專利名稱：正弦波逆變器的并聯控制裝置和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及正弦波逆變器并聯控制技術領域，尤其涉及基于平均電流檢測的三相正弦波逆變器的并聯控制裝置和方法。
背景技術：
交流電源的并聯與直流電源的并聯有很大的不同，它不僅要跟蹤電壓幅值的變化，還要跟蹤輸出電壓相位的變化，要時時檢測輸出功率中的有、無功分量，必須采用相應的調節(jié)手段使輸出有功、無功達到均衡，實現輸出功率的均衡。交流電源并聯技術是近幾年來發(fā)展得較快其技術也日益成熟，一般應用在UPS電源，大功率逆變器等對供電功率較大及可靠性較高的場合。
圖1為逆變器并聯控制裝置的常規(guī)做法框圖，從圖可看出本機電流與電壓同時A/D轉換后，計算本機的有功與無功，然后將最大有功、最小有功、最大無功、最小無功變換成PWM信號，通過并聯互聯線的線與功能，來計算平均有功、平均無功，最后用本機的有功-平均有功，本機無功-平均無功來獲得環(huán)流分量。然后通過無功、有功調節(jié)來調節(jié)輸出電壓的幅值及相位，使其達到有功、無功的均分。由于在計算平均值時采用了2級模數轉換，所以其控制精度和反映速度大打折扣，使用控制效果并不是很理想。由于精度的影響，其并聯的數量不能太多。再者由于采用了線與功能實現平均電流的計算，所以其模塊之間的互聯線較多從而降低了可靠性。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種可使2臺或2臺以上并聯的UPS快速實現輸出有、無功均分的正弦波逆變器的并聯控制裝置和方法。
為了實現上述目的，本發(fā)明一種正弦波逆變器的并聯控制裝置，主要包括輸出電流信號檢測裝置、平均電流計算裝置、模塊環(huán)流計算裝置、有功無功計算裝置、無功有功調節(jié)裝置和逆變器控制部分，其中通過輸出電流信號檢測裝置中的電流傳感器對本模塊的輸出電流進行檢測采樣，并將檢測到的電流信號傳輸給平均電流計算裝置和本模塊環(huán)流計算裝置，該平均電流計算裝置利用各模塊的輸出電流完成平均電流計算，并將計算結果傳輸給各模塊環(huán)流計算裝置，該模塊環(huán)流計算裝置將本模塊電流與平均電流相減，得到環(huán)流分量，并分別將結果傳輸給本模塊的有功無功計算裝置，該裝置根據輸出電壓及環(huán)流分量完成本模塊有功環(huán)流、無功環(huán)流的計算，并分別輸出給無功有功調節(jié)裝置，逆變器控制部分接受無功調節(jié)裝置的輸出來控制輸出電壓的大小達到無功均分，接受有功調節(jié)裝置的輸出來控制輸出電壓相位的微調達到有功均分。
本發(fā)明一種正弦波逆變器的并聯控制方法為通過輸出電流信號檢測裝置中的電流傳感器對本模塊的輸出電流進行檢測采樣，并將檢測到的電流信號傳輸給平均電流計算裝置和本模塊環(huán)流計算裝置；平均電流計算裝置利用各模塊的輸出電流完成平均電流計算，并將計算結果傳輸給各模塊環(huán)流計算裝置；
模塊環(huán)流計算裝置將本模塊電流與平均電流相減，得到環(huán)流分量，并分別將結果傳輸給本模塊的有功無功計算裝置；有功無功計算裝置根據本模塊的環(huán)流分量及輸出電壓，計算出有功環(huán)流分量和無功環(huán)流分量，分別輸出給無功調節(jié)裝置和有功調節(jié)裝置；逆變器控制部分接受無功調節(jié)裝置的輸出來控制輸出電壓的大小達到無功均分，接受有功調節(jié)裝置的輸出來控制輸出電壓相位的微調達到有功均分。
