專利名稱：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
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于正弦波逆變器無互聯(lián)線并聯(lián)控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及三相逆變器無互 聯(lián)線并聯(lián)工作的方法和實(shí)現(xiàn)的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
逆變器的并聯(lián)控制有兩類方法有信號(hào)互連線和無信號(hào)互連線。后者簡(jiǎn)稱為“無互 聯(lián)線并聯(lián)”，常規(guī)的無互聯(lián)線并聯(lián)方法是基于外特性下垂法，通過檢測(cè)本模塊的輸出功率， 進(jìn)行有功和無功功率計(jì)算后，分別調(diào)整模塊輸出電壓的頻率和幅度等以實(shí)現(xiàn)均流。其優(yōu)點(diǎn) 是硬件簡(jiǎn)潔，外部不需要增加任何額外線路，有可能最為方便的現(xiàn)場(chǎng)增/減并聯(lián)模塊數(shù)，也 不存在通信斷路或短路等導(dǎo)致的系統(tǒng)故障。一種已有的無互聯(lián)線并聯(lián)方法來源于林新春， 段善旭，康勇，陳堅(jiān)，UPS無互聯(lián)線并聯(lián)中基于解耦控制的下垂特性控制方案，中國電機(jī)工程 學(xué)報(bào)，23(12)，PP :117-122，2003。在該文中分析了常規(guī)無互聯(lián)線并聯(lián)下垂控制的局限性和 不穩(wěn)定性，并提出了一種新的解耦控制方法。在此控制方案中，對(duì)常規(guī)的無互聯(lián)線下垂控制 方法進(jìn)行了改進(jìn)，利用并機(jī)線上的電抗和阻抗、負(fù)載電阻對(duì)功率計(jì)算公式進(jìn)行解耦，用于消 除頻率下垂量與電壓及電壓下垂量與相位的耦合來實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)的正確無誤。利用解耦控制后 得到的新的有功、無功計(jì)算公式，計(jì)算獲得的頻率及電壓下垂量去調(diào)節(jié)頻率及電壓實(shí)現(xiàn)下 垂控制，其控制框圖如圖1所示。采樣此方法可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)調(diào)節(jié)過程中都不存在正反饋區(qū) 域，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性及動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。采用上述結(jié)構(gòu)的多個(gè)正弦波逆變器可組成并聯(lián)系統(tǒng)。以兩個(gè)逆變器模塊構(gòu)成的 并聯(lián)系統(tǒng)中的一個(gè)模塊為例，具體說明逆變及并聯(lián)控制器的構(gòu)成和工作原理。參考圖1，圖 中P、Q分別表示本逆變器模塊的功率計(jì)算信號(hào)，經(jīng)過下垂控制算法，即fi = f0-Kp*P, E1 = Etl-I^Q,可以獲得經(jīng)過下垂調(diào)節(jié)的新的幅值及頻率給定Epf1,新的頻率給定通過積分可 以獲得本逆變器的相位信號(hào)θ ”新的幅值信號(hào)E1及相位信號(hào)通過基準(zhǔn)及PWM信號(hào)產(chǎn)生 單元可以獲得驅(qū)動(dòng)逆變橋的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)通過驅(qū)動(dòng)控制電路處理后驅(qū)動(dòng)逆變橋，實(shí) 現(xiàn)逆變及并聯(lián)控制。其中，有功功率P、無功功率Q的計(jì)算和常規(guī)的計(jì)算方法不同，采用了解 耦控制算法，利用線路電抗2 π fLp、電阻ιγΡ和負(fù)載電阻R對(duì)功率計(jì)算方法進(jìn)行解稱，消除頻 率下垂量與電壓及電壓下垂量與相位的耦合來實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)的解耦、正確無誤。以此來提高系 統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性和穩(wěn)定性。但是該方案的主要不足之處是解耦控制需要利用到線路電抗2 π fLp、電阻ιγΡ和 負(fù)載電阻R對(duì)功率計(jì)算方法進(jìn)行解耦，且功率計(jì)算方法比較復(fù)雜，對(duì)投入并聯(lián)的條件和過 程也沒有提及特別的控制方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服已有技術(shù)的不足之處，提出一種無互連線并聯(lián)工作的三相 逆變器及其控制方法。該逆變器電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)容易，且采用本發(fā)明的逆變器模塊組成 的并聯(lián)系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性、可靠性可以得到提升，可以有效的防止無互聯(lián)線并聯(lián)失步發(fā)散的情況，并可以減小并聯(lián)瞬間沖擊。