CN112165243A - 一种多逆变器并联系统的主从机自动均流方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了工程应急装置领域的一种多逆变器并联系统的主从机自动均流方法，包括步骤:S1：启动主机程序，主机建立微电网；S2：主机采样微电网电压及并联参数，并根据从机数量确定微电网的下垂曲线系数；S3：主机将采样的微电网电压和确定的下垂曲线系数发送给从机，从机根据接收的采样值，对其自身采样值校准，并对自身的下垂曲线系数进行调整；S4：主机与从机并网运行，主机运行于V/F模式，从机运行于P/Q模式。本发明使主机与从机在统一的微电网电压或采样参数下进行自均流控制，将主从机因为采样不一致而导致的不均流问题进一步减小，输出功率的一致性更好，自均流控制进一步得到优化。

Description

一种多逆变器并联系统的主从机自动均流方法

技术领域

本发明涉及逆变器并联均流领域，具体是一种多逆变器并联系统的主从机自动均流方法。

背景技术

近年来，随着电力电子技术的迅速发展，逆变器越来越朝着大容量的方向发展。为了满足在大功率应用场合特别是在低压大电流领域的需求，单逆变器技术方案难以满足功率输出的要求，只能采用多个逆变器并联的技术方案以提高逆变器的输出功率。并联技术的采用使得在大容量应用场合采用低功率等级的开关器件成为可能，降低了生产成本；同时，采用并联技术便于进行模块化设计以缩短生产周期，并拓宽了功率模块的使用范围。

然而直流侧电压的波动、电路参数的微小差异等都会使多逆变器并联系统产生环流，较大的环流使功率开关器件承受的电流应力不均衡，缩短元器件的使用寿命，不利于装置稳定可靠地运行。因此，亟需采取有效措施来抑制并联系统中的环流。

对此，论文“单相电压型逆变器并联特性及均流控制”(颜瑾，张雅倩，倪超；《电气传动自动化》2017年第6期P1-6页)以单相电压型逆变器为研究对象，介绍了其数学模型和滤波参数的选取，分析了单相逆变器的并联特性，设计了一种改进型的均流控制策略。采用基于负载电流前馈补偿的双闭环准比例谐振法，提高了系统的动态性能。通过改进虚拟阻抗技术和下垂控制法，可抑制环流并均分功率。最后，利用Matlab/Simulink平台进行系统仿真，仿真结果验证了所提方案的可行性和有效性。但是其理论的前提在于每台机器采样电压一致，所发出的功率一致，但是实际运行结果中，由于每台机器采样精度的不同，所采样的电压也不一样，会导致输出功率不相同，无法做到精确的功率均分，与实际情况会有一段距离。

中国专利一种电池储能系统的多机并联自治控制装置及方法(CN110137989A)公开了与多机并联储能系统链接的变流器主电路，以及与变流器主电路相互链接的上位机和数字信号处理器；上位机通过RS232与数字信号处理连接，根据接收到的多机并联储能系统在调频控制下发出的微电网电压和输出功率，对多机并联储能系统在两次调频控制下的微电网电压；当微电网发生电压越限时，执行励磁电压控制；使得各台电池储能系统快速并入微网，满足即插即用的要求。当多机并联储能系统之间功率输出存在差异时，添加虚拟阻抗，以实现功率均分。但是该专利中虽然提出了通过添加虚拟阻抗的方式实现功率均分，但是虚拟阻抗和下垂控制的方式下，功率均分的精度取决于采样一致性的大小，该专利并未公开怎样解决采样一致性的问题。

中国专利一种多机并联系统及其电网阻抗检测方法(CN109830985A)公开了在需要进行电网阻抗检测时，通过通讯装置控制至少一台逆变器处于并网状态，并控制其他逆变器的输出功率为预设限制功率；所述预设限制功率小于所述多机并联系统中全部逆变器在并网状态下的最小功率；然后由处于并网状态的逆变器对电网阻抗进行检测，并将检测得到的电网阻抗值发送给所述通讯装置；再通过所述通讯装置将所述电网阻抗值以及所述多级并联系统中全部逆变器的台数下发给各台逆变器，使各台逆变器分别对自身参数进行校正，进而使该多机并联系统在弱网时也能实现稳定的并网运行。但是该专利并未公开离网逆变电源的检测方式，以及离网逆变电源的主从控制方式。

