CN110120745A - Dc/dc多模块并联均流控制方法、模块控制器和存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种DC/DC多模块并联均流控制方法、模块控制器和存储介质，通过实时采集各并联模块提供给负载的电压和电流，计算各模块工作时的均流系数和虚拟平均功率，进行无差控制得到第一电压指令值，根据第一电压指令值与电压给定值和负载侧电压进行无差控制得到第一电流指令值，根据第一电流指令值与输入侧电感电流进行无差控制得到第二电流指令值，根据所述的第二电流指令值得到开关驱动信号进行均流控制。本发明实现了对不同额定功率的模块间并联，各模块按照额定功率比成比例分配负载功率，达到各模块之间均流的目的，本发明的方法简单、易行、实用性强。

Description

DC/DC多模块并联均流控制方法、模块控制器和存储介质

技术领域

本发明属于变流器并网控制技术领域，特别涉及DC/DC多模块并联均流控制方法以及用于DC/DC多模块并联均流控制的模块控制器。

背景技术

DC/DC多模块并联运行时，由于各模块电路参数难以消除的不均等性、负荷需求的多变性等因素，可能导致各并联设备输出电流不均的现象，这将造成设备输出功率不均衡，造成设备严重的电磁干扰，无法发挥最大性能，降低能源利用率，无法保证设备的安全稳定运行。

CN109067176A公开了一种DC-DC变换器最大电感电流均流控制方法，包括电压外环控制和电流内环控制，将均衡控制融入双闭环控制，简化了控制系统，提高了均流控制的性能。

然而，该方案控制过程复杂，不易实现，实用性差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种DC/DC多模块并联均流控制方法以及用于DC/DC多模块并联均流控制的模块控制器和计算机程序介质，用于解决上述控制过程复杂，不易实现，实用性差的问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

DC/DC多模块并联均流控制方法，步骤如下：实时采集DC/DC多模块中各模块负载侧电压、负载侧电流，计算各模块输出功率；

对于任一个模块，记为第i个模块，包括：根据Pav与ai*Pi进行无差控制得到第一电压指令值Ui，输入电压外环控制器，得到电压外环控制器的输出；电压外环控制器的输出作为电流内环控制器的输入，运行电流内环控制器，得到电流内环控制器的输出；根据电流内环控制器的输出得到PWM调制波，以驱动对应的模块工作；

其中，Pav＝(P1+a2P2+aiPi+…+anPn)/n；n为模块总数，ai为第i个模块的均流系数，ai＝P1e/Pie，Pie为第i个模块的额定功率，P1为n个模块中额定功率最大的输出功率，该模块的额定功率为P1e；所述各无差控制均至少包括PI调节。

本发明的有益效果是：

通过计算并联各模块的虚拟平均功率Pav，实现了对不同额定功率模块间的并联控制，各模块按照额定功率比例分配负载功率，达到各模块之间“均流”的目的。本发明的方法简单、易行、实用性强。

进一步的，根据所述第一电压指令值Ui、电压给定值Uref及负载侧电压Vdc进行无差控制得到第一电流指令值Li1；第一电流指令值Li1为电压外环控制器的输出；根据第一电流指令值Li1与采集到的输入侧电感电流iLi进行无差控制得到第二电流指令值Li2，第二电流指令值Li2为电流内环控制的输出。该控制方法将第一电压指令值引入到中点电位控制，较传统下垂控制方法在负载功率波动时，母线输出电压更接近给定值，提高了直流母线电能质量。

进一步的，在PI调节后进行限幅控制，用于进一步优化无差控制的效果，优选采用下面的限幅参数：

根据Pav与ai*Pi进行无差控制得到第一电压指令值Ui的限幅范围为[-0.5，+0.5]。根据第一电压指令值Ui、电压给定值Uref及负载侧电压Vdc进行无差控制得到第一电流指令值Li1的限幅范围为[-10，+10]。根据第一电流指令值Li1与采集到的输入侧电感电流iLi进行无差控制得到第二电流指令值Li2的限幅范围为[-1，+1]。

进一步的，所述根据Pav与ai*Pi进行无差控制得到第一电压指令值Ui的方法包括：Ui＝[Kp-(Dp1+Di1/s)(Pav-aiPi)]Pav，Dp1、Di1为对应的PI调节的比例系数和积分系数，Kp为下垂系数基准值。

