CN101202453B - 一种单相半桥逆变并联直流环流控制的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种单相半桥逆变并联直流环流控制的方法，包括以下步骤：采样步骤，采样直流/直流部分的输入电流；计算步骤，计算直流/直流部分的输入电流采样值之间的差值；直流/交流输出电压调节步骤，根据所述计算步骤得到的差值，调整脉冲宽度调制正弦波的占空比。本发明通过采样直流/直流(DC/DC)部分的输入电流，并以两者之间的差值作为直流/交流(DC/AC)输出调节的一个反馈，进行输出电压的调节，使交流并联系统直流环流得到有效的控制，提高了系统的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及并联式逆变电源领域，尤其涉及一种单相半桥逆变并联直流环流控制的方法及系统。
背景技术
当前，交流电源供电方式正在由集中式向分布式、全功能式发展。由多个逆变单机并联组成的电源系统，已成为一项很有前景的工程应用方案。这种并联冗余系统具有如下优点：运行可靠，功率范围广，具有很高的系统可维修性能，在某个逆变单机出现故障时，可以很方便地进行更换或维修。
供电系统的故障无法避免，所以交流并联系统的可靠性和安全性是系统供电的首要要求。然而，在目前的并联系统中，特别是单相半桥逆变并联系统，因为成本以及系统复杂性等的原因，系统环流控制的采样多采用电流互感器。由于电流互感器只能采样交流信号，这样一来，系统环流中的直流部分就无法得到有效的控制。这样就会造成以下三个不良后果：
并联系统在由交流供电时，不同并联单机的输入电流不平衡；
并联系统在由电池供电时，不同并联单机的电池放电电流不平衡；
并联系统中不同单机之间存在直流环流，长期工作对并联系统的可靠性有很大的影响。
在上述三个后果中，后两个对系统的影响较大。如果发生供电系统的故障，交流并联系统转而由电池供电，这时不同并联单机的电池放电电流不平衡，就会出现某台逆变单机所配的电池放电电流很小，而另外的逆变单机所配电池放电过大，这样就会导致交流并联系统中放电过大的某台或数台逆变单机所配电池提前放电完毕，而其他逆变单机继续工作的结果，造成系统的冗余不足甚至系统过载的断电事故。并联系统中不同单机之间存在的直流环流，在系统长期工作的情况下会使并联单机的输出滤波电感发热，严重时甚至会烧毁电感，造成系统的断电。
发明内容
为了解决上述的技术问题，提供了一种单相半桥逆变并联直流环流控制的方法，其目的在于，解决并联系统因直流环流引起的问题，提高交流并联系统的安全性和可靠性。
本发明提供了一种单相半桥逆变并联直流环流控制的方法，包括以下步骤：
采样步骤，采样直流/直流部分的输入电流；所述直流/直流部分输入电流是正、负母线的有源功率因素校正电感电流；
计算步骤，计算直流/直流部分的输入电流的差值，具体包括：将所述正、负母线的有源功率因素校正电感电流采样值相减；
直流/交流输出电压调节步骤，根据所述计算步骤得到的差值，调整脉冲宽度调制正弦波的占空比。
所述直流/交流输出电压调节步骤包括以下步骤：如果|IL1-IL2|＞Iref且IL1＞IL2，则D+＝D+Y；如果|IL1-IL2|＞Iref且IL1＜IL2，则D-＝D+Y；否则不进行脉冲宽度调制正弦波的占空比的调节；其中，IL1为正直流/直流部分的输入电流，IL2为负直流/直流部分的输入电流，Iref为给定电感电流的差值，D+为输出电压正半周的占空比，D-为输出电压负半周的占空比，D为调整前的脉冲宽度调制正弦波的占空比，Y为占空比调整的限幅值。
所述采样步骤中，采样流经直流/直流部分中开关管的电流与直流/直流部分中流经续流二极管的电流之和。
本发明还提供了一种单相半桥逆变并联直流环流控制的系统，包括：
采样模块，用于采样直流/直流部分的输入电流；所述直流/直流部分输入电流是正、负母线的有源功率因素校正电感电流；
