CN101051764A - 正弦波逆变器的并联控制装置和方法 - Google Patents

正弦波逆变器的并联控制装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种正弦波逆变器的并联控制装置和方法，主要通过对各模块的输出电流采样，获得平均电流值，再分别计算各模块的环流分量，进而计算出本模块的有功环流分量和无功环流分量，实现对输出电压幅值和相位的调节，完成有功功率、无功功率的均分；本发明具有电路实现简单、检测速度快、精度高、不存在采样延时等诸多优点；且各模块之间互联线少，只有平均电流检测母线，无其它均流母线，因而控制速度快、精度高，动态均流效果好，可靠性高且无主从之分。

Description

正弦波逆变器的并联控制装置和方法
技术领域
本发明涉及正弦波逆变器并联控制技术领域，尤其涉及基于平均电流检测的三相正弦波逆变器的并联控制装置和方法。
背景技术
交流电源的并联与直流电源的并联有很大的不同，它不仅要跟踪电压幅值的变化，还要跟踪输出电压相位的变化，要时时检测输出功率中的有、无功分量，必须采用相应的调节手段使输出有功、无功达到均衡，实现输出功率的均衡。交流电源并联技术是近几年来发展得较快其技术也日益成熟，一般应用在UPS电源，大功率逆变器等对供电功率较大及可靠性较高的场合。
图1为逆变器并联控制装置的常规做法框图，从图可看出本机电流与电压同时A/D转换后，计算本机的有功与无功，然后将最大有功、最小有功、最大无功、最小无功变换成PWM信号，通过并联互联线的线与功能，来计算平均有功、平均无功，最后用本机的有功-平均有功，本机无功-平均无功来获得环流分量。然后通过无功、有功调节来调节输出电压的幅值及相位，使其达到有功、无功的均分。由于在计算平均值时采用了2级模数转换，所以其控制精度和反映速度大打折扣，使用控制效果并不是很理想。由于精度的影响，其并联的数量不能太多。再者由于采用了线与功能实现平均电流的计算，所以其模块之间的互联线较多从而降低了可靠性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可使2台或2台以上并联的UPS快速实现输出有、无功均分的正弦波逆变器的并联控制装置和方法。
为了实现上述目的，本发明一种正弦波逆变器的并联控制装置，主要包括输出电流信号检测装置、平均电流计算装置、模块环流计算装置、有功无功计算装置、无功有功调节装置和逆变器控制部分，其中通过输出电流信号检测装置中的电流传感器对本模块的输出电流进行检测采样，并将检测到的电流信号传输给平均电流计算装置和本模块环流计算装置，该平均电流计算装置利用各模块的输出电流完成平均电流计算，并将计算结果传输给各模块环流计算装置，该模块环流计算装置将本模块电流与平均电流相减，得到环流分量，并分别将结果传输给本模块的有功无功计算装置，该装置根据输出电压及环流分量完成本模块有功环流、无功环流的计算，并分别输出给无功有功调节装置，逆变器控制部分接受无功调节装置的输出来控制输出电压的大小达到无功均分，接受有功调节装置的输出来控制输出电压相位的微调达到有功均分。
本发明一种正弦波逆变器的并联控制方法为：
通过输出电流信号检测装置中的电流传感器对本模块的输出电流进行检测采样，并将检测到的电流信号传输给平均电流计算装置和本模块环流计算装置；
平均电流计算装置利用各模块的输出电流完成平均电流计算，并将计算结果传输给各模块环流计算装置；
模块环流计算装置将本模块电流与平均电流相减，得到环流分量，并分别将结果传输给本模块的有功无功计算装置；
有功无功计算装置根据本模块的环流分量及输出电压，计算出有功环流分量和无功环流分量，分别输出给无功调节装置和有功调节装置；
逆变器控制部分接受无功调节装置的输出来控制输出电压的大小达到无功均分，接受有功调节装置的输出来控制输出电压相位的微调达到有功均分。
所述的有功环流、无功环流的计算方法为：将一个正弦周期分为400份，每份称为一个载波值；计算时，每个载波进入中断一次，在载波周期中断中判断是否完成一个正弦周期，若完成则载波数清零，并计算一个周期内的有功环流和无功环流，然后中断返回，以达到周期计数；否则，有功环流＝瞬时环流×sinθ；无功环流＝瞬时环流×cosθ，然后有功环流和无功环流逐个载波累加，并将当前载波值递加1，之后中断返回。
本发明利用简单的RC网络就能实现平均电流的检测，具有电路实现简单、检测速度快、精度高、不存在采样延时等诸多优点；且各模块之间互联线少，只有平均电流检测母线，无其它均流母线，因而控制速度快、精度高，动态均流效果好，可靠性高且无主从之分。
附图说明
图1为逆变器习有的并联控制装置；
图2为本发明的并联控制装置的控制框图；
图3为本发明的平均电流检测的原理图；
图4为本发明的并联控制方法中瞬时环流计算流程图；
图5为本发明的并联控制方法中有功、无功环流计算流程图；
图6为本发明的并联控制方法中调节输出电压幅值的流程图；
图7为本发明的并联控制方法中调节输出电压相位的流程图。
以下结合具体附图对本发明作进一步详述。
具体实施方式
如图2所示，虚线框内为并联控制装置连接框图，本发明一种正弦波逆变器的并联控制装置采用了平均电流检测原理，先根据各机电流计算出平均电流，然后通过本机电流和平均电流计算出环流分量，通过计算得出有功环流分量和无功环流分量，利用有功、无功分量分别去调节输出电压的相位与幅值，从而使本机有、无功得到均分。
