步骤a5；

步骤a5、当中断完成后，返回主循环，继续等待下一次中断的发生。

5.根据权利要求3所述的级联型H桥PWM整流系统的控制方法，其特征在于，步骤b的具体步骤为：

步骤b1、捕获中断子程序检测电网频率，完成数字锁相环，过零检测电路通过检测相电压信号的过零点来开启捕获中断子程序，当捕获中断子程序被开启，读取当前计数器的值同时在此中断子程序中启动定时器T1，并将预置的正弦表指针清零；

步骤b2、首先计算出程序中给定的三相电压平均值，用A/D中断采样到的每相直流侧电容电压的实际值与给定值相减，差值进行PI调节，然后在通过电流环的PI控制器最终进行电压的平衡；

步骤b3、如果信号检测单元检测到系统出现过流现象，则及时将故障信号反馈给核心控制器DSP，通过过流保护电路封锁所有脉冲信号来保护系统硬件电路；如果未检测到过流现象，则执行步骤b4；

步骤b4、当中断完成后，返回主循环，继续等待下一次中断的发生。

6.根据权利要求3所述的级联型H桥PWM整流系统的控制方法，其特征在于，步骤c的具体步骤为：

步骤c1、捕获中断子程序检测电网频率，完成数字锁相环，过零检测电路通过检测相电压信号的过零点来开启捕获中断子程序，当捕获中断子程序被开启，读取当前计数器的值同时在此中断子程序中启动定时器T1，并将预置的正弦表指针清零；

步骤c2、检测系统的无功量，如果系统在吸收无功，则在A/D中断中，改变开关管的时间，使其进行正向的电压调节，反之则进行负向调节；

步骤c3、如果信号检测单元检测到系统出现过流现象，则及时将故障信号反馈给核心控制器DSP，通过过流保护电路封锁所有脉冲信号来保护系统硬件电路；如果未检测到过流现象，则执行步骤c4；

步骤c4、当中断完成后，返回主循环，继续等待下一次中断的发生。