專利名稱：基于igct五電平技術(shù)的管線壓縮機(jī)同步電機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電力驅(qū)動(dòng)數(shù)字控制系統(tǒng)，特別地，涉及一種基于集成門極換流晶閘管(Intergrated Gate Commutated Thyristors, IGCT)五電平技術(shù)的管線壓縮機(jī)同步電機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
多電平的基本思想是由多個(gè)電平臺階來合成階梯波，以逼近正弦輸出電壓。電平數(shù)越多，所得到的階梯電平臺階越多，從而越逼近正弦波，諧波成分越少。從理論上講，多電平變換器可以通過合成無窮多個(gè)電平臺階，最終實(shí)現(xiàn)零諧波的輸出。但在實(shí)際應(yīng)用中，由于受到硬件條件和控制復(fù)雜性的制約，通常在滿足性能指標(biāo)的前提下，并不追求過高的電平數(shù)。從目前發(fā)展趨勢看，在油氣工業(yè)中，管線壓縮機(jī)的全電力驅(qū)動(dòng)將替代燃?xì)馔钙津?qū)動(dòng)。數(shù)十MW的大功率壓縮機(jī)需要大容量、高速交流電機(jī)傳動(dòng)。基于IGCT的五電平逆變器(變頻器)在管線壓縮機(jī)電機(jī)傳動(dòng)應(yīng)用中可以實(shí)現(xiàn)高速、大容量、高效、高可靠性、平滑輸出電壓波形的目標(biāo)。傳統(tǒng)的逆變器控制系統(tǒng)的控制信號和反饋信號通常采用模擬信號傳輸，其存在硬件電路復(fù)雜、調(diào)試?yán)щy、編程復(fù)雜和抗干擾性差等缺點(diǎn)。針對基于IGCT技術(shù)的五電平逆變器控制系統(tǒng)，傳統(tǒng)控制系統(tǒng)無論在控制精度還是響應(yīng)速度上都無法滿足要求。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于IGCT五電平技術(shù)的管線壓縮機(jī)同步電機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)，其克服現(xiàn)有的控制系統(tǒng)的不足，對于復(fù)雜運(yùn)算難以達(dá)到高速和高精度要求的缺陷，提供了一種編程方便、響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)和精度高的數(shù)字控制系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于IGCT五電平技術(shù)的管線壓縮機(jī)同步電機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)，其包括主控板、光纖板、VME總線機(jī)箱和若干個(gè)底層單元，其中所述主控板和所述光纖板插在所述VME總線機(jī)箱的背板上，二者之間通過VME總線實(shí)現(xiàn)通訊，所述光纖板與主控板進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成所述每個(gè)底層單元需要的數(shù)據(jù)；所述光纖板與所述底層單元通過光纖連接，所述光纖板具有光纖接收器，以接收所述底層單元發(fā)送的數(shù)據(jù)，所述光纖板通過分析所述主控板發(fā)送的數(shù)據(jù)和所述底層單元發(fā)送的數(shù)據(jù)來確定為所述每個(gè)底層單元分配相應(yīng)的數(shù)據(jù)。根據(jù)上述的基于IGCT五電平技術(shù)的管線壓縮機(jī)同步電機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)，其中，所述光纖板通過光纖頭將數(shù)據(jù)發(fā)送到所述底層單元。根據(jù)上述的基于IGCT五電平技術(shù)的管線壓縮機(jī)同步電機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)，其中，所述主控板包括DSP和FPGA，通過VME總線與其它板卡進(jìn)行通訊。根據(jù)上述的基于IGCT五電平技術(shù)的管線壓縮機(jī)同步電機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)，其中，所述光纖板與所述底層單元交換數(shù)據(jù)采用兩根光纖傳輸，其中，一根光纖控制數(shù)據(jù)的發(fā)送，另一根光纖控制數(shù)據(jù)的接收。根據(jù)上述的基于IGCT五電平技術(shù)的管線壓縮機(jī)同步電機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)，其中，所述底層單元由從控制器、IGCT和直流側(cè)電容組成。