基于下垂特性控制的多機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種基于下垂特性控制的多機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)，其包括：同步信號發(fā)生器，用于生成同步信號；多個(gè)逆變器模塊并聯(lián)連接，并分別與同步信號發(fā)生器相連，每個(gè)逆變器模塊捕獲同步信號，并將同步信號轉(zhuǎn)換為電壓相位信號，同時(shí)采樣自身的電壓電流，然后根據(jù)電壓相位信號實(shí)現(xiàn)相位一致；監(jiān)控模塊用于根據(jù)每個(gè)逆變器模塊的電壓電流計(jì)算其輸出功率和系統(tǒng)輸出的平均功率，逆變控制器根據(jù)輸出功率和平均功率之差進(jìn)行下垂控制以實(shí)現(xiàn)對多個(gè)逆變器模塊的基準(zhǔn)電壓目標(biāo)量進(jìn)行修正。該系統(tǒng)不僅能實(shí)現(xiàn)相位高度同步且能保證模塊相互獨(dú)立，確保各模塊之間無環(huán)流，大大提高供電質(zhì)量，可靠性高。本發(fā)明還提出了一種基于下垂特性控制的多機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)的控制方法。
【專利說明】基于下垂特性控制的多機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)及其控制方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力電子【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種基于下垂特性控制的多機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)以及一種基于下垂特性控制的多機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)的控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會(huì)的發(fā)展和需求，不中斷供電的用電設(shè)備容量不斷擴(kuò)大，單臺逆變器的擴(kuò)充性和可靠性都受到了很大的限制，多臺逆變器并聯(lián)的電源系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。多個(gè)電源模塊并聯(lián)，分擔(dān)負(fù)載功率，主電路開關(guān)器件電流應(yīng)力大大減小，功率密度大幅提高，可從根本上提高可靠性，降低成本。然而逆變器并聯(lián)也帶來了新的問題，多個(gè)逆變器無法保證完全并聯(lián)穩(wěn)定無環(huán)流運(yùn)行。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，逆變器并聯(lián)控制技術(shù)在處理同步、避免環(huán)流問題上主要有以下方案:基于主機(jī)同步的主從式控制方案、無互連線的并聯(lián)控制方案、基于各并聯(lián)單元基準(zhǔn)電壓同步的對等式控制方案等。其中，《可并聯(lián)電源逆變器及逆變器系統(tǒng)和系統(tǒng)的同步控制方法》提供了一種基于主機(jī)產(chǎn)生同步信號的主從式并聯(lián)控制方法；《一種可以無互聯(lián)線并聯(lián)工作的三相逆變器及其控制方法》提供了一種無互連線的并聯(lián)控制方法；《具有可變電流比的正弦波逆變器并聯(lián)系統(tǒng)》提供了一種基于各并聯(lián)單元基準(zhǔn)電壓同步的對等式并聯(lián)控制方法。
[0004]其中，方案一:基于主機(jī)同步的主從式控制方案，為有互聯(lián)線控制。在該并聯(lián)逆變系統(tǒng)中，選取其中一個(gè)可并聯(lián)逆變器為主機(jī)逆變器，其余可并聯(lián)逆變器為從機(jī)逆變器。主機(jī)逆變器提供同步信號并通過同步信號總線發(fā)送，從機(jī)逆變器從同步信號總線接收同步信號，從而使得系統(tǒng)中的所有逆變器能同步工作，整個(gè)并聯(lián)系統(tǒng)的穩(wěn)定性完全取決于主逆變器的正常運(yùn)行，對其依賴性較高，一旦該主逆變器因故障而停機(jī)，那會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)將不能正運(yùn)行。
[0005]方案二:無互連線的并聯(lián)控制方案，為無互聯(lián)線控制。該方案中的并聯(lián)逆變系統(tǒng)各單元逆變器沒有互聯(lián)線連接，模塊之間相互獨(dú)立。根據(jù)各單元逆變器同步控制器單元自身的相位基準(zhǔn)信號Θ和并機(jī)功率母線電壓相位捕獲電路的輸出0ac；_lim，對本逆變的相位基準(zhǔn)信號Θ進(jìn)行同步控制，在保證本逆變與并機(jī)功率母線的頻率和相位的差值在設(shè)定范圍內(nèi)，將本逆變器投入并聯(lián)運(yùn)行。投入運(yùn)行后通過相位下垂調(diào)節(jié)微調(diào)逆變相位Θ syn，實(shí)現(xiàn)并聯(lián)逆變系統(tǒng)相位同步控制。該方案雖無互聯(lián)線可實(shí)現(xiàn)冗余且保證了模塊的相互獨(dú)立性，但需要進(jìn)行相位同步控制，不僅增加了算法的復(fù)雜性，而且難以保證相位高度同步，可能導(dǎo)致較大的環(huán)流產(chǎn)生，并聯(lián)調(diào)節(jié)速度較慢。
[0006]方案三:基于各并聯(lián)單元基準(zhǔn)電壓同步的對等式控制方案，為有互聯(lián)線控制。該方案中各個(gè)逆變模塊都輸出脈沖同步信號，并發(fā)送至同步信號處理電路。同步信號處理電路在固定的時(shí)間段內(nèi)接收各并聯(lián)模塊發(fā)送的脈沖同步信號并經(jīng)過處理后，向并聯(lián)系統(tǒng)同步信號線發(fā)送唯一的同步信號，作為各并聯(lián)模塊的總同步信號，各并聯(lián)模塊通過平均電流調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)并聯(lián)運(yùn)行。此方案較方案一避免了對主機(jī)的依賴性采用對等式控制，較方案二無需進(jìn)行相位同步控制，但因?yàn)樵黾恿送较辔恍盘柼幚黼娐?，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，且由于處理電路的處理速度有限，無法保證同步信號的高精度性，使得系統(tǒng)響應(yīng)速度較慢。
