逆變電源并聯(lián)的一種環(huán)流檢測和控制方法
【專利摘要】逆變電源并聯(lián)的一種環(huán)流檢測和控制方法，由環(huán)流檢測電路子模塊和瞬時環(huán)流抑制子模塊組成的逆變器并聯(lián)系統(tǒng)環(huán)流檢測和抑制模塊實現(xiàn)；所述環(huán)流檢測電路子模塊使各臺逆變器在本地實時地獲取環(huán)流信號；瞬時環(huán)流抑制子模塊利用實時環(huán)流調(diào)節(jié)單臺逆變器控制器的輸出，使所有逆變器的輸出電壓相同，從而達(dá)到有效抑制環(huán)流的目的；本發(fā)明使各逆變器單元能夠在本地實時獲取環(huán)流信息，并通過控制實現(xiàn)對瞬時環(huán)流的抑制，以提高逆變器的均流能力，保證并聯(lián)系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。
【專利說明】
逆變電源并聯(lián)的一種環(huán)流檢測和控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及逆變器并聯(lián)控制技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及逆變電源并聯(lián)的一種環(huán)流檢測和 控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著對供電系統(tǒng)的可靠性及系統(tǒng)冗余的要求越來越高，逆變器并聯(lián)技術(shù)成為了一 種重要的技術(shù)發(fā)展方向。
[0003] 采用逆變器并聯(lián)技術(shù)能夠降低供電系統(tǒng)對單臺逆變器容量及可靠性的要求，同時 提高供電系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和冗余度。但是由于逆變器輸出的是時變的正弦波，使得各逆變 器輸出電壓的頻率、幅值和相位等的差異均會引入環(huán)流，增加系統(tǒng)的損耗，嚴(yán)重時甚至?xí)?dǎo) 致系統(tǒng)崩潰。因此，檢測并抑制不同單元之間的環(huán)流成為逆變器并聯(lián)技術(shù)的關(guān)鍵。于是設(shè)計 一種新型的環(huán)流檢測和控制方法，使各逆變器單元能夠在本地實時獲取環(huán)流信息，并通過 控制實現(xiàn)對瞬時環(huán)流的抑制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為抑制并聯(lián)逆變器單元之間的環(huán)流，本發(fā)明的目的在于提出逆變電源并聯(lián)的一種 環(huán)流檢測和控制方法，使各逆變器單元能夠在本地實時獲取環(huán)流信息，并通過控制實現(xiàn)對 瞬時環(huán)流的抑制，W提高逆變器的均流能力，保證并聯(lián)系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。
[0005] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
[0006] 逆變電源并聯(lián)的一種環(huán)流檢測和控制方法，由環(huán)流檢測電路子模塊和瞬時環(huán)流抑 制子模塊組成的逆變器并聯(lián)系統(tǒng)環(huán)流檢測和抑制模塊實現(xiàn);所述環(huán)流檢測電路子模塊使各 臺逆變器在本地實時地獲取環(huán)流信號；瞬時環(huán)流抑制子模塊利用實時環(huán)流調(diào)節(jié)單臺逆變器 控制器的輸出，使所有逆變器的輸出電壓相同，從而達(dá)到有效抑制環(huán)流的目的;具體方法包 括如下步驟：
[0007] 步驟一:通過環(huán)流檢測電路子模塊在本地實時獲取環(huán)流信號
