CN106981883A

CN106981883A - 一种多逆变器并联发电的载波同步方法和装置

Info

Publication number: CN106981883A
Application number: CN201710182942.XA
Authority: CN
Inventors: 冯金生
Original assignee: East Group Co Ltd
Current assignee: East Group Co Ltd
Priority date: 2017-03-24
Filing date: 2017-03-24
Publication date: 2017-07-25

Abstract

本发明创造涉及新能源发电领域，特别是一种多逆变器并联发电的载波同步方法，逆变器C1的载波频率和其他逆变器的载波频率相同，若逆变器C1输出的载波在相位上滞后于电网波形，则缩短其载波周期，即加快其载波频率，若逆变器C1输出的载波在相位上超前于电网波形，则延长其载波周期，即减慢其载波频率，与现有技术相比，本发明创造无需外加传统中复杂的主从控制架构，也可实现两台逆变器之间的载波同步，改善两台逆变器之间的环流问题。对于本发明创造使用的方法，可以通过建立功能模块，组合成功能模块构架，由存储在计算机可读存储介质中的计算机程序来实施。

Description

一种多逆变器并联发电的载波同步方法和装置

技术领域

本发明创造涉及新能源发电领域，特别是一种多逆变器并联发电的载波同步方法。对于本发明创造使用的方法，可以通过建立功能模块，组合成功能模块构架，由存储在计算机可读存储介质中的计算机程序来实施。

背景技术

如图1所示，在逆变器中，CPU分别输出PWM至各个开关管Q1-Q6、Q1^'-Q6^'的基极,通过PWM控制各个开关管的通断从而实现逆变器的逆变过程。为提高效率和节省成本，通常将至少两台逆变器用副边绕组双分裂变压器T代替原每个逆变器的输出变压器，从而组成图1所示的并联发电系统。

在图1所示的并联发电系统中，由于太阳能电池板边框与地之间有较大的寄生电容C3，C4，输出滤波电容C2在高频工作下与地会产生寄生电容C5，且若变压器制造工艺不一致则会引起的副边绕组T1，T2之间耦合电容C6过大，此时在两台逆变器载波不同步的条件下，并联发电系统会在C3-C6-C3’-GND之间或者在C5-C6-C5’-GND之间形成环流，其中前者会引起母线电压虚高，MPPT搜索不准，而后者会引起输出滤波电容C2电流过大，从而引起输出滤波电容C2发热严重甚至烧毁。

目前，要抑制并联系统之间的环流，需要在并联发电系统中外加复杂的主从控制架构，且需要加入载波同步信号线，其工作过程为主机固定载波周期并通过载波同步信号线发出固定高频的方波，从机根据方波调整自身载波周期，使主从机之间的载波同步。

然，由于该方法需要前期预留载波同步功能且需要增加复杂的硬件，而很多旧一代的逆变器在设计前期一般不会预留载波同步功能（即载波同步控制信号线），因此该方法不能应用在旧一代的逆变器身上。

发明内容

为了改善现有技术中的不足，本发明提出一种多逆变器并联发电的载波同步方法和装置，无需外加复杂的主从控制架构，即可实现两台逆变器之间的载波同步，改善两台逆变器之间的环流问题。

为实现上述目的，本发明创造提供以下技术方案：

提供一种多逆变器并联发电的载波同步方法，包括载波同频步骤,使逆变器C1的载波频率和相并联的其他逆变器的载波频率相同，还包括载波调整步骤：若逆变器C1输出的载波在相位上滞后于电网波形，则缩短其载波周期，即加快其载波频率；若逆变器C1输出的载波在相位上超前于电网波形，则延长其载波周期，即减慢其载波频率。

进一步地，包括相位判断步骤：根据从电网过零点的发生时刻t0到随后首个载波峰值的发生时刻t1所用的时长T1与载波周期之间的关系，来判断载波在相位上是滞后于电网波形还是超前于电网波形。