[0007]因此，現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)是，現(xiàn)有逆變并聯(lián)方法無法保證各逆變模塊相位高度同步或無法保證模塊間的相互獨(dú)立性，可靠性較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的旨在至少解決上述的技術(shù)缺陷之一。
[0009]為此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出一種基于下垂特性控制的多機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅能實(shí)現(xiàn)相位高度同步且能保證模塊相互獨(dú)立，確保各模塊之間無環(huán)流，大大提高供電質(zhì)量，可靠性高。
[0010]本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提出一種基于下垂特性控制的多機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)的控制方法。
[0011]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明第一方面的實(shí)施例提出的基于下垂特性控制的多機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)，包括:同步信號發(fā)生器，用于生成同步信號；多個(gè)逆變器模塊，所述多個(gè)逆變器模塊并聯(lián)連接，所述多個(gè)逆變器模塊分別與所述同步信號發(fā)生器相連，每個(gè)所述逆變器模塊包括:捕獲子模塊，用于捕獲所述同步信號發(fā)生器生成的同步信號；逆變控制器，用于將所述同步信號轉(zhuǎn)換為電壓相位信號；采樣子模塊，用于采樣所述逆變器模塊的電壓電流；其中，所述多個(gè)逆變器模塊根據(jù)所述電壓相位信號實(shí)現(xiàn)相位一致；監(jiān)控模塊，所述監(jiān)控模塊與所述多個(gè)逆變器模塊相連，用于根據(jù)所述每個(gè)所述逆變器模塊的電壓電流計(jì)算每個(gè)所述逆變器模塊的輸出功率和系統(tǒng)輸出的平均功率，所述逆變控制器根據(jù)所述輸出功率和所述平均功率之差進(jìn)行下垂控制以實(shí)現(xiàn)對所述多個(gè)逆變器模塊的基準(zhǔn)電壓目標(biāo)量進(jìn)行修正。
[0012]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基于下垂特性控制的多機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)，不僅能實(shí)現(xiàn)相位高度同步且能保證模塊相互獨(dú)立，各逆變器模塊均能夠在任意時(shí)刻投入系統(tǒng)或從系統(tǒng)中切除并且實(shí)現(xiàn)輸出功率的快速準(zhǔn)確均分，確保各模塊之間無環(huán)流，大大提高供電質(zhì)量、可靠性和帶各種類型惡劣負(fù)載運(yùn)行的能力。
[0013]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明第二方面實(shí)施例提出的基于下垂特性控制的多機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)的控制方法，包括如下步驟:
[0014]所述逆變控制器通過所述捕獲子模塊捕獲所述同步信號發(fā)生器生成的同步信號，并將所述同步信號轉(zhuǎn)換為電壓相位信號，其中，所述多個(gè)逆變器模塊根據(jù)所述電壓相位信號實(shí)現(xiàn)相位一致；
[0015]所述采樣子模塊采樣相應(yīng)的所述逆變器模塊的電壓電流；
[0016]所述監(jiān)控模塊根據(jù)所述每個(gè)所述逆變器模塊的電壓電流計(jì)算每個(gè)所述逆變器模塊的輸出功率和系統(tǒng)輸出的平均功率；
[0017]所述逆變控制器根據(jù)所述輸出功率和所述平均功率之差進(jìn)行下垂控制以實(shí)現(xiàn)對所述多個(gè)逆變器模塊的基準(zhǔn)電壓目標(biāo)量進(jìn)行修正。
[0018]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基于下垂特性控制的多機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)的控制方法，更為簡單高效，不僅能實(shí)現(xiàn)相位高度同步且能保證模塊相互獨(dú)立，各逆變器模塊均能夠在任意時(shí)刻投入系統(tǒng)或從系統(tǒng)中切除并且實(shí)現(xiàn)輸出功率的快速準(zhǔn)確均分，確保各模塊之間無環(huán)流，大大提高供電質(zhì)量、可靠性和帶各種類型惡劣負(fù)載運(yùn)行的能力。
[0019]本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]本發(fā)明上述的和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從下面結(jié)合附圖對實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0021]圖1為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的基于下垂特性控制的多機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)的方框示意圖；
[0022]圖2為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的基于下垂特性控制的多機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)中一個(gè)逆變器模塊的硬件結(jié)構(gòu)及控制流程示意圖；以及
