CN105391089A - 一种逆变器的并联控制方法和电路 - Google Patents

一种逆变器的并联控制方法和电路 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种逆变器的并联控制方法和电路，由主机和从机的控制进行相同的环路计算，并且控制周期和载波信号均同步，使主从逆变器的频率保持一致。所述方法包括以下步骤：A)、主机控制器和至少一个从机控制器依次连接形成环路，并且按电路连接顺序进行自动编号；B)、主机控制器根据上位机发出的第一控制命令和给定值，与自身采样的主机控制器的反馈值进行环路计算，并向从机控制器发送同步信息；C)、从机控制器根据给定值及通讯收到的同步信息中得到的主机控制器的第二控制命令及主机控制器的反馈值同步进行环路计算，其中，各从机控制器的给定值相同；D)、从机控制器根据主机控制器的同步信号进行控制周期及载波信号的同步。

Description

一种逆变器的并联控制方法和电路
技术领域
本发明涉及逆变器电路领域，具体为一种逆变器的并联控制方法和电路。
背景技术
逆变器是一种把直流电转变成交流电的装置，具有稳定性强、转换效率高、启动快的优点，并对短路、过载、过/欠电压、超温等电路情况进行应急保护的功能。在实际应用过程中，对于实现大容量的逆变电源，同样也可以采用并联技术。由于逆变电源通常采用全控功率开关器件构成单元模块，受功率开关器件容量的限制，单个逆变电源模块的容量是十分有限的，通过多个模块并联进行扩容，不仅可以充分利用全控功率开关器件的优势，减少系统的体积，降低噪声，还可以提高系统的动态响应速度和逆变电源变换器的通用性。
然而，交流电源间的并联运行远比直流电源并联运行复杂，它不但要求两电源输出电压幅值相等，而且要求其频率与相位严格一致，脉宽调制的步调也要保持一致。而现有的并联型逆变器组的电路同步控制过程中是仅由主机控制器统一发送调制脉宽所需的调制波，而从机控制器只进行脉宽调制，因此可能存在主从逆变器的控制器输出的脉冲不同步的问题；另外，上述并联型逆变器组的系统可靠性不高，一旦主机出现故障，系统中的所有机器都必须停机。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种逆变器的并联控制方法和电路，由主机和从机的控制进行相同的环路计算，并且控制周期和载波信号均同步，使主从逆变器的频率保持一致。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种逆变器的并联控制方法，包括以下步骤：
A)、主机控制器和至少一个从机控制器依次连接形成环路，并且按电路连接顺序进行自动编号；
B)、主机控制器根据上位机发出的第一控制命令和给定值，与自身采样的主机控制器的反馈值进行环路计算，并向从机控制器发送同步信息；
C)、从机控制器根据给定值及通讯收到的同步信息中得到的主机控制器的第二控制命令及主机控制器的反馈值同步进行环路计算，其中，各从机控制器的给定值相同；
D)、从机控制器根据主机控制器的同步信号进行控制周期及载波信号的同步。
优选的，还包括主机控制器和从机控制器的同步控制过程，包括以下步骤：
(1)主机控制器在固定的t1和t2时刻发送同步信息给从机控制器，此时主机控制器的计数值为N1和N2；
(2)从机控制器在t’1和t’2接收到主机控制器发送过来同步信息的第一个逻辑跳变沿将自身的计数值调整为N1+deltaN和N2-deltaN，同步过程完成，并在N1+deltaN的基础上继续进行增计数或在N2-deltaN的基础上继续进行减计数；
其中，deltaN的计算方法为：deltaN＝(k-1)*tdelay*Fcnt，其中k为控制器编号，tdelay为固定的主机控制器和从机控制器连接线路的接收发送及传输的延迟时间，Fcnt为计数脉冲的频率，t’1为从机控制器接收到主机控制器t1时发送的同步信息的时刻，t’2为从机控制器接收到主机控制器t2时发送的同步信息的时刻。
