CN103219904B - 一种三相逆变器并联同步控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种三相逆变器并联同步控制方法。包括以CPU软件方式实现的载波计数器、调制波计数器、脉冲发生器、信号输出仲裁器、线与驱动。由逆变器的控制系统向信号输出仲裁器发出同步使能信号；载波计数器产生与逆变器模块三角载波周期相同的对称三角波。调制波计数器记录在一个载波周期中接收到的同步总线上脉冲下降沿的数目。脉冲发生器的输入为来自于载波计数器的三角波和来自于调制波计数器的调制波复位脉冲信号。信号输出仲裁器的输入为来自于同步总线上的载波级同步脉冲信号和来自于逆变器模块控制器发出的同步使能信号。线与驱动模块将来自于脉冲发生器的准同步脉冲信号的功率放大并经硬件线与后，输出到同步总线上。

Description

一种三相逆变器并联同步控制方法

技术领域

本发明涉及一种针对有互联线的分布式并联运行逆变器的控制方法。

背景技术

随着信息处理技术的发展，对电源系统的容量、性能和可靠性要求越来越高。多模块并联实现大容量电源是电源技术发展方向。对于有互联线逆变器并联运行系统，同步电路是实现系统可靠稳定运行的关键技术之一。理想的自由并联系统，各模块即可单机，也可多台直接并联运行，有些冗余并联系统需要能够热插拔。专利申请号为200410000213.0的专利文件中公开了一种同步锁相方法，虽然利用竞争获取总线控制权的方法解决了主从同步方法中单点故障（主机）风险高的问题，但是还是需要设置不同的逆变器竞争获取总线控制权等待时间。并且当获得总线控制线的逆变器退出时，总线有三个同步周期的空闲时间，存在安全隐患。专利申请号为200810220118.8的专利文件中公开了一种同步控制方法，虽然达到了各逆变器无主从之分的目的，但是只能实现调制波同步的功能，没有实现载波同步的功能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够实现各逆变器模块间的快速同步，并且各逆变器模块间无主从之分，尤其适合于逆变器分布式并联情况的三相逆变器并联同步控制方法。

本发明的目的是这样实现的：

包括以CPU软件方式实现的载波计数器1、调制波计数器2、脉冲发生器3、信号输出仲裁器4、线与驱动5；在逆变器模块开始工作时即线与驱动输出端已连接在并联系统公共的同步总线上时，首先由逆变器的控制系统向信号输出仲裁器发出同步使能信号，使该逆变器模块的同步信号送达同步总线；载波计数器在其内部的高频信号源驱动下进行增减计数，输出与载波同频率的等腰三角形计数波形，在接收到来自于同步总线上的载波同步脉冲P_csyn下降沿时复位；调制波计数器对来自于同步总线上的载波同步脉冲P_csyn下降沿进行增计数，当调制波计数值达到预设的最大值（载波比）时输出一个复位信号；脉冲发生器接受来自于载波计数器和调制波计数器的输出信号，在每个载波计数器周期，若调制波计数器没有输出复位信号，则脉冲发生器在下一个载波计数器的前1/4周期输出低电平占空比为25%的载波准同步信号；若调制波计数器有复位信号输出，则脉冲发生器在下一个载波计数器的前3/4周期输出低电平占空比为75%的调制波准同步信号；在线与输出允许的情况下，载波准同步信号或者调制波准同步信号经线与驱动后成为载波同步信号P_csyn或者调制波同步信号P_msyn被送至同步总线。

本发明所提出的同步控制方法的主要特点有益效果主要有：

（1）可快速实现同步，载波同步最长同步时间为一个载波周期；调制波同步最长时间为一个调制波周期。

（2）既能实现调制波的同步也能实现载波的同步，有助于抑制并联模块间的谐波环流。

（3）同步控制器没有主从之分，所有同步控制器在系统中的地位都是相对等的，单个同步控制器的退出，不影响其它同步控制器的正常工作。

（4）同步控制器的投入对同步总线无冲击，支持同步控制器的热投。

（5）同步总线只有两根线，并机互联线少。

载波计数器的目的是产生与逆变器模块三角载波周期相同的对称三角波。载波计数器中有频率为逆变器三角载波频率整倍数的信号源（此倍数越大，则PWM脉冲周期级同步精度越高）。其输入为来自于同步总线上的载波同步脉冲P_csyn的下降沿，其输出为三角波，并被送至脉冲发生器。

