CN110190634B - 一种多台发电机组并联运行相位同步方法 - Google Patents
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Abstract
为了解决现有技术中发电机组并联运行的可靠性低的问题，本发明提供了一种多台发电机组并联运行相位同步的方法，发电机组包括发动机发电机、整流单元、逆变单元和输出滤波单元；还包括主控单元和油门控制单元；还包括电流采样单元、电压采样单元和电压过零点单元，输出滤波单元的输出端分别与电流采样单元、电压采样单元和电压过零点单元连接。本申请中通过采集发电机组实际的输出电流、输出电压的值以及输出电压实际过零点与软件过零点的时间差，以此与发电机组主控单元中的预设值进行比较，调整输出电压的周期值与电压幅值，同步输出电压的相位，并联时不同机组的功率分配，提高发电机组并联运行的可靠性，提高机组运行的效率和经济性。
Description
技术领域
本发明涉及发电机组发电的电压和频率控制技术领域，尤其涉及一种多台发电机组并联运行相位同步方法。
背景技术
常用的发电机组是通过内燃机作为原动机，内燃机运转带动发电机进行发电，由于内燃机或发电机自身结构限制，导致单台发电机组的输出功率与负载所需功率不匹配；例如单台发电机组的输出功率为1.5kW，但是负载所需功率为7kW，这样就需要将多台发电机组并联在一起为负载提供电源，在本申请中多台发电机组包括两台或者两台以上的发电机组。
目前传统的发电机组的并机功能，一般有集中控制式和主从控制，集中控制式通过主控器给每个逆变器发出同步脉冲，各台逆变器电源的锁相环电路保证输出电压的频率和相位与同步信号同步；主从控制通过并联时首先启动的逆变器为主控逆变器，负责完成并联控制功能，其它逆变电源做从机，控制与集中控制方式并无差别；上述控制方式均需要在多台发电机组中增加单独的主控制器，并且还需要在两台逆变器之间建立通信，这不仅增加了成本，同时也提高了出错的风险；另外，增加主控制器后，延长了信号传递时间，提升了多台发电机组并联运行的不平衡性，影响机组运行的效率和经济性，以及发电机组的可靠性。
鉴于此，本领域技术人员进一步研发，例如中国发明专利CN201110061280.3所公开的一种内燃机驱动发电机组并联运行的控制方法和装置，通过控制每台发电机达到各自对应的输出电压幅值和内功率因数角来实现多台发电机组的同步并联运行，由于发电机的内功率因素角不仅与负载有关，同时还与发电机的自身参数有关，因此发电机的内功率因素角会因各个生产厂家不同而调节的幅度不同，另，内功率因数角调整后对发电机的输出频率会产生影响，降低了多台发电机组并联运行的可靠性。
或者中国发明专利CN201610062699.3还公开了一种内燃机驱动发电机并联运行的控制方法，通过检测单个发电机组输出电流，及输出电流与输出电压夹角的变化在预设范围内调节该发电机的电压频率，以此进行多台发电机组同步并联运行；这种调节方式需要检测电流的幅值以及电流与电压的相位夹角，变化量太多计算复杂，降低了多台发电机组并联运行的可靠性。
因此，如何提高多台发电机组并联运行的可靠性是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
为了解决现有技术中发电机组并联运行的可靠性低的问题，本发明提供了一种多台发电机组并联运行相位同步方法，其目的在于在多台并联的发电机组之间实现相位同步及功率平衡，在相位同步时只需要检测输出电压的实际过零点与软件过零点的时间差一个参数，通过简单的计算即可实现，提高发电机组并联运行的可靠性，提高机组运行的效率和经济性。
本发明是这样实现的，一种多台发电机组并联运行相位同步方法，包括以下步骤：
在每台发电机组的控制器中预设相同的输出电压和输出频率；
逆变器启动时，检测逆变器输出线上是否有电压输出，如果有电压输出，则以检测到电压的相位为基准，使发电机组自身输出的电压相位与检测的电压相位同步；如果没有检测到电压，则安装预设的输出电压和输出频率进行输出；
调整单台发电机组的相位：通过公式T=T(0)+k*(t-b)，其中T为发电机组输出电压的周期值，T(0)为预设的发电机组的基准电压周期值，k为调整斜率，t为输出电压的实际过零点与软件过零点的时间差，b为设定常数，通过t的变化在预设范围内调节发电机组的电压周期值；
本发明在具体使用中，将对台发电机组的输出频率和输出电压调整为一致，逆变器启动时，检测逆变器输出线上是否有电压输出，如果有电压输出，则以检测到电压的相位为基准，使发电机组自身输出的电压相位与检测的电压相位同步；如果没有检测到电压，则按照预设的输出电压和输出频率进行输出；调整单台发电机组的相位，本申请中通过检测经过滤波过后电压的实际过零点与软件中预设的过零点之间的时间差，以此调节单台发电机组输出电压的周期值，调整相位，让自身的输出电压相位与其他并联在一起的发电机组电压相位一致，进而实现多台发电机组的相位匹配。
本发明的有益效果是，通过在每台发电机组的控制器中预设相同的输出电压和输出频率，以及消除逆变器的影响因素，通过公式T=T(0)+k*(t-b)对自身的输出电压相位进行调整，以此让多台发电机组的相位保持一致，解决了发电机组并联运行的可靠性低的问题，据公式U＝-KI+U0调节自身的输出电压的幅值，实现多台并联的发电机组之间的功率平衡，提高发电机的可靠性，提高机组运行的效率和经济性。
