CN107026580A - 一种isop分布式逆变器系统的输出同相位控制方法 - Google Patents

一种isop分布式逆变器系统的输出同相位控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种ISOP分布式逆变器系统的输出同相位控制方法，各逆变器模块的控制环路根据自身输入电压与平均输入电压的压差，调节各自电感电流的幅值进而调节各模块输出有功功率以实现输入电压均分，同时辅以相位同步环节保证各逆变器模块输出电感电流相位同步，从而实现各模块输出电流均分。本发明方法保证系统的有功功率和无功功率都达到均衡，控制方法简单，各逆变器模块的控制结构相同。

Description

一种ISOP分布式逆变器系统的输出同相位控制方法
技术领域
本发明属于电能变换装置的直流-交流变换器领域，特别涉及一种ISOP分布式逆变器系统的输出同相位控制方法。
背景技术
标准化模块的串并联组合系统作为电力电子系统集成的重要分支，采用串并联的组合连接方式，可以由多个小功率，低输入输出的标准化模块组合连接构成不同功率和输出特性的系统。其中输入串联输出并联(Input-series output-parallel,ISOP)逆变器组合系统由多个逆变器模块通过串联输入端和并联输出端的方式构建而成，适用于高压直流输入和大电流交流输出的应用场合。对于此类系统，需要解决的关键问题是各模块之间的输入电压和输出电流之间的均衡问题，便于实现逆变器之间的模块化，以达到标准化设计和生产的目的。
在ISOP逆变器控制方面，ISOP交流逆变器组合系统相比于ISOP直流变换器组合系统的控制要复杂的多，因为ISOP交流变换器系统与ISOP直流变换器系统不同，对于输出电流均分(即输出功率均衡)这一指标，交流系统输出的是交流量，所以ISOP交流逆变器系统需控制各模块输出电流幅值及相位均相等，才能保证系统的有功功率和无功功率都达到均衡。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种ISOP分布式逆变器系统的输出同相位控制方法，以解决输入电压和输出电流的均衡以及系统的模块化问题。
实现发明目的的技术解决方案为：一种ISOP分布式逆变器系统的输出同相位控制方法，包括如下步骤：
步骤1：采集各个逆变器模块的输出电压vo，进行Kvj倍衰减，得到各逆变器模块的输出电压反馈voff；
步骤2：设置基准电压vref，减去输出电压反馈voff，差值再经过电压调节器Gvo调节，得到各逆变器模块电压调节器的输出信号igj；
步骤3：将所有逆变器模块电压调节器输出信号igj相加后取平均，得到各逆变器模块平均电感电流给定信号iave；
步骤4：采集各个逆变器模块输入电压Vcdi，进行Kf倍衰减后再乘以电阻R，得到各个逆变器模块输入电压给定信号vin-ref；
步骤5：将输入电压给定信号vin-ref减去经过Kf倍衰减后的输入电压，差值再经过均压调节器Gvd调节，得到各逆变器模块的直流误差信号verrj；
步骤6：各逆变器模块的直流误差信号verrj和平均电感电流给定信号iave经过乘法调节器进行等相位调幅，得到各个逆变器模块的电感电流基准信号irefj；步骤7：采集各逆变器模块的电感电流iLfj，进行KLf倍衰减后与电感电流基准信号irefj相减，差值经过乘法器和各逆变器模块得到各逆变器模块的输出电流ioj。
本发明与现有技术相比，其显著优点：本发明方法控制方法简单，各逆变器模块的控制结构相同；各逆变器模块的输入均压环根据自身输入电压与平均输入电压的压差调节各自电感电流的幅值，进而调节各模块输出有功功率以实现输入电压均分，同时辅以相位同步环节保证各逆变器模块输出电感电流相位同步，从而实现各模块输出电流均分。
附图说明
图1是本发明的输入串联输出并联逆变器系统的主电路拓扑图。
图2是本发明的输入串联输出并联逆变器系统的主电路简化拓扑图。
图3是本发明的输入串联输出并联逆变器系统的控制原理图。
图4是本发明的乘法器电路结构图。
图5是本发明的乘法器的输入输出信号仿真图。
图6是本发明系统的输出电流和电感电流的向量图，其中图(a)为稳态时的向量图，图(b)为动态时的向量图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明方案作进一步详细描述。
如图1-2所示，逆变器系统包括电源电路和n个逆变器模块，n为大于等于2的整数；其中电源电路包括输入源和输入分压电容Cd1-Cdn，输入分压电容依次串联后再并联在输入源之间。所述逆变器模块均由全桥直流变换器和全桥逆变器级联构成，其中全桥直流变换器的输入端作为逆变器模块的输入端，全桥逆变器的输出端作为逆变器的输出端。
电压和电流是判断各个模块是否达到均压均流的指标，而各模块的功率为电压电流的乘积，因此功率也是判断各个模块是否达到均压均流的重要参数。理想情况下，电路没有损耗，输入功率和输出功率相等，如式(1)所示：
式中，Pin为模块的输入功率，Po为模块的输出功率；
采用输入端控制策略，使控制系统中各模块均分输入均压，则有：
Vcd1＝Vcd2＝…＝Vcdn (2)