进一步的，所述根据第一电压指令值Ui、电压给定值Uref及负载侧电压Vdc进行无差控制得到第一电流指令值Li1的方法包括：Li1＝(Dp2+Di2/s)(Uref-Vdc-Ui)；Dp2、Di2为对应的PI调节的比例系数和积分系数。

进一步的，所述根据第一电流指令值Li1与输入侧电感电流iLi进行无差控制得到第二电流指令值Li2的方法包括：Li2＝(Dp3+Di3/s)(Li1-iLi)；Dp3、Di3为对应的PI调节的比例系数和积分系数。

本发明还提供了一种用于DC/DC多模块并联均流控制的模块控制器，包括处理器和存储器；所述处理器执行存储在存储器中的程序，以实现上述DC/DC多模块并联均流控制方法或者其进一步改进的方法。

本发明还提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质上存储有实现上述DC/DC多模块并联均流控制方法或者其进一步改进的方法的计算机程序。

附图说明

图1为本发明实施例的三台三电平DC/DC模块并联拓扑及均流控制框图；

图2为本发明实施例的负载功率分配图；

图3为本发明实施例的控制流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚，下面结合附图及实施例，对本发明作进一步的详细说明。

图1的上部，为三台三电平DC/DC模块(下文也称为储能变流器模块，或者简称为模块)并联拓扑；图1的下部为控制框图。需要说明的是，本实施例以三电平DC/DC模块为例进行叙述，然而本发明的方法也可以用于其他类型的DC/DC模块，例如背景技术中所引用的文献所披露的拓扑。

如图1所示的三个储能变流器模块均为三电平结构(具体结构属于现有技术，在此不进行详述)，分别为模块1、模块2和模块3，分别对应模块控制器1、模块控制器2和模块控制器3。

模块中，输入侧包括电感，输出侧包括电容，如模块1包括电感L11与L12，电容Cdc11与Cdc12；模块3包括L31与L32，电容Cdc31与Cdc32。

电感前端设有输入侧电感电流采集装置，用于采集模块中流过输入侧电感的电流；如模块1中L11前端的虚线圈，采集输入侧电感电流iL1；该电流采集装置可以采用电流互感器或其他类型的电流采集器，并且也可以安装在电感的后端。

电容后端设有负载侧电流采集装置，用于采集模块的负载侧电流；如模块1中Cdc11后端的虚线框，采集负载侧电流iR。该电流采集装置可以采用电流互感器或其他类型的电流采集器。

负载侧还设有负载侧电压采集装置，如模块1中直流负载前端的虚线框，采集电压Vdc1与Vdc2。该电压采集装置可以采用电压互感器或其他类型的电压采集器。负载侧电压为Vdc1、Vdc2或者(Vdc1+Vdc2)/2。

对于各模块，例如模块1，iR与Vdc用于计算模块1的输出功率P1。Vdc还用于电压外环控制。

模块控制器1、模块控制器2及模块控制器3结构相同，故图中仅画出了模块控制器1。需要说明的是，由于三个模块并联，因此负载侧电压Vdc对于任一个模块都是相同的。故而，负载侧电压采集装置可以仅设置一套，而三个模块控制器均采集该负载侧电压采集装置的数据。本文中，将模块控制器获取电压、电流数据称为采集，包括上述从采集装置获得的间接采集，也包括直接进行采集。

本实施例的模块控制器，包括处理器和存储器(所谓处理器包括单核处理器或多核处理器，或者SOC片上系统；存储器可以是内置于处理器中的存储器或者外部的存储器)，其具有获取上述电压、电流数据的接口，并且能够运行均衡控制程序，实现本实施例的均衡控制方法。上述均衡控制程序存储在相应的计算机存储介质上。

运行所述均衡控制程序之前，首先应当为各个模块控制器写入相应的均流系数。确定均流系数的过程为：将额定功率最大的模块编号为模块1，记录其额定功率为P1e；将剩下的模块依次编号为2，3，额定功率为P2e，P3e，若并联变流器模块额定功率最大有两个及以上时，任取其中一个编号为1即可。按照模块额定功率倍数关系计算a2，a3，使得P1e＝a2P2e＝a3P3e。本实施例中，即模块控制器1的均流系数为1，模块控制器2的均流系数为a2，模块控制器3的均流系数为a3，均流系数均可以计算出来，然后固化在对应模块控制器的均衡控制程序中。