所述的有功環(huán)流、無功環(huán)流的計算方法為將一個正弦周期分為400份，每份稱為一個載波值；計算時，每個載波進入中斷一次，在載波周期中斷中判斷是否完成一個正弦周期，若完成則載波數清零，并計算一個周期內的有功環(huán)流和無功環(huán)流，然后中斷返回，以達到周期計數；否則，有功環(huán)流＝瞬時環(huán)流×sinθ；無功環(huán)流＝瞬時環(huán)流×cosθ，然后有功環(huán)流和無功環(huán)流逐個載波累加，并將當前載波值遞加1，之后中斷返回。
本發(fā)明利用簡單的RC網絡就能實現平均電流的檢測，具有電路實現簡單、檢測速度快、精度高、不存在采樣延時等諸多優(yōu)點；且各模塊之間互聯線少，只有平均電流檢測母線，無其它均流母線，因而控制速度快、精度高，動態(tài)均流效果好，可靠性高且無主從之分。


圖1為逆變器習有的并聯控制裝置；圖2為本發(fā)明的并聯控制裝置的控制框圖；
圖3為本發(fā)明的平均電流檢測的原理圖；圖4為本發(fā)明的并聯控制方法中瞬時環(huán)流計算流程圖；圖5為本發(fā)明的并聯控制方法中有功、無功環(huán)流計算流程圖；圖6為本發(fā)明的并聯控制方法中調節(jié)輸出電壓幅值的流程圖；圖7為本發(fā)明的并聯控制方法中調節(jié)輸出電壓相位的流程圖。
以下結合具體附圖對本發(fā)明作進一步詳述。
具體實施例方式
如圖2所示，虛線框內為并聯控制裝置連接框圖，本發(fā)明一種正弦波逆變器的并聯控制裝置采用了平均電流檢測原理，先根據各機電流計算出平均電流，然后通過本機電流和平均電流計算出環(huán)流分量，通過計算得出有功環(huán)流分量和無功環(huán)流分量，利用有功、無功分量分別去調節(jié)輸出電壓的相位與幅值，從而使本機有、無功得到均分。
圖1中的501、502、503、504、505、507與601、602、603、604、605、607為并聯的逆變模塊中完全相同的裝置。本發(fā)明中并聯的逆變模塊數量為兩個及兩個以上。本發(fā)明一種正弦波逆變器的并聯控制裝置主要包括輸出電流信號檢測裝置507(607)通過電流傳感器對本模塊的輸出電流進行檢測采樣，并將檢測到的電流信號傳輸給本模塊環(huán)流計算裝置505(605)和平均電流計算裝置506；如圖3中，電流傳感器CTa1、CTb1、CTc1完成逆變模塊1的輸出電流采樣，經采樣電阻Rs1、Rs2、Rs3變換成與電流成比例關系的電壓信號Va1、Vb1、Vc1。同樣電流傳感器CTa2、CTb2、CTc2完成逆變模塊2的輸出電流采樣，經采樣電阻Rs4、Rs5、Rs6變換成與電流成比例關系的電壓信號Va2、Vb2、Vc2。Va1、Vb1、Vc1、Va2、Vb2、Vc2的大小完成反映了電流傳感器CT的原邊電流值，因此可將電壓信號Va1～Vc2看作是經轉換后的電流信號。
平均電流計算裝置506利用各模塊的輸出電流完成平均電流計算，并將計算結果傳輸給各模塊環(huán)流計算裝置505(605)；如圖3所示，R1＝R2＝R3＝R4＝R5＝R6遠大于Rs1～Rs6，所以，Va_av＝(Va1+Va2)/2即Va_av為兩模塊的電流平均值，同樣道理可運用于多個模塊。
模塊環(huán)流計算裝置505(605)主要將本模塊電流與平均電流相減，得到環(huán)流分量，并分別將結果傳輸給本模塊的有功無功計算裝置504(604)。
有功無功計算裝置504(604)用于完成本模塊有功環(huán)流、無功環(huán)流的計算，根據瞬時環(huán)流分量、電壓的正弦分量、電壓的余弦分量等參數，計算出有功環(huán)流分量和無功環(huán)流分量，分別輸出給無功調節(jié)裝置502(602)和有功調節(jié)裝置503(603)，用于調節(jié)本模塊輸出電壓的幅值和相位。
無功調節(jié)裝置502(602)用以完成本模塊輸出電壓的幅值的調節(jié)，將有功無功計算裝置504(604)計算出來的無功分量累加于輸出電壓調節(jié)器的輸出，用于改變輸出電壓幅值，以達到無功功率的均分。
