CN103713563B - 一种兆瓦级变流器并联控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种兆瓦级变流器并联控制方法及系统,包括以下步骤:（1）、变流器向其他所有变流器发送无线通信指令，并且针对其所接收到的通信指令发出回应信号；（2）、如果某台变流器所接收到回应信号的变流器数量与其他变流器所接收到回应信号的变流器数量相同，则加入并机序列，否则，不能加入；（3）、加入并机序列的变流器同时输出交流电，当交流电过零时，该变流器发出过零信号，首先发出过零信号的变流器作为主机。本发明的控制方法，主机具有随机性,避免了目前的无连线式并联控制利用变流器输出电压和频率的外下垂特性，主机固定稳定性差的问题。

Description

一种兆瓦级变流器并联控制方法及系统

技术领域

本发明属于电源技术领域，具体地说，是涉及一种兆瓦级变流器并联控制方法及系统。

背景技术

由于单台变流器的容量有限，目前已无法满足兆瓦级岸电功率需求，若采用变流器并联的方式，可兼具扩容和提高可维护性等诸多优点，所以在大容量、要求可靠性高的场合，变流器并联技术有着巨大的优势。变流器的并联控制方式主要采用有线连接式并联控制和无线连接式并联控制，其中，有线连接式并联控制又包括集中式控制、主从式控制、分布式控制，目前有线连接式并联控制主要存在的技术问题是：集中式并联控制，因为各模块输出电压相位不可能完全一致，各台变流器输出之间可能有较大环流。主从式并联控制和分布式并联控制，当多个模块并联时，各模块之间的互连线增多，容易引入干扰。无连线式并联控制，其控制原理是：利用变流器输出电压和频率的外下垂特性，各模块根据采样计算到的有功和无功功率，调节其输出幅值和相位，使得各模块并联稳定运行，采用这种控制方法的缺点是系统稳态性能差,当作为主机的变流器出现故障时，导致整套并联网络瘫痪，且不能在多台变流器之间均分负载。

发明内容

本发明为了解决现有变流器并联控制方法稳定性差的问题，提供了一种兆瓦级变流器并联控制方法，可以解决上述问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种兆瓦级变流器并联控制方法,包括以下步骤:

（1）、接入并联网络的每台变流器向其他所有变流器发送无线通信指令，并且每台变流器针对其所接收到的通信指令发出回应信号；

（2）、如果某台变流器所接收到回应信号的变流器数量与其他变流器所接收到回应信号的变流器数量相同，则该台变流器加入并机序列，否则，不能加入并机序列；

（3）、加入并机序列的所有变流器同时向本机的并联接触器输入端输出交流电，当输出的交流电过零时，该变流器向加入并机序列的其他变流器发出过零信号，首先发出过零信号的变流器自动作为主机，加入并机序列的其他变流器调整本机相位直至变流器与市电的过零相位差小于T1个市电周期，同步成功的变流器输出接触器吸合，自动逐步提高输出交流电压至目标值。

进一步的，步骤（2）中，每台变流器对其接收到回应信号的变流器数量进行统计求和，并且各变流器之间对求和数据进行对比，确定某台变流器所接收到回应信号的变流器数量是否与其他变流器所接收到回应信号的变流器数量相同。

又进一步的，步骤（3）中，加入并机序列除主机之外的其他变流器采用基于异步变频调制的数字逆变锁相算法调整相位，在每个采样周期对相位指针Index增加一个量值Step，直至与市电的过零相位差小于T1个市电周期。

再进一步的，步骤（3）中，如果加入并机序列除主机之外的其他变流器超过20个市电周期仍不能满足同步要求，则该变流器退出并联行列。

更进一步的，所述的变流器之间通过蓝牙进行无线通信。

基于上述的一种兆瓦级变流器并联控制方法，本发明同时提供了一种兆瓦级变流器并联控制系统，包括接入并联网络的若干台变流器，每台变流器分别设置有控制单元，各变流器的控制单元分别对应连接有无线通信模块，执行以下控制步骤：