图1中的501、502、503、504、505、507与601、602、603、604、605、607为并联的逆变模块中完全相同的装置。本发明中并联的逆变模块数量为两个及两个以上。本发明一种正弦波逆变器的并联控制装置主要包括：
输出电流信号检测装置507(607)：通过电流传感器对本模块的输出电流进行检测采样，并将检测到的电流信号传输给本模块环流计算装置505(605)和平均电流计算装置506；如图3中，电流传感器CTa1、CTb1、CTc1完成逆变模块1的输出电流采样，经采样电阻Rs1、Rs2、Rs3变换成与电流成比例关系的电压信号Va1、Vb1、Vc1。同样电流传感器CTa2、CTb2、CTc2完成逆变模块2的输出电流采样，经采样电阻Rs4、Rs5、Rs6变换成与电流成比例关系的电压信号Va2、Vb2、Vc2。Va1、Vb1、Vc1、Va2、Vb2、Vc2的大小完成反映了电流传感器CT的原边电流值，因此可将电压信号Va1～Vc2看作是经转换后的电流信号。
平均电流计算装置506：利用各模块的输出电流完成平均电流计算，并将计算结果传输给各模块环流计算装置505(605)；如图3所示，R1＝R2＝R3＝R4＝R5＝R6远大于Rs1～Rs6，所以，Va_av＝(Va1+Va2)/2即Va_av为两模块的电流平均值，同样道理可运用于多个模块。
模块环流计算装置505(605)：主要将本模块电流与平均电流相减，得到环流分量，并分别将结果传输给本模块的有功无功计算装置504(604)。
有功无功计算装置504(604)：用于完成本模块有功环流、无功环流的计算，根据瞬时环流分量、电压的正弦分量、电压的余弦分量等参数，计算出有功环流分量和无功环流分量，分别输出给无功调节装置502(602)和有功调节装置503(603)，用于调节本模块输出电压的幅值和相位。
无功调节装置502(602)：用以完成本模块输出电压的幅值的调节，将有功无功计算装置504(604)计算出来的无功分量累加于输出电压调节器的输出，用于改变输出电压幅值，以达到无功功率的均分。
有功调节装置503(603)：用以完成本模块输出电压的相位的调节，将有功无功计算装置504(604)计算出来的有功分量累加于内同步锁相调节器的输出，用于微调输出电压的相位，以达到有功功率的均分。
逆变器控制部分501(601)：用于逆变器输出电压的控制，接受输出电压反馈信号以及给定信号，来完成输出电压的稳压调节；接受内同步信号及基准同信号来完成输出相位的微调，此外还接受无功调节装置的输出来控制输出电压的大小达到无功均分，接受有功调节装置的输出来控制输出电压相位的微调达到有功均分。
本发明一种正弦波逆变器的并联控制方法为：
通过输出电流信号检测装置507(607)中的电流传感器对本模块的输出电流进行检测采样，并将检测到的电流信号传输给本模块环流计算装置505(605)和平均电流计算装置506；
平均电流计算装置506利用各模块的输出电流完成平均电流计算，并将计算结果传输给各模块环流计算装置505(605)；
模块环流计算装置505(605)将本模块电流与平均电流相减，得到环流分量，并分别将结果传输给本模块的有功无功计算装置504(604)；
有功无功计算装置504(604)完成本模块有功环流、无功环流的计算，根据瞬时环流分量、电压的正弦分量、电压的余弦分量等参数，计算出有功环流分量和无功环流分量，分别输出给无功调节装置502(602)和有功调节装置503(603)；
无功调节装置502(602)完成本模块输出电压的幅值的调节，将有功无功计算装置504(604)计算出来的无功分量累加于输出电压调节器的输出，用于改变输出电压幅值，以达到无功功率的均分；
有功调节装置503(603)完成本模块输出电压的相位的调节，将有功无功计算装置504(604)计算出来的有功分量累加于内同步锁相调节器的输出，用于微调输出电压的相位，以达到有功功率的均分；
逆变器控制部分501(601)接受无功调节装置502(602)的输出来控制输出电压的大小达到无功均分，接受有功调节装置503(603)的输出来控制输出电压相位的微调达到有功均分。
图4为本发明的瞬时环流计算流程图。在当前的载波周期内，采样本模块的电流瞬时值和平均电流瞬时值，获得环流瞬时值＝本模块电流瞬时值-平均电流瞬时值；
图5为本发明有功环流、无功环流计算流程图。将一个正弦周期分为400份，每份称为一个载波值；每个载波进入中断一次，在中断中更新SPWM的脉宽值，从而实现对SPWM的脉宽调制。计算时，在载波周期中断中判断是否完成一个正弦周期，若完成则载波数清零，并计算一个周期内的有功环流和无功环流，然后中断返回，以达到周期计数；否则，有功环流＝瞬时环流×sinθ；无功环流＝瞬时环流×cosθ，然后有功环流和无功环流逐波累加，当前载波值递加1后中断返回。
图6为本发明调节输出电压幅值的流程图。在载波周期中断中，进行输出电压误差计算，并将误差限幅，然后进行PID调节，将无功分量叠加于PID调节器的输出，最后将PID调节器输出限幅，用于调节输出电压幅值。
图7为本发明调节输出电压相位的流程图。在载波周期中断中，进行相位误差计算，并将误差限幅，然后进行PID调节，将有功分量叠加于内同步锁相调节器的输出，最后将PID调节器输出限幅，用于调节输出电压的相位。
本发明的发明精神在于：通过对各模块的输出电流采样，获得平均电流值，再分别计算各模块的环流分量，进而计算出本模块的有功环流分量和无功环流分量，实现对输出电压幅值和相位的调节，完成有功功率、无功功率的均分。