进一步地，相位判断步骤判断的方式是判断从电网过零点的发生时刻t0到随后首个载波峰值的发生时刻t1所用的时长T1是否小于载波周期的一半，若是则判断载波在相位上滞后于电网波形，若否则判断载波在相位上超前于电网波形。

进一步地，包括捕获步骤：采集用电网波形比较所生成的方波的上升沿，以得到所述电网过零点的发生时刻t0。

进一步地，包括捕获计时步骤：在捕获中断的过程中从电网过零点的发生时刻t0开始计时，在电网过零点后的首个PWM中断的过程中读取此时的计时值TSCTR，则TSCTR为所述时长T1。

进一步地，包括增量设置步骤：对PWM周期寄存器值TBPRD进行加法操作以延长载波周期，对PWM周期寄存器值TBPRD进行减法操作以缩短载波周期。

进一步地，包括增量设置步骤：根据从电网过零点的发生时刻t0到随后首个载波峰值的发生时刻t1所用的时长T1来设置载波周期的增量DelatT，时长T1小于载波周期的一半时，时长T1与DelatT正相关；时长T1大于载波周期的一半时，时长T1与DelatT负相关。

进一步地，包括频率计算步骤：根据电网波形的电网频率来计算PWM的载波频率，根据载波频率计算PWM周期寄存器值TBPRD。

还提供一种多逆变器并联发电的载波同步装置，包括载波同频装置，其使逆变器C1的载波频率和其他逆变器的载波频率相同，其特征在于：还包括载波调整装置，其若逆变器C1输出的载波在相位上滞后于电网波形，则缩短其载波周期，即加快其载波频率；若逆变器C1输出的载波在相位上超前于电网波形，则延长其载波周期，即减慢其载波频率。

进一步地，包括相位判断装置，其根据从电网过零点的发生时刻t0到随后首个载波峰值的发生时刻t1所用的时长T1与载波周期之间的关系，来判断载波在相位上是滞后于电网波形还是超前于电网波形。

进一步地，相位判断装置判断的方式是判断从电网过零点的发生时刻t0到随后首个载波峰值的发生时刻t1所用的时长T1是否小于载波周期的一半，若是则判断载波在相位上滞后于电网波形，若否则判断载波在相位上超前于电网波形。

进一步地，包括捕获装置，其采集用电网波形比较所生成的方波的上升沿，以得到所述电网过零点的发生时刻t0。

进一步地，包括捕获计时装置和PWM读取装置，捕获计时装置在捕获中断的过程中从电网过零点的发生时刻t0开始计时，PWM读取装置在电网过零点后的首个PWM中断的过程中读取此时的计时值TSCTR，则TSCTR为所述时长T1。

进一步地，载波调整装置包括寄存器值变化装置，其对PWM周期寄存器值TBPRD进行加法操作以延长载波周期，对PWM周期寄存器值TBPRD进行减法操作以缩短载波周期。

进一步地，包括增量设置装置，其根据从电网过零点的发生时刻t0到随后首个载波峰值的发生时刻t1所用的时长T1来设置载波周期的增量DelatT，时长T1小于载波周期的一半时，时长T1与DelatT正相关；时长T1大于载波周期的一半时，时长T1与DelatT负相关。

