專利名稱：基于同步參考電壓的多臺pwm變流器并聯(lián)運(yùn)行控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于多臺PWM變流器并聯(lián)運(yùn)行系統(tǒng)的控制方法，特別涉及一種用于抑制環(huán)流的多臺PWM變流器并聯(lián)運(yùn)行的主從控制方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的T業(yè)變頻電源通常由功率二極管和晶閘管等構(gòu)成，交流電源或直流電源經(jīng)過傳統(tǒng)工業(yè)變頻電源變換后，會對電網(wǎng)注入大量諧波。隨著工業(yè)發(fā)展，變頻電源的應(yīng)用越來越廣泛，特別是應(yīng)用于冶金行業(yè)中的基于功率開關(guān)器件的各種大功率整流電源和特種逆變電源等數(shù)量和容量都越來越龐大，各種工業(yè)變頻電源對配電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響越來越嚴(yán)重，如何提高工業(yè)變頻電源的電能變換效率和降低其諧波產(chǎn)生量已成為工業(yè)界的一個(gè)重要課題。目前，為了提高各種變頻電源的電能變換效率和電能質(zhì)量，以及為了提高變頻電源系統(tǒng)的總?cè)萘?，有器件串?lián)型工業(yè)變頻電源和模塊并聯(lián)型工業(yè)變頻電源兩種解決方案。器件串聯(lián)型工業(yè)變頻電源方案能有效地解決大容量電源問題，并且能有效改善輸出電能的質(zhì)量，但是當(dāng)其容量固定時(shí)，在實(shí)時(shí)負(fù)荷變小或者生產(chǎn)規(guī)模減小時(shí)就會出現(xiàn)電源容量閑置的問題，降低了電源設(shè)備的 利用率和靈活性。模塊并聯(lián)型工業(yè)變頻電源方案是由多組小容量的工業(yè)電源并聯(lián)連接構(gòu)成，其容量的大小可以靈活地增大和減小，可以方便地根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要增減裝置數(shù)量，提高設(shè)備利用率。除此之外，模塊并聯(lián)型工業(yè)變頻電源方案具有冗余運(yùn)行特點(diǎn)，能大幅降低電源設(shè)備發(fā)生故障時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)。因此，采用PWM變頻器作為變頻電源的前級功率變換電路已成為當(dāng)前和今后的發(fā)展趨勢。模塊并聯(lián)型工業(yè)變頻電源方案中的變頻電源模塊通常是使用PWM變流器作為各種變頻電源的前級功率變換電路，其工作原理是:PWM變流器將來自配電網(wǎng)的工頻交流電整流成直流電，后級功率電路根據(jù)負(fù)載特性和需求分別采用DC/AC或DC/DC等拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)將直流電能變換成滿足負(fù)載要求的交流電或直流電。這種基于PWM變流器作為前級功率變換電路的模塊化工業(yè)變頻電源將PWM變流器的交流輸入側(cè)并聯(lián)連接在配電網(wǎng)中，這樣能在不影響工業(yè)現(xiàn)場生產(chǎn)運(yùn)行的條件下靈活、有效的擴(kuò)大電源系統(tǒng)的容量。但是，當(dāng)各并聯(lián)運(yùn)行的電源模塊中的PWM變流器的交流側(cè)電壓不一致時(shí)，就會在PWM變流器之間產(chǎn)生環(huán)流。這種變流器之間的環(huán)流會增加設(shè)備損耗，降低變頻電源的電能變換效率，在環(huán)流較大時(shí)還會對PWM變流器中的功率開關(guān)器件產(chǎn)生燒毀性危害。因此，研究一種能抑制環(huán)流的多臺PWM變流器并聯(lián)運(yùn)行控制方法對提高工業(yè)變頻電源的電能變換效率和安全性具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種具有良好的冗余運(yùn)行性能的基于同步參考電壓的多臺PWM變流器并聯(lián)運(yùn)行控制方法，有效抑制多臺PWM變流器之間的環(huán)流。