当系统能够稳定运行时，各模块输入电压将保持不变，各模块的分压电容输入电流也将保持相等，即：
Icd1＝Icd2＝…＝Icdn (3)
进一步可以得到各模块的输入电流相等，即：
Iin1＝Iin2＝…＝Iinn (4)
结合式(1)(3)(4)可得：
V0.If1.cosφ1＝V0.If2.cosφ2＝…＝V0.Ifn.cosφn (5)
分析公式5可以得到，只要控制各模块输出电感电流与系统输出电压的夹角φj相等，就可以保证各模块的输入电感电流和输出电感电流相等，实现输出均流，即：
If1＝If2＝…＝Ifn (6)
ILf1＝ILf2＝…＝ILfn (7)
通过以上分析可知，对于输入串联输出并联逆变器系统，若在系统输入端控制其输入均压，则只能保证各逆变器模块输出有功功率的均衡，而无功功率未必均衡，也就不能保证输出均流；而如果在控制系统输入均压的基础上，同时控制各逆变器模块输出电感电流的相位相同，则可实现输出均流。
图3为输入串联输出并联逆变器系统的控制原理图，n个逆变器的输入端、输出端分别与输入母线、输出母线和平均电流相连，其中每个逆变器模块都有各自对应的控制环路，以此来实现逆变器系统的分布式控制。其中Vin为系统的输入电压，Iin为系统的输入电流，Vo为系统的输出电压，Cd1、Cd2、…、Cdn分别表示各模块输入分压电容，Icd1、Icd2、…、Icdn分别表示各模块的输入分压电容电流，Vcd1、Vcd2、…、Vcdn分别表示各模块的输入分压电容电压，io1、io2、…、ion分别表示各模块的输出电流。
本发明提出ISOP分布式逆变器系统的输出同相位控制方法，各逆变器模块的控制环路根据自身输入电压与平均输入电压的压差，调节各自电感电流的幅值进而调节各模块输出有功功率以实现输入电压均分，同时辅以相位同步环节保证各逆变器模块输出电感电流相位同步，从而实现各模块输出电流均分，具体步骤如下：
步骤1：采集各个逆变器模块的输出电压vo，进行Kvj倍衰减，得到各逆变器模块的输出电压反馈voff；
步骤2：设置基准电压vref，减去输出电压反馈voff，差值再经过电压调节器Gvo调节，得到各逆变器模块电压调节器的输出信号igj；
步骤3：将所有逆变器模块电压调节器输出信号igj相加后取平均，得到各逆变器模块平均电感电流给定信号iave；
步骤4：采集各个逆变器模块输入电压Vcdi，进行Kf倍衰减后再乘以电阻R，得到各个逆变器模块输入电压给定信号vin-ref；
步骤5：将输入电压给定信号vin-ref减去经过Kf倍衰减后的输入电压，差值再经过均压调节器Gvd调节，得到各逆变器模块的直流误差信号verrj；
步骤6：各逆变器模块的直流误差信号verrj和平均电感电流给定信号iave经过乘法调节器进行等相位调幅，得到各个逆变器模块的电感电流基准信号irefj，感电流基准信号irefj计算公式为:
irefj＝iave-iregj＝iave-verrj.iave (8)
乘法器电路如图4所示，用以保证各逆变器模块输出电感电流跟踪电流基准irefj(j＝1,2,…,n)达到相同相位，同时在各模块输入均压环保证模块均分输入电压的情况下，实现输出均流；乘法器的输入输出信号的仿真波形图如5所示，由图5可知，iregj(j＝1,2,…,n)的相位与iave的相位一致，而幅值仅受verrj(j＝1,2,…,n)调节。
步骤7：采集各逆变器模块的电感电流iLfj，进行KLf倍衰减后与电感电流基准信号irefj相减，差值经过乘法器和各逆变器模块得到各逆变器模块的输出电流ioj。
所述基准电压vref通过数字调节器DSP进行同步，使得各逆变器模块的基准电压一致。
所述均压调节器Gvd采用PWM调节方式，其中Kf为输入电压衰减系数，n为模块数，Vin为系统总输入电压。
所述衰减系数KLf的具体确定公式为：其中，irefj为逆变器模块的电感电流基准信号，iLfj为逆变器模块的电感电流。
实施例1：
本实施例以包括两个模块的逆变器系统为例，具体阐述输入电压均分和输出电感电流相位同步控制的动态调节过程。稳态时，两个模块均分系统输入电压，于是对应输入均压环的输出信号为verr1＝verr2＝0，由式(8)可得iref1＝iref2＝iave，于是有iLf1＝iLf2，此时系统中模块均分输入电压和输出电流，图6(a)为两模块系统稳态时的相量图。当系统输入电压受到扰动，将引起模块1输入电压vcd1增大，模块2输入电压vcd2减小，使得模块1输入均压环输出verr1<0，模块2输入均压环输出verr2>0，根据式(8)可得Iref1>Iave>Iref2，即模块1的电感电流幅值大于模块2的电感电流幅值，且其差值取决于verr1和verr2。这一幅值的差异将导致模块1输出有功功率增大，模块2输出有功功率减小，从而使得iin1增大iin2减小，进而导致Cd放电，Cd2充电，输入电压vcd1减小，输入电压vcd2增大。两个模块输入电压压差的减小将使得直流误差信号verr1和verr2的绝对值减小。经过几个工作周期的调节，两个模块重又均分系统输入电压，最终系统回到功率均衡状态，即模块均分输入电压和输出电流，图6(b)所示为两模块系统动态调节过程中的相量图。