电工技术学报中2015年9月文章《多逆变器并联的均流控制策略》本文设计了一套基于主从式控制结构的数字控制器，通过高速光纤串行通信将各个子控制器采集的模拟信号传送至主控制器中进行集中处理；主控制器同样通过高速光纤串行通信向各个从控制器发送相同的脉冲占空比信息，通过高速光纤串行通信同步发送机制，确保各并联逆变器输出电压的一致性；此外，主控制器在每个开关周期内向各个从控制器发送硬件同步信号，确保各个子控制器中三角载波的同步性；在保证逆变器输出端电压基本一致的条件下，提出一种脉冲延时补偿方案对由于逆变器输出阻抗不一致所导致的相电流不均流问题进行了补偿。文章通过高速光纤的方式将各个模拟信号传送至主控制器中集中处理，同时需要同步信号确保同步性，但利用高速光纤实现均流的方法控制的成本过高，且无法远距离传输。而在提高电压采样精度方面，文中的方法是通过集中处理各个子控制器采集的模拟信号进而得到一个统一的信号，处理方法又过于复杂。

在增加虚拟阻抗以及下垂控制的方式下，功率均分的精度取决于各台主从机采样的一致性，采样一致性决定了均流的差别，决定了可以并联的台数，在虚拟阻抗模式下，当采样一致性不准时，主从机就会发生不均流的问题，当不均流产生，输出某一台功率太大的情况下，就会过载容易损坏，进而影响系统的可靠性和稳定性。经检索，现有的公开文件均未提出怎样解决采样一致性的问题，申请人针对此提出改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多逆变器并联系统的主从机自动均流方法，在利用虚拟阻抗和下垂控制方式下，优化了算法，解决主从机之间采样差异而导致的输出不均流问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种多逆变器并联系统的主从机自动均流方法，在采用下垂控制的微电网电压电流环中添加虚拟阻抗，使逆变器输出阻抗呈感性；主机、从机采样微电网电压及并联参数，并在统一的电压及并联参数下进行自均流控制，具体的控制方法包括步骤:

S1：启动主机程序，主机运行于V/F模式，建立微电网；

S2：主机获取采样的微电网电压及并联电流的变化情况，确定单台逆变器运行情况下的微电网参数，结合从机数量确定微电网的下垂曲线系数；

S3：主机将采样的微电网电压和确定的下垂曲线系数发送给从机，从机根据接收的采样值，对其自身采样值进行校准，并根据主机的下垂曲线系数进行下垂控制；

S4：从机获取校准后采样的微电网参数，且根据微电网参数并网运行于P/Q模式。

作为本发明的改进方案，下垂曲线系数k公式为：

其中Uo为微网的额定电压；U_ACREF为单机运行的给定输出电压；N为主从机的总台数；I为单机额定输出电流。

作为本发明的改进方案，S4中，从机运行于P/Q模式时，从机的输出电流通过下垂曲线确定，输出电流公式为：

作为本发明的改进方案，当包括通讯机时，具体的控制方法包括步骤：

S1：主机、从机分别启动程序后，向通讯机发送信号，主机接收到通讯机的开机指令后，先运行于V/F模式，建立微电网；

S2：主机运行并采样获取微电网电压和电网阻抗参数，发送至通讯机，通讯机根据接收的采样值得到统一的微电网电压或并联参数，并根据主机、从机的数量和微电网的运行状态获取统一的下垂曲线系数；

S3：通讯机将统一的微电网电压或并联参数，以及下垂曲线系数发送到从机，从机根据通讯机的反馈各自对其自身的采样值校准，并对下垂曲线参数进行调整；

S4：从机启动运行于P/Q模式。

作为本发明的改进方案，当主机与从机已处于预定的运行模式时，通讯机向主机及从机发送参数校准的指令，主机与从机再分别将自身的运行参数反馈给通讯机，通讯机根据从机与主机的差异性，发出校准指令，并将主机参数发送给从机，从机根据通讯机的指令对自身的采样值校准，并继续运行。

作为本发明的改进方案，通讯机与主机、主机与从机之间通过通讯线连接，主机和从机输出并联在统一的母线上。

有益效果：本发明通过主从机对并联参数进行自校准，使主从机采样的电压或者并联参数一致，主机与从机在统一的微电网电压或采样参数下进行自均流控制，将主从机因为采样不一致而导致的不均流问题进一步减小，输出功率的一致性更好，自均流控制进一步得到优化。本专利使用的参数以主机为准，从机进行校准，实现电压采样的一致性，进而通过下垂控制实现主从机的均流，不需要通过高速光纤串行通讯，成本低且可实现远距离运输。