進(jìn)一步地，根據(jù)上述的基于IGCT五電平技術(shù)的管線壓縮機(jī)同步電機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)，其中，所述從控制器由FPGA、光纖發(fā)射和接收電路、電壓和電流檢測電路、AD轉(zhuǎn)換電路、溫度檢測電路、IGCT驅(qū)動(dòng)和故障返回電路和IO驅(qū)動(dòng)電路組成，其中，所述電壓和電流檢測電路、所述AD轉(zhuǎn)換電路、所述FPGA和所述IGCT驅(qū)動(dòng)和故障返回電路依次連接，所述光纖發(fā)射和接收電路、所述溫度檢測電路和所述IO驅(qū)動(dòng)電路均連接于所述FPGA上。因此，本發(fā)明的基于IGCT五電平技術(shù)的管線壓縮機(jī)同步電機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)提供了一種基于FPGA的新型模塊化無功補(bǔ)償控制系統(tǒng)，主控板采用DSP+FPGA的架構(gòu)，通過VME總線與光纖板進(jìn)行通訊。光纖板與底層單元通過光纖連接，通過光纖頭將數(shù)據(jù)發(fā)送到底層單元，該控制系統(tǒng)采用模塊化思想，可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行擴(kuò)展，克服了現(xiàn)有的技術(shù)不足，對于復(fù)雜運(yùn)算難以達(dá)到高速和高精度要求的缺陷，控制性能符合五電平逆變器設(shè)備的要求。


圖1為本發(fā)明的基于IGCT五電平技術(shù)的管線壓縮機(jī)同步電機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明中底層單元的從控制器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進(jìn)一步說明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的基于IGCT五電平技術(shù)的管線壓縮機(jī)同步電機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)，其包括主控板1、光纖板2、VME總線機(jī)箱3和若干個(gè)底層單兀4。其中主控板I和光纖板2插在VME總線機(jī)箱3背板上，二者通過VME總線實(shí)現(xiàn)通訊。光纖板2與主控板I進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成每個(gè)底層單元4需要的數(shù)據(jù)；光纖板2與底層單元4通過光纖連接，并由光纖頭將數(shù)據(jù)發(fā)送到底層單元，同時(shí)光纖板2采用具有光纖接收功能的光纖接收器，以接收底層單元4發(fā)送的數(shù)據(jù)。光纖板2通過分析主控板I發(fā)送的數(shù)據(jù)和底層單元4發(fā)送的數(shù)據(jù)來確定為每個(gè)底層單元分配相應(yīng)的數(shù)據(jù)。主控板I采用DSP+FPGA的架構(gòu)，通過VME總線與其它板卡進(jìn)行通訊。主控板I中的DSP完成系統(tǒng)的算法、與FPGA數(shù)據(jù)交換、與上位機(jī)通訊等功能；FPGA主要完成脈沖的分配、與DSP數(shù)據(jù)交換、以及系統(tǒng)的保護(hù)等功能。在主控板I中放置存儲器，其可以作為數(shù)據(jù)交換的緩沖器，還可以在數(shù)據(jù)量比較大的時(shí)候存放重要數(shù)據(jù)。DSP與FPGA互相配合，主控板I完成頂層算法、系統(tǒng)的保護(hù)、子模塊的控制及保護(hù)等功能。主控板I在接收到電網(wǎng)電壓、電流以及每個(gè)底層單元的電壓、電流信號后，計(jì)算系統(tǒng)的給定值，通過控制系統(tǒng)中的光纖板2把信號發(fā)送到底層單元4中，底層單元4接收到信號后，在底層單元4的從控制器中平衡電壓以及輸出相應(yīng)的響應(yīng)電流。主控板I采用運(yùn)算功能較強(qiáng)的FPGA芯片，在FPGA芯片中嵌入數(shù)個(gè)軟核，可以運(yùn)算復(fù)雜算法并與底層單元交換數(shù)據(jù)。主控板I在完成算法后，將計(jì)算出的數(shù)據(jù)通過光纖板傳到底層單元4中的從控制器。光纖板2與底層單元4交換數(shù)據(jù)采用兩根光纖傳輸，一根光纖控制數(shù)據(jù)的發(fā)送，一根光纖控制數(shù)據(jù)的接收。光纖板2采用FPGA控制的方式，通過VME總線與其它板卡通訊。