在确定均流系数后，则可以执行均衡控制程序，如图3所示的方法，对于每个模块控制器，其控制过程是独立的，均衡控制方法包括电压外环控制器和电流内环控制器，电流内环控制器的输出用于最终生成PWM调制波，PWM调制波提供给驱动单元，驱动对应模块的IGBT。即模块控制器1生成的PWM调制波控制模块1，模块控制器2生成的PWM调制波控制模块2，模块控制器3生成的PWM调制波控制模块3。

对于模块控制器1，运行电压外环控制器包括：Pav＝(P1+a2P2+a3P3)/3，根据Pav与P1进行无差控制得到第一电压指令值U1，根据第一电压指令值U1、电压给定值Uref及负载侧电压Vdc进行无差控制得到第一电流指令值L11；第一电流指令值L11为电压外环控制器的输出。运行电流内环控制器包括：根据第一电流指令值L11与输入侧电感电流iL1进行无差控制得到第二电流指令值L12，第二电流指令值L12为电流内环控制的输出。其中，U1＝[Kp-(Dp1+Di1/s)(Pav-P1)]Pav，Dp1、Di1为对应的PI调节的比例系数和积分系数，Kp为下垂系数基准值。L11＝(Dp2+Di2/s)(Uref-Vdc-U1)；Dp2、Di2为对应的PI调节的比例系数和积分系数。L12＝(Dp3+Di3/s)(L11-iL1)；Dp3、Di3为对应的PI调节的比例系数和积分系数。

对于模块控制器2，运行电压外环控制器包括：Pav＝(P1+a2P2+a3P3)/3，根据Pav与a2P2进行无差控制得到第一电压指令值U2，根据第一电压指令值U2、电压给定值Uref及负载侧电压Vdc进行无差控制得到第一电流指令值L21；第一电流指令值L21为电压外环控制器的输出。运行电流内环控制器包括：根据第一电流指令值L21与输入侧电感电流iL2进行无差控制得到第二电流指令值L22，第二电流指令值L22为电流内环控制的输出。其中，U2＝[Kp-(Dp1+Di1/s)(Pav-a2P2)]Pav。L21＝(Dp2+Di2/s)(Uref-Vdc-U2)。L22＝(Dp3+Di3/s)(L21-iL2)。

对于模块控制器3，运行电压外环控制器包括：Pav＝(P1+a2P2+a3P3)/3，根据Pav与a3P3进行无差控制得到第一电压指令值U3，根据第一电压指令值U3、电压给定值Uref及负载侧电压Vdc进行无差控制得到第一电流指令值L31；第一电流指令值L31为电压外环控制器的输出。运行电流内环控制器包括：根据第一电流指令值L31与输入侧电感电流iL3进行无差控制得到第二电流指令值L32，第二电流指令值L32为电流内环控制的输出。其中，U3＝[Kp-(Dp1+Di1/s)(Pav-a3P3)]Pav。L31＝(Dp2+Di2/s)[Uref-Vdc-U3]。L32＝(Dp3+Di3/s)(L31-iL3)。

本实施例中，模块1、模块2和模块3的额定功率分别为P1e＝12kW，P2e＝8kW，P3e＝6kW，初始直流负载为PR＝20kW，在t＝1.5s时负载增大为PR’＝24kW，额定输出电压为Uref＝700V。

按照模块额定功率倍数关系计算均流系统a2＝1.5,a3＝2。

在模块控制器1中，利用PI控制器对Pav＝(P1+1.5P2+2P3)/3和P1进行无差控制得到第一电压指令值，该限幅范围为[-0.5，+0.5]。根据第一电压指令值与电压给定值Uref/2＝350V和负载侧电压Vdc进行无差控制得到第一电流指令值，该限幅范围为[-10，+10]，再根据第一电流指令值与变流器输入侧电感实时电流采集值iL1进行无差控制得到第二电流指令值，该限幅范围为[-1，+1]，将第二电流指令值引入到PWM调制波，实现三台储能变流器的均流控制。增加限幅控制是为了优化控制效果，作为其他实施方式，也可以改变限幅值，或者不加限幅控制。