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種基于同步參考電壓的多臺PWM變流器并聯(lián)運(yùn)行控制方法，適用于多臺PWM變流器并聯(lián)運(yùn)行系統(tǒng)，所述多臺PWM變流器并聯(lián)運(yùn)行系統(tǒng)包括多個(gè)并聯(lián)運(yùn)行模塊，所述并聯(lián)運(yùn)行模塊包括依次連接的PWM變流器、后級變換器和負(fù)載，所述PWM變流器連接一個(gè)從控制器，所述PWM變流器與所述后級變換器之間接有直流側(cè)電容；所述各并聯(lián)運(yùn)行模塊的PWM變流器均與配電網(wǎng)交流母線連接，所述各并聯(lián)運(yùn)行模塊的從控制器、負(fù)載均與主控制器連接；該方法為:I)主控制器采集各并聯(lián)運(yùn)行模塊的負(fù)載總有功功率P,負(fù)載總無功功率Qgil 、配電網(wǎng)交流母線電壓E*和頻率ω*，然后采用下垂系數(shù)控制方法得到各并聯(lián)運(yùn)行模塊的PWM變流器的輸出電壓的同步參考電壓u*;2)每并聯(lián)運(yùn)行模塊的從控制器采集各自負(fù)載的有功功率Pilgu、無功功率(^、.及直流側(cè)電容電壓Udcn,然后經(jīng)過PI控制器得到該模塊中PWM變流器的輸入電流參考值 ;3)根據(jù)上述步驟I)中的輸出電壓的同步參考電壓U*、配電網(wǎng)交流母線電壓Us及PWM變流器的輸入電流參考值ζ，各并聯(lián)運(yùn)行模塊的從控制器計(jì)算得到PWM變流器的總輸出阻抗目標(biāo)值Zn,，然后利用總輸出阻抗目標(biāo)值Zn,6 計(jì)算得到用于控制備并聯(lián)運(yùn)行模塊的PWM變流器的虛擬阻抗值Znjiw ;4)各并聯(lián)運(yùn)行模塊的從控制器根據(jù)步驟I)和步驟3)中計(jì)算得到的輸出電壓的同步參考電壓u*和各臺 PWM變流器的虛擬阻抗值Znjiw，采用虛擬阻抗控制方法實(shí)現(xiàn)各并聯(lián)運(yùn)行模塊PWM變流器的零環(huán)流并聯(lián)運(yùn)行控制。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所具有的有益效果為:本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了多臺PWM變流器并聯(lián)運(yùn)行時(shí)的環(huán)流抑制和可靠控制。本發(fā)明采用主從控制方式，主控制器根據(jù)并聯(lián)運(yùn)行的負(fù)載總功率計(jì)算出每臺PWM變流器的輸出參考電壓，各臺PWM變流器擁有自己獨(dú)立的從控制器，當(dāng)其中一臺PWM變流器出現(xiàn)故障后，其余PWM變流器仍可繼續(xù)工作，提高了系統(tǒng)的可靠性。同時(shí)，由于多臺變流器輸出參考電壓是同步的，通過調(diào)節(jié)各自虛擬阻抗大小來滿足各自負(fù)載需求，即各臺PWM變流器的等效輸出端電壓具有完全一致的幅值和相位，各臺PWM變流器等效輸出阻抗根據(jù)其負(fù)載的大小自動(dòng)改變，從而可以避免多臺PWM變流器間環(huán)流的產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)負(fù)載自動(dòng)跟蹤控制。


圖1為本發(fā)明一實(shí)施例多臺PWM變流器并聯(lián)運(yùn)行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明一實(shí)施例基于同步參考電壓的多臺PWM變流器并聯(lián)運(yùn)行控制方法原理圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，本發(fā)明一實(shí)施例按控制指令的流向分為主控制層和從控制層兩個(gè)控制層。主控制層由一臺上位機(jī)作為主控制器，從控制層包括每臺PWM變流器的DSP控制器。主控制器根據(jù)負(fù)責(zé)采集負(fù)載總功率并計(jì)算得到各臺從控制器的同步參考電壓，從控制器接收主控制器輸出的同步參考電壓，然后采用自動(dòng)調(diào)整虛擬阻抗值的控制方法實(shí)現(xiàn)每臺PWM整流器自身輸入電流的控制。如圖2所示，本發(fā)明的工作原理及其具體實(shí)現(xiàn)方法如下:
首先，作為主控制器的上位機(jī)通過電壓和電流互感器采集多臺工業(yè)電源的負(fù)載總有功功率P , ; 、負(fù)載總無功功率Q,en、配電網(wǎng)交流母線電壓E*和頻率ω *，然后采用下垂系數(shù)控制方法得到各臺PWM變流器輸出電壓的同步參考電壓U*。下垂系數(shù)控制方法為
權(quán)利要求