（1）、各变流器的控制单元通过无线通信模块向其他所有变流器发送无线通信指令，并且各变流器针对其所接收到的通信指令通过无线通信模块发出回应信号；

（2）、各变流器的控制单元对其所接收的回应信号进行比较判断，如果所接收到回应信号的变流器数量与其他变流器所接收到回应信号的变流器数量相同，则该台变流器加入并机序列，否则，不能加入并机序列；

（3）、加入并机序列的所有变流器通过控制单元同时向本机的并联接触器输入端输出交流电，当输出的交流电过零时，该变流器向加入并机序列的其他变流器发出过零信号，首先发出过零信号的变流器自动作为主机，加入并机序列的其他变流器调整本机相位直至变流器与市电的过零相位差小于T1个市电周期，同步成功的变流器输出接触器吸合，自动逐步提高输出交流电压至目标值。

进一步的，所述的控制单元为DSP。

优选的，所述的无线通信模块包括两块蓝牙模块，分别为蓝牙接收模块和蓝牙发送模块。

进一步的，所述的蓝牙发送模块通过SCI串口与DSP连接，蓝牙接收模块通过CAN通信接口与DSP连接。

优选的，每台变流器的电压输出端分别连接有三相电感，用于降低变流器的输出环流。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明的兆瓦级变流器并联控制方法,加入并机序列的变流器器自动选择率先发出过零同步信号的变流器作为主机,根据同步信号自动调整相位差,主机具有随机性,避免了目前的无连线式并联控制利用变流器输出电压和频率的外下垂特性，主机固定稳定性差的问题。

结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是本发明所提出的兆瓦级变流器并联控制方法的一种实施例流程图；

图2是本发明所提出的兆瓦级变流器并联控制系统的一种实施例方框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细地说明。

实施例一，本发明针对目前的无连线式并联控制利用变流器输出电压和频率的外下垂特性，主机固定稳定性差的问题，提供了一种兆瓦级变流器并联控制方法，采用无线通信，但是通信控制原理与现有技术中的控制原理完全不同，主机不固定，解决了系统稳定性差的问题。

参见图1所示，本实施例提供了一种兆瓦级变流器并联控制方法,包括以下步骤:

S1、接入并联网络的每台变流器向其他所有变流器发送无线通信指令，并且每台变流器针对其所接收到的通信指令发出回应信号；

S2、如果某台变流器所接收到回应信号的变流器数量与其他变流器所接收到回应信号的变流器数量相同，则该台变流器加入并机序列，否则，不能加入并机序列；

S3、加入并机序列的所有变流器同时向本机的并联接触器输入端输出交流电，当输出的交流电过零时，该变流器向加入并机序列的其他变流器发出过零信号，首先发出过零信号的变流器自动作为主机，加入并机序列的其他变流器调整本机相位直至变流器与市电的过零相位差小于T1个市电周期，同步成功的变流器输出接触器吸合，自动逐步提高输出交流电压至目标值。

同步成功的变流器通过检测本变流器负载电流,与其他变流器负载电流之和平均数的差值,调整不断本逆变器输出电压幅值和相位,进行均分负载。

在本实施例中所采用的无线通信技术，已经完全脱离了传统的无连线式并联控制方式的精神范围，本实施例中通过设置无线通信模块实现接入并联网络的变流器之间的通信，具体的控制是由变流器的控制单元实现控制，包括通信指令的发送以及对所接收到的通信指令发出的回应信号。本控制方法中所确定的主机具有随机性，避免了固定一台变流器作为主机导致系统稳定性差的问题，而且，多台变流器之间均分负载，减少了变流器的负载压力，延长使用寿命。