计算模块，用于计算直流/直流部分的输入电流的差值，具体包括：将所述正、负母线的有源功率因素校正电感电流采样值相减；
直流/交流输出电压调节模块，根据所述计算模块得到的差值，调整脉冲宽度调制正弦波的占空比。
所述采样模块包括开关管和续流二极管；
所述开关管的漏极与有源功率因素校正电感的一端相连，所述开关管的源极接地，所述开关管的栅极接所述单相半桥逆变并联直流环流控制的系统的控制端；
所述续流二极管的阳极与所述有源功率因素校正电感的一端相连，所述续流二极管的阴极与电容的一端相连，所述电容的另一端接地。
所述采样模块通过采样流经所述开关管的电流与续流二极管电流之和进行正、负母线的有源功率因素校正电感电流的采样。
所述直流/交流输出电压调节模块，当|IL1-IL2|＞Iref且IL1＞IL2时，则D+＝D+Y；当|IL1-IL2|＞Iref且IL1＜IL2时，则D-＝D+Y；否则不进行脉冲宽度调制正弦波的占空比的调节；其中，IL1为正直流/直流部分的输入电流，IL2为负直流/直流部分的输入电流，Iref为给定电感电流的差值，D+为输出电压正半周的占空比，D-为输出电压负半周的占空比，D为调整前的脉冲宽度调制正弦波的占空比，Y为占空比调整的限幅值。
本发明通过采样直流/直流(DC/DC)部分的输入电流，并以两者之间的差值作为直流/交流(DC/AC)输出调节的一个反馈，进行输出电压的调节，使交流并联系统直流环流得到有效的控制，提高了系统的可靠性。
附图说明
图1是单相半桥逆变的主电路框图；
图2是单相半桥逆变的主电路拓扑原理图；
图3是PFC电感电流采样原理图；
图4是本发明方法的流程图。
具体实施方式
本发明的单相半桥逆变并联直流环流控制的方法包括：
步骤1.采样DC/DC部分的输入电流
单相半桥逆变的主电路拓扑图如图2所示。从主电路拓扑图中可以看出，DC/DC部分输入电流I1+和I1-就是正、负母线(BUS)的有源功率因素校正(PFC)电感电流IL1和IL2。由于IL1不容易直接采样，所以采用采样流经开关管K1的电流与续流二极管D1电流之和的方法进行正、负BUS的PFC电感电流的采样。采样模块包括开关管K1和续流二极管D1；该开关管K1的漏极与所述PFC电感的一端相连，所述开关管K1的源极接地，该开关管K1的栅极接系统的控制端；该续流二极管D1的阳极与该PFC电感的一端相连，该续流二极管D1的阴极与电容C1的一端相连，该电容C1的另一端接地。图3为图2虚线框内的部分，所示为正BUS的PFC电感电流IL1采样原理(IL2采样与IL1相似)：
IL1＝Ik1+ID1
实际应用中，可以增加对电感电流的采样值的处理。在此处，采用对采样值进行取平均的操作处理采样数据。对采样数据进行处理后，可以使采样值更加接近实际值，达到更好的控制效果。
步骤2.计算的DC/DC部分的输入电流差值
将处理后的正、负BUS的PFC电感电流采样值相减。
步骤3.DC/AC输出电压调节
将步骤2计算出的差值取绝对值后与给定差值相比较。如果实际的差值比给定的差值大，则进行脉冲宽度调制(PWM)正弦波占空比的调节，否则，不进行调节。具体调解方法如下：
当|IL1-IL2|＞Iref时，
如果IL1＞IL2，则D+＝D+Y
如果IL1＜IL2，则D-＝D+Y
当|IL1＜IL2|≤Iref时，不进行PWM正弦波占空比的调节。
如图2所示，其中，IL1为正DC/DC部分的输入电流，IL2为负DC/DC部分的输入电流，Iref为给定电感电流的差值，D+为输出电压正半周的占空比，D-为输出电压负半周的占空比，D为调整前的PWM正弦波的占空比，Y为占空比调整的限幅值。
本发明的方法流程如图4所示。首先要对电感电流的采样值进行处理。在此处，采用对采样值进行取平均的操作处理采样数据。然后，再将处理后的正、负BUS的PFC电感电流采样值相减，差值取绝对值后与给定差值相比较。如果实际的差值比给定的差值大，则进行PWM正弦波占空比的调节，否则，不进行调节。
