阅读说明：本技术 一种应用于电力电子变压器的pwm载波同步方法 (PWM carrier synchronization method applied to power electronic transformer ) 是由 范建华 徐鹏飞 李鸿儒 金绍华 李健勋 王庆园 刘玉林 辛维蕾 张建 李伟 吴雪 于 2020-05-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种应用于电力电子变压器的PWM载波同步方法,属于电力电子变压器控制领域。该方法包括,控制单元FPGA以自身时基作为输入级子模块和隔离级DC-DC模块PWM周期计数器时基,分别在PWM周期计数特定时刻生成所需同步脉冲信号,并编码为同步K码字节发送至相应模块；输入级子模块接收到同步K码字节后解码为同步脉冲信号,进行载波计数寄存器更新,实现输入级子模块载波同步。隔离级DC-DC模块接收到同步K码字节后转换为相应的同步脉冲信号,并对载波计数寄存器进行更新,完成隔离级DC-DC模块载波同步。该方法实现了控制单元FPGA、输入级子模块和隔离级DC-DC模块的载波全同步功能,降低了系统硬件复杂度及成本,保证了系统稳定运行。(The invention discloses a PWM carrier synchronization method applied to a power electronic transformer, and belongs to the field of control of power electronic transformers. The method comprises the steps that a control unit FPGA takes a self time base as the time base of a PWM period counter of an input stage submodule and an isolation stage DC-DC module, generates required synchronous pulse signals at specific PWM period counting moments respectively, codes the signals into synchronous K code bytes and sends the synchronous K code bytes to corresponding modules; and the input stage submodule receives the synchronous K code byte and then decodes the synchronous K code byte into a synchronous pulse signal, and updates a carrier counting register to realize the carrier synchronization of the input stage submodule. And the isolation level DC-DC module receives the synchronous K code byte and converts the synchronous K code byte into a corresponding synchronous pulse signal, and updates a carrier counting register to complete carrier synchronization of the isolation level DC-DC module. The method realizes the carrier full-synchronization function of the control unit FPGA, the input stage submodule and the isolation stage DC-DC module, reduces the complexity and cost of system hardware, and ensures the stable operation of the system.)

一种应用于电力电子变压器的PWM载波同步方法

技术领域

本发明涉及电力电子变压器控制领域，尤其涉及一种应用于电力电子变压器的PWM载波同步方法。

背景技术

电力电子变压器是利用电力电子变换技术和电磁感应原理实现电力系统中电压变换和能量传递的新型智能变压器，其设计思想是用高频变压器代替工频变压器。电力电子变压器作为综合能源管理节点，不仅可以实现电压等级变换、输入输出间电气隔离、能量传递等功能，还具有新能源并网、谐波治理、无功补偿、电网互联等功能。因此电力电子变压器可广泛应用于多元分布式可再生能源接入、智能微网、配电系统以及能源互联网等领域，对于改善电网电能质量，提高综合能源利用率，增强系统柔性接入与灵活组网能力都具有重要意义。

基于MMC(Modular Multilevel Converter，模块化多电平)的三级型电力电子变压器广泛应用在高压直流输配电领域，具有模块数量和电压等级灵活可调、多端口接入等优点。其控制单元与功率单元间采用光纤媒介以满足电气隔离通信的目的，若系统功率单元间PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)载波的时刻不同，会导致三相并网电流发生畸变，甚至引发系统过流故障，因此功率单元间PWM载波同步在电力电子变压器系统功能实现中起着关键作用。

传统的光纤同步方法，一种是采用增加额外连接线传输同步信号，增加了布线的难度及成本，二是采用模拟电路提取光纤时钟作为PWM载波计数时基实现同步，增加了硬件复杂度，同时对干扰抑制方面也提出较大的挑战。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提出一种应用于电力电子变压器的PWM载波同步方法，以解决传统光纤同步方法中硬件设计复杂和成本增加的问题，能够降低成本，简化硬件设计复杂度。

为实现上述目的，本发明提出了一种应用于电力电子变压器的PWM载波同步方法，其特征在于，包含如下步骤：

步骤1：控制单元FPGA以自身时基作为输入级子模块载波移相PWM周期计数器和隔离级DC-DC模块PWM周期计数器时基，分别在PWM周期计数特定时刻生成所需同步脉冲信号，按照8B/10B编码规则编码生成同步K码字节，发送至相应的输入级子模块和隔离级DC-DC模块；

