CN110661293A - 一种逆变器并机系统的睡眠控制和快速唤醒方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种逆变器并机系统的睡眠控制和快速唤醒方法，包括逆变器，所述逆变器设有多台，每台所述逆变器通过4个逆变管将BUS总线的直流电压转换成交流电，通过滤波电感和滤波电容滤掉高频部分，得到光滑稳定的220V交流电压，逆变正常后输出继电器闭合，多台所述逆变器并联给负载供电，逆变停机后，输出继电器断开，与并机系统脱离物理连接，每台所述逆变器均设有并机通讯接口，并机时通过电缆将每台所述逆变器的并机通讯接口连接到一起；本发明通过并机接口的CAN通讯总线和睡眠控制总线实现逆变器的睡眠和唤醒控制，而且在负载发生瞬间突变的时候也只需要2‑3个开关周期即可唤醒整个系统，保证供电的连续。

Description

一种逆变器并机系统的睡眠控制和快速唤醒方法

技术领域

本发明涉及电路技术领域，尤其涉及一种逆变器并机系统的睡眠控制和快速唤醒方法。

背景技术

逆变器在设计开发时，因为功率器件的制约和成本的考量，一般其最大效率出现在负载70~80%的时候，而效率最低的时候出现在空载或小负载阶段，而在某些并机系统中，负载不是恒定的，可能会在不同的时间段大小不一样，而且变化很大，比如在某些办公应用场合，上班时间负载很大，可能在70~90%范围；而在下班时间负载很小，甚至可能接近空载状态，这种情况下，并机系统在上班时间段工作在高效率阶段；而在下班期间，每台逆变器的输出电流都很小，逆变器工作在低效率阶段；

一般来说，逆变器的效率大概在97~98%，本身的损耗大概在2~3个百分点，因此为了节能减排，降低使用费用，在低效率阶段（即小负载阶段），并机系统需要关闭掉部分逆变器，让剩余工作的逆变器工作在高效率阶段，但是也不能简单的将部分逆变器关掉，因为逆变器关闭后就会从并机系统中脱离，如果再次启动需要重新经过软启、同步、切换等动作，至少需要几秒钟的时间，在这段时间里，并机系统不能提供满功率的输出，如果此时负载出现很大的跃变，则可能导致整个系统的停机，这对很多用户来说是不可接受的，因此对逆变器此时的停止和投入需要进行更特别的管理；

当负载很小时，并机系统所有逆变器的输出电流都同步变小，全部工作在低功率阶段，此时为了提高整个并机系统的工作效率，需要部分逆变器停止工作，将其负载转移到剩余工作的逆变器中，使其负载率提高进入到高效率阶段，从而达到整个系统效率提高的目的，但是停止工作后的逆变器不能退出并机系统，而且随时可以从新投入工作，我们将这个状态下的逆变器称为“睡眠”状态，对应的仍然正常工作的逆变器就称为“唤醒”状态；

而当负载变大时，正在工作的逆变器提供的功率可能不够，此时就需要将部分或全部进入睡眠模式的逆变器重新投入工作，给用户负载提供足够的功率供给，我们将这个动作称为“唤醒”，为了保证系统可以随时满功率供电，唤醒逆变器的时间需要就可能的短，一般需要在2-3个开关周期内完成，因此，本发明提出一种逆变器并机系统的睡眠控制和快速唤醒方法以解决现有技术中存在的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种逆变器并机系统的睡眠控制和快速唤醒方法，该逆变器并机系统的睡眠控制和快速唤醒方法通过并机接口的CAN通讯总线和睡眠控制总线实现逆变器的睡眠和唤醒控制，而且在负载发生瞬间突变的时候也只需要2-3个开关周期即可唤醒整个系统，保证供电的连续。

为了解决上述问题，本发明提出一种逆变器并机系统，包括逆变器，所述逆变器设有多台，每台所述逆变器通过4个逆变管将BUS总线的直流电压转换成交流电，通过滤波电感和滤波电容滤掉高频部分，得到光滑稳定的220V交流电压，逆变正常后输出继电器闭合，多台所述逆变器并联给负载供电，逆变停机后，输出继电器断开，与并机系统脱离物理连接，每台所述逆变器均设有并机通讯接口，并机时通过电缆将每台所述逆变器的并机通讯接口连接到一起，且每台所述逆变器的输出端并联连接，给用户负载供电，每台所述逆变器通过并机通讯接口自动进行均流调节，彼此调节自身的输出电流，且每台所述逆变器的输出电流相同。