[0023]圖3為根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的基于下垂特性控制的多機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)的控制方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。
[0025]下文的公開提供了許多不同的實(shí)施例或例子用來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的不同結(jié)構(gòu)。為了簡化本發(fā)明的公開，下文中對特定例子的部件和設(shè)置進(jìn)行描述。當(dāng)然，它們僅僅為示例，并且目的不在于限制本發(fā)明。此外，本發(fā)明可以在不同例子中重復(fù)參考數(shù)字和/或字母。這種重復(fù)是為了簡化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實(shí)施例和/或設(shè)置之間的關(guān)系。此夕卜，本發(fā)明提供了的各種特定的工藝和材料的例子，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以意識到其他工藝的可應(yīng)用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的結(jié)構(gòu)可以包括第一和第二特征形成為直接接觸的實(shí)施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之間的實(shí)施例，這樣第一和第二特征可能不是直接接觸。
[0026]在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是機(jī)械連接或電連接，也可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通，可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語的具體含義。
[0027]參照下面的描述和附圖，將清楚本發(fā)明的實(shí)施例的這些和其他方面。在這些描述和附圖中，具體公開了本發(fā)明的實(shí)施例中的一些特定實(shí)施方式，來表示實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施例的原理的一些方式，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的實(shí)施例的范圍不受此限制。相反，本發(fā)明的實(shí)施例包括落入所附加權(quán)利要求書的精神和內(nèi)涵范圍內(nèi)的所有變化、修改和等同物。
[0028]下面參照附圖來描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提出的基于下垂特性控制的多機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)及其控制方法。
[0029]圖1為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的基于下垂特性控制的多機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)的方框示意圖。圖2為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的基于下垂特性控制的多機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)中一個(gè)逆變器模塊的硬件結(jié)構(gòu)及控制流程示意圖。
[0030]結(jié)合圖1和圖2，該基于下垂特性控制的多機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)包括同步信號發(fā)生器10、多個(gè)逆變器模塊20和監(jiān)控模塊30。[0031]其中，同步信號發(fā)生器10用于生成同步信號。多個(gè)逆變器模塊20并聯(lián)連接，并且多個(gè)逆變器模塊20分別與同步信號發(fā)生器10相連。如圖2所示，每個(gè)逆變器模塊20包括捕獲子模塊(圖中未示出)、逆變控制器21和采樣子模塊(圖中未示出)。捕獲子模塊用于捕獲同步信號發(fā)生器10生成的同步信號，逆變控制器21用于將同步信號轉(zhuǎn)換為電壓相位信號sin_C0S，采樣子模塊用于采樣逆變器模塊20的電壓電流。
[0032]在本發(fā)明的實(shí)施例中，多個(gè)逆變器模塊20根據(jù)電壓相位信號sin_COs實(shí)現(xiàn)相位一致。
[0033]如圖1所示，監(jiān)控模塊30與多個(gè)逆變器模塊20相連，用于根據(jù)每個(gè)逆變器模塊20
的電壓電流計(jì)算每個(gè)逆變器模塊20的輸出功率(P1，Q1)、(P2，Q2)......(Pn，Qn)和系統(tǒng)輸
出的平均功率(P_avg，Q_avg)，逆變控制器21根據(jù)輸出功率和平均功率之差進(jìn)行下垂控制以實(shí)現(xiàn)對多個(gè)逆變器模塊20的基準(zhǔn)電壓目標(biāo)量(Udobj’，Uqobj’)進(jìn)行修正。其中，平均功
率(P_avg, Q_avg)通過公SP_avg= (P1+P2+......+Pn) /n, Q_avg = (Q1+Q2+......+Qn)/
η計(jì)算得到。
[0034]在本發(fā)明的實(shí)施例中，需要說明的是，多個(gè)逆變器模塊20的結(jié)構(gòu)完全相同。
[0035]具體地，同步信號發(fā)生器10產(chǎn)生高精度周期方波信號，并通過同步信號總線與各逆變器模塊20的捕獲子模塊相連接。其中，為保證信號的可靠性可設(shè)置冗余。監(jiān)控模塊30通過通訊總線與每個(gè)逆變器模塊20的逆變控制器21、采樣子模塊相連，實(shí)時(shí)監(jiān)測各逆變器模塊20的電壓電流功率、運(yùn)行狀態(tài)、告警信息等，并計(jì)算各逆變器模塊20輸出的平均功率(P_avg, Q_avg)。
