一種并聯(lián)發(fā)電系統(tǒng)的控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種并聯(lián)發(fā)電系統(tǒng)的控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著技術(shù)的發(fā)展，電源供電系統(tǒng)的功率越來(lái)越大，面對(duì)電流應(yīng)力、熱應(yīng)力及選擇價(jià) 格昂貴的高功率等級(jí)的功率開(kāi)關(guān)器件等問(wèn)題，傳統(tǒng)的單電源供電已經(jīng)不能滿足要求。為滿 足電氣系統(tǒng)的可靠性、效率和功率密度的要求，通常采用多個(gè)發(fā)電系統(tǒng)并聯(lián)發(fā)電的方式。并 聯(lián)發(fā)電系統(tǒng)一般由多個(gè)配置相同的模塊并聯(lián)構(gòu)成，每個(gè)模塊均由功率電路和控制電路構(gòu) 成，功率電路又叫主電路，用于傳輸動(dòng)力系統(tǒng)的功率，控制電路用于控制主電路，各模塊只 在負(fù)載處結(jié)合，發(fā)出相同的電壓。
[0003] 在并聯(lián)發(fā)電系統(tǒng)中，通?？紤]兩方面問(wèn)題，一是為保證系統(tǒng)可靠性，采用冗余結(jié) 構(gòu)，另一是各模塊的電流分配。由于并聯(lián)發(fā)電系統(tǒng)中各并聯(lián)模塊特性和參數(shù)難以一致，會(huì)造 成模塊電流不均，大負(fù)載時(shí)，輸出電流大的模塊長(zhǎng)期可能工作于重載狀態(tài)，導(dǎo)致模塊故障率 提高，因此在并聯(lián)發(fā)電中，需要采取措施保證各個(gè)模塊同步運(yùn)行，使系統(tǒng)穩(wěn)定可靠地工作， 充分發(fā)揮并聯(lián)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。
[0004] 當(dāng)前并聯(lián)發(fā)電系統(tǒng)的控制方式一般分為集中式控制、主從控制和無(wú)互聯(lián)信號(hào)線獨(dú) 立控制方案，如圖1所示，集中式控制帶有獨(dú)立的集中控制器J01，所有模塊J〇4、J05接收 集中控制器發(fā)出的同步PWM信號(hào)J02、J03，然而集中控制器發(fā)出的PffM信號(hào)與各個(gè)模塊之 間通過(guò)線纜傳輸，可靠性差，集中控制器一旦故障，系統(tǒng)出現(xiàn)癱瘓，無(wú)法具有冗余功能，另一 方面?zhèn)鬏斁€纜的長(zhǎng)短影響PWM信號(hào)的同步，所以各模塊難以真正實(shí)現(xiàn)均流。與集中控制方 式比較，主從控制方式具有一定的優(yōu)點(diǎn)，它沒(méi)有集中控制器，主從控制方式由若干模塊并聯(lián) 而成，并在其中選擇一個(gè)作為主模塊，其余作為從模塊跟隨主模塊工作，所以從模塊通過(guò)各 自的控制通道，使得所有模塊分擔(dān)相同負(fù)載電流。但是主從控制方式也有一些不足：主模塊 一旦出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)將會(huì)癱瘓，不適于冗余并聯(lián)系統(tǒng)。
[0005] 與前兩種控制方式比較，無(wú)互聯(lián)信號(hào)線獨(dú)立控制方式不需要并聯(lián)系統(tǒng)中各模塊之 間的控制連接線，各模塊獨(dú)立運(yùn)行，通過(guò)負(fù)載有功功率、無(wú)功功率的均分實(shí)現(xiàn)的均流，但是 由于線路阻抗的存在，無(wú)功功率將得不到很好的均分，所以均流效果受到一定的限制，而且 這種方式實(shí)現(xiàn)過(guò)程復(fù)雜，或占用很高的CPU資源。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)可靠性差、系統(tǒng)無(wú)法冗余的缺點(diǎn)，提出一種新的 用于并聯(lián)發(fā)電系統(tǒng)的控制方法。本發(fā)明每個(gè)模塊都有獨(dú)立的控制通道，是在傳統(tǒng)電壓外環(huán)、 電流內(nèi)環(huán)雙閉環(huán)的基礎(chǔ)上，無(wú)需增加硬件檢測(cè)電路，也無(wú)需復(fù)雜的算法，只在電壓外環(huán)后添 加一個(gè)均流調(diào)節(jié)器，通過(guò)均流調(diào)節(jié)器的處理，取得較好的均流效果，使得系統(tǒng)具有冗余功 能。
[0007] 所述的雙閉環(huán)控制既能控制最終的輸出電壓，又能控制最大輸出電流。電壓環(huán)、電 流環(huán)分別采用PI調(diào)節(jié)器。電壓環(huán)中給定輸出電壓參考值，與實(shí)際采集的輸出電壓作差，經(jīng) 過(guò)電壓調(diào)節(jié)器后，其輸出值作為輸出電流給定值；同理，輸出電流給定值與采集的輸出電流 作差，經(jīng)過(guò)電流調(diào)節(jié)器后，輸出PffM信號(hào)，用于驅(qū)動(dòng)主電路。所以，經(jīng)過(guò)雙閉環(huán)控制，輸出電 壓最后跟蹤電壓環(huán)中給定的輸出電壓參考值，輸出電流跟蹤輸出電流給定值。
