基于脈寬調(diào)制波重構(gòu)的逆變器并聯(lián)系統(tǒng)的控制裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及三相逆變器控制領(lǐng)域，特別涉及一種基于脈寬調(diào)制波重構(gòu)的逆變器并 聯(lián)系統(tǒng)的控制裝置及方法，
【背景技術(shù)】
[0002] 目前風(fēng)能、太陽能等可再生能源發(fā)電成本過高，整個行業(yè)依托國家補貼生存。受國 際金融危機影響，歐洲多個國家已經(jīng)減少或取消了國家補貼，這使得相關(guān)行業(yè)受到重創(chuàng)，不 少相關(guān)公司因此破產(chǎn)倒閉。降低每千瓦時發(fā)電成本，提高發(fā)電效率，使其真正具有市場競爭 力是可再生能源行業(yè)面臨的巨大挑戰(zhàn)。發(fā)展低成本、大容量可再生能源發(fā)電系統(tǒng)是實現(xiàn)上 述目標的有效途徑之一，而逆變器作為發(fā)電系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備，不可避免需要滿足上述要求。同 時，受IGBT功率器件的容量和成本限制，在軌道交通、高壓變頻器、電解行業(yè)等多個領(lǐng)域仍 采用傳統(tǒng)的不控或相控整流技術(shù)，造成功率因數(shù)低、電網(wǎng)污染嚴重、能量無法回饋等諸多問 題，使用低成本、大容量逆變器是解決上述問題的出路。采用模塊化和標準化的功率模塊進 行疊加、靈活的組成任意所需容量的冗余系統(tǒng)被公認為是擴大整流器容量的有效途徑。
[0003] 目前，逆變器并聯(lián)控制技術(shù)主要有主從控制、分布控制和下垂控制等三種控制方 法，特別是動態(tài)時各功率模塊電壓幅值、波形和相位難以保持一致，使得現(xiàn)有控制策略無 法有效減少并聯(lián)系統(tǒng)均流電感，嚴重制約了逆變器并聯(lián)技術(shù)的推廣和應(yīng)用。專利申請?zhí)?201310123180. 8公開了一種由逆變器的控制系統(tǒng)向信號輸出仲裁器發(fā)出同步使能信號的 方法，但方法只能保證三角載波的同步性，無法解決各逆變器脈寬調(diào)制波不同導(dǎo)致的引起 的零序環(huán)流。專利申請?zhí)?00810074029. 9公開了一種逆變器并聯(lián)控制方法，該方法通過控 制各個逆變器的輸出電壓幅值、相位和輸出電壓直流分量，并對負載進行均分，脈寬調(diào)制波 仍由各逆變器控制單元計算產(chǎn)生，但由于計算誤差和采樣誤差的存在，不能實現(xiàn)各控制單 元功率器件開關(guān)驅(qū)動信號的一致性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種成本低、運行可靠、能保證逆變器并聯(lián)時 功率器件驅(qū)動信號的同步性和一致性的基于脈寬調(diào)制波重構(gòu)的逆變器并聯(lián)系統(tǒng)的控制裝 置，并提供一種利用控制裝置控制逆變器并聯(lián)系統(tǒng)的方法。
[0005] 本發(fā)明解決上述問題的技術(shù)方案是：一種基于脈寬調(diào)制波重構(gòu)的逆變器并聯(lián)系統(tǒng) 的控制裝置，包括逆變器并聯(lián)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，所述逆變器并聯(lián)系統(tǒng)包括多個并聯(lián)的逆變 器，控制系統(tǒng)包括主控制器和多個從控制器；所述逆變器并聯(lián)系統(tǒng)中，逆變器交流母線側(cè)都 加了個均流電感，然后同一相再都并聯(lián)在一起；逆變器直流母線側(cè)，同一極性的都并聯(lián)在一 起；所述主控制器包括：用于交流母線電壓采樣和信號調(diào)理的信號采集單元；用于算法計 算的控制單元；用于信號編解碼的第一信號編解碼單元；用于光纖發(fā)送、接收和數(shù)據(jù)并串 