本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案本發(fā)明一種可以無互聯(lián)線并聯(lián)工作的三相逆變器，包括逆變功率電路和逆變控制 電路兩部分；逆變功率電路包括直流電源、三相逆變橋、輸出三相濾波電感L、輸出三相濾 波電容C、三相并機(jī)電感Lp;逆變控制電路包括逆變及并聯(lián)控制DSP單元、并機(jī)功率母線電 壓相位捕獲電路、并機(jī)功率母線電壓采樣調(diào)理電路、并機(jī)功率母線電壓采樣電路、驅(qū)動(dòng)控制 電路、濾波電感電流采樣電路、輸出電壓采樣電路；其中逆變及并聯(lián)控制DSP單元功能塊中 包括斜坡函數(shù)發(fā)生器單元、U/f模式生成單元、電壓基準(zhǔn)與輸出反饋及幅度下垂調(diào)節(jié)求和 單元、電壓調(diào)節(jié)器、電流基準(zhǔn)與輸出反饋求和單元、電流調(diào)節(jié)器、相角計(jì)算單元、同步控制單 元、相角與相位下垂調(diào)節(jié)求和單元、PWM信號(hào)產(chǎn)生單元、功率計(jì)算單元、無功下垂調(diào)節(jié)單元、 有功下垂調(diào)節(jié)單元、3/2變換單元即三相靜止坐標(biāo)系到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變換單元；直流電 源接于三相逆變橋的直流輸入側(cè)，三相逆變橋的輸出側(cè)接輸出三相濾波電感L的一端，輸 出三相濾波電感L的另一端連于輸出三相濾波電容C的一端、三相并機(jī)電感Lp的一端和濾 波電感電流采樣電路的輸入端，輸出三相濾波電容C的另一端連于輸出電壓采樣電路的輸 入端，三相并機(jī)電感Lp的另一端接于三相并機(jī)功率母線上；三相并機(jī)功率母線中的任意兩 相連于并機(jī)功率母線電壓采樣電路的輸入，并機(jī)功率母線電壓采樣電路的輸出連于并機(jī)功 率母線電壓采樣調(diào)理電路的輸入，并機(jī)功率母線電壓采樣調(diào)理電路的輸出連于并機(jī)功率母 線電壓相位捕獲電路的輸入，并機(jī)功率母線電壓相位捕獲電路的輸出連于逆變及并聯(lián)控制 DSP單元的同步控制單元的一個(gè)輸入端，濾波電感電流采樣電路的輸出端和輸出電壓采樣 電路的輸出端分別連于逆變及并聯(lián)控制DSP單元的3/2變換單元的兩個(gè)輸入端；給定頻率 基準(zhǔn)信號(hào)f；連于斜坡函數(shù)發(fā)生器單元的輸入端，斜坡函數(shù)發(fā)生器單元的輸出端分別連于相 角計(jì)算單元與U/f模式生成單元的輸入端，U/f模式生成單元的輸出端、3/2變換單元的電 壓反饋輸出端與無功下垂調(diào)節(jié)單元的輸出端分別連于電壓基準(zhǔn)與輸出反饋及幅度下垂調(diào) 節(jié)求和單元的三個(gè)輸入端，電壓基準(zhǔn)與輸出反饋及幅度下垂調(diào)節(jié)求和單元的輸出端連于電 壓調(diào)節(jié)器的輸入端，電壓調(diào)節(jié)器的輸出端與3/2變換單元的電流反饋輸出端分別連于電流 基準(zhǔn)與輸出反饋求和單元的兩個(gè)輸入端，電流基準(zhǔn)與輸出反饋求和單元的輸出端連于電流 調(diào)節(jié)器的輸入端，電流調(diào)節(jié)器的輸出端連于PWM信號(hào)產(chǎn)生單元的輸入端，相角計(jì)算單元的 輸出端連于同步控制單元的另一個(gè)輸入端，同步控制單元的輸出端與有功下垂調(diào)節(jié)單元的 輸出端分別連于相角與相位下垂調(diào)節(jié)求和單元的輸入端，相角與相位下垂調(diào)節(jié)求和單元的 輸出端連于PWM信號(hào)產(chǎn)生單元的另一個(gè)輸入端，PWM信號(hào)產(chǎn)生單元的輸出端連于驅(qū)動(dòng)控制 電路的輸入端，驅(qū)動(dòng)控制電路的輸出端連于三相逆變橋的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入側(cè)，3/2變換單元的 電流反饋輸出端和電壓反饋輸出端還分別連于功率計(jì)算單元的兩個(gè)輸入端，功率計(jì)算單元 的有功功率輸出端連于有功下垂調(diào)節(jié)單元的輸入端，功率計(jì)算單元的無功功率輸出端連于 無功下垂調(diào)節(jié)單元的輸入端，其中所述的并機(jī)功率母線為所有并聯(lián)工作的三相逆變器交流 輸出經(jīng)過三相并機(jī)電感Lp后并聯(lián)連接組成的母線，為交流功率母線。逆變器投入并聯(lián)運(yùn)行之前，逆變及并聯(lián)控制DSP單元的同步控制單元根據(jù)自身的 相位基準(zhǔn)信號(hào)θ和并機(jī)功率母線電壓相位捕獲電路的輸出ea。_liM，對(duì)本逆變器的相位基 準(zhǔn)信號(hào)θ進(jìn)行同步控制，在保證本逆變器與并機(jī)功率母線的頻率和相位的差值在設(shè)定的 范圍內(nèi)，將本逆變器投入并聯(lián)運(yùn)行；本逆變器投入并聯(lián)運(yùn)行之后，輸出電壓采樣電路、濾波電感電流采樣電路采樣的輸出電壓u。f和電感電流i…經(jīng)過3/2變換單元變換得到電壓、電 流反饋量Ud(lf、id(lf，電壓、電流反饋量Udtlf、idif通過功率計(jì)算單元，得到本逆變器的輸出有功 功率P、無功功率Q，頻率基準(zhǔn)信號(hào)f；經(jīng)過U/f模式生成單元得到電壓基準(zhǔn)信號(hào)Udqref，根據(jù) 本逆變器的功率P、Q通過有功下垂調(diào)節(jié)單元、無功下垂調(diào)節(jié)單元得到幅值下垂調(diào)節(jié)量Au 和相位下垂調(diào)節(jié)量△ θ，幅值下垂調(diào)節(jié)量△ u對(duì)電壓基準(zhǔn)信號(hào)Udtffrf進(jìn)行微調(diào)，相位下垂調(diào) 節(jié)量△ θ對(duì)同步控制單元的輸出的相位信息θ syn進(jìn)行微調(diào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)基準(zhǔn)的下垂調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn) 并聯(lián)運(yùn)行；逆變及并聯(lián)控制DSP單元的同步控制單元根據(jù)相位基準(zhǔn)信號(hào)θ與并機(jī)功率母線 電壓相位捕獲電路的輸出θ a。