CN101494384B - 正弦波发电机多机并联用控制电路及多机并联系统 - Google Patents

Abstract

为了实现无同步数据线的多台正弦波发电机并联发电，并使各单机按标称功率按比例分配负载，达到不同功率的正弦波发电机并联的目的，本发明公开了一种正弦波发电机多机并联用控制电路及多机并联系统。所述控制电路，包括：整流电路、逆变及功率控制单元、直流电压采样电路、直流电流采样电路、交流电流采样电路、交流电压采样电路和中央处理单元。在各单机之间通过各自的控制电路独立检测各物理量并进行计算，得出调整数值，实时调整各单机实际输出功率，达到并联系统各单机输出功率匹配。达到多台不同功率正弦波发电机并联的目的。且无需使用同步数据线，大大拓展了发电机并联的使用场合和用途。

Description

正弦波发电机多机并联用控制电路及多机并联系统

技术领域

本发明涉及一种正弦波发电机多机并联用控制电路及多机并联系统。

背景技术

电能是现代社会最主要的能源之一。发电机，尤其是可移动的便携式燃料发电机，作为一种常规电能的有效补充和支持设备，在抢险救灾、野外科考、户外活动、家庭备用等方面有着广泛的应用。

现有的发电机在使用中，会遇到发电功率不够，需要扩大功率等情况。发电机并联技术可以将小功率的单台发电机组成满足用户需求的系统功率，同时为用户节省了成本并带来经济效益。

现有的正弦波发电机的并联，仅限于同功率之间，通过同步数据线进行并联发电，虽然也能达到扩大功率的目的，但是有其应用局限性。其必须是2台同功率的发电机，且其间通过同步数据线相连，且只能是两台并联。不能实现不同功率发电机的并联发电，也不能实现2台以上发电机的并联。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能实现2台以上发电机的并联发电的控制电路及其构成的多机并联系统。

为解决上述技术问题，本发明设计了一种正弦波发电机多机并联用控制电路，包括：

整流电路，用于将正弦波发电机发出的中频三相交流电整流成直流电；

逆变及功率控制单元，与整流电路的输出端相连，用于将整流电路输出的直流电转换为交流电输出；

直流电压采样电路，用于检测整流电路输出的直流电压V_DC；

直流电流采样电路，用于检测整流电路输出的直流电流I_DC；

交流电流采样电路，用于检测逆变及功率控制单元输出的交流电流I₀；

交流电压采样电路，用于检测逆变及功率控制单元输出的交流电压V₀；

中央处理单元，与直流电压采样电路的输出端和直流电流采样电路的输出端相连；同时，中央处理单元与交流电流采样电路的输出端和交流电压采样电路的输出端相连，且中央处理单元的PWM控制信号输出端与逆变及功率控制单元的输出功率控制端相连；逆变及功率控制单元的输出端用于接负载。

上述技术方案中，所述中央处理单元根据算式：I_DC·V_DC≈I₀·E_o

得出仅一台正弦波发电机工作时的理想输出电压E_o；

然后将检测到的逆变及功率控制单元输出的交流电压V₀和交流电流I₀相乘，得出逆变及功率控制单元输出的有功功率P；同时，将所述交流电流I₀与延迟1/4周期的所述交流电压V₀相乘，即得出无功功率Q；然后根据如下算式：

ω＝ω₀-K_PP

E＝E₀-K_VQ

得出逆变及功率控制单元所需输出的频率ω和幅值E；

其中，K_P和K_V分别为所述正弦波发电机输出电压的频率下垂系数和幅值下垂系数；

中央处理单元输出相应的PWM控制信号至逆变及功率控制单元的输出功率控制端，使逆变及功率控制单元输出满足上述频率ω和幅值E的电压，从而满足在多台正弦波发电机并联时具有较好的匹配效果。