[0036]如圖2所示，逆變器模塊20還包括直流電源22、三相逆變橋23、交流濾波器24、隔離變壓器25。其中，三相逆變橋23為IGBT (Insulated GateBipolar Transistor,絕緣柵雙極型晶體管)模塊或IPM(Intelligent PowerModule，智能功率模塊)類電力電子器件。采樣子模塊包括電壓互感器、電流變換器、電流霍爾、電壓過零檢測電路等。優(yōu)選的是，逆變控制器21采用能夠?qū)﹄妷弘娏餍畔⑦M(jìn)行高速實(shí)時(shí)處理的處理器，例如(DigitalSignalProcessing,數(shù)字信號處理)、FPGA (Field-Programmable Gate Array,現(xiàn)場可編程門陣列)等。
[0037]在本發(fā)明的實(shí)施例中，如圖2所示，直流電源22接于三相逆變橋23的直流輸入側(cè)，三相逆變橋23的輸出側(cè)接交流濾波器24，隔離變壓器25接于交流濾波器24的輸出側(cè)，隔離變壓器25的二次側(cè)與交流母線相接，連接負(fù)載。具體而言，采樣子模塊包括接于交流濾波器24前端的第一采樣電路，用于采樣逆變電感電流(i_Inv_abc)，以及接于隔離變壓器25的二次側(cè)的第二采樣電路，用于輸出交流電壓(Uabc)、交流電流(Iabc)。采樣子模塊還包括接于直流電源22輸出端的直流電壓電流采樣電路。
[0038]圖3為根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的基于下垂特性控制的多機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)的控制方法的流程圖。
[0039]如圖3所示，該基于下垂特性控制的多機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)的控制方法包括如下步驟:
[0040]SI，逆變控 制器通過捕獲子模塊捕獲同步信號發(fā)生器生成的同步信號，并將同步信號轉(zhuǎn)換為電壓相位信號。其中，多個(gè)逆變器模塊根據(jù)電壓相位信號實(shí)現(xiàn)相位一致。
[0041]也就是說，在本發(fā)明的實(shí)施例中，逆變控制器通過捕獲子模塊檢測同步信號母線上是否存在同步信號，若有同步信號則將其轉(zhuǎn)換為電壓相位信號sin_C0S。[0042]S2，采樣子模塊采樣相應(yīng)的逆變器模塊的電壓電流。其中，采樣子模塊包括接于交流濾波器24前端的第一采樣電路，用于采樣逆變電感電流(i_Inv_abc)，以及接于隔離變壓器25的二次側(cè)的第二采樣電路，用于輸出交流電壓(Uabc)、交流電流(Iabc)。采樣子模塊還包括接于直流電源22輸出端的直流電壓電流采樣電路。并且，采樣子模塊的輸出端分別與逆變控制器和監(jiān)控模塊相連。
[0043]S3，監(jiān)控模塊根據(jù)每個(gè)逆變器模塊的電壓電流計(jì)算每個(gè)逆變器模塊的輸出功率和系統(tǒng)輸出的平均功率。
[0044]S4，逆變控制器根據(jù)輸出功率和平均功率之差進(jìn)行下垂控制以實(shí)現(xiàn)對多個(gè)逆變器模塊的基準(zhǔn)電壓目標(biāo)量進(jìn)行修正。
[0045]也就是說，上述基于下垂特性控制的多機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)的控制方法包括單機(jī)控制與下垂修正控制兩部分。
[0046]單機(jī)控制保證每個(gè)逆變器模塊均能夠獨(dú)立帶載運(yùn)行。并且單機(jī)控制采用基于dqO旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的分序控制方法。
[0047]三相對稱正弦向量在dqO旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下進(jìn)行Park變換可以得到分別位于d、q兩軸的直流分量，這兩個(gè)直流分量分別表征交流量的幅值和頻率特性。將電壓在dqO同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的下進(jìn)行Park變換，基波交流分量變?yōu)橹绷鞣至縐d、Uq。同理，對電流進(jìn)行類似分解變換可得電流分量Id、Iq，對三相目標(biāo)電壓進(jìn)行分解變換可得基準(zhǔn)電壓目標(biāo)量(Udobj’、Uqobj，) ο
[0048]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，監(jiān)控模塊30還用于計(jì)算每個(gè)逆變器模塊20的輸出有功功率和系統(tǒng)輸出的平均有功功率，每個(gè)逆變控制器21接收監(jiān)控模塊30傳遞的有功功率和平均有功功率之差并進(jìn)行PI調(diào)節(jié)以獲得每個(gè)逆變器模塊20的第一基準(zhǔn)電壓目標(biāo)量Uqobj’的修正量AUqobj,其中，第一基準(zhǔn)電壓目標(biāo)量Uqobj’通過對三相目標(biāo)電壓進(jìn)行Park變換得到。同樣地，監(jiān)控模塊30還用于計(jì)算每個(gè)逆變器模塊20的輸出無功功率和系統(tǒng)輸出的平均無功功率，每個(gè)逆變控制器21接收監(jiān)控模塊30傳遞的無功功率和平均無功功率之差并進(jìn)行PI調(diào)節(jié)以獲得每個(gè)逆變器模塊20的第二基準(zhǔn)電壓目標(biāo)量Udobj’的修正量AUdobj，其中，第二基準(zhǔn)電壓目標(biāo)量Udobj’通過對三相目標(biāo)電壓進(jìn)行Park變換得到。第一基準(zhǔn)電壓目標(biāo)量Uqobj’和第二基準(zhǔn)電壓目標(biāo)量Udobj’構(gòu)成基準(zhǔn)電壓目標(biāo)量(Udobj’，Uqobj，).[0049]在本實(shí)施例中，每個(gè)逆變控制器21根據(jù)基準(zhǔn)電壓目標(biāo)量(Udobj’，Uqobj’ )和修正量(Λ Udobj，Δ Uqobj)獲得每個(gè)逆變器模塊20的電壓目標(biāo)量(Udobj，Uqobj)。