_liM得到相位的偏差，當(dāng)相位偏差在設(shè)定的允許范圍時(shí)，不實(shí) 施同步控制，當(dāng)相位偏差超過允許范圍時(shí)，實(shí)施同步控制。本逆變器相位基準(zhǔn)信號(hào)θ是由頻率基準(zhǔn)信號(hào)f；經(jīng)過相角計(jì)算單元積分疊加得到 的；當(dāng)本逆變器相位基準(zhǔn)信號(hào)θ超前并逆變器功率母線相位信號(hào)ea。_lim，則減小本機(jī)相位 疊加的步長；當(dāng)本逆變器相位基準(zhǔn)信號(hào)θ滯后并逆變器功率母線相位信號(hào)ea。_lim，則增加 本機(jī)相位疊加的步長；當(dāng)本逆變器相位基準(zhǔn)信號(hào)θ與并逆變器功率母線相位信號(hào)ea。_lim 的差值在設(shè)定的范圍內(nèi)，則保持本機(jī)相位疊加的步長。本發(fā)明的特點(diǎn)和技術(shù)效果1.適用于正弦波逆變器并聯(lián)系統(tǒng)；2.投入并聯(lián)運(yùn)行前進(jìn)行同步控制，可以減小并聯(lián)的瞬間沖擊，加速并聯(lián)調(diào)節(jié)速度， 提高系統(tǒng)穩(wěn)定性；3.通過對(duì)本逆變器的相位基準(zhǔn)信號(hào)與并機(jī)功率母線的相位偏差進(jìn)行一定的約束， 可以提高并聯(lián)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的可靠性，可以有效防止下垂并聯(lián)控制出現(xiàn)的失步發(fā)散的問 題；4.同步控制是基于標(biāo)準(zhǔn)頻率進(jìn)行相位調(diào)節(jié)，不需要進(jìn)行頻率調(diào)節(jié)，解決了同步調(diào) 節(jié)會(huì)出現(xiàn)單機(jī)的頻率偏離標(biāo)準(zhǔn)頻率的情況，簡(jiǎn)化了同步控制算法；5.并聯(lián)系統(tǒng)中的逆變器是允許熱插拔的。


圖1是已有的逆變器無互聯(lián)線并聯(lián)原理框圖。圖2是本發(fā)明的可以無互聯(lián)線并聯(lián)工作的三相逆變器原理框圖。圖3是本發(fā)明的逆變器并聯(lián)時(shí)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。圖4是本發(fā)明的同步控制器功能框圖。圖5是本發(fā)明的基于PQ調(diào)節(jié)的均流控制器功能框圖。圖6是本發(fā)明的同步控制器實(shí)施例結(jié)構(gòu)圖。圖7是本實(shí)施例雙機(jī)投入并聯(lián)工作時(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。圖8是本實(shí)施例雙機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)態(tài)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提出的可以無互聯(lián)線并聯(lián)工作的三相逆變器，結(jié)構(gòu)附圖及實(shí)施例詳細(xì)說明 如下。本發(fā)明的可以無互聯(lián)線并聯(lián)工作的三相逆變器原理框圖如圖2所示。包括逆變功率電路10和逆變控制電路20兩部分；逆變功率電路10包括直流電源UDC、三相逆變橋101、 輸出三相濾波電感L102、輸出三相濾波電容C 103、三相并機(jī)電感LP104 ；逆變控制電路20 包括逆變及并聯(lián)控制DSP單元201、并機(jī)功率母線電壓相位捕獲電路202、并機(jī)功率母線電 壓采樣調(diào)理電路203、并機(jī)功率母線電壓采樣電路204、驅(qū)動(dòng)控制電路205、濾波電感電流采 樣電路206、輸出電壓采樣電路207 ；其中逆變及并聯(lián)控制DSP單元201功能塊中包括斜坡 函數(shù)發(fā)生器單元、U/f模式生成單元、電壓基準(zhǔn)與輸出反饋及幅度下垂調(diào)節(jié)求和單元、電壓 調(diào)節(jié)器、電流基準(zhǔn)與輸出反饋求和單元、電流調(diào)節(jié)器、相角計(jì)算單元、相角與相位下垂調(diào)節(jié) 求和單元、PWM信號(hào)產(chǎn)生單元、功率計(jì)算單元、無功下垂調(diào)節(jié)單元、有功下垂調(diào)節(jié)單元、3/2 變換單元即三相靜止坐標(biāo)系到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變換單元。