作为另一种技术方案，所述中央处理单元根据算式：I_DC·V_DC≈I₀·E_o

得出仅一台正弦波发电机工作时的理想输出电压E_o；然后将检测到的逆变及功率控制单元输出的交流电压V₀和交流电流I₀相乘，得出逆变及功率控制单元输出的有功功率P；同时，将所述交流电流I₀与延迟1/4周期的所述交流电压V₀相乘，即得出无功功率Q；然后根据如下算式：

$\mathrm{\ω}={\mathrm{\ω}}_0-K_{P}P-K_{\mathrm{PD}}\frac{\mathrm{dP}}{\mathrm{dt}}$

$E=E_0-K_{V}Q-K_{\mathrm{VD}}\frac{\mathrm{dQ}}{\mathrm{dt}}$

得出逆变及功率控制单元所需输出的频率ω和幅值E；其中，K_P和K_V分别为所述正弦波发电机输出电压的频率下垂系数和幅值下垂系数；K_PD和K_VD分别为上述K_P和K_V的比例微分值。中央处理单元输出相应的PWM控制信号至逆变及功率控制单元的输出功率控制端，使逆变及功率控制单元输出满足上述频率ω和幅值E的电压，即通过调整PWM控制信号的占空比或PWM控制信号的时间系数来控制逆变及功率控制单元中的功率器件，实现调幅、调相。

进一步，所述逆变及功率控制单元的输出端设有滤波电路。

由所述控制电路构成的多机并联系统，包括2台或2台以上的正弦波发电机，各正弦波发电机的输出端分别连接有一个所述控制电路，即各台正弦波发电机的输出端与相应的一个控制电路中的整流电路的交流输入端相连，且各控制电路中的逆变及功率控制单元的输出端并联，以与所述负载相连；各控制电路中的逆变及功率控制单元输出的电压具有相同的频率和幅值，从而达到实时调整各正弦波发电机实际输出功率，达到并联系统各正弦波发电机输出功率匹配，以实现多台不同功率发电机的并联发电，且各正弦波发电机之间无需采用同步数据线。

各台正弦波发电机的额定功率与其输出电压的频率下垂系数之积相等，或各台正弦波发电机的额定功率与其输出电压的幅值下垂系数之积相等，即利用下垂特性选择不同的下垂系数，可以使不同容量的数码发电机并联运行，并按其单位容量均分负载，使所述多机并联系统具有较好的并联发电的效果。

所述多机并联系统开始工作时，各控制电路将来自各正弦波发电机的输出电压转换为预设值输出，同时各控制电路中的中央处理单元根据测得的所述直流电压V_DC、直流电流I_DC、交流电压V₀和交流电流I₀控制逆变及功率控制单元的输出电压的频率和幅值，直至各控制电路中的逆变及功率控制单元输出的电压具有相同的频率和幅值。

与现有技术相比，本发明具有以下积极效果：(1)本发明的正弦波发电机多机并联用控制电路，采用闭环控制策略，其实现的逆变及功率控制单元具有较高的电压控制精度和较好的动态响应，比较适用于控制正弦波发电机的多机并联运行。(2)本发明中，并联系统中的各单机(即各台正弦波发电机)之间不需要通过同步数据线连接，在各单机之间并没有直接的数字信号或数值作为调整系数传递，而是通过各单机的控制电路独立检测各物理量并进行计算，得出调整数值，实时调整各单机实际输出功率，达到并联系统各单机输出功率匹配。也就是在并联系统中，根据各单机的标称功率和实际并联工作状况实时调整各单机的实际输出功率，实现各单机按标称功率按比例分配负载，达到不同功率正弦波发电机并联的效果和目的。不需要使用同步数据线，大大拓展了发电机并联的使用场合和用途。不但能够实现传统的双机并联，而且可以实现多机并联。(3)本发明的控制电路适用于同等功率的正弦波发电机的并联，也适用与不同容量的变频器或UPS等模块的并联。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1为不同功率发电机的并联下垂特性示意图。