[0050]進(jìn)一步地，每個(gè)逆變控制器21根據(jù)電壓目標(biāo)量(Udobj，Uqobj)和每個(gè)逆變器模塊的實(shí)際輸出電壓(Ud，Uq)進(jìn)行差分后進(jìn)行PI調(diào)節(jié)以獲得電流目標(biāo)量(Idobj，Iqobj)，其中，實(shí)際輸出電壓(Ud，Uq)通過對三相實(shí)際輸出電壓(Ua，Ub, Uc)進(jìn)行Park變換得到。
[0051]再進(jìn)一步地，每個(gè)逆變控制器21根據(jù)電流目標(biāo)量(Idobj，Iqobj)和每個(gè)逆變器模塊20的實(shí)際輸出電流(Id，Iq)進(jìn)行差分后進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，并通過電感前饋解耦以獲得電壓分量(Vd，Vq)，其中，實(shí)際輸出電流(Id，Iq)通過對三相實(shí)際輸出電流(Ia，lb, Ic)進(jìn)行Park變換得到。
[0052]最后，每個(gè)逆變控制器21對電壓分量(Vd，Vq)進(jìn)行坐標(biāo)變換(即兩相/三相變換)獲得三相調(diào)制波(Uaexe,Ubexe,Ucexe)。接著可以米用普通SPWM(Sinusoidal Pulse WidthModulation,正弦脈沖寬度調(diào)制)或者 SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation,空間矢量脈沖寬度調(diào)制)方法進(jìn)行調(diào)制并產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號驅(qū)動(dòng)三相逆變橋23。
[0053]也就是說，在本發(fā)明的實(shí)施例中，下垂修正控制保證各個(gè)逆變器模塊20的輸出功率均分，不產(chǎn)生環(huán)流。首先，根據(jù)自身輸出功率與系統(tǒng)輸出平均功率之差進(jìn)行幅值頻率下垂，直接對兩個(gè)基準(zhǔn)電壓目標(biāo)量(Udobj’，Uqobj’ )進(jìn)行修正，避免傳統(tǒng)下垂控制對角度和幅值修正的繁瑣復(fù)雜算法。將通過監(jiān)控模塊30計(jì)算出的系統(tǒng)各個(gè)輸出有功功率平均值與單個(gè)輸出有功功率做差再進(jìn)行PI調(diào)節(jié)得到的值作為基準(zhǔn)電壓目標(biāo)量的修正量Auqobj (此修正量需設(shè)定合理的范圍)，將此修正量與前述坐標(biāo)變換得到的第一基準(zhǔn)電壓目標(biāo)量Uqobj’相加，得到最終的電壓目標(biāo)量Uqobj ;同理，輸出無功功率平均值與單個(gè)輸出無功功率做差再進(jìn)行PI調(diào)節(jié)得到的值作為基準(zhǔn)電壓目標(biāo)量的修正量Λ Udobj，將此修正量與前述坐標(biāo)變換得到的第二基準(zhǔn)電壓目標(biāo)量Udobj’相加，得到最終的電壓目標(biāo)量Udobj。在功率下垂時(shí)采用PI調(diào)節(jié)可加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，各單個(gè)逆變器模塊輸出始終跟蹤總體平均輸出功率，改善功率均分精確度和速度，大大提高逆變器模塊帶各種類型沖擊性負(fù)載的能力。
[0054]通過對直流量的PI調(diào)節(jié)即可以實(shí)現(xiàn)對電流正負(fù)序分量的快速無靜差跟蹤控制。同時(shí)因同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換而引入的d、q軸之間的耦合項(xiàng)，會(huì)使系統(tǒng)d軸的電流變化通過耦合項(xiàng)oLid而引起q軸電流的變化，q軸的電流變化通過稱合項(xiàng)oLiq而引起d軸電流的變化，耦合作用強(qiáng)弱與電感大小、輸出電流大小和頻率成正比。為了消除耦合項(xiàng)對輸出電流的影響，加入了電壓反饋交叉解耦。
[0055]為改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能采用雙環(huán)PI控制，分別為輸出電壓外環(huán)和電感電流內(nèi)環(huán)。即言，將給定目標(biāo)電壓與實(shí)際輸出電壓做差分，分別經(jīng)過PI調(diào)節(jié)得到內(nèi)環(huán)電流目標(biāo)Idob j，Iqob j，將電流目標(biāo)與實(shí)際輸出電流做差分，再分別經(jīng)過PI調(diào)節(jié)，并通過電感前饋解耦項(xiàng)coLid、coLiq的作用實(shí)現(xiàn)d軸、q軸電流的解耦得到電壓分量Vd、Vq，再將Vd、Vq通過dq/abc變換獲得三相調(diào)制波Uaexe、Ubexe、Ucexe。最后，可以采用普通SPWM或者SVPWM方法進(jìn)行調(diào)制。
[0056]在本發(fā)明的實(shí)施例中，各并聯(lián)的逆變器模塊地位對等，結(jié)構(gòu)完成相同。由于系統(tǒng)各模塊采用統(tǒng)一的相位同步信號，任一逆變器模塊啟動(dòng)時(shí)，均按照預(yù)設(shè)的電壓幅值和頻率目標(biāo)(例如380V、50Hz)運(yùn)行，各逆變器模塊實(shí)際輸出電壓幅值相位之間存在的微小差異能夠通過前述下垂修正控制方法實(shí)現(xiàn)快速修正，使得基于上述單機(jī)控制和下垂修正控制方法使得各逆變器模塊均能夠在任意時(shí)刻投入系統(tǒng)或者從系統(tǒng)中切除，而不對整個(gè)并聯(lián)的逆變系統(tǒng)電壓質(zhì)量造成明顯影響，極大地提高了系統(tǒng)供電質(zhì)量和可靠性。
[0057]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基于下垂特性控制的多機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)，不僅能實(shí)現(xiàn)相位高度同步且能保證模塊相互獨(dú)立， 各逆變器模塊均能夠在任意時(shí)刻投入系統(tǒng)或從系統(tǒng)中切除并且實(shí)現(xiàn)輸出功率的快速準(zhǔn)確均分，確保各模塊之間無環(huán)流，大大提高供電質(zhì)量、可靠性和帶各種類型惡劣負(fù)載運(yùn)行的能力。