本發(fā)明的可以無互聯(lián)線并聯(lián)工作的三相逆變器各組成部分的連接關(guān)系為直流電 源Udc接于三相逆變橋101的直流輸入側(cè)，三相逆變橋101的輸出側(cè)接輸出三相濾波電感 L102的一端，輸出三相濾波電感L102的另一端連于輸出三相濾波電容C103的一端、三相并 機(jī)電感LP104的一端和濾波電感電流采樣電路206的輸入端，輸出三相濾波電容C103的一 端連于三相并機(jī)電感LP104的一端和輸出電壓采樣電路207的輸入端，三相并機(jī)電感LP104 的另一端接于三相并機(jī)功率母線上；三相并機(jī)功率母線中的任意兩相連于并機(jī)功率母線電 壓采樣電路204的輸入，并機(jī)功率母線電壓采樣電路204的輸出連于并機(jī)功率母線電壓采 樣調(diào)理電路203的輸入，并機(jī)功率母線電壓采樣調(diào)理電路203的輸出連于并機(jī)功率母線電 壓相位捕獲電路202的輸入，并機(jī)功率母線電壓相位捕獲電路202的輸出連于逆變及并聯(lián) 控制DSP單元201的同步控制單元的一個(gè)輸入端，濾波電感電流采樣電路206的輸出端和 輸出電壓采樣電路207的輸出端分別連于逆變及并聯(lián)控制DSP單元201的3/2變換單元的 兩個(gè)輸入端；頻率基準(zhǔn)信號(hào)f；連于斜坡函數(shù)發(fā)生器單元的輸入端，斜坡函數(shù)發(fā)生器單元的 輸出端分別連于相角計(jì)算單元與U/f模式生成單元的輸入端，U/f模式生成單元的輸出端、 3/2變換單元的電壓反饋輸出端與無功下垂調(diào)節(jié)單元的輸出端分別連于電壓基準(zhǔn)與輸出反 饋及幅度下垂調(diào)節(jié)求和單元的三個(gè)輸入端，電壓基準(zhǔn)與輸出反饋及幅度下垂調(diào)節(jié)求和單元 的輸出端連于電壓調(diào)節(jié)器的輸入端，電壓調(diào)節(jié)器的輸出端與3/2變換單元的電流反饋輸出 端分別連于電流基準(zhǔn)與輸出反饋求和單元的兩個(gè)輸入端，電流基準(zhǔn)與輸出反饋求和單元的 輸出端連于電流調(diào)節(jié)器的輸入端，電流調(diào)節(jié)器的輸出端連于PWM信號(hào)產(chǎn)生單元的輸入端， 相角計(jì)算單元的輸出端連于同步控制單元的另一個(gè)輸入端，同步控制單元的輸出端與有功 下垂調(diào)節(jié)單元的輸出端分別連于相角與相位下垂調(diào)節(jié)求和單元的輸入端，相角與相位下垂 調(diào)節(jié)求和單元的輸出端連于PWM信號(hào)產(chǎn)生單元的另一個(gè)輸入端，PWM信號(hào)產(chǎn)生單元的輸出 端連于驅(qū)動(dòng)控制電路205的輸入端，驅(qū)動(dòng)控制電路205的輸出端連于三相逆變橋101的驅(qū) 動(dòng)信號(hào)輸入側(cè)，3/2變換單元的電流反饋輸出端和電壓反饋輸出端還分別連于功率計(jì)算單 元的兩個(gè)輸入端，功率計(jì)算單元的有功功率輸出端連于有功下垂調(diào)節(jié)單元的輸入端，功率 計(jì)算單元的無功功率輸出端連于無功下垂調(diào)節(jié)單元的輸入端。本發(fā)明的一種可以無互聯(lián)線并聯(lián)工作的三相逆變器的控制方法基準(zhǔn)頻率給定f； 經(jīng)過斜坡函數(shù)發(fā)生器單元、U/f模式生成單元后得到用于SVM控制的電壓基準(zhǔn)信號(hào)Udqref, 輸出電壓采樣電路、濾波電感電流采樣電路采樣的輸出電壓u。f和電感電流經(jīng)過3/2變 換單元變換得到用于SVM控制的電壓、電流反饋量Ud(lf、id(lf，電壓、電流反饋量Ud(lf、id(lf通過 功率計(jì)算單元，得到本機(jī)的輸出有功功率P、無功功率Q，根據(jù)本機(jī)的功率P、Q通過有功、無功下垂調(diào)節(jié)單元得到用于下垂并聯(lián)控制的幅值下垂調(diào)節(jié)量Διι和相位下垂調(diào)節(jié)量△ θ，電 壓基準(zhǔn)信號(hào)Udqref和電壓反饋信號(hào)Udqf及電壓下垂調(diào)節(jié)量Δ u經(jīng)過求和單元后通過電壓調(diào) 節(jié)器，得到本機(jī)的電流基準(zhǔn)信號(hào)，本機(jī)的電流基準(zhǔn)信號(hào)和電流反饋信號(hào)idif經(jīng)過 求和單元后通過電流調(diào)節(jié)器得到用于PWM信號(hào)產(chǎn)生的幅值控制量um;基準(zhǔn)頻率給定f；經(jīng)過 斜坡函數(shù)發(fā)生器單元、相角計(jì)算單元得到本機(jī)的相位基準(zhǔn)信號(hào)θ，并機(jī)功率母線電壓采樣 電路采樣并機(jī)功率母線的一線電壓ua。_liM (如uab)，經(jīng)過并機(jī)功率母線電壓采樣調(diào)理電路得 到處理后的并機(jī)功率母線一線電壓調(diào)理信號(hào)ua。_lines，經(jīng)過并機(jī)功率母線電壓相位捕獲電路 獲得并機(jī)功率母線的相位信號(hào)θ a。-line，逆變及并聯(lián)控制DSP單元201的同步控制單元根據(jù) 自身的相位基準(zhǔn)信號(hào)θ和并機(jī)功率母線電壓相位捕獲電路的輸出ea。_liM，對(duì)本機(jī)的相位 基準(zhǔn)信號(hào)θ進(jìn)行同步控制，獲得與并機(jī)功率母線基本同頻、同相的相位信號(hào)esyn，esyn與 相位下垂調(diào)節(jié)量Δ θ經(jīng)過求和單元下垂控制后可以獲得用于PWM信號(hào)產(chǎn)生的相位控制量 Θ m ；幅值控制量Um和相位控制量Θ m經(jīng)過PWM信號(hào)產(chǎn)生單元，通過SVPWM方式，可以獲得驅(qū) 動(dòng)信號(hào)，加到驅(qū)動(dòng)控制電路的輸入端，驅(qū)動(dòng)控制電路的輸出端與三相逆變橋的輸入端相連， 實(shí)現(xiàn)逆變器的正弦波電壓輸出控制和并聯(lián)控制。