图2为本发明中的两个正弦波发电机多机并联用控制电路并联后接负载的结构示意图。

图3为本发明中的所述控制电路的数据处理流程图。

图4为上述多机并联系统的工作处理流程图。

具体实施方式

(实施例1)

见图2，本实施例的正弦波发电机多机并联用控制电路，包括：

整流电路1，用于将正弦波发电机发出的中频三相交流电整流成直流电输出；

逆变及功率控制单元2，与整流电路1的输出端相连，用于将整流电路1输出的直流电转换为交流电输出；

直流电压采样电路4，用于检测整流电路1输出的直流电压V_DC；

直流电流采样电路5，用于检测整流电路1输出的直流电流I_DC；

交流电流采样电路6，用于检测逆变及功率控制单元2输出的交流电流I₀；

交流电压采样电路7，用于检测逆变及功率控制单元2输出的交流电压V₀；

中央处理单元3，与直流电压采样电路4的输出端和直流电流采样电路5的输出端相连；同时，中央处理单元3与交流电流采样电路6的输出端和交流电压采样电路7的输出端相连，且中央处理单元3的PWM控制信号输出端与逆变及功率控制单元2的输出功率控制端相连；逆变及功率控制单元2的输出端用于接负载8。

中央处理单元3的实质为内置ADC和PWM输出的MCU，或为外置ADC的DSP功能模块，或为外置ADC的CPLD或FPGA功能模块等。逆变及功率控制单元2是通过功率器件如IGBT和IPM等实现的将直流转换成交流输出的电路。

所述中央处理单元3根据算式：I_DC·V_DC≈I₀·E_o--(a)

得出仅一台正弦波发电机工作时的理想输出E_o；

然后将检测到的逆变及功率控制单元2输出的交流电压V₀和交流电流I₀相乘，得出逆变及功率控制单元2输出的有功功率P；同时，将所述交流电流I₀与延迟1/4周期的所述交流电压V₀相乘，即得出无功功率Q；然后根据如下算式：

ω＝ω₀-K_PP  --(b)

E＝E₀-K_VQ

得出逆变及功率控制单元2所需输出的频率ω和幅值E；

其中，K_P和K_V分别为所述正弦波发电机输出电压的频率下垂系数和幅值下垂系数。

中央处理单元3输出相应的PWM控制信号至逆变及功率控制单元2的输出功率控制端，使逆变及功率控制单元2输出满足上述频率ω和幅值E的电压。所述逆变及功率控制单元2的输出端设有滤波电路，如图3，该滤波电路为包括电感L和电容C的LC滤波电路。

(实施例2)

在实施例1的基础上，本实施例的控制电路有如下不同之处：

见图3，所述中央处理单元3根据算式：I_DC·V_DC≈I₀·E_o--(c)

得出仅一台正弦波发电机工作时的理想输出电压E_o；然后将检测到的逆变及功率控制单元2输出的交流电压V₀和交流电流I₀相乘，得出逆变及功率控制单元2输出的有功功率P；同时，将所述交流电流I₀与延迟1/4周期的所述交流电压V₀相乘，即得出无功功率Q；然后根据如下算式：

$\mathrm{\ω}={\mathrm{\ω}}_0-K_{P}P-K_{\mathrm{PD}}\frac{\mathrm{dP}}{\mathrm{dt}}$ --(d)

$E=E_0-K_{V}Q-K_{\mathrm{VD}}\frac{\mathrm{dQ}}{\mathrm{dt}}$

得出逆变及功率控制单元2所需输出的频率ω和幅值E。

其中，K_P和K_V分别为所述正弦波发电机输出电压的频率下垂系数和幅值下垂系数；K_PD和K_VD分别为上述K_P和K_V的比例微分值。

中央处理单元3输出相应的PWM控制信号至逆变及功率控制单元2的输出功率控制端，使逆变及功率控制单元2输出满足上述频率ω和幅值E的电压。

(实施例3)