本发明还提供了一种单相半桥逆变并联直流环流控制的系统，包括：
采样模块，用于采样直流/直流部分正、负BUS的PFC电感电流的的输入电流；
计算模块，用于计算处理后的所述正、负BUS的PFC电感电流采样值之间的差值；
直流/交流输出电压调节模块，根据所述计算步骤得到的差值，调整脉冲宽度调制正弦波的占空比。
该采样模块包括开关管和续流二极管。该开关管的漏极与所述PFC电感的一端相连，该开关管的源极接地，该开关管的栅极接系统的控制端。该续流二极管的阳极与该PFC电感的一端相连，该续流二极管的阴极与电容的一端相连，该电容的另一端接地。
本领域的技术人员在不脱离权利要求书确定的本发明的精神和范围的条件下，还可以对以上内容进行各种各样的修改。因此本发明的范围并不仅限于以上的说明，而是由权利要求书的范围来确定的。
Claims (7)
1.一种单相半桥逆变并联直流环流控制的方法，其特征在于，包括以下步骤：
采样步骤，采样直流/直流部分的输入电流；所述直流/直流部分输入电流是正、负母线的有源功率因素校正电感电流；
计算步骤，计算直流/直流部分的输入电流的差值，具体包括：将所述正、负母线的有源功率因素校正电感电流采样值相减；
直流/交流输出电压调节步骤，根据所述计算步骤得到的差值，调整脉冲宽度调制正弦波的占空比。
2.如权利要求1所述的单相半桥逆变并联直流环流控制的方法，其特征在于，所述直流/交流输出电压调节步骤包括以下步骤：如果|IL1-IL2|＞Iref且IL1＞IL2，则D+＝D+Y；如果|IL1-IL2|＞Iref且IL1＜IL2，则D-＝D+Y；否则不进行脉冲宽度调制正弦波的占空比的调节；其中，IL1为正直流/直流部分的输入电流，IL2为负直流/直流部分的输入电流，Iref为给定电感电流的差值，D+为输出电压正半周的占空比，D-为输出电压负半周的占空比，D为调整前的脉冲宽度调制正弦波的占空比，Y为占空比调整的限幅值。
3.如权利要求1所述的单相半桥逆变并联直流环流控制的方法，其特征在于，所述采样步骤中，采样流经直流/直流部分中开关管的电流与流经直流/直流部分中续流二极管的电流之和。
4.一种单相半桥逆变并联直流环流控制的系统，其特征在于，包括：
采样模块，用于采样直流/直流部分的输入电流；所述直流/直流部分输入电流是正、负母线的有源功率因素校正电感电流；
计算模块，用于计算直流/直流部分的输入电流的差值，具体包括：将所述正、负母线的有源功率因素校正电感电流采样值相减；
直流/交流输出电压调节模块，根据所述计算模块得到的差值，调整脉冲宽度调制正弦波的占空比。
5.如权利要求4所述的单相半桥逆变并联直流环流控制的系统，其特征在于，所述采样模块包括开关管和续流二极管；
所述开关管的漏极与有源功率因素校正电感的一端相连，所述开关管的源极接地，所述开关管的栅极接所述单相半桥逆变并联直流环流控制的系统的控制端；
所述续流二极管的阳极与所述有源功率因素校正电感的一端相连，所述续流二极管的阴极与电容的一端相连，所述电容的另一端接地。
6.如权利要求5所述的单相半桥逆变并联直流环流控制的系统，其特征在于，所述采样模块通过采样流经所述开关管的电流与续流二极管电流之和进行正、负母线的有源功率因素校正电感电流的采样。
7.如权利要求4所述的单相半桥逆变并联直流环流控制的系统，其特征在于，所述直流/交流输出电压调节模块，当|IL1-IL2|＞Iref且IL1＞IL2时，则D+＝D+Y；当|IL1-IL2|＞Iref且IL1＜IL2时，则D-＝D+Y；否则不进行脉冲宽度调制正弦波的占空比的调节；其中，IL1为正直流/直流部分的输入电流，IL2为负直流/直流部分的输入电流，Iref为给定电感电流的差值，D+为输出电压正半周的占空比，D-为输出电压负半周的占空比，D为调整前的脉冲宽度调制正弦波的占空比，Y为占空比调整的限幅值。
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