逆變器投入并聯(lián)運(yùn)行之前，逆變及并聯(lián)控制DSP單元201的同步控制單元根據(jù)自 身的相位基準(zhǔn)信號(hào)θ和并機(jī)功率母線電壓相位捕獲電路的輸出ea。_lim，對(duì)本機(jī)的相位基 準(zhǔn)信號(hào)θ進(jìn)行同步控制，在保證本機(jī)與并機(jī)功率母線基本同頻同相后，將本逆變器投入并 聯(lián)運(yùn)行；投入并聯(lián)運(yùn)行之后，輸出電壓采樣電路、濾波電感電流采樣電路采樣的輸出電壓 Uof和電感電流i…經(jīng)過3/2變換單元變換可以得到電壓、電流反饋量Udtlf、idqf,電壓、電流 反饋量Udtlf、idqf通過功率計(jì)算單元，得到本機(jī)的輸出有功功率P、無功功率Q，根據(jù)本機(jī)的功 率P、Q通過有功下垂調(diào)節(jié)單元、無功下垂調(diào)節(jié)單元得到幅值下垂調(diào)節(jié)量Δ u和相位下垂調(diào) 節(jié)量Δ θ，幅值下垂調(diào)節(jié)量Δ u對(duì)電壓基準(zhǔn)信號(hào)Udqref進(jìn)行微調(diào)，相位下垂調(diào)節(jié)量Δ θ對(duì)經(jīng) 過同步控制后的相位信息θ syn進(jìn)行微調(diào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)基準(zhǔn)的下垂調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)并聯(lián)運(yùn)行；逆變及 并聯(lián)控制DSP單元201的同步控制單元根據(jù)相位基準(zhǔn)信號(hào)θ與并機(jī)功率母線電壓相位捕 獲電路的輸出θ a。_liM得到相位的偏差，當(dāng)相位偏差在設(shè)定的允許范圍時(shí)(例如5度)，不 實(shí)施同步控制，當(dāng)相位偏差超過允許范圍時(shí)(例如5度)，實(shí)施同步控制，將本逆變器的相位 拉入同步狀態(tài)，令并聯(lián)系統(tǒng)不會(huì)進(jìn)入正反饋區(qū)域，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，不會(huì)出現(xiàn)并聯(lián)運(yùn)行 失步發(fā)散的問題，可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。本發(fā)明的可以無互聯(lián)線并聯(lián)工作的三相逆變器組成的并聯(lián)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖3 所示，各逆變器之間的連接除了功率輸入、功率輸出外，沒有任何信號(hào)互聯(lián)線。本發(fā)明的同步控制器的組成如圖4所示，主要由并機(jī)功率母線電壓采樣電路204、 并機(jī)功率母線電壓采樣調(diào)理電路203、并機(jī)功率母線電壓相位捕獲電路202、逆變及并聯(lián)控 制DSP單元201組成。通過采樣并機(jī)功率母線上的電壓信號(hào)，對(duì)本逆變器進(jìn)行相位修正， 實(shí)現(xiàn)同步控制。逆變器投入并聯(lián)運(yùn)行之前，首先通過并機(jī)功率母線電壓采樣電路204采樣 并機(jī)功率母線的一線電壓ua。_line (如uab)，通過并機(jī)功率母線電壓采樣調(diào)理電路203對(duì)采樣 信號(hào)進(jìn)行調(diào)理，得到采樣信號(hào)ua。_lines，經(jīng)過一級(jí)電壓跟隨器實(shí)現(xiàn)信號(hào)的阻抗匹配，然后通過 并機(jī)功率母線電壓相位捕獲電路202，得到與并機(jī)功率母線電壓同頻、同相的方波相位信號(hào) θ a。_line，逆變及并聯(lián)控制DSP單元201通過捕獲此方波相位信號(hào)θ a。_line，在每次方波相位信 號(hào)出現(xiàn)上跳沿的時(shí)候，產(chǎn)生捕獲中斷，本逆變器在捕獲中斷中檢測(cè)自身的相位基準(zhǔn)信號(hào)θ，并根據(jù)同步控制單元的調(diào)節(jié)算法，控制本機(jī)的相位基準(zhǔn)信號(hào)θ與并機(jī)功率母線相位同步， 然后投入并聯(lián)運(yùn)行。并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，逆變及并聯(lián)控制DSP單元201的同步控制單元根據(jù)相位基 準(zhǔn)信號(hào)θ與并機(jī)功率母線電壓相位捕獲電路的輸出9a。_liM得到相位的偏差，當(dāng)相位偏差 在設(shè)定的允許范圍時(shí)(例如5度)，不實(shí)施同步控制，當(dāng)相位偏差超過允許范圍時(shí)(例如5 度)，實(shí)施同步控制，將本逆變器的相位拉入同步狀態(tài)，令并聯(lián)系統(tǒng)不會(huì)進(jìn)入正反饋區(qū)域，保 證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，不會(huì)出現(xiàn)并聯(lián)運(yùn)行失步發(fā)散的問題，可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。本發(fā)明的同步控制單元的調(diào)節(jié)算法為基于標(biāo)準(zhǔn)頻率進(jìn)行相位調(diào)節(jié)，設(shè)定相位調(diào)節(jié) 量的上限值，限制相位調(diào)節(jié)量的范圍。