CN107276439A - 用于控制逆变器系统的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于控制包括了并联连接的多个逆变器的逆变器系统的方法。所述方法包括：将目标功率量与要由预定数量的逆变器供应的功率量进行比较；基于比较的结果而确定要被驱动的逆变器的数量；并且通过由确定出的逆变器的数量对逆变器进行驱动来将最终输出功率供应给AC功率系统。

Description

用于控制逆变器系统的方法
技术领域
本发明涉及一种用于控制逆变器系统的方法，其能够以高效率操作逆变器系统。
背景技术
通常，逆变器是通过降低电动机的功率消耗来以高能量效率控制电动机的装置。具体地，逆变器可以使用开关晶体管将DC功率转换为AC功率。
需要大容量逆变器来驱动大容量电动机。为了制造大容量逆变器，通常两个或多个单元逆变器并联连接来在单元逆变器上均匀地分配电流，以驱动一个大容量电动机。
图1是包括了并联布置的多个逆变器的典型逆变器系统的示意图。
参照图1，逆变器系统包括DC电流源10、包括了并联布置的N个逆变器#1、#2、...、#n的逆变器块20、和AC功率系统30。
在逆变器系统中，连接到DC电流源10的N个逆变器#1、#2、...、#n对它们相应的输出功率Po_1、Po_2、...、Po_n负责1/N。逆变器系统可以通过驱动具有其相应功率转换比的N个逆变器来供应额定输出功率。
然而，可能由于逆变器的结构和操作特性而导致功率损耗。
具体地，逆变器功率损耗可以包括由于导体电阻分量导致的传导损耗、由于内部功率半导体的开关操作导致的开关损耗、以及由于用于转换和输出滤波器的内部反应器导致的磁滞损耗。在逆变器的操作中，开关损耗和磁滞损耗具有恒定值，而传导损耗与输出电流或功率成比例。
图2是示出了逆变器的功率转换效率的曲线图。
在图2中，X轴表示输出功率，并且Y轴表示功率效率。从图中可以看出，逆变器的功率转换效率由功率效率与输出功率的比率来限定，并且功率转换效率的最大值被限制在60％至70％的范围内。也就是说，逆变器的功率转换效率可以由具有最大效率点在60％至70％处的曲线来表示。这意味着传导损耗随着输出功率的增加而增加，从而将功率效率限制在一定水平。
在驱动逆变器系统中，由于并联连接的所有逆变器即使在其中需要低功率的间隔中也立即被操作，所以相对于所需功率驱动的逆变器的数量过多，而功率效率不高。因此，整体系统操作效率低。
例如，在相关技术中，即使在不需要最大额定输出功率时，所有逆变器也被操作。以这种方式，由于所有逆变器被操作以供应未达到最大功率的功率范围，所以系统操作效率降低。
因此，迫切需要一种取决于输出功率的灵活的逆变器驱动计划。
发明内容
本发明的一个方面是提供一种用于控制逆变器系统的方法，其能够选择性地驱动并联连接的逆变器。
本发明的另一方面是提供一种用于控制逆变器系统的方法，其能够灵活地驱动输出功率所需的逆变器。
本发明的另一方面是提供一种用于控制逆变器系统的方法，其能够防止系统操作效率由于系统输出负载相对于输出功率过量而降低。
应当理解的是，本发明不限于上述方面。采取结合附图从实施例的以下描述，本发明的上述和/或其他方面和优点将变得清楚和更容易理解。应当理解的是，本发明的目的和优点可以由在权利要求中阐述的特征及其组合来实现。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于控制包括了并联连接的多个逆变器的逆变器系统的方法，包括：将目标功率量与要由预定数量的逆变器供应的功率量进行比较；基于比较的结果而确定要被驱动的逆变器的数量；并且通过由确定出的逆变器的数量驱动逆变器来将最终输出功率供应给AC功率系统。