[0008] 本發(fā)明基于傳統(tǒng)電壓外環(huán)、電流內(nèi)環(huán)雙閉環(huán)控制，在電壓外環(huán)后添加了均流調(diào)節(jié) 器。應(yīng)用本發(fā)明的并聯(lián)發(fā)電系統(tǒng)，沒(méi)有主從模塊的區(qū)分，每個(gè)模塊都有獨(dú)立的控制通道，從 而避免了主從模塊切換帶來(lái)的問(wèn)題。每個(gè)控制通道包括電壓調(diào)節(jié)器、均流調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié) 器、PWM發(fā)生器、采樣模塊和信號(hào)處理模塊。在控制通道中，信號(hào)的傳輸方向?yàn)椋涸陔妷赫{(diào)節(jié) 器中給定輸出電壓參考值，電壓調(diào)節(jié)器將給定的輸出電壓參考值與實(shí)際采集的輸出電壓作 差經(jīng)電壓調(diào)節(jié)器理，電壓調(diào)節(jié)器的輸出值與均流調(diào)節(jié)器輸出的校正電流相加，一起作為輸 出電流給定值，電流調(diào)節(jié)器將輸出電流給定值與采集的輸出電流作差，最后輸出PWM信號(hào)， 用于驅(qū)動(dòng)主電路。
[0009] 并聯(lián)發(fā)電系統(tǒng)中，每個(gè)模塊上傳自身的輸出電流至通訊總線，同時(shí)通過(guò)通訊總線 接收其他模塊自身的輸出電流，每個(gè)模塊根據(jù)通訊總線上各模塊的自身輸出電流計(jì)算系統(tǒng) 平均電流，系統(tǒng)平均電流與模塊自身的輸出電流作差，經(jīng)均流調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)，以均流調(diào)節(jié)器 的輸出值作為校正電流。該校正電流與電壓調(diào)節(jié)器的輸出值相加作為輸出電流給定值。正 常工作時(shí)，電壓調(diào)節(jié)器的輸出值為一常量，只有通過(guò)校正電流來(lái)調(diào)節(jié)輸出電流給定值，便可 使輸出電流給定值與系統(tǒng)平均電流相等。經(jīng)過(guò)均流調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器，各模塊輸出電流 實(shí)時(shí)跟蹤系統(tǒng)平均電流，從而各模塊自動(dòng)實(shí)現(xiàn)均流。當(dāng)其中某個(gè)模塊發(fā)生故障時(shí)，故障模塊 關(guān)閉通訊，自動(dòng)退出并聯(lián)系統(tǒng)，其他模塊也不再接收該故障模塊輸出電流值。相應(yīng)的，其余 模塊在計(jì)算平均電流時(shí)，也會(huì)剔除該故障模塊的輸出電流值，重新得到新的系統(tǒng)平均電流， 所以其中一個(gè)模塊發(fā)生故障時(shí)并不影響其他模塊的運(yùn)行，從而提高了運(yùn)行的可靠性，使得 系統(tǒng)具有冗余功能。
[0010] 本發(fā)明控制方法如下：
[0011] 并聯(lián)系統(tǒng)中的各模塊將采集的自身輸出電流值送到通訊總線，并且接受通 訊總線上其他模塊的輸出電流值，同時(shí)對(duì)所有模塊的自身輸出電流求和取平均值 7 = + 7為系統(tǒng)平均電流，I2為各模塊輸出電流，N為并聯(lián)系統(tǒng)的模塊總數(shù)。 在均流調(diào)節(jié)器中，系統(tǒng)平均電流?與各模塊輸出電流1:或12作差，經(jīng)均流調(diào)節(jié)器后輸出，作 為校正電流。校正電流與電壓調(diào)節(jié)器輸出值相加作為輸出電流給定值。所有模塊的輸出電 流給定值都由校正電流和電壓調(diào)節(jié)器輸出值兩部分組成。當(dāng)模塊的輸出電流與系統(tǒng)平均電 流相等時(shí)，校正電流為零；當(dāng)某一模塊的輸出電流大于系統(tǒng)平均電流時(shí)，校正電流為負(fù)值， 該模塊輸出電流給定值減小，再通過(guò)電流內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)，使得該模塊輸出電流跟蹤輸出電流 給定值，最后在均流調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的作用下，該模塊輸出電流等于系統(tǒng)平均電流。當(dāng) 某一模塊的輸出電流小于系統(tǒng)平均電流時(shí)，輸出校正電流為正值，該模塊輸出電流給定值 增大，再通過(guò)電流內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)，使得該模塊輸出電流跟蹤輸出電流給定值，最后在均流調(diào)節(jié) 器和電流調(diào)節(jié)器的作用下，該模塊輸出電流等于系統(tǒng)平均電流。