相位基準(zhǔn)信號(hào)θ是由頻率基準(zhǔn)信號(hào)f；經(jīng)過相角計(jì) 算單元積分疊加得到的，在離散系統(tǒng)中，積分作用變換為步長的疊加，因此，相位的調(diào)節(jié)過 程實(shí)際上是對(duì)疊加的步長的大小進(jìn)行調(diào)節(jié)。若判斷本機(jī)給定相位信號(hào)θ超前并機(jī)功率母 線相位信號(hào)θ a。-liM，則減小相位疊加的步長，相當(dāng)于減慢本機(jī)的頻率；若判斷本機(jī)給定相 位信號(hào)θ滯后并機(jī)功率母線相位信號(hào)θ a。_liM，則增加相位疊加的步長，相當(dāng)于加快本機(jī)的 頻率；若判斷本機(jī)給定相位信號(hào)θ與并機(jī)功率母線相位信號(hào)ea。_liM非常接近，則保持相位 疊加的步長，相當(dāng)于本機(jī)頻率不變。據(jù)此，可以實(shí)現(xiàn)本逆變器與并機(jī)功率母線同步控制，可 獲得與并機(jī)功率母線同頻、基本同相的相位信號(hào)θ syn。本發(fā)明提出的同步控制算法與以往的同步算法存在共性，但在算法上已有技術(shù)不 同，本發(fā)明提出的同步控制算法將對(duì)頻率的調(diào)節(jié)變換為對(duì)相角的調(diào)節(jié)，其優(yōu)點(diǎn)在于基于標(biāo) 準(zhǔn)頻率進(jìn)行相位調(diào)節(jié)，只要設(shè)定相位調(diào)節(jié)量的上限值，限制相位調(diào)節(jié)量的范圍，既可以保證 相位的同步控制，不需要進(jìn)行頻率調(diào)節(jié)，簡(jiǎn)化了同步控制算法。在基于以上的同步控制器作用下，各逆變器的經(jīng)過同步控制后的相位信息θ syn總 是同頻、基本同相的。由于各逆變器經(jīng)過同步控制后的相位信息θ syn均保持同步，因此當(dāng)其 中任何一個(gè)逆變器關(guān)機(jī)、脫離并機(jī)功率母線時(shí)，其他逆變器的θ syn信息沒有任何變化；當(dāng) 一臺(tái)逆變器投入并聯(lián)系統(tǒng)時(shí)，其同步控制單元、并網(wǎng)邏輯控制單元控制本逆變器與其他逆 變器的相位同步后才允許本逆變器投入并機(jī)功率母線、并聯(lián)運(yùn)行，不影響其他逆變器的頻 率和相位。因此，并聯(lián)系統(tǒng)中的逆變器是允許熱插拔的。本發(fā)明的基于PQ調(diào)節(jié)的均流控制器的組成如圖5所示，主要由輸出電壓采樣電路 207、濾波電感電流采樣電路206、3/2變換單元、功率計(jì)算單元、無功下垂調(diào)節(jié)單元、有功下 垂調(diào)節(jié)單元組成。在并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，輸出電壓采樣電路207、濾波電感電流采樣電路206采樣 的輸出電壓u。f和電感電流i…經(jīng)過3/2變換單元變換得到電壓、電流反饋量Udtlf、idqf,電壓、 電流反饋量Ud(lf、id(lf通過功率計(jì)算單元，采用功率計(jì)算公式，得到本機(jī)的輸出有功功率P、無 功功率Q，根據(jù)本機(jī)的功率P、Q通過有功、無功下垂調(diào)節(jié)單元得到用于下垂并聯(lián)控制的幅值 下垂調(diào)節(jié)量Δ u和相位下垂調(diào)節(jié)量Δ θ，幅值下垂調(diào)節(jié)量Δ u對(duì)電壓基準(zhǔn)信號(hào)Udtffrf進(jìn)行微 調(diào)，相位下垂調(diào)節(jié)量△ θ對(duì)經(jīng)過同步控制后的相位信息θ syn進(jìn)行微調(diào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)基準(zhǔn)的下垂 調(diào)節(jié)，控制并聯(lián)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。本發(fā)明的一種實(shí)施例為可以無互聯(lián)線并聯(lián)工作的35KVA三相逆變器(額定輸出 電壓380V/50HZ)，并聯(lián)系統(tǒng)由兩臺(tái)三相逆變器組成，該逆變器的同步控制電路結(jié)構(gòu)框圖如 圖6所示。采用的逆變及并聯(lián)控制數(shù)字信號(hào)處理器DSP是TI公司的TMS320F2812芯片，電 壓霍爾為LEM公司的LT308-S7霍爾。圖中電壓霍爾LEM和采樣電阻Rs構(gòu)成并機(jī)功率母線 電壓采樣電路、并采樣并機(jī)功率母線電壓ua。_liM ；通過并機(jī)功率母線電壓采樣調(diào)理電路可以得到采樣信號(hào)ua。_lines。通過一級(jí)電壓跟隨器后，實(shí)現(xiàn)阻抗的匹配，一個(gè)滯環(huán)電壓比較器 組成并機(jī)功率母線電壓相位捕獲電路，通過并機(jī)功率母線電壓相位捕獲電路，得到與并機(jī) 功率母線電壓同頻、同相的方波相位信號(hào)9a。_line。此方波相位信號(hào)被DSP2812的第109腳 (GPI0A10-CAP3-QEPI1)捕獲，此引腳是DSP2812的一個(gè)捕獲輸入引腳，同樣，也可以利用其 余5個(gè)捕獲輸入引腳中的任意一個(gè)捕獲并機(jī)功率母線相位信號(hào)ea。_lim。在捕獲到并機(jī)功 率母線相位信號(hào)ea。_line時(shí)，DSP2812檢測(cè)自身的相位基準(zhǔn)信號(hào)Θ，進(jìn)行同步控制。本實(shí)施例的均流控制如圖5所示一致，通過下垂法實(shí)現(xiàn)對(duì)基準(zhǔn)的下垂調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn) 并聯(lián)系統(tǒng)的均流控制、穩(wěn)定運(yùn)行。