三相逆變器分布式控制體系

　　為了構建基于PEBB的電力電子分布式控制系統，除了要實現PEBB標準結構和控制功能的模塊化，最重要的要使信號分布、網絡接口和通信協議實現標準化，所以HM、AM和SM之間的控制權限劃分是個關鍵問題，這決定了不同空間、時間分布的通信要求，決定了不同管理器執行的任務。

　　三相電壓源型逆變器應用廣泛，其拓撲具有通用性，對其控制體系進行分析具有典型意義。按照圖1和圖2要求對三相電壓源型逆變器的控制體系進行控制權限的劃分，從而實現其分布式控制，如圖3所示，圖中的PB由3組開關橋臂構成。HM主要包括脈沖發生器、AD轉換電路和保護電路(環境監控、故障檢測)，另外還有通信接口及電平轉換電路。

　　AM是整個系統的控制核心，必須能夠實現完整的控制功能。作為一個例子，圖3中的AM的控制功能包括：角度觀測、ABC/DQ變換、電流調節、轉速調節、DQ/αβ變換和SVM調制，整個控制算法是一個雙閉環結構，轉速調節為外環，電流調節為內環。同時，AM提供與HM以及其他AM之間的通信機制。SM可以采用工控機，也可以采用專門設計的微處理器+輸入(鍵盤)+輸出(液晶屏)。不管那種方法，都必須配置足夠的存儲空間，存儲各類基本的控制算法，以便系統初始化時的功能設定。

　　接口I1選在脈沖發生器和SVM調制器之間，傳輸的數據主要是實時數據，包括：電流采樣、轉速采樣、開關狀態矢量和矢量的占空比。接口I2選在負載調節器的輸入部分，實際上是轉速調節器和SM的接口；在接口I2傳輸的數據主要是轉速參考值和故障反饋信號，均為非實時數據。每個接口均可雙向傳輸信號，但數據量、數據格式和刷新速率不盡相同。接口I1和I2傳送的數據都是數字變量。

　　對于每個數字變量所需的信道帶寬可表示為

　　B=Kd·fsw·nx. (1)

　　式中:Kd為采樣時間和傳送時間的比值，fSW為采樣頻率，即刷新率，nx為所測量變量的二進制位數，一般假設采樣頻率和開關頻率相同。

　　應該注意的是，開關狀態矢量是3*n階的矩陣，矩陣中每個量的值域為[0 1]，只需一位二進制數就可以表示。將占空比(階矢量)、功率開關故障信號、3個電流采樣值和轉速采樣值所需二進制位數均記為N0，那么接口I1所需要的帶寬為

　　B1=(3*n)·Kdl·fsw·1+N1·Kd1·fsw·N0. (2)

　　式中：N1為接口I1中采樣數據的總個數。同理，接口I2信道帶寬可表示為

　　B2=N2·Kd2·fSW·N0. (3)

　　式中：N2為接口I2中采樣數據的總個數，取如下的參數：fsW=20kHz，No=12，Kd1=2，n=3(n取決于不同的控制策略)，因為故障反饋信號和電壓參考量很少變化，不需要頻繁采樣，所以取Kd2=0.2。根據式(2)和(3)，可得三相電壓源型逆變器各個接口所需的最小信道傳輸能力(Mb/s)，分別為

　　B1=4.2；B2=0.096. (4)

　　上式表明，離主回路越遠的接口，所需的帶寬越少。基于這點，可以考慮將更多的控制環節設計在HM以內，這就會減少其他接口要通信的數據量，接口I1所需的帶寬在10Mb/s以下，即使在通信的時候再加上起始位、地址位、校驗位等格式位，I1所需的帶寬也不會很大，因此這個接口可以作為HM和AM之間的物理接口。在接口I1實現AM之間的通信，必須同時考慮實時數據和非實時數據的傳輸；對于實時數據，必須實現AM之間的同步通信，在計算接口I1帶寬的時候并沒有考慮到非實時數據，但不影響問題的表述。

　　接口I2的數據通信量顯著減少，一般少于1Mb/s，需傳輸的數據只包括配置信息和監控信息，可以作為系統級通信的接口，也即AM和SM之間的物理接口。構建一個大型分布式控制系統時，通過接口I2可以方便地實現主、從SM之間的通信。