在本实施例中，变流器设置的无线通信模块优选采用蓝牙模块进行无线通信。

在步骤S3中，同步成功的变流器输出电压自动逐步提高输出交流电压至目标值一般为交流380V。

作为一个最优实施例，在步骤S2中，判断一台变流器是否能够加入并机序列的方式为：每台变流器对其接收到回应信号的变流器数量进行统计求和，并且各变流器之间对求和数据进行对比，确定某台变流器所接收到回应信号的变流器数量是否与其他变流器所接收到回应信号的变流器数量相同，若相同，则该台变流器加入并机序列，否则，不能加入并机序列。比如，第一台变流器收到的向其回应的变流器数量总和为3,第二台收到的向其回应的变流器数量总和也为3,第三台也为3,第四台也为3,则并联数目为4,因为3加本台变流器之和为4,则允许四台变流器加入并机序列，若某一台收到的向其回应的变流器数量总和与其他变流器所接收到的不同，则说明该变流器与其他变流器的通信存在故障，因此不能加入并机序列，其中，所说的某一台收到的向其回应的变流器数量总和与其他变流器所接收到的不同实际是指小于其他变流器所接收到的数量，不可能存在大于其他变流器所接收到的数量的情况。

步骤S3中，加入并机序列除主机之外的其他变流器采用基于异步变频调制的数字逆变锁相算法调整相位，在每个采样周期对相位指针Index增加一个量值Step，直至与市电的过零相位差小于T1个市电周期。

需要说明的是，步骤S3中，如果加入并机序列除主机之外的其他变流器超过20个市电周期仍不能满足同步要求，则该变流器退出并联行列，可以有效防止个别变流器并机时间过长而导致整个系统并机速度慢的问题。

实施例二，基于实施例一中的一种兆瓦级变流器并联控制方法，本实施例提供了一种兆瓦级变流器并联控制系统，包括接入并联网络的若干台变流器，每台变流器分别设置有控制单元，各变流器的控制单元分别对应连接有无线通信模块，兆瓦级变流器并联控制系统并联控制时，执行以下控制步骤：

S1、各变流器的控制单元通过无线通信模块向其他所有变流器发送无线通信指令，并且各变流器针对其所接收到的通信指令通过无线通信模块发出回应信号；

S2、各变流器的控制单元对其所接收的回应信号进行比较判断，如果所接收到回应信号的变流器数量与其他变流器所接收到回应信号的变流器数量相同，则该台变流器加入并机序列，否则，不能加入并机序列；

S3、加入并机序列的所有变流器通过控制单元同时向本机的并联接触器输入端输出交流电，当输出的交流电过零时，该变流器向加入并机序列的其他变流器发出过零信号，首先发出过零信号的变流器自动作为主机，加入并机序列的其他变流器调整本机相位直至变流器与市电的过零相位差小于T1个市电周期，同步成功的变流器输出接触器吸合，自动逐步提高输出交流电压至目标值。

作为一个优选的实施例方式，参见图2所示，所述的控制单元为DSP（数字信号处理器），DSP一般具有多个SCI串口或者CAN通讯口，但没有无线通讯口，本实施例的无线通信模块优选采用蓝牙芯片，把DSP的串口通讯（或者CAN通讯）转换为蓝牙无线通讯，蓝牙通讯芯片本身具有串口通讯功能，充分利用该功能和DSP的串口相连接，采用半双工通讯，实现了变流器之间的无线数据传输。

为了提高通讯速度，本实施例中采用两个蓝牙芯片，分别作为蓝牙接收模块和蓝牙发送模块，用于蓝牙信号的接收和发送。

所述的蓝牙发送模块通过SCI串口与DSP连接，蓝牙接收模块通过CAN通信接口与DSP连接。

由于如果两个变流器中对应的IGBT开关时刻不一致，脉冲存在时间差异，则两功率模块输出之间存在一个差模电压，导致产生差模环流，且有：

(1)

又可写为：

(2)

其中，为差模电压，为差模环流，L _s 为线路寄生电感，△t为两功率模块对应IGBT开关动作时刻最大差异，忽略器件等效内阻和线路寄生电阻，为限制环流，在母线电压不能改变的条件下，只能采取增大环路电感的办法，由式(2)可知，环流增量Δid与环路总电感成反比。因为线路寄生电感Ls都比较小，所以必须采用在并联的功率输出侧串联三相电感Lh的方法来增大环路电感，达到限制环流的目的。因此，在每台变流器的电压输出端分别连接有三相电感L1…Ln，用于降低变流器的输出环流。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种兆瓦级变流器并联控制方法,其特征在于,包括以下步骤:

（1）、接入并联网络的每台变流器向其他所有变流器发送无线通信指令，并且每台变流器针对其所接收到的通信指令发出回应信号；

（2）、如果某台变流器所接收到回应信号的变流器数量与其他变流器所接收到回应信号的变流器数量相同，则该台变流器加入并机序列，否则，不能加入并机序列；

（3）、加入并机序列的所有变流器同时向本机的并联接触器输入端输出交流电，当输出的交流电过零时，该变流器向加入并机序列的其他变流器发出过零信号，首先发出过零信号的变流器自动作为主机，加入并机序列的其他变流器调整本机相位直至变流器与市电的过零相位差小于T1个市电周期，同步成功的变流器输出接触器吸合，自动逐步提高输出交流电压至目标值，所述T1大于0。

2.根据权利要求1所述的兆瓦级变流器并联控制方法，其特征在于，步骤（2）中，每台变流器对其接收到回应信号的变流器数量进行统计求和，并且各变流器之间对求和数据进行对比，确定某台变流器所接收到回应信号的变流器数量是否与其他变流器所接收到回应信号的变流器数量相同。

3.根据权利要求2所述的兆瓦级变流器并联控制方法，其特征在于，步骤（3）中，加入并机序列除主机之外的其他变流器采用基于异步变频调制的数字逆变锁相算法调整相位，在每个采样周期对相位指针Index增加一个量值Step，直至与市电的过零相位差小于T1个市电周期，所述T1大于0。

4.根据权利要求3所述的兆瓦级变流器并联控制方法，其特征在于，步骤（3）中，如果加入并机序列除主机之外的其他变流器超过20个市电周期仍不能满足同步要求，则该变流器退出并联行列。

5.根据权利要求1-4任一项权利要求所述的兆瓦级变流器并联控制方法，其特征在于，所述的变流器之间通过蓝牙进行无线通信。

6.一种兆瓦级变流器并联控制系统，包括接入并联网络的若干台变流器，每台变流器分别设置有控制单元，其特征在于，各变流器的控制单元分别对应连接有无线通信模块，执行以下控制步骤：

（1）、各变流器的控制单元通过无线通信模块向其他所有变流器发送无线通信指令，并且各变流器针对其所接收到的通信指令通过无线通信模块发出回应信号；

（2）、各变流器的控制单元对其所接收的回应信号进行比较判断，如果所接收到回应信号的变流器数量与其他变流器所接收到回应信号的变流器数量相同，则该台变流器加入并机序列，否则，不能加入并机序列；

（3）、加入并机序列的所有变流器通过控制单元同时向本机的并联接触器输入端输出交流电，当输出的交流电过零时，该变流器向加入并机序列的其他变流器发出过零信号，首先发出过零信号的变流器自动作为主机，加入并机序列的其他变流器调整本机相位直至变流器与市电的过零相位差小于T1个市电周期，同步成功的变流器输出接触器吸合，自动逐步提高输出交流电压至目标值，所述T1大于0。

7.根据权利要求6所述的兆瓦级变流器并联控制系统，其特征在于：所述的控制单元为DSP。

8.根据权利要7所述的兆瓦级变流器并联控制系统，其特征在于：所述的无线通信模块包括两个蓝牙芯片，分别为蓝牙接收模块和蓝牙发送模块。

9.根据权利要8所述的兆瓦级变流器并联控制系统，其特征在于：所述的蓝牙发送模块通过SCI串口与DSP连接，蓝牙接收模块通过CAN通信接口与DSP连接。

10.根据权利要求6-9任一项权利要求所述的兆瓦级变流器并联控制系统，其特征在于：每台变流器的电压输出端分别连接有三相电感，用于降低变流器的输出环流。