[0058]此外，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，上述基于下垂特性控制的多機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)的控制方法，進(jìn)一步包括以下步驟:
[0059]S10，監(jiān)控模塊計(jì)算每個(gè)逆變器模塊的輸出無功功率/有功功率和系統(tǒng)輸出的平均無功功率/平均有功功率。
[0060]S20，每個(gè)逆變控制器接收監(jiān)控模塊傳遞的無功功率/有功功率和平均無功功率/平均有功功率之差并進(jìn)行PI調(diào)節(jié)以獲得每個(gè)逆變器模塊的基準(zhǔn)電壓目標(biāo)量(Udobj’，Uqobj，)的修正量(AUdobj, AUqobj)，其中，基準(zhǔn)電壓目標(biāo)量(Udob j’，Uqob j ’)通過對三相目標(biāo)電壓進(jìn)行Park變換得到。
[0061]S40，每個(gè)逆變控制器根據(jù)基準(zhǔn)電壓目標(biāo)量(Udobj，，Uqobj’)和修正量(Λ Udobj，Δ Uqobj)獲得每個(gè)逆變器模塊的電壓目標(biāo)量(Udobj，Uqobj)。
[0062]S50，每個(gè)逆變控制器根據(jù)電壓目標(biāo)量(Udobj，Uqobj)和每個(gè)逆變器模塊的實(shí)際輸出電壓(Ud，Uq)進(jìn)行差分后進(jìn)行PI調(diào)節(jié)以獲得電流目標(biāo)量(Idobj，Iqobj)，其中，實(shí)際輸出電壓(Ud，Uq)通過對三相實(shí)際輸出電壓進(jìn)行Park變換得到。
[0063]S60，每個(gè)逆變控制器根據(jù)電流目標(biāo)量(Idobj，Iqobj)和每個(gè)逆變器模塊的實(shí)際輸出電流(Id，Iq)進(jìn)行差分后進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，并通過電感前饋解耦以獲得電壓分量(Vd，Vq)，其中，實(shí)際輸出電流(Id，Iq)通過對三相實(shí)際輸出電流進(jìn)行Park變換得到。[0064]S70，每個(gè)逆變控制器對電壓分量(Vd，Vq)進(jìn)行坐標(biāo)變換獲得三相調(diào)制波(Uaexe，Ubexe, Ucexe)。
[0065]其中，Park變換為三相靜止坐標(biāo)系到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換，而dq/abc變換為兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系到三相靜止坐標(biāo)系的變換。
[0066]綜上所述，在本發(fā)明的實(shí)施例提出的基于下垂特性控制的多機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)的控制方法采用更為簡單和高效的下垂控制方法，通過坐標(biāo)變換將單機(jī)交流輸出電壓基準(zhǔn)目標(biāo)轉(zhuǎn)換直流量Udobj’、Uqobj’，將有功功率平均值與單臺輸出有功功率做差再進(jìn)行PI調(diào)節(jié)得到的值作為電壓目標(biāo)Uqobj’的修正量，將有功功率平均值與單臺輸出有功功率做差再進(jìn)行PI調(diào)節(jié)得到的值作為電壓目標(biāo)Uqobj’的修正量，然后將此修正量與坐標(biāo)變換得到的目標(biāo)量相加，得到最終的電壓目標(biāo)量。并且，采用高精度同步信號發(fā)生器產(chǎn)生同步信號，保證各逆變器模塊相位一致。
[0067]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基于下垂特性控制的多機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)的控制方法，更為簡單高效，不僅能實(shí)現(xiàn)相位高度同步且能保證模塊相互獨(dú)立，各逆變器模塊均能夠在任意時(shí)刻投入系統(tǒng)或從系統(tǒng)中切除并且實(shí)現(xiàn)輸出功率的快速準(zhǔn)確均分，確保各模塊之間無環(huán)流，大大提高供電質(zhì)量、可靠性和帶各種類型惡劣負(fù)載運(yùn)行的能力。
[0068]流程圖中或在此以其他方式描述的任何過程或方法描述可以被理解為，表示包括一個(gè)或更多個(gè)用于實(shí)現(xiàn)特定邏輯功能或過程的步驟的可執(zhí)行指令的代碼的模塊、片段或部分，并且本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的范圍包括另外的實(shí)現(xiàn)，其中可以不按所示出或討論的順序，包括根據(jù)所涉及的功能按基本同時(shí)的方式或按相反的順序，來執(zhí)行功能，這應(yīng)被本發(fā)明的實(shí)施例所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員所理解。
[0069]在流程圖中表示或在此以其他方式描述的邏輯和/或步驟，例如，可以被認(rèn)為是用于實(shí)現(xiàn)邏輯功能的可執(zhí)行指令的定序列表，可以具體實(shí)現(xiàn)在任何計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中，以供指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備(如基于計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)、包括處理器的系統(tǒng)或其他可以從指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備取指令并執(zhí)行指令的系統(tǒng))使用，或結(jié)合這些指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備而使用。就本說明書而言，"計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)"可以是任何可以包含、存儲(chǔ)、通信、傳播或傳輸程序以供指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備或結(jié)合這些指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備而使用的裝置。