优选的，所述从机控制器在执行所述步骤C的过程中同时对自身的从机控制器反馈值进行采样。
进一步，当预设的主机控制器故障后，按照编号顺序，下一编号的从机控制器切换为新的主机控制器，此时的新主机控制器的环路运算采用其自身的采样反馈值。
优选的，所述同步信息至少包括主机控制器电压采样值、主机控制器电流采样值、主机控制器状态和主机控制器运行命令。
优选的，所述给定值包括电流给定值和电压给定值。
优选的，所述主机控制器和从机控制器的环路计算由各自的处理器完成，并传递至编码器中进行调试生成PWM波；所述编码器采用PWM异步规则调制，在t(n)或t(n+2)时刻装载上一控制周期计算所得的调制信号，同时触发触发器外部中断，处理器进行环路计算，其中，t(n)和t(n+2)是计数器的周期点与过零点。
优选的，还包括对从机控制器传输延迟的同步补偿，所述同步补偿的计算公式为t补＝(k-1)*tdelay，式中t补是第k台控制器的延时补偿时间，k为控制器序号，tdelay为固定的主从机控制器连接线路的接收发送及传输的延迟时间。
一种采用如上任一项技术方案所述的逆变器的并联控制方法的电路，包括总线以及分别连接在总线上的主机和至少一台的从机，所述主机包括主机控制器和与主机控制器连接的逆变器，所述从机包括从机控制器和与从机控制器连接的逆变器，沿信号传递方向，主机控制器和相邻的从机控制器之间、从机控制器和相邻的从机控制器之间相互连接，其中，位于信号接收末端的从机控制器与主机控制器连接。
优选的，还包括连接在总线上用于发送第一控制命令和给定值的上位机。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明的逆变器并联电路脉冲同步性好，由于各设备间采用光纤同步使得各逆变器中的处理器的中断周期同步，反馈值和给定值为同一值，并可以保持载波同步，实现控制周期同步，载波信号也同步，并进行相同的环路计算，保证主机和从机输出的调制波一致。另外，本发明的主从机控制器内部结构相同且有共用的总线，各自的控制器均进行环路计算和采样自身的反馈值，并生成相同的调制波，当主机故障时，另一台从机在下一周期立即成为主机，实现主从设备的无缝切换，主机切换时电流冲击最小，减小了对电路的扰动影响。
附图说明
图1为本发明的逆变器并联电路的系统框图。
图2为本发明的主机的控制框图。
图3为本发明的从机的控制框图。
图4为本发明的逆变器并联电路的光纤连接结构图。
图5为本发明实施例中的主从机序号示意图。
图6为本发明的主从机控制命令及反馈信号切换框图。
图7为本发明的各序号主从机内编程器载波生成与同步时序图。
其中，1、总线；2、主机控制器；3、从机控制器；4、光纤；5、上位机；6、处理器；7、编程器；8、电压调节模块。
具体实施方式
为清楚的说明本发明中的方案，下面给出优选的实施例并结合附图详细说明。以下的说明本质上仅仅是示例性的而并不是为了限制本公开的应用或用途。应当理解的是，在全部的附图中，对应的附图标记表示相同或对应的部件和特征。
如图1和图5所示，提供了一种逆变器的并联控制方法，包括以下步骤：
A)、主机控制器2和从机控制器3按电路连接顺序进行自动编号；
B)、主机控制器2根据第一控制命令和给定值，与自身采样的主机控制器2的反馈值进行环路计算，并向从机控制器3发送同步信息；
C)、从机控制器根据给定值及通讯的同步信息中得到的主机控制器2的第二控制命令及主机控制器2的反馈值进行环路计算，其中，各从机控制器3的给定值相同；
D)、从机根据主机的同步信号进行控制周期及载波信号的同步。
主机与从机的内部构造相同，这是实现多机之间切换的硬件基础，传递过程是沿并联构成的回路进行控制命令和同步信息的传递，即调制波是沿该条回路由主机依次传递给序列中的从机，从机控制器3按照该从机所接收到的调制波来处理生成与之一致的脉冲信号和调制波，同时，也按照上述提到的补偿方法对传输延迟作出补偿，以实现各从机所输出的脉冲信号不仅频率幅度保持一致，也可以同步输出。