[0012] 正常工作時(shí)，電壓調(diào)節(jié)器的輸出值為一常量，只有通過(guò)校正電流來(lái)調(diào)節(jié)輸出電流 給定值。各模塊的輸出電流與系統(tǒng)平均電流比較有偏差時(shí)，通過(guò)均流調(diào)節(jié)器輸出校正電流， 從而調(diào)節(jié)輸出電流給定值，使得輸出電流給定值等于系統(tǒng)平均電流。最后再通過(guò)電流調(diào)節(jié) 器的作用，使得各模塊的輸出電流與輸出電流給定值相等，各模塊保持了同步操作。當(dāng)某一 模塊出現(xiàn)故障，該模塊的通訊立即關(guān)閉，自動(dòng)退出并聯(lián)系統(tǒng)，不會(huì)影響系統(tǒng)的正常工作。其 他模塊也不再接收故障模塊輸出電流值。相應(yīng)的，其他各模塊在計(jì)算系統(tǒng)平均電流時(shí)，也會(huì) 剔除故障模塊的輸出電流值，重新得到新的系統(tǒng)平均電流，各模塊通過(guò)均流調(diào)節(jié)器和電流 調(diào)節(jié)器的作用，重新跟蹤新的系統(tǒng)平均電流，最后實(shí)現(xiàn)均流輸出，實(shí)現(xiàn)了并聯(lián)發(fā)電系統(tǒng)的冗 余功能。
[0013] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，各模塊均有獨(dú)立的控制通道，且各模塊的發(fā)電和均流控制方式 一致，控制算法簡(jiǎn)單，沒(méi)有主從區(qū)分，各模塊輸出電流等于系統(tǒng)平均電流，可實(shí)現(xiàn)各模塊的 同步控制，均流控制易于實(shí)現(xiàn)，控制精度和穩(wěn)定性均較好，且不受并聯(lián)模塊數(shù)的影響，容量 擴(kuò)展靈活。另外當(dāng)其中一個(gè)模塊出現(xiàn)故障時(shí)，并不影響其他模塊的運(yùn)行，提高了系統(tǒng)的可靠 性。
【附圖說(shuō)明】
[0014] 圖1為現(xiàn)有的集中式控制方式示意圖；
[0015] 圖2為應(yīng)用本發(fā)明的并聯(lián)發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行系統(tǒng)圖；
[0016] 圖3為本發(fā)明控制方式流程圖。
[0017] 圖中：JOl集中控制器，J02、J03集中式控制方式中的同步信號(hào)，J04、J05集中式 控制方式中的模塊，101、102、103、104模塊1、模塊2、模塊3、模塊4,105模塊1的電壓調(diào)節(jié) 器、106模塊2的電壓調(diào)節(jié)器、107模塊3的電壓調(diào)節(jié)器、108模塊4電壓調(diào)節(jié)器，109模塊1 的均流調(diào)節(jié)器、110模塊2的均流調(diào)節(jié)器、111模塊3的均流調(diào)節(jié)器、112模塊4的均流調(diào)節(jié) 器，113模塊1的電流調(diào)節(jié)器、114模塊2的電流調(diào)節(jié)器、115模塊3的電流調(diào)節(jié)器、116模塊 4的電流調(diào)節(jié)器，117模塊1的PffM發(fā)生器、118模塊2的PffM發(fā)生器、119模塊3的PffM發(fā) 生器、120模塊4的PffM發(fā)生器，121模塊1的信號(hào)處理模塊、122模塊2的信號(hào)處理模塊、 123模塊3的信號(hào)處理模塊、124模塊4的信號(hào)處理模塊，125模塊1的采樣模塊、126模塊2 的采樣模塊、127模塊3的采樣模塊、128模塊4的采樣模塊，129模塊1主電路、130模塊2 主電路、131模塊3主電路、132模塊4主電路，133模塊1控制通道、134模塊2控制通道、 135模塊3控制通道、136模塊4控制通道，137通訊總線，138并聯(lián)發(fā)電系統(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 以下結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。
[0019] 以下以DC/DC并聯(lián)發(fā)電系統(tǒng)的控制方法為例說(shuō)明本發(fā)明的具體控制步驟。
[0020] 圖2為應(yīng)用本發(fā)明的并聯(lián)發(fā)電系統(tǒng)。如圖2所示，該并聯(lián)發(fā)電系統(tǒng)138由四個(gè)模 塊101、102、103和104并聯(lián)組成，各模塊之間通過(guò)通訊總線137連接，每個(gè)模塊包含獨(dú)立的 控制通道，各控制通道基于電壓外環(huán)，電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)控制方法，在此基礎(chǔ)上添加了均流 調(diào)節(jié)器，均流調(diào)節(jié)器作為電壓環(huán)的內(nèi)環(huán)。均流調(diào)節(jié)器的輸出值為校正電流，輸