[0008] 所述環(huán)流檢測電路子模塊由電流傳感器和精密等值電阻組成;將檢測各臺逆變器 輸出電流的電流傳感器輸出端在本地與一個精密等值電阻并聯(lián)后再通過電纜全部并聯(lián);運(yùn) 樣，當(dāng)各逆變器輸出電流相等，即不存在環(huán)流時，各電流傳感器輸出電流在本地電阻上產(chǎn)生 的壓降相等，并聯(lián)電纜上也就不會有電流流過;而當(dāng)各逆變器輸出電流不相等，即存在環(huán)流 時，各電流傳感器輸出電流在本地電阻上產(chǎn)生的壓降不相等，并聯(lián)電纜上就會有電流流過； 因此，通過檢測各電流傳感器并聯(lián)電纜上的電流，就能夠?qū)崿F(xiàn)對環(huán)流的檢測；
[0009] 步驟二:通過瞬時環(huán)流抑制子模塊抑制各臺逆變器之間的環(huán)流
[0010] 根據(jù)步驟一環(huán)流檢測電路子模塊推得忽略LC濾波器參數(shù)差異時，N臺并聯(lián)系統(tǒng)中 第n臺逆變器的瞬時環(huán)流ihn的表達(dá)式為：
[0011]
[001^ 式中，VNn為第n臺逆變器的逆變橋輸出瞬時電壓，?為N臺逆變器的逆變橋輸出瞬 時電壓平均值，Lf為LC濾波器電感值，S為復(fù)頻域變量；
[001引將式（1)左右兩側(cè)與如式(2)所示的旋轉(zhuǎn)變換矩陣T相乘變換到dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下， 得到如式(3)所示的第n臺逆變器的環(huán)流ihdqn的表達(dá)式。
[0014] 2)
[0015] (3)
[0016] 式（2 )中，目為交流母線電壓相位;式(3 )中，V'網(wǎng)、VNdqn和ihdqn分別為同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo) 系下的N臺逆變器的逆變橋輸出瞬時電壓平均值、第n臺逆變器的逆變橋輸出瞬時電壓和第 n臺逆變器的環(huán)流；
[0017] 在單臺逆變器控制器的基礎(chǔ)上，根據(jù)式(3)設(shè)計瞬時環(huán)流抑制環(huán);輸入向量為檢測 環(huán)流I^hdqn,調(diào)節(jié)對象為傳統(tǒng)電壓電流雙閉環(huán)的輸出向量Vdqn,設(shè)計得如式(4)所示的環(huán)流抑 制環(huán)；
[001 引
（4)
[0019] 式中M為電流傳感器變比，Kph和Kih分別為環(huán)流抑制環(huán)的比例系數(shù)和積分系數(shù)，馬 為得到的逆變橋輸出電壓給定值；
[0020] 將式(4)的輸出馬1,與一個和直流母線電壓Vdc成反比的系數(shù)K相乘即引入直流母線 電壓前饋后得到調(diào)制比，再經(jīng)過限幅，轉(zhuǎn)換到=相靜止坐標(biāo)系下，輸入給PWM波發(fā)生器，就生 成控制=相逆變橋所需的PWM波，從而使所有逆變器的輸出電壓相同，達(dá)到有效抑制環(huán)流的 目的。
[0021 ]和現(xiàn)有方法相比較，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0022] 1)通過環(huán)流檢測電路子模塊在本地就可W獲取瞬時環(huán)流信號，既不需要通訊線 路，也不存在傳輸延遲。
[0023] 2)利用瞬時環(huán)流抑制子模塊，逆變器并聯(lián)系統(tǒng)能夠有效抑制環(huán)流，使各臺逆變器 達(dá)到很好的均流效果，使并聯(lián)可靠、穩(wěn)定;并能夠?qū)Σ⒙?lián)插入瞬間產(chǎn)生的較大環(huán)流進(jìn)行快速 有效的抑制，具有快速的動態(tài)響應(yīng)性能。
【附圖說明】
[0024] 圖1為N臺逆變器并聯(lián)供電系統(tǒng)框圖。
[0025] 圖2為所設(shè)計的環(huán)流檢測電路。
[0026] 圖3為增加瞬時環(huán)流抑制子模塊后的并聯(lián)系統(tǒng)控制原理框圖。
[0027] 圖4為2臺逆變器并聯(lián)仿真模型。
[0028] 圖5為2臺逆變器并聯(lián)在電角度存在相位差時的仿真結(jié)果，其中圖5a為不加瞬時環(huán) 流抑制環(huán)時的逆變器1環(huán)流波形及其局部放大波形，圖化為加瞬時環(huán)流抑制環(huán)后的逆變器1 環(huán)流波形及其局部放大波形，圖5c為不加瞬時環(huán)流抑制環(huán)時2臺逆變器U相輸出電流有效值 波形及其局部放大波形，圖5d為加瞬時環(huán)流抑制環(huán)后2臺逆變器U相輸出電流有效值波形及 其局部放大波形。