兩臺(tái)采用本發(fā)明的逆變器投入并聯(lián)工作時(shí)的輸出波形如圖7所示。圖中，uml、Uan2 分別為兩臺(tái)逆變器的三相并機(jī)電感Lp(圖2中104)之前的a相輸出相電壓，iLcl> iLc2分別 為兩臺(tái)逆變器的流過輸出三相濾波電感L(圖2中102)c相的電感電流采樣信號(hào)(電流采 樣系數(shù)為50mV/A)。兩臺(tái)逆變器為空載工作。U1波形上并機(jī)瞬間的尖刺是由于觀測(cè)引入 的噪聲，不是實(shí)際電流的尖刺，因?yàn)樗^測(cè)的為電感電流波形，電感電流波形不會(huì)突變。兩 臺(tái)逆變器投入并聯(lián)時(shí)電流沒有沖擊，說明本發(fā)明的同步控制可以獲得很好的效果。兩臺(tái)采用本發(fā)明的逆變器穩(wěn)態(tài)輸出波形如圖8所示。圖中，uanl、Uan2分別為兩臺(tái)逆 變器的三相并機(jī)電感Lp(圖2中104)之前的a相輸出相電壓，iLcl> iLc2分別為兩臺(tái)逆變器 的流過輸出三相濾波電感L(圖2中102)c相的電感電流采樣信號(hào)(電流采樣系數(shù)為50mV/ Α)。兩臺(tái)逆變器為空載工作。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用本發(fā)明組成的并聯(lián)系統(tǒng)可以獲得較好的 并聯(lián)運(yùn)行特性。
權(quán)利要求
一種可以無互聯(lián)線并聯(lián)工作的三相逆變器，其特征在于包括逆變功率電路(10)和逆變控制電路(20)兩部分；逆變功率電路(10)包括直流電源(UDC)、三相逆變橋(101)、輸出三相濾波電感L(102)、輸出三相濾波電容C(103)、三相并機(jī)電感LP(104)；逆變控制電路(20)包括逆變及并聯(lián)控制DSP單元(201)、并機(jī)功率母線電壓相位捕獲電路(202)、并機(jī)功率母線電壓采樣調(diào)理電路(203)、并機(jī)功率母線電壓采樣電路(204)、驅(qū)動(dòng)控制電路(205)、濾波電感電流采樣電路(206)、輸出電壓采樣電路(207)；其中逆變及并聯(lián)控制DSP單元(201)功能塊中包括斜坡函數(shù)發(fā)生器單元、U/f模式生成單元、電壓基準(zhǔn)與輸出反饋及幅度下垂調(diào)節(jié)求和單元、電壓調(diào)節(jié)器、電流基準(zhǔn)與輸出反饋求和單元、電流調(diào)節(jié)器、相角計(jì)算單元、同步控制單元、相角與相位下垂調(diào)節(jié)求和單元、PWM信號(hào)產(chǎn)生單元、功率計(jì)算單元、無功下垂調(diào)節(jié)單元、有功下垂調(diào)節(jié)單元、3/2變換單元即三相靜止坐標(biāo)系到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變換單元；直流電源(UDC)接于三相逆變橋(101)的直流輸入側(cè)，三相逆變橋(101)的輸出側(cè)接輸出三相濾波電感L(102)的一端，輸出三相濾波電感L(102)的另一端連于輸出三相濾波電容C(103)的一端、三相并機(jī)電感LP(104)的一端和濾波電感電流采樣電路(206)的輸入端，輸出三相濾波電容C(103)的另一端連于輸出電壓采樣電路(207)的輸入端，三相并機(jī)電感LP(104)的另一端接于三相并機(jī)功率母線上；三相并機(jī)功率母線中的任意兩相連于并機(jī)功率母線電壓采樣電路(204)的輸入，并機(jī)功率母線電壓采樣電路(204)的輸出連于并機(jī)功率母線電壓采樣調(diào)理電路(203)的輸入，并機(jī)功率母線電壓采樣調(diào)理電路(203)的輸出連于并機(jī)功率母線電壓相位捕獲電路(202)的輸入，并機(jī)功率母線電壓相位捕獲電路(202)的輸出連于逆變及并聯(lián)控制DSP單元(201)的同步控制單元的一個(gè)輸入端，濾波電感電流采樣電路(206)的輸出端和輸出電壓采樣電路(207)的輸出端分別連于逆變及并聯(lián)控制DSP單元(201)的3/2變換單元的兩個(gè)輸入端；給定頻率基準(zhǔn)信號(hào)fr連于斜坡函數(shù)發(fā)生器單元的輸入端，斜坡函數(shù)發(fā)生器單元的輸出端分別連于相角計(jì)算單元與U/f模式生成單元的輸入端，U/f模式生成單元的輸出端、3/2變換單元的電壓反饋輸出端與無功下垂調(diào)節(jié)單元的輸出端分別連于電壓基準(zhǔn)與輸出反饋及幅度下垂調(diào)節(jié)求和單元的三個(gè)輸入端，電壓基準(zhǔn)與輸出反饋及幅度下垂調(diào)節(jié)求和單元的輸出端連于電壓調(diào)節(jié)器的輸入端，電壓調(diào)節(jié)器的輸出端與3/2變換單元的電流反饋輸出端分別連于電流基準(zhǔn)與輸出反饋求和單元的兩個(gè)輸入端，電流基準(zhǔn)與輸出反饋求和單元的輸出端連于電流調(diào)節(jié)器的輸入端，電流調(diào)節(jié)器的輸出端連于PWM信號(hào)產(chǎn)生單元的輸入端，相角計(jì)算單元的輸出端連于同步控制單元的另一個(gè)輸入端，同步控制單元的輸出端與有功下垂調(diào)節(jié)單元的輸出端分別連于相角與相位下垂調(diào)節(jié)求和單元的輸入端，相角與相位下垂調(diào)節(jié)求和單元的輸出端連于PWM信號(hào)產(chǎn)生單元的另一個(gè)輸入端，PWM信號(hào)產(chǎn)生單元的輸出端連于驅(qū)動(dòng)控制電路(205)的輸入端，驅(qū)動(dòng)控制電路(205)的輸出端連于三相逆變橋(101)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入側(cè)，3/2變換單元的電流反饋輸出端和電壓反饋輸出端還分別連于功率計(jì)算單元的兩個(gè)輸入端，功率計(jì)算單元的有功功率輸出端連于有功下垂調(diào)節(jié)單元的輸入端，功率計(jì)算單元的無功功率輸出端連于無功下垂調(diào)節(jié)單元的輸入端，其中所述的并機(jī)功率母線為所有并聯(lián)工作的三相逆變器交流輸出經(jīng)過三相并機(jī)電感LP(104)后并聯(lián)連接組成的母線，為交流功率母線。