调制波计数器的作用是记录在一个载波周期中接收到的同步总线上脉冲下降沿的数目。其输入与载波计数器相同，为来自于同步总线上的载波级同步脉冲P_csyn的下降沿，在其脉冲下降沿计数个数达到设定的最大值时（该最大值为一个调制波周期中包含的载波周期数，即载波比），调制波计数器输出与逆变器调制波周期相同的调制波复位脉冲信号，该信号也被送至脉冲发生器。

脉冲发生器的输入为来自于载波计数器的三角波和来自于调制波计数器的调制波复位脉冲信号。脉冲发生器的作用是根据载波计数器输出的三角波所对应的计数值和调制波计数器是否输出的调制波复位信号产生两类不同的准同步脉冲，及载波级准同步脉冲（对应P_csyn）和调制波级准同步脉冲（对应P_msyn），该准同步脉冲信号被送至线与驱动模块。

信号输出仲裁器的输入为来自于同步总线上的载波级同步脉冲信号P_csyn、P_msyn和来自于逆变器模块控制器发出的同步使能信号。其作用是根据各逆变器模块的实际工作情况合理的控制同步脉冲信号的输出。信号输出仲裁器在接收到逆变器模块控制系统发出的同步使能信号之前，禁止同步脉冲输出。在接收到同步使能信号后，保持封锁同步脉冲输出，当信号输出仲裁器从同步总线接收到一次以上的调制波级同步脉冲信号P_msyn后或在两个调制波周期内未从同步总线上接收到PWM调制脉冲同步信号P_csyn时解除封锁，即允许同步脉冲输出。

线与驱动输入信号为来自于脉冲发生器的准同步脉冲和来自于信号输出仲裁器的线与输出使能信号，在使能允许的情况下，线与驱动模块将来自于脉冲发生器的准同步脉冲信号的功率放大并经硬件线与（即同步总线上只要有一个逆变器模块的线与驱动电路输出低电平，则总线上电平为低电平）后，输出到同步总线上，最终形成总线同步信号脉冲P_csyn或P_msyn。

在使能禁止的情况下，准同步脉冲不能够到达同步总线，在总线上无其他同步信号的情况下，同步总线上的电平始终为高电平。

附图说明

图1为发明所述的并联逆变器模块同步控制策略的总体框图。

图2为载波同步原理示意图。

图3为调制波同步原理示意图。

图4为多个逆变器模块线与驱动连接的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本专利做更详细的描述：

载波计数器的实质是一个高频的增减计数器，即计数器从零增计数至设定的最大值后再向反方向减计数至零，而后再自动增计数，如此周而复始，从而形成等腰三角形的计数波形，每个等腰三角形等边长度所对应的时间即为载波计数器的计数周期。

载波计数器每次增减计数的计数单位均为1，其增减计数的频率应显著的高于逆变器模块三角载波的频率，即是要保证在逆变器模块的一个三角载波周期内，需要包含十数个到数十个的载波计数器的计数周期，以保证PWM调制脉冲周期级同步的精准程度。可以根据以下方式来确定载波计数器的最大值：

设逆变器三角载波频率为f_tc，载波计数器增减计数的频率为f_cc，则载波计数器的最大计数值为C_Cmax=f_cc/2f_tc。

载波计数器与同步总线上的同步脉冲配合工作的示意图如附图2所示，图中标号C_C即为载波计数器的计数值。当载波计数器接收到来自同步总线的载波级同步脉冲信号P_csyn的下降沿时强制将增减计数器清零，即使C_C=0，从而快速实现与总线脉冲信号的同步。

载波计数器在接收到P_csyn或P_msyn同步脉冲信号后均复位。

调制波计数器的实质是一个单方向增计数器，即计数器从零增计数至设定的最大值后立刻复位为零，然后又从零开始计数，如此周而复始，形成锯齿波形状的计数波形。

调制波计数器对来自于同步总线上的同步脉冲P_csyn的下降沿进行计数，每次增计数的计数单位为1，当计数个数C_M达到设定的最大值C_Mmax时，调制波计数器输出与逆变器调制波周期相同的调制波复位脉冲信号，该信号被送至脉冲发生器。可以根据以下方式来确定调制波计数器的计数最大值：