Claims (4)

1.一种ISOP分布式逆变器系统的输出同相位控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：采集各个逆变器模块的输出电压vo，进行Kvj倍衰减，得到各逆变器模块的输出电压反馈voff；
步骤2：设置基准电压vref，减去输出电压反馈voff，差值再经过电压调节器Gvo调节，得到各逆变器模块电压调节器的输出信号igj；
步骤3：将所有逆变器模块电压调节器输出信号igj相加后取平均，得到各逆变器模块平均电感电流给定信号iave；
步骤4：采集各个逆变器模块输入电压Vcdi，进行Kf倍衰减后再乘以电阻R，得到各个逆变器模块输入电压给定信号vin-ref；
步骤5：将输入电压给定信号vin-ref减去经过Kf倍衰减后的输入电压，差值再经过均压调节器Gvd调节，得到各逆变器模块的直流误差信号verrj；
步骤6：各逆变器模块的直流误差信号verrj和平均电感电流给定信号iave经过乘法调节器进行等相位调幅，得到各个逆变器模块的电感电流基准信号irefj；
步骤7：采集各逆变器模块的电感电流iLfj，进行KLf倍衰减后与电感电流基准信号irefj相减，差值经过乘法器和各逆变器模块得到各逆变器模块的输出电流ioj。
2.根据权利要求1所述的ISOP分布式逆变器系统的输出同相位控制方法，其特征在于，所述基准电压vref通过数字调节器DSP进行同步，使得各逆变器模块的基准电压一致。
3.根据权利要求1所述的一种ISOP分布式逆变器系统的输出同相位控制方法，其特征在于，所述均压调节器Gvd采用PWM调节方式，其中Kf为输入电压衰减系数，n为模块数，Vin为系统总输入电压。
4.根据权利要求1所述的ISOP分布式逆变器系统的输出同相位控制方法，其特征在于，所述衰减系数KLf的具体确定公式为：其中，irefj为逆变器模块的电感电流基准信号，iLfj为逆变器模块的电感电流。
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