轉(zhuǎn)換的第一光纖發(fā)送接收信號單元，信號采集單元、控制單元、第一信號編解碼單元和第一 光纖發(fā)送接收信號單元依次連接；每個從控制器均包括：用于信號編解碼的第二信號編解 碼單元；用于光纖發(fā)送、接收和數(shù)據(jù)并串轉(zhuǎn)換的第二光纖發(fā)送接收信號單元；用于PWM波重 構(gòu)的三角對稱載波計數(shù)和比較的脈寬調(diào)制波重構(gòu)單元，第二光纖發(fā)送接收信號單元、第二 信號編解碼單元、脈寬調(diào)制波重構(gòu)單元依次連接，每個從控制器的脈寬調(diào)制波重構(gòu)單元輸 出端均與逆變器并聯(lián)系統(tǒng)的一個逆變器相連，從控制器的第二光纖發(fā)送接收信號單元與主 控制器的第一光纖發(fā)送接收信號單元之間通過雙工通信傳輸數(shù)據(jù)。
[0006] 一種基于脈寬調(diào)制波重構(gòu)的逆變器并聯(lián)系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟：
[0007] 1)根據(jù)逆變器實際需要，計算脈寬調(diào)制波頻率，將此頻率設(shè)置為主控制器的外部 中斷信號頻率和從控制器的三角載波頻率；
[0008] 2)信號采集單元采集逆變器輸出的三相電壓和電流信號，以及電機的轉(zhuǎn)速信號；
[0009] 3)控制單元根據(jù)采集的電壓、電流、轉(zhuǎn)速信號計算得到主控制器的比較器參數(shù) CPaz、CP b，CPcz;
[0010] 4)第一信號編解碼單元對得到的比較器參數(shù)CPaz、CPbz、CP ra和設(shè)定的同步信號 Psyn。進行編碼，并通過串行方式廣播發(fā)送給所有從控制器；
[0011] 5)從控制器接收比較器參數(shù)和同步信號并進行解碼，根據(jù)解碼后的信號重構(gòu)脈寬 調(diào)制波信號作為功率器件的驅(qū)動信號。
[0012] 上述控制方法，所述步驟1)中，計算出主控制器和從控制脈寬調(diào)制波頻率后，按 下式求得主控制器的分頻系數(shù)和從控制器的分頻系數(shù)：
[0013；
【主權(quán)項】
1. 一種基于脈寬調(diào)制波重構(gòu)的逆變器并聯(lián)系統(tǒng)的控制裝置，其特征在于：包括逆變器 并聯(lián)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，所述逆變器并聯(lián)系統(tǒng)包括多個并聯(lián)的逆變器，控制系統(tǒng)包括主控制 器和多個從控制器，所述主控制器包括依次連接的信號采集單元、控制單元、第一信號編解 碼單元和第一光纖發(fā)送接收信號單元，每個從控制器均包括依次連接的第二光纖發(fā)送接收 信號單元、第二信號編解碼單元和脈寬調(diào)制波重構(gòu)單元，每個從控制器的脈寬調(diào)制波重構(gòu) 單元輸出端均與逆變器并聯(lián)系統(tǒng)的一個逆變器相連，每個從控制器的第二光纖發(fā)送接收信 號單元與主控制器的第一光纖發(fā)送接收信號單元之間通過雙工通信傳輸數(shù)據(jù)。
2. -種如要求1所述的基于脈寬調(diào)制波重構(gòu)的逆變器并聯(lián)系統(tǒng)的控制方法，包括以下 步驟： 1) 根據(jù)逆變器實際需要，計算脈寬調(diào)制波頻率，將此頻率設(shè)置為主控制器的外部中斷 信號頻率和從控制器的三角載波頻率； 2) 信號采集單元采集逆變器輸出的三相電壓和電流信號，以及電機的轉(zhuǎn)速信號； 3) 控制單元根據(jù)采集的電壓、電流、轉(zhuǎn)速信號計算得到主控制器的比較器參數(shù)CPaz、 CPbz^P CP cz； 4) 第一信號編解碼單元對得到的比較器參數(shù)0?32、0匕2、0匕2和設(shè)定的同步信號？_進 行編碼，并通過串行方式廣播發(fā)送給所有從控制器； 5) 從控制器接收比較器參數(shù)和同步信號并進行解碼，根據(jù)解碼后的信號重構(gòu)脈寬調(diào)制 波信號作為功率器件的驅(qū)動信號。