Claims (3)

1、一种正弦波逆变器的并联控制装置，其特征在于：主要包括输出电流信号检测装置、平均电流计算装置、模块环流计算装置、有功无功计算装置、无功有功调节装置和逆变器控制部分，其中通过输出电流信号检测装置中的电流传感器对本模块的输出电流进行检测采样，并将检测到的电流信号传输给平均电流计算装置和本模块环流计算装置，该平均电流计算装置利用各模块的输出电流完成平均电流计算，并将计算结果传输给各模块环流计算装置，该模块环流计算装置将本模块电流与平均电流相减，得到环流分量，并分别将结果传输给本模块的有功无功计算装置，该装置根据输出电压及环流分量完成本模块有功环流、无功环流的计算，并分别输出给无功有功调节装置，逆变器控制部分接受无功调节装置的输出来控制输出电压的大小达到无功均分，接受有功调节装置的输出来控制输出电压相位的微调达到有功均分。
2、利用权利要求1所述的一种正弦波逆变器的并联控制装置进行并联控制的方法为，其特征在于：
通过输出电流信号检测装置中的电流传感器对本模块的输出电流进行检测采样，并将检测到的电流信号传输给本模块环流计算装置和平均电流计算装置；
平均电流计算装置利用各模块的输出电流完成平均电流计算，并将计算结果传输给各模块环流计算装置；
模块环流计算装置将本模块电流与平均电流相减，得到环流分量，并分别将结果传输给本模块的有功无功计算装置；
有功无功计算装置根据本模块的环流分量及输出电压，计算出有功环流分量和无功环流分量，分别输出给无功调节装置和有功调节装置；
逆变器控制部分接受无功调节装置的输出来控制输出电压的大小达到无功均分，接受有功调节装置的输出来控制输出电压相位的微调达到有功均分。
3、根据权利要求2所述的一种正弦波逆变器的并联控制方法，其特征在于：所述的有功环流、无功环流的计算方法为，将一个正弦周期分为400份，每份称为一个载波值；计算时每个载波进入中断一次，并在载波周期中断中判断是否完成一个正弦周期，若完成则载波数清零，并计算一个周期内的有功环流和无功环流，然后中断返回，以达到周期计数；否则，有功环流＝瞬时环流×sinθ；无功环流＝瞬时环流×cosθ，然后有功环流和无功环流逐个载波累加，并将当前载波值递加1，之后中断返回。
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