本实施例的多机并联系统采用上述实施例1或2中的控制电路，且该多机并联系统包括2台或2台以上的正弦波发电机，各正弦波发电机的输出端分别连接有一个所述控制电路，即各台正弦波发电机的输出端与相应的一个控制电路中的整流电路1的交流输入端相连，且各控制电路中的逆变及功率控制单元2的输出端并联，以与所述负载8相连；各控制电路中的逆变及功率控制单元2输出的电压具有相同的频率和幅值。

各台正弦波发电机的额定功率与其输出电压的频率下垂系数之积相等，或各台正弦波发电机的额定功率与其输出电压的幅值下垂系数之积相等，以使各单机按标称功率按比例分配负载，使各并联系统的匹配效果达到最好。

所述多机并联系统开始工作时，各控制电路将来自各正弦波发电机的输出电压转换为预设值输出，同时各控制电路中的中央处理单元3根据测得的所述直流电压V_DC、直流电流I_DC、交流电压V₀和交流电流I₀控制逆变及功率控制单元2的输出电压的频率和幅值，直至各控制电路中的逆变及功率控制单元2输出的电压具有相同的频率和幅值。

如图5所示，正弦波发电机的多机并联系统的工作处理流程如下：系统中的各单机按预设值输出波形，然后各控制电路将实时测得的电流、电压值进行模/数转换，并将数字化的交流电压V₀和交流电流I₀进行计算，计算出实时的有功功率P和无功功率Q，然后将有功功率P和无功功率Q按照上述下垂控制公式d进行PD(比例微分)计算，得出需要控制的输出电压的频率ω和幅值E。最后，将计算出的PWM占空比和周期时间通过逆变及功率控制单元2，实现对输出交流波形的幅值和相位控制，直至所述多机并联系统按比例分配单机功率，并减小环流和损耗。

Claims (6)

1.一种正弦波发电机多机并联用控制电路，其特征在于包括：

整流电路(1)，用于将正弦波发电机发出的中频三相交流电整流成直流电；

逆变及功率控制单元(2)，与整流电路(1)的输出端相连，用于将整流电路(1)输出的直流电转换为交流电输出；

直流电压采样电路(4)，用于检测整流电路(1)输出的直流电压V_DC；

直流电流采样电路(5)，用于检测整流电路(1)输出的直流电流I_DC；

交流电流采样电路(6)，用于检测逆变及功率控制单元(2)输出的交流电流I₀；

交流电压采样电路(7)，用于检测逆变及功率控制单元(2)输出的交流电压V₀；

中央处理单元(3)，与直流电压采样电路(4)的输出端和直流电流采样电路(5)的输出端相连；同时，中央处理单元(3)与交流电流采样电路(6)的输出端和交流电压采样电路(7)的输出端相连，且中央处理单元(3)的PWM控制信号输出端与逆变及功率控制单元(2)的输出功率控制端相连；

逆变及功率控制单元(2)的输出端用于接负载(8)；

所述中央处理单元(3)根据算式：

I_DC·V_DC≈I₀·E_o

得出仅一台正弦波发电机工作时的理想输出电压E_o；

然后将检测到的逆变及功率控制单元(2)输出的交流电压V₀和交流电流I₀相乘，得出逆变及功率控制单元(2)输出的有功功率P；同时，将所述交流电流I₀与延迟1/4周期的所述交流电压V₀相乘，即得出无功功率Q；然后根据如下算式：