在一个实施例中，将目标功率量与要由所述预定数量的逆变器供应的功率量进行比较的动作可以包括：在减少所述预定数量的逆变器同时将所述目标功率量与要由所述预定数量的逆变器供应的功率量进行比较。
在一个实施例中，将目标功率量与要由所述预定数量的逆变器供应的功率量进行比较的动作可以包括：确定由所述预定数量的逆变器供应的功率量是否满足所述目标功率量。
在一个实施例中，所述确定要被驱动的逆变器的数量的动作可以包括：如果要由所述预定数量的逆变器供应的功率量等于或高于所述目标功率量，则将所述预定数量的逆变器确定为所述要被驱动的逆变器的数量。
在一个实施例中，所述并联连接的逆变器中的每个可以具有相等的功率转换比，以便输出所述逆变器系统的最大额定功率。
根据本发明的方面，逆变器系统具有选择性地驱动并联连接的逆变器的优点。
另外，逆变器系统具有灵活地驱动输出功率所需的逆变器的另一个优点。
另外，逆变器系统具有防止系统操作效率由于系统输出负载相对于输出功率过量而降低的另一个优点。
附图说明
图1是包括了并联布置的多个逆变器的典型逆变器系统的示意图。
图2是示出了逆变器的功率转换效率的曲线图。
图3是根据本发明的一个实施例的逆变器系统的示意图。
图4是示出了根据本发明的一个实施例的逆变器的功率转换效率与现有技术相比的曲线图。
图5是示出了根据图3的操作的确定算法的流程图。
具体实施方式
从下面结合附图的详细描述，上述目的、特征和优点将变得更加显而易见。因此，本领域中的那些技术人员可以容易地理解和实践本发明的技术思想。在本发明的以下详细描述中，如果认为功能和/或构造可能不必要地掩盖本发明的要点，则将省略对相关功能或构造的具体描述。在下文中，将参照附图详细描述本发明的优选实施例。贯穿附图，相同或相似的元件由相同的参考标号表示。
图3示出了根据本发明的一个实施例的逆变器系统100的配置。
参照图3，根据本发明的一个实施例的逆变器系统100包括功率控制器110、DC电流源120、逆变器块130和AC功率系统140。
根据本发明的一个实施例的逆变器系统100指示所需的功率量，并根据所需的功率量来确定要被驱动的逆变器的数量。因此，可以通过相对于目标功率量适当地选择要被驱动的逆变器的数量来提高系统操作效率。
首先，功率控制器110被连接到DC电流源120，并指示DC电流源120供应所需的功率量。此外，功率控制器110被连接到逆变器块130，比较所需的功率量和单元逆变器的功率转换容量，并设置所需的单元逆变器的数量。然后，功率控制器110可以选择并仅驱动预定数量的逆变器。例如，可以确定是否以预设顺序驱动预定数量的所选逆变器。
DC电流源120由功率控制器110来控制，以便将目标功率量供应到逆变器块130。
逆变器块130包括并联连接的N个单元逆变器#1、#2、...、#n。在逆变器块130中的N个逆变器#1、#2、...、#n对于它们相应的输出功率Po_1、Po_2、...、Po_n均匀地负责整体系统输出功率的1/N。然后，N个单元逆变器#1、#2、...、#n中的每个可以具有恒等功率转换比。例如，假设整体系统的额定输出功率为1000KW，并且逆变器块130包括10个单元逆变器，则10个单元逆变器中的每个具有负责100KW的功率的功率转换比。
AC功率系统140是可以使用AC功率来操作的功率域。AC功率系统140可以包括使用AC功率来操作的功率装置和电动机。
现在将描述根据本发明的一个实施例的逆变器系统100的操作。
功率控制器110向DC电流源120提供目标功率量。功率控制器110确定相对于目标功率量所需的逆变器的数量。这是为了防止通过相对于目标功率量驱动所有单元逆变器而降低系统操作效率，并且以灵活的方式选择和驱动预定数量的单元逆变器。换句话说，并不总是驱动所有单元逆变器。根据本发明的一些实施例，逆变器块130可以包括要被驱动的单元逆变器和空闲单元逆变器。
图4是示出了根据本发明的一个实施例的逆变器的功率转换效率与现有技术相比的曲线图。