[0029] 圖6為2臺逆變器并聯(lián)在載波存在相位差時的仿真結(jié)果，其中圖6a為不加瞬時環(huán)流 抑制環(huán)時的逆變器1環(huán)流波形及其局部放大波形，圖6b為加瞬時環(huán)流抑制環(huán)后的逆變器1環(huán) 流波形及其局部放大波形，圖6c為不加瞬時環(huán)流抑制環(huán)時2臺逆變器U相輸出電流有效值波 形及其局部放大波形，圖6d為加瞬時環(huán)流抑制環(huán)后2臺逆變器U相輸出電流有效值波形及其 局部放大波形。
[0030] 圖7為2臺逆變器并聯(lián)在LC濾波器電感參數(shù)存在較大差異時的仿真結(jié)果，其中圖7a 為不加瞬時環(huán)流抑制環(huán)時的逆變器1環(huán)流波形及其局部放大波形，圖7b為加瞬時環(huán)流抑制 環(huán)后的逆變器1環(huán)流波形及其局部放大波形，圖7c為不加瞬時環(huán)流抑制環(huán)時2臺逆變器U相 輸出電流有效值波形及其局部放大波形，圖7d為加瞬時環(huán)流抑制環(huán)后2臺逆變器U相輸出電 流有效值波形及其局部放大波形。
[0031] 圖8為2臺逆變器并聯(lián)在LC濾波器電容參數(shù)存在較大差異時的仿真結(jié)果，其中圖8a 為不加瞬時環(huán)流抑制環(huán)時的逆變器1環(huán)流波形及其局部放大波形，圖8b為加瞬時環(huán)流抑制 環(huán)后的逆變器1環(huán)流波形及其局部放大波形，圖8c為不加瞬時環(huán)流抑制環(huán)時2臺逆變器U相 輸出電流有效值波形及其局部放大波形，圖8d為加瞬時環(huán)流抑制環(huán)后2臺逆變器U相輸出電 流有效值波形及其局部放大波形。
[0032] 圖9為1臺逆變器先啟動，Is時并聯(lián)插入另一臺的仿真結(jié)果其中圖9a為先啟動逆變 器U相輸出電壓波形及其局部放大波形，圖9b為并聯(lián)插入的逆變器U相輸出電壓波形及其局 部放大波形，圖9c為逆變器1的環(huán)流波形及其局部放大波形，圖9d為2臺逆變器U相輸出電流 有效值波形。
【具體實施方式】
[0033] 下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0034] 根據(jù)W上對逆變電源并聯(lián)的一種環(huán)流檢測和控制方法的詳細(xì)介紹，W下W2臺 115KVA逆變器并聯(lián)為例，設(shè)計其控制系統(tǒng)，并給出了仿真模型和仿真結(jié)果。
[0035] 按照本發(fā)明步驟一得到的環(huán)流檢測電路如圖2所示。
[0036] 按照本發(fā)明步驟二得到的增加瞬時環(huán)流抑制子模塊后的并聯(lián)系統(tǒng)控制原理框圖 如圖3所示。
[0037] 按照圖1中的系統(tǒng)框圖和圖3中的原理框圖在MTLAB/SIMULINK仿真軟件上搭建的 2臺逆變器并聯(lián)仿真模型如圖4所示，模型中逆變器的具體參數(shù)按照表1設(shè)置。仿真模型控制 系統(tǒng)具有啟動時序，0-0.2s是濾波電容器預(yù)充電過程，0.2S-0.5s是輸出電壓斜坡啟動過 程。
[0038] 表1逆變器并聯(lián)仿真模型的參數(shù)
[0039]
[0040] 2臺逆變器不同參數(shù)存在差異時的仿真結(jié)果如圖5至圖8所示。對比不加瞬時環(huán)流 抑制環(huán)與加瞬時環(huán)流抑制環(huán)的環(huán)流波形和輸出電流有效值波形可知，在電角度存在相位 差、載波存在相位差、LC濾波器參數(shù)存在較大差異的情況下，瞬時環(huán)流抑制環(huán)都能有效抑制 環(huán)流的產(chǎn)生，2臺逆變器的輸出電流有效值近似相等，說明所設(shè)計新型環(huán)流檢測和控制方法 使逆變器并聯(lián)系統(tǒng)具有良好的均流和魯棒特性。