进一步地，包括频率计算装置，其根据电网波形的电网频率来计算PWM的载波频率，根据载波频率计算PWM周期寄存器值TBPRD。

在本发明创造中，假设逆变器有两个，其中一个逆变器通过对比判断出：在相位上其PWM中断时刻所处的位置位于电网波形过零点的左侧，另一个逆变器通过对比判断出：在相位上其PWM中断时刻所处的位置位于电网波形过零点的右侧，由于，PWM中断时刻在过零点右侧的表示其在相位上是“滞后者”， PWM中断时刻在过零点左侧的表示其在相位上是“超前者”，那么“滞后者”就缩短其载波周期（加快其载波频率），使其PWM中断时刻在相位上向左移动，以“追上再超越”“超前者”，而“超前者”则延长其载波周期（减慢其载波频率），使其PWM中断时刻在相位上向右移动，以“等待”“滞后者”，由于在电气应用中允许有误差的存在，此时仅需控制“超前者”和“滞后者”的载波周期的增量大小，保证在一个电网周期内，不管是在相位上还是在频率上， “超前者”和“滞后者”之间的大部分差距均在误差允许范围内，则可视为实现两个逆变器之间的载波达到工程意义上的同频同相，即达到载波同步。与现有技术相比，本发明创造无需外加传统中复杂的主从控制架构，也可实现两台逆变器之间的载波同步，改善两台逆变器之间的环流问题。

附图说明

图1为现有技术的并联发电系统的电路图。

图2为本发明创造的载波同步方法运行时的波形示意图。

具体地，图2中的A波形为电网A相电的模拟电压，B波形为模拟电压比较出来的方波，C波形为捕获寄存器的累计波形，D波形为分别在过零点左侧和右侧的载波波形。

图3为载波波形的校正过程的示意图。

图4为本方法运行的流程图。

具体实施方式

参考图2，为了实现并联发电系统的载波同步，本发明创造在硬件上无需外加复杂的主从控制架构，仅需在图1所示的并联发电系统中外加一个比较器即可。具体地，将一路逆变器称为C1，C1的控制器称为CPU_1，另一路逆变器称为C2，C2的控制器称为CPU_2，则CPU_1和CPU_2的捕获引脚均通过同一个外加的比较器与变压器的A相电线输入端Ain电连接，此时比较器将将A相电线输入端Ain处的电网波形（即图2的A波形）转变成方波（即图2的B波形）并传输给各个CPU，方波的上升沿即为电网的过零点所在位置。

由于CPU_1和CPU_2的工作过程基本相同，下文仅对CPU_1进行描述，而不再对CPU_2进行赘述。

参考图4，本系统在工作时，CPU_1设置并启动其内部的捕获寄存器，当捕获引脚接收到方波的上升沿（即为电网电压过零点）时，CPU_1进入捕获中断ECAP_INT。如图2中的C波形所示，在捕获中断的进程中，CPU_1先读取在上个方波周期中捕获中断寄存器累计的计数值TSCTR，然后对捕获标志位ECAP_Flag置1，并重新累计TSCTR。每一次进入捕获中断ECAP_INT，CPU_1均读取TSCTR，然后根据TSCTR来实时计算电网频率。通过捕获寄存器对电网A相电进行周期计时，从而实时获知电网频率。

CPU_1算出电网频率后，用电网频率乘以PWM的载波比从而计算出PWM的载波频率，具体地，为适应电网频率变化的情况，各个逆变器发波均采用固定调制比方式，即载波频率=电网频率*载波比，假设算得的电网频率为50Hz，固定设置的载波比为60，则载波频率=50*60=3000。由于CPU_1和CPU_2从同个比较器输出端获取信号，因此CPU_1和CPU_2计得相同电网频率相同，CPU_1和CPU_2根据电网频率计算出的载波频率也是相同的。

CPU_1算出载波频率后，根据载波频率计算PWM周期寄存器值TBPRD，将TBPRD写入PWM周期寄存器，然后启动PWM。PWM被启动后，PWM周期寄存器会从零开始累计，累计到TBPRD时PWM周期寄存器发生溢出从而触发PWM中断，PWM中断被触发时载波升至峰值。

在PWM中断进程中，CPU_1若检测到ECAP_Flag为0则退出中断，否则将ECAP_Flag清零，然后从捕获中断寄存器中读取此时的TSCTR（即从电网过零点的发生时刻t0T0到随后首个载波峰值的发生时刻t1所用的时长T1），将TSCTR与TBPRD进行比较，从而判断PWM中断时刻是在电网过零点的左侧还是右侧。例如：