1.一種基于同步參考電壓的多臺PWM變流器并聯(lián)運(yùn)行控制方法，適用于多臺PWM變流器并聯(lián)運(yùn)行系統(tǒng)，所述多臺PWM變流器并聯(lián)運(yùn)行系統(tǒng)包括多個(gè)并聯(lián)運(yùn)行模塊，所述并聯(lián)運(yùn)行模塊包括依次連接的PWM變流器、后級變換器和負(fù)載，所述PWM變流器連接一個(gè)從控制器，所述PWM變流器與所述后級變換器之間接有直流側(cè)電容；所述各并聯(lián)運(yùn)行模塊的PWM變流器均與配電網(wǎng)交流母線連接，所述各并聯(lián)運(yùn)行模塊的從控制器、負(fù)載均與主控制器連接；其特征在于，該方法為: 1)主控制器采集各并聯(lián)運(yùn)行模塊的負(fù)載總有功功率P,en、負(fù)載總無功功率、配電網(wǎng)交流母線電壓E*和頻率ω*，然后采用下垂系數(shù)控制方法得到各并聯(lián)運(yùn)行模塊的PWM變流器的輸出電壓的同步參考電壓u* ； 2)每并聯(lián)運(yùn)行模塊的從控制器采集各自負(fù)載的有功功率Piisn、無功功率Qiisn及直流側(cè)電容電壓Udm，然后經(jīng)過PI控制器得到該模塊中PWM變流器的輸入電流參考值 ; 3)根據(jù)上述步驟I)中的輸出電壓的同步參考電壓U*、配電網(wǎng)交流母線電壓us&PWM變流器的輸入電流參考值ζ，各并聯(lián)運(yùn)行模塊的從控制器計(jì)算得到PWM變流器的總輸出阻抗目標(biāo)值，然后利用總輸出阻抗目標(biāo)值Zn,計(jì)算得到用于控制各并聯(lián)運(yùn)行模塊的PWM變流器的虛擬阻抗值Znjet ； 4)各并聯(lián)運(yùn)行模塊的從控制器根據(jù)步驟I)和步驟3)中計(jì)算得到的輸出電壓的同步參考電壓u*和各臺PWM變流器的虛擬阻抗值Znjttt,采用虛擬阻抗控制方法實(shí)現(xiàn)各并聯(lián)運(yùn)行模塊PWM變流器的零環(huán)流并聯(lián)運(yùn)行控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于同步參考電壓的多臺PWM變流器并聯(lián)運(yùn)行控制方法，其特征在于，所述步驟I)中，下垂系數(shù)控制方法的表達(dá)式為:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于同步參考電壓的多臺PWM變流器并聯(lián)運(yùn)行控制方法，其特征在于，所述步驟2)中，PWM變流器的輸入電流參考值ξ的表達(dá)式為:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于同步參考電壓的多臺PWM變流器并聯(lián)運(yùn)行控制方法，其特征在于，所述步驟3)中，虛擬阻抗值Znjttt的計(jì)算公式為:
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于同步參考電壓的多臺PWM變流器并聯(lián)運(yùn)行控制方法，其特征在于，所述步驟4)中，虛擬阻抗控制方法的表達(dá)式為:
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于同步參考電壓的多臺PWM變流器并聯(lián)運(yùn)行控制方法，多臺PWM變流器并聯(lián)運(yùn)行系統(tǒng)包括主控制器和從控制器，主控制器根據(jù)并聯(lián)運(yùn)行的負(fù)載總功率計(jì)算出每臺PWM變流器的同步輸出參考電壓，同時(shí)將士控制器輸出的同步參考電壓信號發(fā)送至各從控制器，各從控制器根據(jù)自身負(fù)載功率大小自動(dòng)修正其虛擬輸出阻抗值，從而使多臺PWM變流器的輸入總功率滿足系統(tǒng)需求，并且滿足各臺PWM變流器自身的負(fù)載需求。各臺PWM變流器的等效輸出端電壓具有完全一致的幅值和相位，從而避免各PWM變流器間環(huán)流的產(chǎn)生;由于每臺PWM變流器擁有自己獨(dú)立的從控制器，當(dāng)其中一臺PWM變流器出現(xiàn)故障后，其余PWM變流器仍可繼續(xù)工作，提高了系統(tǒng)的可靠性。
文檔編號H02J3/42GK103236717SQ20131012537
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月12日
發(fā)明者羅安, 肖華根, 王逸超, 馬伏軍, 陳燕東, 劉月華, 周娟 申請人:湖南大學(xué)