有功調節(jié)裝置503(603)用以完成本模塊輸出電壓的相位的調節(jié)，將有功無功計算裝置504(604)計算出來的有功分量累加于內同步鎖相調節(jié)器的輸出，用于微調輸出電壓的相位，以達到有功功率的均分。
逆變器控制部分501(601)用于逆變器輸出電壓的控制，接受輸出電壓反饋信號以及給定信號，來完成輸出電壓的穩(wěn)壓調節(jié)；接受內同步信號及基準同信號來完成輸出相位的微調，此外還接受無功調節(jié)裝置的輸出來控制輸出電壓的大小達到無功均分，接受有功調節(jié)裝置的輸出來控制輸出電壓相位的微調達到有功均分。
本發(fā)明一種正弦波逆變器的并聯控制方法為通過輸出電流信號檢測裝置507(607)中的電流傳感器對本模塊的輸出電流進行檢測采樣，并將檢測到的電流信號傳輸給本模塊環(huán)流計算裝置505(605)和平均電流計算裝置506；平均電流計算裝置506利用各模塊的輸出電流完成平均電流計算，并將計算結果傳輸給各模塊環(huán)流計算裝置505(605)；模塊環(huán)流計算裝置505(605)將本模塊電流與平均電流相減，得到環(huán)流分量，并分別將結果傳輸給本模塊的有功無功計算裝置504(604)；有功無功計算裝置504(604)完成本模塊有功環(huán)流、無功環(huán)流的計算，根據瞬時環(huán)流分量、電壓的正弦分量、電壓的余弦分量等參數，計算出有功環(huán)流分量和無功環(huán)流分量，分別輸出給無功調節(jié)裝置502(602)和有功調節(jié)裝置503(603)；無功調節(jié)裝置502(602)完成本模塊輸出電壓的幅值的調節(jié)，將有功無功計算裝置504(604)計算出來的無功分量累加于輸出電壓調節(jié)器的輸出，用于改變輸出電壓幅值，以達到無功功率的均分；有功調節(jié)裝置503(603)完成本模塊輸出電壓的相位的調節(jié)，將有功無功計算裝置504(604)計算出來的有功分量累加于內同步鎖相調節(jié)器的輸出，用于微調輸出電壓的相位，以達到有功功率的均分；逆變器控制部分501(601)接受無功調節(jié)裝置502(602)的輸出來控制輸出電壓的大小達到無功均分，接受有功調節(jié)裝置503(603)的輸出來控制輸出電壓相位的微調達到有功均分。
圖4為本發(fā)明的瞬時環(huán)流計算流程圖。在當前的載波周期內，采樣本模塊的電流瞬時值和平均電流瞬時值，獲得環(huán)流瞬時值＝本模塊電流瞬時值-平均電流瞬時值；圖5為本發(fā)明有功環(huán)流、無功環(huán)流計算流程圖。將一個正弦周期分為400份，每份稱為一個載波值；每個載波進入中斷一次，在中斷中更新SPWM的脈寬值，從而實現對SPWM的脈寬調制。計算時，在載波周期中斷中判斷是否完成一個正弦周期，若完成則載波數清零，并計算一個周期內的有功環(huán)流和無功環(huán)流，然后中斷返回，以達到周期計數；否則，有功環(huán)流＝瞬時環(huán)流×sinθ；無功環(huán)流＝瞬時環(huán)流×cosθ，然后有功環(huán)流和無功環(huán)流逐波累加，當前載波值遞加1后中斷返回。
圖6為本發(fā)明調節(jié)輸出電壓幅值的流程圖。在載波周期中斷中，進行輸出電壓誤差計算，并將誤差限幅，然后進行PID調節(jié)，將無功分量疊加于PID調節(jié)器的輸出，最后將PID調節(jié)器輸出限幅，用于調節(jié)輸出電壓幅值。
圖7為本發(fā)明調節(jié)輸出電壓相位的流程圖。在載波周期中斷中，進行相位誤差計算，并將誤差限幅，然后進行PID調節(jié)，將有功分量疊加于內同步鎖相調節(jié)器的輸出，最后將PID調節(jié)器輸出限幅，用于調節(jié)輸出電壓的相位。