进一步改进在于：所述逆变器的并机通讯接口中设有睡眠控制总线和CAN通讯总线，用来实现所述逆变器的睡眠和唤醒功能，每台所述逆变器的控制DSP通过CAN通讯总线与其他所述逆变器的控制DSP通讯，实现数据交换，所述睡眠控制总线通过2个IO口作为输出控制和状态输入，其中IO-1脚作为睡眠控制输出脚，IO-2脚作为睡眠状态输入脚。

进一步改进在于：所述CAN通讯总线包括CAN通讯脚CAN-TX和CAN-RX，所述CAN通讯脚CAN-TX和CAN-RX经过隔离芯片ISO7221B后与CAN驱动芯片82C251连接驱动，且驱动后的“CAN总线_H”和“CAN总线_L”通过并机通讯电缆与其他逆变器连接。

一种逆变器并机系统的睡眠控制和快速唤醒方法，包括以下步骤：

步骤一：首先，在逆变器并机系统中，多台逆变器通过竞争机制自动产生一台且是唯一的一台逆变器作为主机，利用该主机负责睡眠调度，其他逆变器作为从机，接收主机的CAN指令进入睡眠或唤醒状态；

步骤二：在并机系统内，驱动所有逆变器实时检测自身的输出电流，并设置3个判断点：一个是“睡眠电流”，一个是“唤醒电流”，一个是 “立即唤醒电流”，将3个电流判断点从低到高排列，“睡眠电流”取逆变器额定电流的40%，“唤醒电流”取额定值的80%，“立即唤醒电流”取额定值的350%，当输出电流的有效值长时间低于“唤醒电流”时，IO-1脚输出高电平，表示本机允许进行睡眠控制，否则IO-1脚输出低电平，表示禁止进行睡眠控制，每台逆变器都将这个信号送到并机接口的睡眠控制总线上进行逻辑合成；

步骤三：使每台逆变器都通过IO-2脚实时读取并机接口上的睡眠总线合成结果，当睡眠总线是低电平时，说明并机系统中所有的逆变器都允许进行睡眠控制，否则禁止进行睡眠控制，将已进入睡眠状态的逆变器立即唤醒；

步骤四：当系统允许进行睡眠控制时，主机通过CAN通讯总线获得其他从机的工作状态，统计当前的睡眠机器和唤醒机器情况，逆变器在正常并机工作时，彼此之间的输出电流时实时保证一致的，因此主机根据自身的当前输出电流值进行睡眠调度；

步骤五：当主机输出电流有效值长时间低于“睡眠电流”时，主机从当前唤醒状态中的从机中挑选出一台，通过CAN通讯总线通知该从机进入睡眠状态，接收到睡眠指令后的从机，进入睡眠状态，在睡眠状态下DSP屏蔽本机所有逆变IGBT的驱动信号，但是输出继电器继续保持闭合状态，同时DSP内部的逆变控制算法仍然保持正常运算，在需要的时候随时取消逆变IGBT的驱动屏蔽，恢复逆变器的正常工作，此时的逆变器除了IGBT管不工作，其他方面与正常运行时基本一致；

步骤六：当主机输出电流有效值大于“唤醒电流”时，主机从已进入睡眠状态从机中挑选出一台，通过CAN通讯总线通知该从机进入唤醒状态，接收到唤醒指令后的从机，进入唤醒状态，DSP取消逆变IGBT的驱动屏蔽，恢复逆变器的正常运行；

步骤七：当主机测到输出电流的瞬时值大于“立即唤醒电流”时，此时用户负载瞬间加大，而且现在处于唤醒状态正常工作的逆变器数量不足以提供足够的功率给用户负载，也无法判断需要唤醒几个逆变器才足够，此时通过并机接口的睡眠总线来快速唤醒所有的睡眠逆变器，立即提供并机系统的最大功率供给，保证用户负载的供电连续性；

步骤八：每台逆变器对自身的运行时间和睡眠时间进行单独的统计，并送给主机进行自动周期性轮换工作的调度，逆变器自动轮换工作时，先开启连续休眠时间最长的模块，再关断连续工作时间最长的模块。