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的更具體的示例(非窮盡性列表)包括以下:具有一個(gè)或多個(gè)布線的電連接部(電子裝置)，便攜式計(jì)算機(jī)盤盒(磁裝置)，隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)，只讀存儲(chǔ)器(ROM)，可擦除可編輯只讀存儲(chǔ)器(EPR0M或閃速存儲(chǔ)器)，光纖裝置，以及便攜式光盤只讀存儲(chǔ)器(⑶ROM)。另外，計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)甚至可以是可在其上打印所述程序的紙或其他合適的介質(zhì)，因?yàn)榭梢岳缤ㄟ^對紙或其他介質(zhì)進(jìn)行光學(xué)掃描，接著進(jìn)行編輯、解譯或必要時(shí)以其他合適方式進(jìn)行處理來以電子方式獲得所述程序，然后將其存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器中。
[0070]應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的各部分可以用硬件、軟件、固件或它們的組合來實(shí)現(xiàn)。在上述實(shí)施方式中，多個(gè)步驟或方法可以用存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中且由合適的指令執(zhí)行系統(tǒng)執(zhí)行的軟件或固件來實(shí)現(xiàn)。例如，如果用硬件來實(shí)現(xiàn)，和在另一實(shí)施方式中一樣，可用本領(lǐng)域公知的下列技術(shù)中的任一項(xiàng)或他們的組合來實(shí)現(xiàn):具有用于對數(shù)據(jù)信號實(shí)現(xiàn)邏輯功能的邏輯門電路的離散邏輯電路，具有合適的組合邏輯門電路的專用集成電路，可編程門陣列(PGA)，現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)等。
[0071]本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員可以理解實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例方法攜帶的全部或部分步驟是可以通過程序來指令相關(guān)的硬件完成，所述的程序可以存儲(chǔ)于一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中，該程序在執(zhí)行時(shí)，包括方法實(shí)施例的步驟之一或其組合。
[0072]此外，在本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例中的各功能單元可以集成在一個(gè)處理模塊中，也可以是各個(gè)單元單獨(dú)物理存在，也可以兩個(gè)或兩個(gè)以上單元集成在一個(gè)模塊中。上述集成的模塊既可以采用硬件的形式實(shí)現(xiàn)，也可以采用軟件功能模塊的形式實(shí)現(xiàn)。所述集成的模塊如果以軟件功能模塊的形式實(shí)現(xiàn)并作為獨(dú)立的產(chǎn)品銷售或使用時(shí)，也可以存儲(chǔ)在一個(gè)計(jì)算機(jī)可讀取存儲(chǔ)介質(zhì)中。
[0073]上述提到的存儲(chǔ)介質(zhì)可以是只讀存儲(chǔ)器，磁盤或光盤等。
[0074]在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。
[0075]盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同限定。
【權(quán)利要求】
1.一種基于下垂特性控制的多機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)，其特征在于，包括: 同步信號發(fā)生器，用于生成同步信號； 多個(gè)逆變器模塊，所述多個(gè)逆變器模塊并聯(lián)連接，所述多個(gè)逆變器模塊分別與所述同步信號發(fā)生器相連，每個(gè)所述逆變器模塊包括: 捕獲子模塊，用于捕獲所述同步信號發(fā)生器生成的同步信號； 逆變控制器，用于將所述同步信號轉(zhuǎn)換為電壓相位信號； 采樣子模塊，用于采樣所述逆變器模塊的電壓電流； 其中，所述多個(gè)逆變器模塊根據(jù)所述電壓相位信號實(shí)現(xiàn)相位一致； 監(jiān)控模塊，所述監(jiān)控模塊與所述多個(gè)逆變器模塊相連，用于根據(jù)所述每個(gè)所述逆變器模塊的電壓電流計(jì)算每個(gè)所述逆變器模塊的輸出功率和系統(tǒng)輸出的平均功率，所述逆變控制器根據(jù)所述輸出功率和所述平均功率之差進(jìn)行下垂控制以實(shí)現(xiàn)對所述多個(gè)逆變器模塊的基準(zhǔn)電壓目標(biāo)量進(jìn)行修正。
2.如權(quán)利要求1所述的基于下垂特性控制的多機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)控模塊還用于計(jì)算每個(gè)所述逆變器模塊的輸出有功功率和所述系統(tǒng)輸出的平均有功功率，每個(gè)所述逆變控制器接收所述監(jiān)控模塊傳遞的所述有功功率和所述平均有功功率之差并進(jìn)行PI調(diào)節(jié)以獲得每個(gè)所述逆變器模塊的第一基準(zhǔn)電壓目標(biāo)量Uqobj’的修正量AUqobj，其中，所述第一基準(zhǔn)電壓目標(biāo)量Uqobj’通過對三相目標(biāo)電壓進(jìn)行Park變換得到。
3.如權(quán)利要求2所述的基于下垂特性控制的多機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)控模塊還用于計(jì)算每個(gè)所述逆變器模塊的輸出無功功率和所述系統(tǒng)輸出的平均無功功率，每個(gè)所述逆變控制器接收所述監(jiān)控模塊傳遞的所述無功功率和所述平均無功功率之差并進(jìn)行PI調(diào)節(jié)以獲得每個(gè)所述逆變器模塊的第二基準(zhǔn)電壓目標(biāo)量Udobj’的修正量AUdobj，其中，所述第二基準(zhǔn)電壓目標(biāo)量Udobj’通過對三相目標(biāo)電壓進(jìn)行Park變換得到。