该控制方法中所有从机控制器3的运行状态和环路运算结果都将是相等的，实现了对主机控制器2内处理器6和编码器7数值的完全拷贝，因此可以使得各从机控制器3输出的脉冲保持同步，如图7所示。
该控制方法还包括主从机控制器的同步控制过程，包括以下步骤：
(1)主机控制器2在固定的t1、t2时刻发送同步信息给从机控制器3，此时主机控制器2的计数值为N1、N2，，t1、t2时刻为跳变时刻；
(2)从机控制器在t’1、t’2接收到主机控制器2发送过来同步信息的第一个逻辑跳变沿将自身的计数值调整为N1+deltaN，N2-deltaN，同步过程完成，并在N1+deltaN的基础上继续进行增计数或在N2-deltaN的基础上继续进行减计数；
其中，deltaN的计算方法为：deltaN＝(k-1)*tdelay*Fcnt，其中k为控制器编号，tdelay为固定的主从机控制器连接线路的接收发送及传输的延迟时间，Fcnt为计数脉冲的频率，t’1为从机控制器接收到主机控制器t1时发送的同步信息的时刻，t’2为从机控制器接收到主机控制器t2时发送的同步信息的时刻。
从机控制器3在执行步骤C的过程中也对自身的从机控制器反馈值进行采样。当预设的主机控制器2故障后，按照编号顺序，下一编号的从机控制器3切换为新的主机控制器2，此时的新主机控制器2的环路运算采用其自身的采样反馈值。在该过程中即使新主机与之前主机之间由于硬件电路的参数差异引起的采样数值的不同，也不会引起大的冲击，只是相当于负载的扰动。
同步信息至少包括主机控制器电压采样值、主机控制器电流采样值、主机控制器状态、主机控制器运行命令，主机控制器2通过将同步信息发送至从机控制器3，使从机的运行状态、电流值和电压值与主机相同，进而实现脉冲频率同步。在一些特殊的同步过程中，同步信息的选择可以根据需要设计自定义的通讯协议进行控制，常规的同步控制则可以采用公知的协议规定。
主机控制器2和从机控制器3的给定值从上位机5处获取，给定值包括电流给定值和电压给定值；主机控制器2获取的第一控制命令也从上位机5处获取，控制命令包括合闸、启动、停机等。在这种电路连接结构中，将上位机接入总线1中也是考虑到方便主从机的替换，当主机故障或是要从机替代主机时，上位机5可以方便通过总线1接入新的主机中发出给定值和控制命令。
如图2、图3和图6所示，主机控制器2和从机控制器3的环路计算由各自的处理器6完成，并传递至编码器7中进行调试生成PWM波；编码器7采用PWM异步规则调制，在t(n)或t(n+2)时刻装载上一控制周期计算所得的调制信号，同时触发触发器外部中断，处理器6进行环路计算。t(n)和t(n+2)是计数器的周期点与过零点，这两个时刻受给定的同步时刻t(n+1)的影响，同步时刻t(n+1)是在t(n)或t(n+2)稍前一点的时刻，如图7所示。
该控制方法还包括对从机控制器传输延迟的同步补偿，同步补偿的计算公式为t补＝(k-1)*tdelay，式中t补是第k台控制器的延时补偿时间，k为控制器序号，tdelay为固定的主从机控制器连接线路的接收发送及传输的延迟时间。
在逆变器功率较大需要并联且对系统的可靠性要求较高，并要求主机控制器备份的场合，可以采用上述的控制方法，为了更好的应用该控制方法，如图4所示，本发明还提供了一种利用逆变器的并联控制方法的电路，包括总线1以及分别连接在总线1上的主机和至少一台的从机，主机包括主机控制器2和与主机控制器2连接的逆变器，从机包括从机控制器3和与所述从机控制器3连接的逆变器，沿信号传递方向，主机控制器2和相邻的从机控制器3之间、从机控制器3和相邻的从机控制器3之间相互连接，其中，位于信号接收末端的从机控制器3与主机控制器2连接。在本案的一个实施例中，主机和从机是由光纤4连接构成总线1以外的另一回路，位于该回路的从机按照与主机的连接顺序依次进行光纤延迟补偿，以实现如图7所示的主从机的载波信号同步。在该电路中的主机和从机内部的主要部件一致，因此选定的主机并不是固定的，使用人员可以在主机故障时，通过切换将其他的从机作为主机发出信号，提高了该电路的适应性。