进一步改进在于：所述步骤一中，当主机退出时，其他从机重新竞争产生新的主机。

进一步改进在于：所述步骤六中，逆变器在软件中执行一小段取消IGBT的输出屏蔽指令，逆变器的唤醒时间为1-2个IGBT驱动开关周期。

进一步改进在于：所述步骤七中，具体操作为：主机DSP的IO-1脚立即输出低电平，快速通知并机系统的使用逆变器，立即进入唤醒状态。

本发明的有益效果为：本发明通过并机接口的CAN通讯总线和睡眠控制总线实现逆变器的睡眠和唤醒控制，而且在负载发生瞬间突变的时候也只需要2-3个开关周期即可唤醒整个系统，保证供电的连续。

附图说明

图1为本发明的逆变器并机电路拓扑图；

图2为本发明的睡眠和唤醒示意图；

图3为本发明的CAN通讯总线示意图；

图4为本发明的睡眠信号收发电路示意图。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明做进一步详述，本实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。

根据图1、2、3、4所示，本实施例提供了一种逆变器并机系统，包括逆变器，所述逆变器设有多台，每台所述逆变器通过4个逆变管将BUS总线的直流电压转换成交流电，通过滤波电感和滤波电容滤掉高频部分，得到光滑稳定的220V交流电压，逆变正常后输出继电器闭合，多台所述逆变器并联给负载供电，逆变停机后，输出继电器断开，与并机系统脱离物理连接，每台所述逆变器均设有并机通讯接口，并机时通过电缆将每台所述逆变器的并机通讯接口连接到一起，且每台所述逆变器的输出端并联连接，给用户负载供电，每台所述逆变器通过并机通讯接口自动进行均流调节，彼此调节自身的输出电流，且每台所述逆变器的输出电流相同。

所述逆变器的并机通讯接口中设有睡眠控制总线和CAN通讯总线，用来实现所述逆变器的睡眠和唤醒功能，如图2，每台所述逆变器的控制DSP通过CAN通讯总线与其他所述逆变器的控制DSP通讯，实现数据交换，所述睡眠控制总线通过2个IO口作为输出控制和状态输入，其中IO-1脚作为睡眠控制输出脚，IO-2脚作为睡眠状态输入脚。

所述CAN通讯总线包括CAN通讯脚CAN-TX和CAN-RX，如图3，所述CAN通讯脚CAN-TX和CAN-RX经过隔离芯片ISO7221B后与CAN驱动芯片82C251连接驱动，且驱动后的“CAN总线_H”和“CAN总线_L”通过并机通讯电缆与其他逆变器连接。

睡眠信号收发电路如图4所示，当IO-1脚输出高电平“1”时，通过反相器和隔离芯片ISO7221B，将使MOS管Q截止，收发电路输出高电平10V；当IO-1脚输出低电平“0”时，通过反相器和隔离芯片ISO7221B，将使MOS管Q导通，收发电路输出低电平0V，每个逆变器的睡眠信号收发电路通过并机通讯电缆与其他逆变器连接，因为睡眠信号收发电路是OC输出，因此彼此之间可以实现“线与”功能，只要并机系统中有一个逆变器输出低电平“0”，那么并机接口的睡眠总线上就会被拉低为低电平“0”，同时，睡眠总线最终“线与”后的状态通过电路又被返回到IO-2脚上，控制DSP通过读取IO-2脚的状态可以知道睡眠总线的实时状态。

一种逆变器并机系统的睡眠控制和快速唤醒方法，包括以下步骤：

步骤一：首先，在逆变器并机系统中，多台逆变器通过竞争机制自动产生一台且是唯一的一台逆变器作为主机，利用该主机负责睡眠调度，其他逆变器作为从机，接收主机的CAN指令进入睡眠或唤醒状态，当主机退出时，其他从机重新竞争产生新的主机；

步骤二：在并机系统内，驱动所有逆变器实时检测自身的输出电流，并设置3个判断点：一个是“睡眠电流”，一个是“唤醒电流”，一个是 “立即唤醒电流”，将3个电流判断点从低到高排列，“睡眠电流”取逆变器额定电流的40%，“唤醒电流”取额定值的80%，“立即唤醒电流”取额定值的350%，当输出电流的有效值长时间低于“唤醒电流”时，IO-1脚输出高电平，表示本机允许进行睡眠控制，否则IO-1脚输出低电平，表示禁止进行睡眠控制，每台逆变器都将这个信号送到并机接口的睡眠控制总线上进行逻辑合成；