2.一種基于權(quán)力要求1所述的一種可以無互聯(lián)線并聯(lián)工作的三相逆變器的控制方法， 其特征在于逆變器投入并聯(lián)運(yùn)行之前，逆變及并聯(lián)控制DSP單元(201)的同步控制單元根 據(jù)自身的相位基準(zhǔn)信號(hào)θ和并機(jī)功率母線電壓相位捕獲電路的輸出ea。_lim，對(duì)本逆變器的相位基準(zhǔn)信號(hào)θ進(jìn)行同步控制，在保證本逆變器與并機(jī)功率母線的頻率和相位的差值 在設(shè)定的范圍內(nèi)，將本逆變器投入并聯(lián)運(yùn)行；本逆變器投入并聯(lián)運(yùn)行之后，輸出電壓采樣電 路(207)、濾波電感電流采樣電路(206)采樣的輸出電壓u。f和電感電流、，經(jīng)過3/2變換 單元變換得到電壓、電流反饋量Udif、idqf,電壓、電流反饋量Udif、idif通過功率計(jì)算單元，得 到本逆變器的輸出有功功率P、無功功率Q，頻率基準(zhǔn)信號(hào)f；經(jīng)過U/f模式生成單元得到電 壓基準(zhǔn)信號(hào)Udqref，根據(jù)本逆變器的功率P、Q通過有功下垂調(diào)節(jié)單元、無功下垂調(diào)節(jié)單元得 到幅值下垂調(diào)節(jié)量Δ u和相位下垂調(diào)節(jié)量Δ θ，幅值下垂調(diào)節(jié)量Δ u對(duì)電壓基準(zhǔn)信號(hào)Udqref 進(jìn)行微調(diào)，相位下垂調(diào)節(jié)量△ θ對(duì)同步控制單元的輸出的相位信息θ syn進(jìn)行微調(diào)，實(shí)現(xiàn)對(duì) 基準(zhǔn)的下垂調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)并聯(lián)運(yùn)行；逆變及并聯(lián)控制DSP單元(201)的同步控制單元根據(jù)相位 基準(zhǔn)信號(hào)Θ與并機(jī)功率母線電壓相位捕獲電路(202)的輸出ea。_liM得到相位的偏差，當(dāng) 相位偏差在設(shè)定的允許范圍時(shí)，不實(shí)施同步控制，當(dāng)相位偏差超過允許范圍時(shí)，實(shí)施同步控 制。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種可以無互聯(lián)線并聯(lián)工作的三相逆變器的控制方法，其特 征在于本逆變器相位基準(zhǔn)信號(hào)θ是由頻率基準(zhǔn)信號(hào)f；經(jīng)過相角計(jì)算單元積分疊加得到 的；當(dāng)本逆變器相位基準(zhǔn)信號(hào)θ超前并逆變器功率母線相位信號(hào)ea。_lim，則減小本機(jī)相位 疊加的步長；當(dāng)本逆變器相位基準(zhǔn)信號(hào)θ滯后并逆變器功率母線相位信號(hào)ea。_lim，則增加 本機(jī)相位疊加的步長；當(dāng)本逆變器相位基準(zhǔn)信號(hào)θ與并逆變器功率母線相位信號(hào)ea。_lim 的差值在設(shè)定的范圍內(nèi)，則保持本機(jī)相位疊加的步長。
全文摘要
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。包括逆變功率電路和逆變控制電路兩部分。其中逆變控制電路包括逆變及并聯(lián)控制DSP單元、輸出電壓采樣電路、濾波電感電流采樣電路、驅(qū)動(dòng)控制電路，還包括并機(jī)功率母線電壓采樣電路、并機(jī)功率母線電壓采樣調(diào)理電路、并機(jī)功率母線電壓相位捕獲電路。逆變及并聯(lián)控制DSP首先根據(jù)并機(jī)功率母線相位信號(hào)進(jìn)行同步控制，實(shí)現(xiàn)本逆變器與并機(jī)功率母線保持同頻同相。然后，逆變及并聯(lián)控制DSP根據(jù)本逆變器的輸出功率，分別微調(diào)基準(zhǔn)信號(hào)的相位和幅度，實(shí)現(xiàn)均流控制，同時(shí)利用同步控制，對(duì)本逆變器與并機(jī)功率母線的相位偏差進(jìn)行一定的約束。本發(fā)明電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)容易，提高無互聯(lián)線并聯(lián)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
文檔編號(hào)H02J3/38GK101917022SQ20101024841
公開日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2010年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月6日
發(fā)明者劉凱, 華明, 楊偉, 胡海兵, 邢巖 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)