参照图4，X轴表示输出功率，并且Y轴表示功率效率。从图中可以看出，逆变器的功率转换效率由功率效率与输出功率的比率来限定。如前所述，逆变器的功率转换效率可以由具有最大效率点在60％至70％处的曲线来表示。这意味着传导损耗随着输出功率的增加而增加，从而将功率效率限制在一定水平。
在现有技术中，整体系统效率可以取决于所有逆变器的传导损耗而由具有最大效率点在60％至70％处的曲线的功率转换效率来表示(参见图4中的曲线a)。
在现有技术中，即使在低输出功率间隔中驱动所有逆变器时，由于每个逆变器的传导损耗而导致用于输出目标功率的功率效率也很低。例如，即使当在0至A KW的功率间隔中驱动所有逆变器时，由于相对于所需功率量而被驱动的逆变器的数量过多，因此在系统负载过量时操作效率很低。
根据本发明的实施例，在其中输出负载相对于整体额定功率容量是显著小的功率间隔中，代替驱动所有逆变器，仅仅能够达到目标容量的适当数量的逆变器被驱动(参见图4中的曲线b)。
从曲线a和曲线b之间的比较，可以看出，在其中系统功率负载很小的功率间隔中驱动适合于输出功率的预定数量的逆变器比驱动所有逆变器更有利。图4的曲线图示出了由本发明的曲线图b指示出的功率效率比由现有技术的曲线图a指示出的功率效率高了差值Δ。
根据本发明的实施例，考虑到由于逆变器传导损耗导致的功率损耗，可以取决于目标功率量而适当地选择并联布置并在逆变器系统中驱动的单元逆变器的数量。因此，可以实现系统操作的高效率。可能需要确定算法以取决于系统输出功率而确定要被驱动的单元逆变器的数量。
图5是示出了根据图3的操作的确定算法的流程图。
下面将参照图5结合图3详细描述根据本发明实施例的逆变器系统的操作。
为了在目标功率量Po和可由逆变器供应的功率量之间进行比较，首先，根据下面的等式1将目标功率量Po与可由比逆变器的总数N少1的逆变器供应的功率量进行比较(S10)。
【等式1】
P0＞(N-i)×Prate
其中，Po是目标功率量，N是逆变器的总数，i是自然数(1,2,3,...)，并且Prate是整体额定容量的1/N，即，单元逆变器的输出转换比。
如果目标功率量Po高于可由比逆变器的总数N少1的逆变器供应的功率量(S10中为“是”)，则这意味着目标功率量Po是逆变器系统的最大功率量，即，所有逆变器将被驱动。可以基于比较的结果而确定要被驱动的逆变器的数量。
因此，驱动所有单元逆变器以满足目标功率量Po(S20)。
然后，将目标功率量Po作为最终输出功率量被提供给AC功率系统140(S30)。
另一方面，如果目标功率量Po不高于可由比逆变器的总数N少1的逆变器供应的功率量(S10中为“否”)，则减少数根据下面的等式2增加1(S40)。
【等式2】
I＝i+1
其中，I是减少数，并且i是自然数(1,2,3,...)。
当减少数逐一递增时，在后面的比较操作中逆变器的数量相应地逐一递减。
然后，根据下面的等式3，将目标功率量Po与在步骤S40中可由数量减少1的逆变器供应的功率量进行比较(S50)。
【等式3】
P0＞(N-I)×Prate
作为比较的结果，如果目标功率量Po高于可由数量减少1的逆变器供应的功率量(S50中为“是”)，则比当前逆变器数量多1的逆变器被驱动(S60)。
换句话说，该算法是当由逐一递减的逆变器供应的功率量变得低于目标功率量Po时，找到该逐一递减的逆变器的数量。由于在步骤S50中逆变器的数量不能满足目标功率量Po，所以比当前逆变器数量多1的逆变器被驱动。
也就是说，根据比较的结果而确定要被驱动的逆变器的数量。因此，可以将最终输出功率量供应给AC功率系统140(S30)。
另一方面，如果目标功率量Po低于可由数量减少1的逆变器供应的功率量(S50中为“否”)，则该算法重复步骤S40和S50。