步骤三：使每台逆变器都通过IO-2脚实时读取并机接口上的睡眠总线合成结果，当睡眠总线是低电平时，说明并机系统中所有的逆变器都允许进行睡眠控制，否则禁止进行睡眠控制，将已进入睡眠状态的逆变器立即唤醒；

步骤四：当系统允许进行睡眠控制时，主机通过CAN通讯总线获得其他从机的工作状态，统计当前的睡眠机器和唤醒机器情况，逆变器在正常并机工作时，彼此之间的输出电流时实时保证一致的，因此主机根据自身的当前输出电流值进行睡眠调度；

步骤五：当主机输出电流有效值长时间低于“睡眠电流”时，主机从当前唤醒状态中的从机中挑选出一台，通过CAN通讯总线通知该从机进入睡眠状态，接收到睡眠指令后的从机，进入睡眠状态，在睡眠状态下DSP屏蔽本机所有逆变IGBT的驱动信号，但是输出继电器继续保持闭合状态，同时DSP内部的逆变控制算法仍然保持正常运算，在需要的时候随时取消逆变IGBT的驱动屏蔽，恢复逆变器的正常工作，此时的逆变器除了IGBT管不工作，其他方面与正常运行时基本一致；

步骤六：当主机输出电流有效值大于“唤醒电流”时，主机从已进入睡眠状态从机中挑选出一台，通过CAN通讯总线通知该从机进入唤醒状态，接收到唤醒指令后的从机，进入唤醒状态，DSP取消逆变IGBT的驱动屏蔽，恢复逆变器的正常运行，逆变器在软件中执行一小段取消IGBT的输出屏蔽指令，逆变器的唤醒时间为1-2个IGBT驱动开关周期；

步骤七：当主机测到输出电流的瞬时值大于“立即唤醒电流”时，此时用户负载瞬间加大，而且现在处于唤醒状态正常工作的逆变器数量不足以提供足够的功率给用户负载，也无法判断需要唤醒几个逆变器才足够，此时通过并机接口的睡眠总线来快速唤醒所有的睡眠逆变器，立即提供并机系统的最大功率供给，保证用户负载的供电连续性，具体操作为：主机DSP的IO-1脚立即输出低电平，快速通知并机系统的使用逆变器，立即进入唤醒状态；

步骤八：每台逆变器对自身的运行时间和睡眠时间进行单独的统计，并送给主机进行自动周期性轮换工作的调度，逆变器自动轮换工作时，先开启连续休眠时间最长的模块，再关断连续工作时间最长的模块。

该逆变器并机系统的睡眠控制和快速唤醒方法通过并机接口的CAN通讯总线和睡眠控制总线实现逆变器的睡眠和唤醒控制，而且在负载发生瞬间突变的时候也只需要2-3个开关周期即可唤醒整个系统，保证供电的连续。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种逆变器并机系统，其特征在于：包括逆变器，所述逆变器设有多台，每台所述逆变器通过4个逆变管将BUS总线的直流电压转换成交流电，通过滤波电感和滤波电容滤掉高频部分，得到光滑稳定的220V交流电压，逆变正常后输出继电器闭合，多台所述逆变器并联给负载供电，逆变停机后，输出继电器断开，与并机系统脱离物理连接，每台所述逆变器均设有并机通讯接口，并机时通过电缆将每台所述逆变器的并机通讯接口连接到一起，且每台所述逆变器的输出端并联连接，给用户负载供电，每台所述逆变器通过并机通讯接口自动进行均流调节，彼此调节自身的输出电流，且每台所述逆变器的输出电流相同。

2.根据权利要求1所述的一种逆变器并机系统，其特征在于：所述逆变器的并机通讯接口中设有睡眠控制总线和CAN通讯总线，用来实现所述逆变器的睡眠和唤醒功能，每台所述逆变器的控制DSP通过CAN通讯总线与其他所述逆变器的控制DSP通讯，实现数据交换，所述睡眠控制总线通过2个IO口作为输出控制和状态输入，其中IO-1脚作为睡眠控制输出脚，IO-2脚作为睡眠状态输入脚。