光纖板2中的FPGA主要完成與主控板I之間的數(shù)據(jù)交換，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成每個(gè)底層單元需要的數(shù)據(jù)，通過光纖頭將數(shù)據(jù)發(fā)送到底層單元4，同時(shí)光纖板2具有光纖接收設(shè)施，能接收底層單元4發(fā)送的數(shù)據(jù)，通過分析主控板I發(fā)送的數(shù)據(jù)和底層單元4發(fā)送的數(shù)據(jù)來確定為每個(gè)底層單元分配相應(yīng)的數(shù)據(jù)。VME總線機(jī)箱3采用VME總線通訊協(xié)議，VME通訊協(xié)議中數(shù)據(jù)的傳輸方式采用并行傳輸，有效的保證了傳輸?shù)乃俣?，在VME通訊協(xié)議中采用多個(gè)控制線來確保傳輸數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。VME總線協(xié)議的實(shí)現(xiàn)采用背板的連接方式。底層單元4由從控制器、IGCT和直流側(cè)電容組成。底層單元4主要完成主控板I發(fā)送的控制命令。其中從控制器5采用FPGA與主控板I交換數(shù)據(jù)，從而達(dá)到準(zhǔn)確控制無功補(bǔ)償裝置的目的。底層單元4是輸出正弦電壓波形的最小階梯，同時(shí)底層單元4中必須含有保護(hù)電路，在底層單元4的電容短路或斷路時(shí)可以自動(dòng)切除底層單元，保護(hù)整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。如圖2所示，底層單元4中的從控制器5由FPGA6、光纖發(fā)射和接收電路7、電壓和電流檢測電路8、AD轉(zhuǎn)換電路9、溫度檢測電路10、IGCT驅(qū)動(dòng)和故障返回電路11和IO驅(qū)動(dòng)電路12組成。其中，電壓和電流檢測電路8、AD轉(zhuǎn)換電路9、FPGA6和IGCT驅(qū)動(dòng)和故障返回電路11依次連接，光纖發(fā)射和接收電路7、溫度檢測電路10和IO驅(qū)動(dòng)電路均連接于FPGA6上。光纖發(fā)射和接收電路7用于接收主控板I發(fā)送的數(shù)據(jù)和發(fā)送從控制器5采集和運(yùn)算后的數(shù)據(jù)。AD轉(zhuǎn)換電路9對每個(gè)底層單元4中直流側(cè)電容的直流電壓進(jìn)行采集。溫度檢測電路10采集IGCT的溫度，用于當(dāng)IGCT過溫時(shí)切除驅(qū)動(dòng)信號。IGCT驅(qū)動(dòng)和故障返回電路11用于驅(qū)動(dòng)IGCT的導(dǎo)通和關(guān)斷并接收IGCT的故障信號。IO驅(qū)動(dòng)電路12控制底層模塊的晶閘管。底層單元4的從控制器5主要完成底層IGCT模塊開關(guān)的控制、子模塊的保護(hù)、檢測并控制電容上電壓值，同時(shí)完成與光纖板2的接口。從控制器5需要控制IGCT導(dǎo)通、控制旁路開關(guān)吸合、控制晶閘管、檢測電容電壓、檢測IGCT溫度、IGCT過流、過壓保護(hù)，同時(shí)完成與主控板I通訊。 本發(fā)明的基于FPGA的新型模塊化無功補(bǔ)償控制系統(tǒng)，主控板I采用DSP+FPGA的架構(gòu)，通過VME總線與光纖板2進(jìn)行通訊。光纖板2與底層單元4通過光纖連接，通過光纖頭將數(shù)據(jù)發(fā)送到底層單元4，該控制系統(tǒng)采用模塊化思想，可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行擴(kuò)展，克服了現(xiàn)有的技術(shù)可擴(kuò)展性較差，對于復(fù)雜運(yùn)算難以達(dá)到高速和高精度要求的缺陷，控制性能符合五電平逆變器設(shè)備的要求。以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的較佳具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)無需創(chuàng)造性勞動(dòng)就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思做出諸多修改和變化。