3. 如權(quán)利要求2所述的控制方法，其特征在于：所述步驟1)中，計算出主控制器和從 控制脈寬調(diào)制波頻率后，按下式求得主控制器的分頻系數(shù)和從控制器的分頻系數(shù)：
式中：fPWM為PWM波的頻率，T ""為PWM波的周期，f z為主控器系統(tǒng)時鐘頻率，f。為從控 制器系統(tǒng)時鐘頻率，Tpz為主控制器的分頻系數(shù)即分頻計數(shù)器的最大值，T p。為從控制器的分 頻系數(shù)即分頻計數(shù)器的最大值。
4. 如權(quán)利要求2所述的控制方法，其特征在于：所述步驟2)中，信號采集單元的采樣 頻率大于脈寬調(diào)制波頻率。
5. 如權(quán)利要求3所述的控制方法，其特征在于：所述步驟3)中，在每個PWM波周期內(nèi) 都根據(jù)采樣得到的電壓、電流信號計算得到空間矢量調(diào)制波A相比較器參數(shù)CP az、B相比較 器參數(shù)CPb，C相比較器參數(shù)CP cz:
式中：Ta、Tb、T。分別是A相、B相和C相上橋臂開關(guān)管的驅(qū)動信號的占空比，T pz為主控 制器的分頻系數(shù)。
6. 如權(quán)利要求2所述的控制方法，其特征在于：所述步驟4)中，編碼方式為先定義比 較器數(shù)據(jù)及啟動、停止、同步信號的功能碼，再將比較器參數(shù)、啟動信號、停止信號、同步信 號的數(shù)值作為各自的數(shù)據(jù)碼。
7. 如權(quán)利要求6所述的控制方法，其特征在于：所述步驟4)中，信號傳送時，先傳送 信號的功能碼，再傳送其相應(yīng)的數(shù)據(jù)碼，然后傳送下一個信號的功能碼及其數(shù)據(jù)碼，依次類 推；發(fā)送完同步信號后又重頭開始發(fā)送，循環(huán)進行發(fā)送。
8. 如權(quán)利要求2所述的控制方法，其特征在于：所述步驟5)包括： ① 從控制器將接收到的信號進行解碼，同時向主控制器回饋相應(yīng)信號； ② 從控制器將信號解碼后得到從控制器的比較器參數(shù)CPa。、CPb。和CP。。，當解碼后的信 號存在同步信號P syn。時，重啟三角載波信號，載波計數(shù)器清零并重新計數(shù)，同時加載CP a。、 CPb。和CP。。到脈寬調(diào)制波重構(gòu)單元，重構(gòu)出脈寬調(diào)制波信號。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于脈寬調(diào)制波重構(gòu)的逆變器并聯(lián)系統(tǒng)的控制方法，步驟如下：1）根據(jù)逆變器需要，計算脈寬調(diào)制波頻率，將此頻率設(shè)置為主控制器控制周期頻率和從控制器的調(diào)制波頻率；2）通過信號采集單元采集逆變器電壓、電流等信號并對其進行濾波；3）主控制單元在一個脈寬調(diào)制波周期內(nèi)計算得到空間矢量調(diào)制波比較器參數(shù)；4）信號編程單元對比較器參數(shù)和同步信號進行編碼，并通過串行方式廣播發(fā)送給所有從控制器；5)從控制器接收比較器參數(shù)和同步信號，并進行解碼，根據(jù)解碼后的信號重構(gòu)脈寬調(diào)制波信號作為功率器件的驅(qū)動信號。本發(fā)明確保了每個功率器件驅(qū)動信號的同步性和一致性，基本消除了逆變器并聯(lián)時的零序環(huán)流，提高了系統(tǒng)的可靠性。
【IPC分類】H02M7-493, H02M1-092
【公開號】CN104539183
【申請?zhí)枴緾N201510020402
【發(fā)明人】李輝, 蔡羅強, 黃潔萍, 陳鴻蔚, 魏峰
【申請人】湘潭電機股份有限公司
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2015年1月16日