如图2中的D波形所示，其中三角波D1、D2分别表示CPU_1输出的载波的两种状态。假设捕获寄存器的时钟和PWM寄存器的时钟一致，则：

在载波D1中，当波形上升至峰值点PWM_INT1处时，PWM周期寄存器发生溢出，CPU_1进入PWM中断。在PWM中断进程中，由于是过零点后的第一次PWM中断（CPU_1会在过零点时触发的捕获中断ECAP_INT中将ECAP_Flag置1，而在PWM中断中将ECAP_Flag清零），CPU_1会检测到ECAP_Flag为1从而继续执行PWM中断，此时，CPU_1从捕获中断寄存器中读取TSCTR1，然后将TSCTR1与TBPRD进行比较得出 0≤TSCTR1≤TBPRD，则CPU_1判断PWM中断时刻PWM_INT1在电网过零点的右侧。

在载波D2中，当波形上升至峰值点PWM_INT2_1处时，PWM周期寄存器发生溢出，CPU_1进入PWM中断。此时CPU_1在运行PWM中断的进程中，由于并非是过零点后的第一次PWM中断，ECAP_Flag已经被在此之前的PWM中断清零，因此CPU_1会检测到ECAP_Flag为0从而退出PWM中断。而当波形上升至峰值点PWM_INT2_2处时，CPU_1再次进入PWM中断，此时检测到ECAP_Flag为1，CPU_1从捕获中断寄存器中读取此时的TSCTR2，然后将TSCTR2与TBPRD进行比较得出 TBPRD≤TSCTR2≤2 * TBPRD，则CPU_1判断PWM中断时刻PWM_INT2在电网过零点的左侧。

参考图3，为使CPU_1和CPU_2的载波同相，只需约定各个CPU的PWM中断时刻与电网过零点对齐（在误差允许的范围内即可视为对齐）。例如，假设CPU_1的PWM中断时刻在过零点右侧，如PWM_INT3，由于坐标系的横坐标为时间，PWM_INT3在过零点右侧则相当于其在相位上是“滞后者”，假设CPU_2的PWM中断时刻PWM_INT在过零点左侧，如PWM_INT4，则相当于其在相位上是“超前者”。此时，可对CPU_1的PWM周期寄存器值TBPRD减去一次DeltaT的绝对值（同一个PWM中断中仅减一次），使CPU_1输出的载波的周期缩短，PWM_INT3在相位上向左移动，相当于“滞后者” 缩短其载波周期，加快其载波频率，以“追上再超越”“超前者”。而对CPU_2的PWM周期寄存器值TBPRD加上一次DeltaT的绝对值（同一个PWM中断中仅加一次），使CPU_2输出的载波的周期延长，PWM_INT4在相位上向右移动，相当于“超前者” 延长其载波周期，减慢其载波频率，以“等待”“滞后者”，由于在电气应用中允许有误差的存在，此时仅需控制DeltaT的大小，保证在一个电网周期内，不管是在相位上还是在频率上，“超前者”和“滞后者”之间的大部分差距D均在误差允许范围内，则可视为实现CPU_1和CPU_2的载波达到工程意义上的同频同相，即达到载波同步，从而改善两个逆变器之间的环流问题。

其中，为兼容载波同步的速度和载波同步的可靠性，DeltaT的选取原则以最小单位为基准，其控制流程如图3所示，当检测到0≤TSCTR≤TBPRD，则进一步判断TSCTR是处于0≤TSCTR≤0.5*TBPRD区域还是处于0.5*TBPRD≤TSCTR≤TBPRD区域，从而选取DeltaT是等于1还是等于2。当检测到TBPRD≤TSCTR≤2*TBPRD，则进一步判断TSCTR是处于TBPRD≤TSCTR≤1.5*TBPRD区域还是处于1.5*TBPRD≤TSCTR≤2*TBPRD区域，从而选取DeltaT是等于-1还是等于-2。