通过该重复，确定并驱动满足目标功率量Po的适当数量的逆变器。然后，可以将最终输出功率量供应给AC功率系统140(S30)。
作为具体示例，假设目标功率量Po为700KW，整体系统的额定输出功率为1000KW，单元逆变器的总数为10，并且10个单元逆变器中的每个的输出功率量根据其输出转换比为100KW。
将目标功率量Po与由比逆变器的总数(10)少一个的数量(9)的逆变器供应的功率量进行比较。由于目标功率量Po(700KW)不高于由比逆变器的总数(10)少1的数量(9)的逆变器供应的功率量(900KW)(S10中为“否”)，所以减少数增加1(即，通过I＝i+1变为2)(S40)。
然后，将目标功率量(700KW)与由减少一个的数量(8)的逆变器供应的功率量(800KW)进行比较(S50)。
由于由数量(8)的逆变器供应的功率量(800KW)仍然高于目标功率量Po，所以减少数再次增加1(即，通过I＝i+1变为3)(S40)，并且目标功率量Po与由数量(通过N-I为7)的逆变器供应的功率量进行比较(S50)。
作为比较的结果，由于目标功率量Po(700KW)等于由当前数量(7)的逆变器供应的功率量(700KW)，所以目标功率量不高于7个逆变器的功率量。
因此，减少数再次增加1(即，通过I＝i+1变为4)(S40)，并且将目标功率量Po与由数量(通过N-I为6)的逆变器供应的功率量进行比较(S50)。
作为比较的结果，由于目标功率量Po(700KW)高于由当前数量(6)的逆变器供应的功率量(600KW)，所以比逆变器的当前数量(6)多一个的7个逆变器被驱动(S60)。
因此，可以驱动7个逆变器以将最终输出功率量供应给AC功率系统140(S30)。
如上所述，根据本发明的实施例，可以将目标功率量与单元逆变器的输出功率量进行比较，并且基于比较的结果而相对于目标功率量适当地选择要被驱动的逆变器的数量。因此，可以灵活地驱动逆变器，从而提高系统操作效率。
虽然已经参照本发明的示例性实施例具体示出和描述了本发明，但是本领域中的那些技术人员将理解的是，在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上进行各种改变。提供示例性实施例是为了说明本发明的目的，而不是限制性的。因此，本发明旨在涵盖本发明的修改和变化，只要它们在所附权利要求及其等同物的范围内。

Claims (4)

1.一种用于控制包括了并联连接的多个逆变器的逆变器系统的方法，所述方法包括：
将目标功率量与要由预定数量的逆变器供应的功率量进行比较；
基于比较的结果而确定要被驱动的逆变器的数量；并且
通过由确定出的逆变器的数量来对逆变器进行驱动以将最终输出功率供应给AC功率系统，
其中，将目标功率量与要由预定数量的逆变器供应的功率量进行比较的动作包括：在减少所述预定数量的逆变器的同时将所述目标功率量与要由所述预定数量的逆变器供应的功率量进行比较。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，将目标功率量与要由预定数量的逆变器供应的功率量进行比较的动作包括：确定要由所述预定数量的逆变器供应的功率量是否满足所述目标功率量。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，确定要被驱动的逆变器的数量的动作包括：如果要由所述预定数量的逆变器供应的功率量等于或高于所述目标功率量，则将所述预定数量的逆变器确定为所述要被驱动的逆变器的数量。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述并联连接的逆变器中的每个具有相等的功率转换比，以便输出所述逆变器系统的最大额定功率。
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