图2为负载功率分配图，0～1.5s时间段，负载功率为20kW，三台储能变流器并联为负载提供功率，三台储能变流器按照额定功率比为负载提供功率，从图2中可以看出，P1＝9.2kW，P2＝5.1kW，P3＝4.6k；在t＝1.5s时，负载功率增加为24kW，P1＝11kW，P2＝7.4kW，P3＝5.5kW，实现了不同额定功率模块间的并联均流控制。

通过上面的实施例，本领域技术人员很容易将其扩展为4个、5个甚至更多模块并联的情况，本文在此不再赘述。

本发明方法的核心在于通过均流系数和额定功率等得到第一电压指令值，而关于电压外环、电流内环的控制中也可以采用现有技术中其他的控制策略，例如可以将负载侧电压Vdc进行调节后引入电流内环中；亦或采用其他形式的电压外环控制器。本领域内的技术人员应明白，为了实现本申请要求保护的方法，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种DC/DC多模块并联均流控制方法，其特征在于，步骤如下：

实时采集DC/DC多模块中各模块负载侧电压、负载侧电流，计算各模块输出功率；

对于任一个模块，记为第i个模块，执行下述操作：根据Pav与ai*Pi进行无差控制得到第一电压指令值Ui，输入电压外环控制器，得到电压外环控制器的输出；电压外环控制器的输出作为电流内环控制器的输入，运行电流内环控制器，得到电流内环控制器的输出；根据电流内环控制器的输出得到PWM调制波，以驱动对应的模块工作；

其中，Pav＝(P1+a2P2+aiPi+…+anPn)/n；n为模块总数，ai为第i个模块的均流系数，ai＝P1e/Pie，Pie为第i个模块的额定功率，P1为n个模块中额定功率最大的输出功率，该模块的额定功率为P1e；所述各无差控制均至少包括PI调节。

2.根据权利要求1所述的DC/DC多模块并联均流控制方法，其特征在于，根据所述第一电压指令值Ui、电压给定值Uref及负载侧电压Vdc进行无差控制得到第一电流指令值Li1；第一电流指令值Li1为电压外环控制器的输出；根据第一电流指令值Li1与采集到的输入侧电感电流iLi进行无差控制得到第二电流指令值Li2，第二电流指令值Li2为电流内环控制的输出。

3.根据权利要求2所述的DC/DC多模块并联均流控制方法，其特征在于，根据Pav与ai*Pi进行无差控制得到第一电压指令值Ui的限幅范围为[-0.5，+0.5]。

4.根据权利要求2所述的DC/DC多模块并联均流控制方法，其特征在于，根据第一电压指令值Ui、电压给定值Uref及负载侧电压Vdc进行无差控制得到第一电流指令值Li1的限幅范围为[-10，+10]。

5.根据权利要求2所述的DC/DC多模块并联均流控制方法，其特征在于，根据第一电流指令值Li1与采集到的输入侧电感电流iLi进行无差控制得到第二电流指令值Li2的限幅范围为[-1，+1]。

6.根据权利要求1-5任一项所述的DC/DC多模块并联均流控制方法，其特征在于，所述根据Pav与ai*Pi进行无差控制得到第一电压指令值Ui的方法包括：Ui＝[Kp-(Dp1+Di1/s)(Pav-aiPi)]Pav，Dp1、Di1为对应的PI调节的比例系数和积分系数，Kp为下垂系数基准值。

7.根据权利要求6所述的DC/DC多模块并联均流控制方法，其特征在于，所述根据第一电压指令值Ui、电压给定值Uref及负载侧电压Vdc进行无差控制得到第一电流指令值Li1的方法包括：Li1＝(Dp2+Di2/s)(Uref-Vdc-Ui)；Dp2、Di2为对应的PI调节的比例系数和积分系数。

8.根据权利要求7所述的DC/DC多模块并联均流控制方法，其特征在于，所述根据第一电流指令值Li1与输入侧电感电流iLi进行无差控制得到第二电流指令值Li2的方法包括：Li2＝(Dp3+Di3/s)(Li1-iLi)；Dp3、Di3为对应的PI调节的比例系数和积分系数。

9.一种用于DC/DC多模块并联均流控制的模块控制器，其特征在于，包括：

处理器和存储器；所述处理器执行存储在存储器中的程序，以实现如权利要求1-8任一项所述的方法。

10.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质上存储有实现如权利要求1-8任一项所述方法的计算机程序。