进一步地，由于变压器绕组T1-T之间的相位差不同于变压器绕组T2-T之间的相位差，使变压器输出端（即电网电压）和捕获中断ECAP_INT存在相位差DeltaD，因而上述步骤只能保证PWM_INT3和PWM_INT4有固定相位差0~DeltaD，所以还需要对该相位差进行补偿，其补偿范围为0°~ 360°，对应要写入CPU里的相位补偿值Tcmp范围为0~8333*2。由于实际应用中无法具体测量DeltaD值，且各逆变器输出的载波同步时逆变器之间的环流最小，因此在相位补偿值Tcmp整定过程中，可通过实时测量流过电容C2或电容C2’的电流I,当I最小时，可认为Tcmp为合适的相位补偿值。获得相位补偿值Tcmp后，可在判断PWM中断时刻是在电网过零点的左侧还是右侧时，在判断条件中加入相位补偿值Tcmp，使得判断的基准产生偏移以弥补由于变压器输出端和捕获中断ECAP_INT存在相位差所带来的误差。参考图4，具体地，加入相位补偿值Tcmp后的判断条件变为：若Tcmp≤TSCTR≤（0.5*TBPRD）+Tcmp，则表示PWM中断时刻在电网过零点的右侧，此时将DeltaT设为1；若（0.5*TBPRD）+Tcmp≤TSCTR≤TBPRD+Tcmp，则表示PWM中断时刻在电网过零点的右侧，此时将DeltaT设为2；若TBPRD+Tcmp≤TSCTR≤（1.5*TBPRD）+Tcmp，则表示PWM中断时刻在电网过零点的左侧，此时将DeltaT设为-1；若（1.5*TBPRD）+Tcmp≤TSCTR≤（2*TBPRD）+Tcmp，则表示PWM中断时刻在电网过零点的左侧，此时将DeltaT设为-2。

通过上述的方法，很好实现各个逆变器之间的载波同步，减小各个逆变器间的差模环流。

需要说明的是，CPU每一次进入其捕获中断ECAP_INT中时，都会重新检测其PWM_INT是在过零点的左侧还是右侧，然后重新在相位上移动。此外，应当理解的是，CPU_1和CPU_2的捕获引脚除了电连接同一个比较器外，也可以是CPU_1和CPU_2的捕获引脚分别电连接不同的比较器。同理，比较器的连接方式也不局限于与变压器的A相电线输入端Ain电连接。

对于本发明创造使用的方法，可以通过建立功能模块，组合成功能模块构架，由存储在计算机可读存储介质中的计算机程序来实施。

最后，以上实施例仅用以说明本发明创造的技术方案，而非对本发明创造保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明创造作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明创造的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明创造技术方案的实质和范围。

Claims

1.一种多逆变器并联发电的载波同步方法，包括载波同频步骤：使逆变器C1的载波频率和相并联的其他逆变器的载波频率相同，

其特征在于还包括载波调整步骤：若逆变器C1输出的载波在相位上滞后于电网波形，则缩短其载波周期，即加快其载波频率；若逆变器C1输出的载波在相位上超前于电网波形，则延长其载波周期，即减慢其载波频率。

2.根据权利要求1所述的一种多逆变器并联发电的载波同步方法，其特征在于包括相位判断步骤：根据从电网过零点的发生时刻t0到随后首个载波峰值的发生时刻t1所用的时长T1与载波周期之间的关系，来判断载波在相位上是滞后于电网波形还是超前于电网波形。

3.根据权利要求2所述的一种多逆变器并联发电的载波同步方法，其特征在于：相位判断步骤判断的方式是判断从电网过零点的发生时刻t0到随后首个载波峰值的发生时刻t1所用的时长T1是否小于载波周期的一半，若是则判断载波在相位上滞后于电网波形，若否则判断载波在相位上超前于电网波形。

4.根据权利要求2或3所述的一种多逆变器并联发电的载波同步方法，其特征在于包括捕获步骤：采集用电网波形比较所生成的方波的上升沿，以得到所述电网过零点的发生时刻t0。