附图说明
图1是本申请发电机组的内部连接示意图；
图2是本申请输出电压滤波前的波形示意图；
图3是本申请输出电压滤波后的波形示意图；
图1中：100发动机发电机、200整流单元、300逆变单元、400输出滤波单元、501电流采样单元、502电压采样单元、503电压过零点单元、700主控单元、800转速检测单元、900油门控制单元。
图2中：
点即为所述输出电压软件过零点。
图3中：
点即为所述输出电压的实际过零点。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。
发电机组结构简图如图1所示，100为动力源加电机，其余200整流单元、300逆变单元、400输出滤波单元、501电流采样单元、502电压采样单元、503电压过零点单元、700主控单元、800转速检测单元、900油门控制单元为逆变器组成。
100提供动力源带动电机发电，200整流单元将电机的三相交流电整流成直流电压，300逆变单元在700主控单元的控制下，将直流电压逆变成交流电经过400输出滤波单元电路滤波后输出，又通过501电流采样单元、502电压采样单元、503电压过零点单元采集发电机组实际的输出电流值、输出电压值和输出电压实际过零点，控制输出电压与频率，形成一个闭合的回路，实现多台并联的发电机组之间的功率平衡，800转速检测单元用于检测发动机转速，送入700主控单元计算，通过900油门控制单元控制发动机转速。整个系统协同工作，以此实现多台并联的发电机组之间的相位同步与功率平衡，提高机组运行的效率和经济性，提高发电机组的可靠性。
本申请中发电机组逆变器采用SPWM调制方式输出不断变化的宽度脉冲，经过400滤波电路滤波后输出正弦电压波形。图2中
为单片机内部软件过零点，图3中
实际输出电压波形的过零点，即经过滤波电路两者之间会存在时间差t；单个机组输出时输出电压的波形过零点只会受滤波电路的影响，如果两台发电机组并联，若两台逆变器电压相位存在差异，逆变器的电压波形叠加后，则输出波形电压过零点将会受到影响，软件过零点和硬件过零点的时间差将随之变化，受影响后的时间差用t表示。通过这个特性我们可以判断逆变器是否需要调整周期值，并且可以根据公式T=T(0)+k*(t-b)调整输出电压的周期值来同步两台逆变器的相位。
在实际应用中通过测试可知即使没有另外的发电机组并联，单台发电机组输出电压相对于SPWM过零点也会有延迟用b值表示，而实际并联后输出电压过零点与SPWM过零点的时间差可以测得用t表示，即得到周期调节公式：T=T(0)+(t-b)，通过以上公式进行了测试，得出结果为只要b值设定恰当，单台发电机组输出时频率不会有调整，两台发电机组并联时也可以自行调整各自的相位，为了能能更加灵活的调整，可引入了变量k，周期调节公式改写成T=T(0)+k*(t-b)。
实际生产时逆变器初始频率会存在一定的差异，是输出因为400输出滤波单元存在差异，所以在实际生产中要标定每台逆变器的频率，只有每台拥有同样的初始频率才能更好的同步相位。
逆变器并联还包括加载后功率分配，本申请中功率分配采用的是电压下垂法，根据公式U = U(0)-k*I，其中U为发电机组在有负载时的输出电压，I为单片机通过AD转换检测并计算得到电流的有效值，k为设定的斜率，U(0)为初始输出电压值，通过电流I的变化在预设范围内调节发电机组输出的电压。
本发明具体使用中，通过在每台发电机组的控制器中预设相同的输出电压和输出频率，以及消除逆变器的影响因素，通过公式T=T(0)+k*(t-b)对自身的输出电压相位进行调整，以此让多台发电机组的相位保持一致，解决了发电机组并联运行的可靠性低的问题，据公式U＝-KI+U0调节自身的输出电压的幅值，实现多台并联的发电机组之间的功率平衡，提高发电机的可靠性，提高机组运行的效率和经济性。
相对于其它检测方式，本申请仅需检测一个时间变量，无需通过其它变量进行转换，检测更加直观，后期数据处理简单明了，并且规避了多个变量的不确定因素，提高了多台机组并联时电压波形的重合度，进而提高多台发电机组并联运行的可靠性。
Claims (1)
1.一种多台发电机组并联运行相位同步方法，其特征在于，包括以下步骤：
在每台发电机组的控制器中预设相同的输出电压和输出频率；
逆变器启动时，检测逆变器输出线上是否有电压输出，如果有电压输出，则以检测到电压的相位为基准，使发电机组自身输出的电压相位与检测的电压相位同步；如果没有检测到电压，则按照预设的输出电压和输出频率进行输出；
调整单台发电机组的相位：通过公式T=T(0)+k*(t-b)，其中T为发电机组输出电压的周期值，T(0)为预设的发电机组的基准电压周期值，k为调整斜率，t为输出电压的实际过零点与软件过零点的时间差，b为设定常数，通过t的变化在预设范围内调节发电机组的电压周期值；
还包括多台发电机组的功率分配，并根据公式U＝-KI+U0，其中U为发电机组在有负载时的输出电压，I为检测到的发电机组输出电流，K为设定的斜率，是电压与电流变化的关系值或系数，U0为设定的发电机组空载时的输出电压，通过电流I的变化在预设范围内调节发电机组输出的电压。
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