3.根据权利要求2所述的一种逆变器并机系统，其特征在于：所述CAN通讯总线包括CAN通讯脚CAN-TX和CAN-RX，所述CAN通讯脚CAN-TX和CAN-RX经过隔离芯片ISO7221B后与CAN驱动芯片82C251连接驱动，且驱动后的“CAN总线_H”和“CAN总线_L”通过并机通讯电缆与其他逆变器连接。

4.一种逆变器并机系统的睡眠控制和快速唤醒方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：首先，在逆变器并机系统中，多台逆变器通过竞争机制自动产生一台且是唯一的一台逆变器作为主机，利用该主机负责睡眠调度，其他逆变器作为从机，接收主机的CAN指令进入睡眠或唤醒状态；

步骤二：在并机系统内，驱动所有逆变器实时检测自身的输出电流，并设置3个判断点：一个是“睡眠电流”，一个是“唤醒电流”，一个是 “立即唤醒电流”，将3个电流判断点从低到高排列，“睡眠电流”取逆变器额定电流的40%，“唤醒电流”取额定值的80%，“立即唤醒电流”取额定值的350%，当输出电流的有效值长时间低于“唤醒电流”时，IO-1脚输出高电平，表示本机允许进行睡眠控制，否则IO-1脚输出低电平，表示禁止进行睡眠控制，每台逆变器都将这个信号送到并机接口的睡眠控制总线上进行逻辑合成；

步骤三：使每台逆变器都通过IO-2脚实时读取并机接口上的睡眠总线合成结果，当睡眠总线是低电平时，说明并机系统中所有的逆变器都允许进行睡眠控制，否则禁止进行睡眠控制，将已进入睡眠状态的逆变器立即唤醒；

步骤四：当系统允许进行睡眠控制时，主机通过CAN通讯总线获得其他从机的工作状态，统计当前的睡眠机器和唤醒机器情况，逆变器在正常并机工作时，彼此之间的输出电流时实时保证一致的，因此主机根据自身的当前输出电流值进行睡眠调度；

步骤五：当主机输出电流有效值长时间低于“睡眠电流”时，主机从当前唤醒状态中的从机中挑选出一台，通过CAN通讯总线通知该从机进入睡眠状态，接收到睡眠指令后的从机，进入睡眠状态，在睡眠状态下DSP屏蔽本机所有逆变IGBT的驱动信号，但是输出继电器继续保持闭合状态，同时DSP内部的逆变控制算法仍然保持正常运算，在需要的时候随时取消逆变IGBT的驱动屏蔽，恢复逆变器的正常工作，此时的逆变器除了IGBT管不工作，其他方面与正常运行时基本一致；

步骤六：当主机输出电流有效值大于“唤醒电流”时，主机从已进入睡眠状态从机中挑选出一台，通过CAN通讯总线通知该从机进入唤醒状态，接收到唤醒指令后的从机，进入唤醒状态，DSP取消逆变IGBT的驱动屏蔽，恢复逆变器的正常运行；

步骤七：当主机测到输出电流的瞬时值大于“立即唤醒电流”时，此时用户负载瞬间加大，而且现在处于唤醒状态正常工作的逆变器数量不足以提供足够的功率给用户负载，也无法判断需要唤醒几个逆变器才足够，此时通过并机接口的睡眠总线来快速唤醒所有的睡眠逆变器，立即提供并机系统的最大功率供给，保证用户负载的供电连续性；

步骤八：每台逆变器对自身的运行时间和睡眠时间进行单独的统计，并送给主机进行自动周期性轮换工作的调度，逆变器自动轮换工作时，先开启连续休眠时间最长的模块，再关断连续工作时间最长的模块。

5.根据权利要求4所述的一种逆变器并机系统的睡眠控制和快速唤醒方法，其特征在于：所述步骤一中，当主机退出时，其他从机重新竞争产生新的主机。

6.根据权利要求4所述的一种逆变器并机系统的睡眠控制和快速唤醒方法，其特征在于：所述步骤六中，逆变器在软件中执行一小段取消IGBT的输出屏蔽指令，逆变器的唤醒时间为1-2个IGBT驱动开关周期。

7.根据权利要求4所述的一种逆变器并机系统的睡眠控制和快速唤醒方法，其特征在于：所述步骤七中，具体操作为：主机DSP的IO-1脚立即输出低电平，快速通知并机系统的使用逆变器，立即进入唤醒状态。

Images