因此，凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于IGCT五電平技術(shù)的管線壓縮機(jī)同步電機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)，其特征在于，包括主控板、光纖板、VME總線機(jī)箱和若干個(gè)底層單兀,其中所述主控板和所述光纖板插在所述VME總線機(jī)箱的背板上，二者之間通過VME總線實(shí)現(xiàn)通訊，所述光纖板與主控板進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成所述每個(gè)底層單元需要的數(shù)據(jù)；所述光纖板與所述底層單元通過光纖連接，所述光纖板具有光纖接收器，以接收所述底層單元發(fā)送的數(shù)據(jù)，所述光纖板通過分析所述主控板發(fā)送的數(shù)據(jù)和所述底層單元發(fā)送的數(shù)據(jù)來確定為所述每個(gè)底層單元分配相應(yīng)的數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于IGCT五電平技術(shù)的管線壓縮機(jī)同步電機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)，其特征在于，所述光纖板通過光纖頭將數(shù)據(jù)發(fā)送到所述底層單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于IGCT五電平技術(shù)的管線壓縮機(jī)同步電機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)，其特征在于，所述主控板包括DSP和FPGA，通過VME總線與其它板卡進(jìn)行通訊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于IGCT五電平技術(shù)的管線壓縮機(jī)同步電機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)，其特征在于，所述光纖板與所述底層單元交換數(shù)據(jù)采用兩根光纖傳輸，其中，一根光纖控制數(shù)據(jù)的發(fā)送，另一根光纖控制數(shù)據(jù)的接收。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于IGCT五電平技術(shù)的管線壓縮機(jī)同步電機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)，其特征在于，所述底層單元由從控制器、IGCT和直流側(cè)電容組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于IGCT五電平技術(shù)的管線壓縮機(jī)同步電機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)，其特征在于，所述從控制器由FPGA、光纖發(fā)射和接收電路、電壓和電流檢測電路、AD轉(zhuǎn)換電路、溫度檢測電路、IGCT驅(qū)動(dòng)和故障返回電路和IO驅(qū)動(dòng)電路組成，其中，所述電壓和電流檢測電路、所述AD轉(zhuǎn)換電路、所述FPGA和所述IGCT驅(qū)動(dòng)和故障返回電路依次連接，所述光纖發(fā)射和接收電路、所述溫度檢測電路和所述IO驅(qū)動(dòng)電路均連接于所述FPGA上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于IGCT五電平技術(shù)的管線壓縮機(jī)同步電機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)，其包括主控板、光纖板、VME總線機(jī)箱和若干個(gè)底層單元，其中所述主控板和所述光纖板插在所述VME總線機(jī)箱的背板上，二者之間通過VME總線實(shí)現(xiàn)通訊，所述光纖板與主控板進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成所述每個(gè)底層單元需要的數(shù)據(jù)；所述光纖板與所述底層單元通過光纖連接，所述光纖板具有光纖接收器，以接收所述底層單元發(fā)送的數(shù)據(jù)，所述光纖板通過分析所述主控板發(fā)送的數(shù)據(jù)和所述底層單元發(fā)送的數(shù)據(jù)來確定為所述每個(gè)底層單元分配相應(yīng)的數(shù)據(jù)。本發(fā)明克服了現(xiàn)有的技術(shù)可擴(kuò)展性較差，對于復(fù)雜運(yùn)算難以達(dá)到高速和高精度要求的缺陷，其控制性能符合無功補(bǔ)償設(shè)備的要求。
文檔編號H02P6/00GK103066900SQ20131000229
公開日2013年4月24日 申請日期2013年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月5日
發(fā)明者姜建國, 羅*, 徐亞軍, 潘慶山, 劉賀, 喬樹通 申請人:上海交通大學(xué)