本發(fā)明的發(fā)明精神在于通過對各模塊的輸出電流采樣，獲得平均電流值，再分別計算各模塊的環(huán)流分量，進而計算出本模塊的有功環(huán)流分量和無功環(huán)流分量，實現對輸出電壓幅值和相位的調節(jié)，完成有功功率、無功功率的均分。
權利要求
1.一種正弦波逆變器的并聯控制裝置，其特征在于主要包括輸出電流信號檢測裝置、平均電流計算裝置、模塊環(huán)流計算裝置、有功無功計算裝置、無功有功調節(jié)裝置和逆變器控制部分，其中通過輸出電流信號檢測裝置中的電流傳感器對本模塊的輸出電流進行檢測采樣，并將檢測到的電流信號傳輸給平均電流計算裝置和本模塊環(huán)流計算裝置，該平均電流計算裝置利用各模塊的輸出電流完成平均電流計算，并將計算結果傳輸給各模塊環(huán)流計算裝置，該模塊環(huán)流計算裝置將本模塊電流與平均電流相減，得到環(huán)流分量，并分別將結果傳輸給本模塊的有功無功計算裝置，該裝置根據輸出電壓及環(huán)流分量完成本模塊有功環(huán)流、無功環(huán)流的計算，并分別輸出給無功有功調節(jié)裝置，逆變器控制部分接受無功調節(jié)裝置的輸出來控制輸出電壓的大小達到無功均分，接受有功調節(jié)裝置的輸出來控制輸出電壓相位的微調達到有功均分。
2.利用權利要求1所述的一種正弦波逆變器的并聯控制裝置進行并聯控制的方法為，其特征在于通過輸出電流信號檢測裝置中的電流傳感器對本模塊的輸出電流進行檢測采樣，并將檢測到的電流信號傳輸給本模塊環(huán)流計算裝置和平均電流計算裝置；平均電流計算裝置利用各模塊的輸出電流完成平均電流計算，并將計算結果傳輸給各模塊環(huán)流計算裝置；模塊環(huán)流計算裝置將本模塊電流與平均電流相減，得到環(huán)流分量，并分別將結果傳輸給本模塊的有功無功計算裝置；有功無功計算裝置根據本模塊的環(huán)流分量及輸出電壓，計算出有功環(huán)流分量和無功環(huán)流分量，分別輸出給無功調節(jié)裝置和有功調節(jié)裝置；逆變器控制部分接受無功調節(jié)裝置的輸出來控制輸出電壓的大小達到無功均分，接受有功調節(jié)裝置的輸出來控制輸出電壓相位的微調達到有功均分。
3.根據權利要求2所述的一種正弦波逆變器的并聯控制方法，其特征在于所述的有功環(huán)流、無功環(huán)流的計算方法為，將一個正弦周期分為400份，每份稱為一個載波值；計算時每個載波進入中斷一次，并在載波周期中斷中判斷是否完成一個正弦周期，若完成則載波數清零，并計算一個周期內的有功環(huán)流和無功環(huán)流，然后中斷返回，以達到周期計數；否則，有功環(huán)流＝瞬時環(huán)流×sinθ；無功環(huán)流＝瞬時環(huán)流×cosθ，然后有功環(huán)流和無功環(huán)流逐個載波累加，并將當前載波值遞加1，之后中斷返回。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種正弦波逆變器的并聯控制裝置和方法，主要通過對各模塊的輸出電流采樣，獲得平均電流值，再分別計算各模塊的環(huán)流分量，進而計算出本模塊的有功環(huán)流分量和無功環(huán)流分量，實現對輸出電壓幅值和相位的調節(jié)，完成有功功率、無功功率的均分；本發(fā)明具有電路實現簡單、檢測速度快、精度高、不存在采樣延時等諸多優(yōu)點；且各模塊之間互聯線少，只有平均電流檢測母線，無其它均流母線，因而控制速度快、精度高，動態(tài)均流效果好，可靠性高且無主從之分。
文檔編號H02M1/42GK101051764SQ20071002661
公開日2007年10月10日 申請日期2007年1月30日 優(yōu)先權日2007年1月30日
發(fā)明者周志文, 李民英 申請人:廣東志成冠軍集團有限公司