步骤2：输入级子模块接收到控制单元FPGA发送的同步K码字节后解码转换为同步脉冲信号；

步骤3：输入级子模块根据同步脉冲信号将PWM载波计数寄存器更新为补偿值，以此实现输入级子模块PWM载波同步；

步骤4：隔离级DC-DC模块接收到控制单元FPGA发送的同步K码字节后解码转换为同步脉冲信号；

步骤5：同步脉冲信号将PWM载波计数寄存器更新为补偿值，从而实现隔离级DC-DC模块PWM载波同步，进而实现了电力电子变压器系统的PWM全同步功能；

所述控制单元FPGA在输入级子模块载波移相PWM周期结束时刻生成其所需同步脉冲信号，在隔离级DC-DC模块PWM周期结束时刻生成所需同步脉冲信号，两种同步脉冲信号按照8B/10B编码规则生成不同同步K码字节，分别发送至输入级子模块和隔离级DC-DC模块。

所述输入级子模块通过光纤接收到控制单元FPGA发送的同步K码字节，经过解码转换为同步脉冲信号，依据同步脉冲信号更新输入级子模块载波PWM计数寄存器，完成对输入级的载波信号同步。

所述隔离级DC-DC模块通过光纤接收到控制单元发送的同步K码字节，解码转换为相应的同步脉冲信号，依据同步脉冲信号来更新隔离级DC-DC载波PWM计数寄存器，实现隔离级的载波信号同步。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定

图1为本发明应用于电力电子变压器的PWM载波同步方法的电力电子变压器拓扑结构图

图2为本发明应用于电力电子变压器的PWM载波同步方法的电力电子变压器系统控制框图

图3为本发明应用于电力电子变压器的PWM载波同步方法的电力电子变压器载波同步控制流程图

具体实施方式

以下，结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的描述。应该指出的是下面说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围以及其应用。

如图1所示为电力电子变压器拓扑结构图，由输入级、隔离级和输出级三级拓扑构成。

如图2所示为电力电子变压器系统控制图，控制单元FPGA生成同步信号脉冲，并将其编码后分别发送至输入级子模块和隔离级DC-DC模块。

如图3所示为系统PWM载波同步控制流程图，图3中所述方法如下：

步骤1：控制单元FPGA在每个输入级子模块载波移相PWM周期计数特定时刻、隔离级DC-DC模块载波PWM周期计数特定时刻分别生成同步脉冲信号，利用8B/10B编码规则将同步脉冲信号编码生成同步K码字节，通过光纤分别发送至输入级子模块和隔离级DC-DC模块；

具体地说，控制单元FPGA在输入级子模块载波移相周期寄存器计数特定时刻生成载波移相PWM同步脉冲信号，将同步脉冲信号编码为K28.2同步K码字节，通过光纤发送至输入级子模块。在隔离级DC-DC模块载波周期寄存器计数到特定时刻，生成所需的载波PWM同步脉冲信号并编码为K28.6同步K码字节后发送至隔离级DC-DC模块。

步骤2：隔离级子模块在接收到光纤传送的同步K码字节后解码为载波移相PWM同步脉冲信号；

步骤3：输入级子模块根据同步脉冲信号将PWM载波计数寄存器更新为补偿值，以此实现输入级子模块PWM载波同步；

具体地说，输入级子模块通过光纤接收到控制单元FPGA发送的K28.2同步K码字节，通过查表将其转换为对应的同步脉冲信号，并依据同步脉冲信号将PWM载波计数寄存器更新为补偿值，实现输入级子模块PWM载波同步。

步骤4：隔离级DC-DC模块接收到光纤传送的同步K码字节后解码为同步脉冲信号；

步骤5：同步脉冲信号将PWM载波计数寄存器更新为补偿值，从而实现隔离级DC-DC模块PWM载波同步，进而实现了电力电子变压器系统的PWM全同步功能；

具体地说，隔离级DC-DC模块通过光纤接收到控制单元FPGA发送的K28.6同步K码字节后，通过查表将其转换为同步脉冲信号，并依据同步脉冲信号将PWM载波计数寄存器更新为补偿值，实现隔离级DC-DC模块PWM载波同步。

通过上述PWM载波同步方法实现了系统的控制单元FPGA、输入级子模块和隔离级DC-DC模块PWM载波全同步功能，保证了电力电子变压器系统稳定运行。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。