主机控制器2和从机控制器3的处理器6和编程器7之间还连接有电压调节模块8，该模块根据自身母线的电压对输出电压进行自动调整，该调整过程由处理器6控制。
综上所述，以上所述内容仅为本发明的实施例，仅用于说明本发明的原理，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种逆变器的并联控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
A)、主机控制器和至少一个从机控制器依次连接形成环路，并且按电路连接顺序进行自动编号；
B)、主机控制器根据上位机发出的第一控制命令和给定值，与自身采样的主机控制器的反馈值进行环路计算，并向从机控制器发送同步信息；
C)、从机控制器根据给定值及通讯收到的同步信息中得到的主机控制器的第二控制命令及主机控制器的反馈值同步进行环路计算，其中，各从机控制器的给定值相同；
D)、从机控制器根据主机控制器的同步信号进行控制周期及载波信号的同步。
2.根据权利要求1所述的逆变器的并联控制方法，其特征在于，还包括主机控制器和从机控制器的同步控制过程，包括以下步骤：
(1)主机控制器在固定的t1和t2时刻发送同步信息给从机控制器，此时主机控制器的计数值为N1和N2；
(2)从机控制器在t’1和t’2接收到主机控制器发送过来同步信息的第一个逻辑跳变沿将自身的计数值调整为N1+deltaN和N2-deltaN，同步过程完成，并在N1+deltaN的基础上继续进行增计数或在N2-deltaN的基础上继续进行减计数；
其中，deltaN的计算方法为：deltaN＝(k-1)*tdelay*Fcnt，其中k为控制器编号，tdelay为固定的主机控制器和从机控制器连接线路的接收发送及传输的延迟时间，Fcnt为计数脉冲的频率，t’1为从机控制器接收到主机控制器t1时发送的同步信息的时刻，t’2为从机控制器接收到主机控制器t2时发送的同步信息的时刻。
3.根据权利要求1所述的逆变器的并联控制方法，其特征在于，所述从机控制器在执行所述步骤C的过程中同时对自身的从机控制器反馈值进行采样。
4.根据权利要求3所述的逆变器的并联控制方法，其特征在于，当预设的主机控制器故障后，按照编号顺序，下一编号的从机控制器切换为新的主机控制器，此时的新主机控制器的环路运算采用其自身的采样反馈值。
5.根据权利要求1所述的逆变器的并联控制方法，其特征在于，所述同步信息至少包括主机控制器电压采样值、主机控制器电流采样值、主机控制器状态和主机控制器运行命令。
6.根据权利要求1所述的逆变器的并联控制方法，其特征在于，所述给定值包括电流给定值和电压给定值。
7.根据权利要求1所述逆变器的并联控制方法，其特征在于，所述主机控制器和从机控制器的环路计算由各自的处理器完成，并传递至编码器中进行调试生成PWM波；所述编码器采用PWM异步规则调制，在t(n)或t(n+2)时刻装载上一控制周期计算所得的调制信号，同时触发触发器外部中断，处理器进行环路计算，其中，t(n)和t(n+2)是计数器的周期点与过零点。
8.根据权利要求1所述的逆变器的并联控制方法，其特征在于，还包括对从机控制器传输延迟的同步补偿，
所述同步补偿的计算公式为t补＝(k-1)*tdelay，式中t补是第k台控制器的延时补偿时间，k为控制器序号，tdelay为固定的主从机控制器连接线路的接收发送及传输的延迟时间。
9.一种采用如权利要求1-8任一项所述的逆变器的并联控制方法的电路，其特征在于，包括总线以及分别连接在总线上的主机和至少一台的从机，所述主机包括主机控制器和与主机控制器连接的逆变器，所述从机包括从机控制器和与从机控制器连接的逆变器，沿信号传递方向，主机控制器和相邻的从机控制器之间、从机控制器和相邻的从机控制器之间相互连接，其中，位于信号接收末端的从机控制器与主机控制器连接。
10.根据权利要求9所述的逆变器的并联控制方法，其特征在于，还包括连接在总线上用于发送第一控制命令和给定值的上位机。
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