设逆变器三角载波频率为f_tc，逆变器正弦调制波的频率为f_m，则调制波计数器的最大计数值为C_Mmax=f_tc/f_m。

脉冲发生器根据载波计数器输出的计数值和调制波计数器是否有调制波复位脉冲信号输出来产生相应的P_csyn或P_msyn准同步脉冲信号。脉冲发生器根据载波计数器和调制波计数器输出信号来产生准同步脉冲信号的原理如图3所示。图中给出载波同步脉冲P_csyn和调制波同步脉冲P_msyn产生的机理及调制波同步的过程。

在调制波计数器计数未达到C_Mmax之前（如附图3中所示的C_M=C_Mmax-2，C_M=C_Mmax-1等），即调制波计数器没有发出调制波复位脉冲信号之前，脉冲发生器在载波计数器到达其计数值C_C=C_Cmax/4时产生低电平占空比为25%的对应P_csyn的准载波同步信号；当C_M=C_Mmax时，调制波计数器发出调制波复位脉冲信号，脉冲发生器在收到此信号的前提下，当载波计数器的计数值达到C_C=3C_Cmax/4时脉冲发生器输出低电平占空比为75%的对应P_msyn的准调制波同步信号，从而完成对一个调制波周期的同步。

信号输出仲裁器的输入为来自于同步总线上的载波级同步脉冲信号P_csyn、P_msyn和来自于逆变器模块控制器发出的同步使能信号。根据附图1可知信号输出仲裁器是一个两输入单输出的“或”逻辑机构，当逆变器模块控制系统禁止同步信号输出时，逆变器输出的同步使能信号为高电平，此时信号输出仲裁器的输出也为高电平，因此可以使得线与驱动电路的输出端始终为高电平，从而不输出本逆变器模块产生P_csyn和P_msyn信号。反之，当逆变器输出的同步使能信号为低电平时，P_csyn和P_msyn脉冲信号可输出到同步总线上。

线与驱动模块是同步控制的输出级，附图4为多个逆变器模块线与驱动连接的示意图。对于单个线与驱动电路而言，其输入信号为来自于脉冲发生器的准同步脉冲和来自于信号输出仲裁器的线与输出使能信号，这两个信号进入线与驱动电路的或非逻辑机构，即只要这两个信号中任一信号电平为高，则或非逻辑输出为低电平，因此NPN型三极管VT不导通，其上拉电阻下端电平为高；反之若或非逻辑的一个输入端为低电平（线与输出允许），当P_csyn和P_msyn的准脉冲信号电平变化时就可以反映在同步总线上了。根据线与逻辑的性质，在保证NPN型三极管集电极电流允许的情况下，同步总线上只要有一个逆变器模块的线与驱动电路输出低电平，则总线上的电平为低电平。

当同步总线上没有其它同步控制器时（或者说并联系统中只有一个逆变器模块工作），在一个调制波周期内同步总线上无任何脉冲信号，则此工作的逆变器模块应解除对同步信号输出的封锁，同步控制器进入独立的正常工作状态。

当逆变器模块退出并联系统时，逆变器模块应禁止同步信号输出，同步控制器的线与驱动输出输出恒为高电平状态，然后断开同步控制器与同步总线的物理连接，这样在退出过程中，同步控制器对同步总线没有任何的影响。

Claims (1)

1.一种三相逆变器并联同步控制方法，其特征是：包括以CPU软件方式实现的载波计数器、调制波计数器、脉冲发生器、信号输出仲裁器、线与驱动；在逆变器开始工作时即线与驱动输出端已连接在并联系统公共的同步总线上时，首先由逆变器的控制系统向信号输出仲裁器发出同步使能信号，使该逆变器的同步信号送达同步总线；载波计数器在其内部的高频信号源驱动下进行增减计数，输出与载波同频率的等腰三角形计数波形，在接收到来自于同步总线上的载波同步脉冲P_csyn下降沿时复位；调制波计数器对来自于同步总线上的载波同步脉冲P_csyn下降沿进行增计数，当调制波计数值达到预设的最大值时输出一个复位信号；脉冲发生器接受来自于载波计数器和调制波计数器的输出信号，在每个载波计数器周期，若调制波计数器没有输出复位信号，则脉冲发生器在下一个载波计数器的前1/4周期输出低电平占空比为25％的载波准同步信号；若调制波计数器有复位信号输出，则脉冲发生器在下一个载波计数器的前3/4周期输出低电平占空比为75％的调制波准同步信号；在线与输出允许的情况下，载波准同步信号或者调制波准同步信号经线与驱动后成为载波同步脉冲P_csyn或者调制波同步信号P_msyn被送至同步总线。