5.根据权利要求2所述的一种多逆变器并联发电的载波同步方法，其特征在于包括捕获计时步骤：在捕获中断的过程中从电网过零点的发生时刻t0开始计时，在电网过零点后的首个PWM中断的过程中读取此时的计时值TSCTR，则TSCTR为所述时长T1。

6.根据权利要求1所述的一种多逆变器并联发电的载波同步方法，其特征在于包括增量设置步骤：对PWM周期寄存器值TBPRD进行加法操作以延长载波周期，对PWM周期寄存器值TBPRD进行减法操作以缩短载波周期。

7.根据权利要求1所述的一种多逆变器并联发电的载波同步方法，其特征在于包括增量设置步骤：根据从电网过零点的发生时刻t0到随后首个载波峰值的发生时刻t1所用的时长T1来设置载波周期的增量DelatT，具体地：时长T1小于载波周期的一半时， DelatT与时长T1正相关；时长T1大于载波周期的一半时，时长T1与DelatT负相关。

8.根据权利要求1所述的一种多逆变器并联发电的载波同步方法，其特征在于包括频率计算步骤：根据电网波形的电网频率来计算PWM的载波频率，根据载波频率计算PWM周期寄存器值TBPRD。

9.一种多逆变器并联发电的载波同步装置，包括载波同频装置，其使逆变器C1的载波频率和其他逆变器的载波频率相同，其特征在于：

还包括载波调整装置，其若逆变器C1输出的载波在相位上滞后于电网波形，则缩短其载波周期，即加快其载波频率；若逆变器C1输出的载波在相位上超前于电网波形，则延长其载波周期，即减慢其载波频率。

10.根据权利要求9所述的一种多逆变器并联发电的载波同步装置，其特征在于：包括相位判断装置，其根据从电网过零点的发生时刻t0到随后首个载波峰值的发生时刻t1所用的时长T1与载波周期之间的关系，来判断载波在相位上是滞后于电网波形还是超前于电网波形。

11.根据权利要求10所述的一种多逆变器并联发电的载波同步装置，其特征在于：相位判断装置判断的方式是判断从电网过零点的发生时刻t0到随后首个载波峰值的发生时刻t1所用的时长T1是否小于载波周期的一半，若是则判断载波在相位上滞后于电网波形，若否则判断载波在相位上超前于电网波形。

12.根据权利要求9或10所述的一种多逆变器并联发电的载波同步装置，其特征在于：包括捕获装置，其采集用电网波形比较所生成的方波的上升沿，以得到所述电网过零点的发生时刻t0。

13.根据权利要求10所述的一种多逆变器并联发电的载波同步装置，其特征在于：包括捕获计时装置和PWM读取装置，捕获计时装置在捕获中断的过程中从电网过零点的发生时刻t0开始计时，PWM读取装置在电网过零点后的首个PWM中断的过程中读取此时的计时值TSCTR，则TSCTR为所述时长T1。

14.根据权利要求9所述的一种多逆变器并联发电的载波同步装置，其特征在于：载波调整装置包括寄存器值变化装置，其对PWM周期寄存器值TBPRD进行加法操作以延长载波周期，对PWM周期寄存器值TBPRD进行减法操作以缩短载波周期。

15.根据权利要求9所述的一种多逆变器并联发电的载波同步装置，其特征在于：包括增量设置装置，其根据从电网过零点的发生时刻t0到随后首个载波峰值的发生时刻t1所用的时长T1来设置载波周期的增量DelatT，具体地：时长T1小于载波周期的一半时，时长T1与DelatT正相关；时长T1大于载波周期的一半时，时长T1与DelatT负相关。

16.根据权利要求9所述的一种多逆变器并联发电的载波同步装置，其特征在于：包括频率计算装置，其根据电网波形的电网频率来计算PWM的载波频率，根据载波频率计算PWM周期寄存器值TBPRD。