[0041] 并聯(lián)插入的動態(tài)仿真結(jié)果如圖9所示。由圖可知系統(tǒng)能迅速抑制并聯(lián)插入瞬間產(chǎn) 生的較大環(huán)流，并在插入后很短時間內(nèi)使2臺逆變器的輸出電流有效值就近似相等，說明該 新型環(huán)流檢測和控制方法具有快速的動態(tài)響應(yīng)。
【主權(quán)項】
1.逆變電源并聯(lián)的一種環(huán)流檢測和控制方法，其特征在于，由環(huán)流檢測電路子模塊和 瞬時環(huán)流抑制子模塊組成的逆變器并聯(lián)系統(tǒng)環(huán)流檢測和抑制模塊實現(xiàn);所述環(huán)流檢測電路 子模塊使各臺逆變器在本地實時地獲取環(huán)流信號;瞬時環(huán)流抑制子模塊利用實時環(huán)流調(diào)節(jié) 單臺逆變器控制器的輸出，使所有逆變器的輸出電壓相同，從而達(dá)到有效抑制環(huán)流的目的； 具體方法包括如下步驟： 步驟一:通過環(huán)流檢測電路子模塊在本地實時獲取環(huán)流信號 所述環(huán)流檢測電路子模塊由電流傳感器和精密等值電阻組成;將檢測各臺逆變器輸出 電流的電流傳感器輸出端在本地與一個精密等值電阻并聯(lián)后再通過電纜全部并聯(lián);運(yùn)樣， 當(dāng)各逆變器輸出電流相等，即不存在環(huán)流時，各電流傳感器輸出電流在本地電阻上產(chǎn)生的 壓降相等，并聯(lián)電纜上也就不會有電流流過;而當(dāng)各逆變器輸出電流不相等，即存在環(huán)流 時，各電流傳感器輸出電流在本地電阻上產(chǎn)生的壓降不相等，并聯(lián)電纜上就會有電流流過； 因此，通過檢測各電流傳感器并聯(lián)電纜上的電流，就能夠?qū)崿F(xiàn)對環(huán)流的檢測； 步驟二:通過瞬時環(huán)流抑制子模塊抑制各臺逆變器之間的環(huán)流 根據(jù)步驟一環(huán)流檢測電路子模塊推得忽略LC濾波器參數(shù)差異時，N臺并聯(lián)系統(tǒng)中第η臺 逆變器的瞬時環(huán)流ihn的表達(dá)式為：式中，VNn為第η臺逆變器的逆變橋輸出瞬時電壓，％為N臺逆變器的逆變橋輸出瞬時電 壓平均值，Lf為LC濾波器電感值，S為復(fù)頻域變量； 將式（1)左右兩側(cè)與如式（2)所示的旋轉(zhuǎn)變換矩陣T相乘變換到dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下，得到 如式(3)所示的第η臺逆變器的環(huán)流ihdqn的表達(dá)式。式(2)中，Θ為交流母線電壓相化式(3)中而卸、VNdqn和ihdqn分別為同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的 N臺逆變器的逆變橋輸出瞬時電壓平均值、第η臺逆變器的逆變橋輸出瞬時電壓和第η臺逆 變器的環(huán)流； 在單臺逆變器控制器的基礎(chǔ)上，根據(jù)式(3)設(shè)計瞬時環(huán)流抑制環(huán);輸入向量為檢測環(huán)流 i/hdqn，調(diào)節(jié)對象為傳統(tǒng)電壓電流雙閉環(huán)的輸出向量Vdqn，設(shè)計得如式(4)所示的環(huán)流抑制 環(huán)；(4) 式中Μ為電流傳感器變比，Kph和Kih分別為環(huán)流抑制環(huán)的比例系數(shù)和積分系數(shù)，兩,為得 到的逆變橋輸出電壓給定值； 將式(4)的輸出馬與一個和直流母線電壓Vdc成反比的系數(shù)村目乘即引入直流母線電壓 前饋后得到調(diào)制比，再經(jīng)過限幅，轉(zhuǎn)換到Ξ相靜止坐標(biāo)系下，輸入給PWM波發(fā)生器，生成控制 Ξ相逆變橋所需的PWM波，從而使所有逆變器的輸出電壓相同，達(dá)到有效抑制環(huán)流的目的。
【文檔編號】H02M7/493GK105978378SQ201610383496
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年6月1日
【發(fā)明人】沈傳文, 邱東, 惠浩浩, 張博, 張鵬
【申請人】西安交通大學(xué)