ω＝ω₀-K_PP

E＝E₀-K_VQ

得出逆变及功率控制单元(2)所需输出的频率ω和幅值E；

其中，K_P和K_V分别为所述正弦波发电机输出电压的频率下垂系数和幅值下垂系数；

中央处理单元(3)输出相应的PWM控制信号至逆变及功率控制单元(2)的输出功率控制端，使逆变及功率控制单元(2)输出满足上述频率ω和幅值E的电压。

2.一种正弦波发电机多机并联用控制电路，其特征在于包括：

整流电路(1)，用于将正弦波发电机发出的中频三相交流电整流成直流电；

逆变及功率控制单元(2)，与整流电路(1)的输出端相连，用于将整流电路(1)输出的直流电转换为交流电输出；

直流电压采样电路(4)，用于检测整流电路(1)输出的直流电压V_DC；

直流电流采样电路(5)，用于检测整流电路(1)输出的直流电流I_DC；

交流电流采样电路(6)，用于检测逆变及功率控制单元(2)输出的交流电流I₀；

交流电压采样电路(7)，用于检测逆变及功率控制单元(2)输出的交流电压V₀；

中央处理单元(3)，与直流电压采样电路(4)的输出端和直流电流采样电路(5)的输出端相连；同时，中央处理单元(3)与交流电流采样电路(6)的输出端和交流电压采样电路(7)的输出端相连，且中央处理单元(3)的PWM控制信号输出端与逆变及功率控制单元(2)的输出功率控制端相连；

逆变及功率控制单元(2)的输出端用于接负载(8)；

所述中央处理单元(3)根据算式：

I_DC·V_DC≈I₀·E_o

得出逆变及功率控制单元(2)输出的空载交流电压E_o；

然后将检测到的逆变及功率控制单元(2)输出的交流电压V₀和交流电流I₀相乘，得出逆变及功率控制单元(2)输出的有功功率P；同时，将所述交流电流I₀与延迟1/4周期的所述交流电压V₀相乘，即得出无功功率Q；然后根据如下算式：

$\mathrm{\ω}={\mathrm{\ω}}_0-K_{P}P-K_{\mathrm{PD}}\frac{\mathrm{dP}}{\mathrm{dt}}$

$E=E_0-K_{V}Q-K_{\mathrm{VD}}\frac{\mathrm{dQ}}{\mathrm{dt}}$

得出逆变及功率控制单元(2)所需输出的频率ω和幅值E；

其中，K_P和K_V分别为所述正弦波发电机输出电压的频率下垂系数和幅值下垂系数；K_PD和K_VD分别为上述K_P和K_V的比例微分值；

中央处理单元(3)输出相应的PWM控制信号至逆变及功率控制单元(2)的输出功率控制端，使逆变及功率控制单元(2)输出满足上述频率ω和幅值E的电压。

3.根据权利要求1或2所述的正弦波发电机多机并联用控制电路，其特征在于：所述逆变及功率控制单元(2)的输出端设有滤波电路。

4.一种由权利要求3所述的控制电路构成的多机并联系统，其特征在于：该多机并联系统包括2台或2台以上的正弦波发电机，各正弦波发电机的输出端分别连接有一个所述控制电路，即各台正弦波发电机的输出端与相应的一个控制电路中的整流电路(1)的交流输入端相连，且各控制电路中的逆变及功率控制单元(2)的输出端并联，以与所述负载(8)相连；

各控制电路中的逆变及功率控制单元(2)输出的电压具有相同的频率和幅值。

5.根据权利要求4所述多机并联系统，其特征在于：各台正弦波发电机的额定功率与其输出电压的频率下垂系数之积相等，或各台正弦波发电机的额定功率与其输出电压的幅值下垂系数之积相等。

6.根据权利要求4或5所述的多机并联系统，其特征在于：所述多机并联系统开始工作时，各控制电路将来自各正弦波发电机的输出电压转换为预设值输出，同时各控制电路中的中央处理单元(3)根据测得的所述直流电压V_DC、直流电流I_DC、交流电压V₀和交流电流I₀控制逆变及功率控制单元(2)的输出电压的频率和幅值，直至各控制电路中的逆变及功率控制单元(2)输出的电压具有相同的频率和幅值。

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