4.如權(quán)利要求3所述的基于下垂特性控制的多機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)，其特征在于，每個(gè)所述逆變控制器根據(jù)所述基準(zhǔn)電壓目標(biāo)量(Udobj，，Uqobj’ )和修正量(Λ Udobj，Δ Uqobj)獲得每個(gè)所述逆變器模塊的電壓目標(biāo)量(Udobj，Uqobj)。
5.如權(quán)利要求4所述的基于下垂特性控制的多機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)，其特征在于，每個(gè)所述逆變控制器根據(jù)所述電壓目標(biāo)量(Udobj，Uqobj)和每個(gè)所述逆變器模塊的實(shí)際輸出電壓(Ud,Uq)進(jìn)行差分后進(jìn)行PI調(diào)節(jié)以獲得電流目標(biāo)量(Idobj，Iqobj)，其中，所述實(shí)際輸出電壓(Ud，Uq)通過對三相實(shí)際輸出電壓進(jìn)行Park變換得到。
6.如權(quán)利要求5所述的基于下垂特性控制的多機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)，其特征在于，每個(gè)所述逆變控制器根據(jù)所述電流目標(biāo)量(Idobj，Iqobj)和每個(gè)所述逆變器模塊的實(shí)際輸出電流(Id, Iq)進(jìn)行差分后進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，并通過電感前饋解耦以獲得電壓分量(Vd，Vq)，其中，所述實(shí)際輸出電流(Id，Iq)通過對三相實(shí)際輸出電流進(jìn)行Park變換得到。
7.如權(quán)利要求6所述的基于下垂特性控制的多機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)，其特征在于，每個(gè)所述逆變控制器對所述電壓分量(Vd，Vq)進(jìn)行坐標(biāo)變換獲得三相調(diào)制波(Uaexe，Ubexe，Ucexe)。
8.—種如權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的基于下垂特性控制的多機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，包括如下步驟: 所述逆變控制器通過所述捕獲子模塊捕獲所述同步信號發(fā)生器生成的同步信號，并將所述同步信號轉(zhuǎn)換為電壓相位信號，其中，所述多個(gè)逆變器模塊根據(jù)所述電壓相位信號實(shí)現(xiàn)相位一致； 所述采樣子模塊采樣相應(yīng)的所述逆變器模塊的電壓電流； 所述監(jiān)控模塊根據(jù)所述每個(gè)所述逆變器模塊的電壓電流計(jì)算每個(gè)所述逆變器模塊的輸出功率和系統(tǒng)輸出的平均功率； 所述逆變控制器根據(jù)所述輸出功率和所述平均功率之差進(jìn)行下垂控制以實(shí)現(xiàn)對所述多個(gè)逆變器模塊的基準(zhǔn)電壓目標(biāo)量進(jìn)行修正。
9.如權(quán)利要求8所述的基于下垂特性控制的多機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，進(jìn)一步包括: 所述監(jiān)控模塊計(jì)算每個(gè)所述逆變器模塊的輸出無功功率/有功功率和所述系統(tǒng)輸出的平均無功功率/平均有功功率； 每個(gè)所述逆變控制器接收所述監(jiān)控模塊傳遞的所述無功功率/有功功率和所述平均無功功率/平均有功功率之差并進(jìn)行PI調(diào)節(jié)以獲得每個(gè)所述逆變器模塊的基準(zhǔn)電壓目標(biāo)量(Udobj’, Uqobj，)的修正量(AUdobj, Λ Uqobj)，其中，所述基準(zhǔn)電壓目標(biāo)量(Udobj’,Uqobj’ )通過對三相目標(biāo)電壓進(jìn)行Park變換得到； 每個(gè)所述逆變控制器根據(jù)所述基準(zhǔn)電壓目標(biāo)量(Udobj’，Uqobj’)和修正量(Λ Udobj，Δ Uqobj)獲得每個(gè)所述逆變器模塊的電壓目標(biāo)量(Udobj，Uqobj)。
10.如權(quán)利要求9所述的基于下垂特性控制的多機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，進(jìn)一步包括: 每個(gè)所述逆變控制器根據(jù)所述電壓目標(biāo)量(Udobj，Uqobj)和每個(gè)所述逆變器模塊的實(shí)際輸出電壓(Ud，Uq)進(jìn)行差分后進(jìn)行PI調(diào)節(jié)以獲得電流目標(biāo)量(Idobj，Iqobj)，其中，所述實(shí)際輸出電壓(Ud，Uq)通過對三相實(shí)際輸出電壓進(jìn)行Park變換得到； 每個(gè)所述逆變控制器根據(jù)所述電流目標(biāo)量(Idobj，Iqobj)和每個(gè)所述逆變器模塊的實(shí)際輸出電流(Id，Iq)進(jìn)行差分后進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，并通過電感前饋解耦以獲得電壓分量(Vd，Vq)，其中，所述實(shí)際輸出電流(Id，Iq)通過對三相實(shí)際輸出電流進(jìn)行Park變換得到； 每個(gè)所述逆變控制器對所述電壓分量(Vd，Vq)進(jìn)行坐標(biāo)變換獲得三相調(diào)制波(Uaexe，Ubexe, Ucexe)。
【文檔編號】H02M7/493GK103904929SQ201210586017
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2012年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月30日
【發(fā)明者】景劍飛, 孫嘉品, 尹韶文 申請人:比亞迪股份有限公司