附图说明

图1为本发明实施例1的系统流程图；

图2为实施例1中主机、从机硬件连接图；

图3为本发明实施例2的系统流程图；

图4为实施例2下的通讯机的控制流程图；

图5为本发明实施例3的系统流程图；

图6为实施例2及实施例3中主机、从机硬件连接图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1，参见图1，一种多逆变器并联系统的主从机自动均流方法，在采用下垂控制的微电网电压电流环中添加虚拟阻抗，使逆变器输出阻抗呈感性；主机、从机采样微电网电压及并联参数，并在统一的电压及并联参数下进行自均流控制，具体的控制方法包括步骤:

S1：启动主机程序，主机运行于V/F模式，只控制输出的电压和频率，建立微电网；微电网电压就是主机、从机逆变器的输出均并联在一起时的电压。

S2：主机获取采样的微电网电压及并联电流的变化情况，确定单台逆变器运行情况下的微电网参数，结合从机数量确定微电网的下垂曲线系数；

S3：主机将采样的微电网电压和确定的下垂曲线系数发送给从机，从机根据接收的采样值，对其自身采样值进行校准，并根据主机的下垂曲线系数进行下垂控制；

S4：从机获取校准后采样的微电网参数，且根据微电网参数并网运行于P/Q模式，主要控制逆变器本身输出的电流和功率。

本实施例不含通讯机，仅包括主机和多台从机，且主机与从机的软件、硬件参数完全一致，单体机器既可以做主机也可以做从机。

参见图2，本实施例中，主机与从机之间采用通讯线连接，且主机与从机的输出端并联在统一的母线上。

实施例2，本实施例与实施例1的区别在于包含通讯机，通过通讯机对电网系统进行控制和协调。如图3-4所示，当包括通讯机时，具体的控制方法包括步骤：

S1：主机、从机分别启动程序后，向通讯机发送信号，主机接收到通讯机的开机指令后，先运行于V/F模式，建立微电网；

S2：主机运行并采样获取微电网电压和电网阻抗参数，发送至通讯机，通讯机将接收的主机采样值发送到主机，并获取统一的微电网并联参数，根据主机、从机的数量和微电网的运行状态获取统一的下垂曲线系数；

S3：通讯机将统一的微电网电压或并联参数，以及下垂曲线系数发送到从机，从机根据通讯机的反馈各自对其自身的采样值校准，并对下垂曲线参数进行调整；

S4：主机与从机并网运行，主机运行于V/F模式，从机启动运行于P/Q模式。

实施例3，如图5所示，本实施例与实施例2的区别在于，本实施例应用在主机与从机已处于预定的运行模式下，可以对主机、从机的并联参数实时校准。此时，通讯机首先向主机及从机发送参数校准的命令，主机与从机再分别采样微电网电压和并联参数，将自身的运行参数反馈给通讯机，通讯机根据采样的一致性判断是否进行参数校准，当差异过大时，发出校准指令，并将主机参数发送给从机，从机根据通讯机的指令对自身的采样值校准，并继续运行。

进一步地，当包括通讯机时，如图6所示，通讯机与主机、主机与从机之间通过通讯线连接，主机和从机输出并联在统一的母线上，并向负载供电。

本发明通过主从机对并联参数进行自校准，使主从机采样的电压或者并联参数一致，主机与从机在统一的微电网电压或采样参数下进行自均流控制，将主从机因为采样误差而导致的不均流问题进一步减小，输出功率的一致性更好，自均流控制进一步得到优化。

虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在本发明的描述中，还需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

故以上所述仅为本申请的较佳实施例，并非用来限定本申请的实施范围；即凡依本申请的权利要求范围所做的各种等同变换，均为本申请权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种多逆变器并联系统的主从机自动均流方法，在采用下垂控制的微电网电压电流环中添加虚拟阻抗，使逆变器输出阻抗呈感性；主机、从机采样微电网电压及并联参数，并在统一的电压及并联参数下进行自均流控制，其特征在于，具体的控制方法包括步骤:

S1：启动主机程序，主机运行于V/F模式，建立微电网；

S2：主机获取采样的微电网电压及并联电流的变化情况，确定单台逆变器运行情况下的微电网参数，结合从机数量确定微电网的下垂曲线系数；

S3：主机将采样的微电网电压和确定的下垂曲线系数发送给从机，从机根据接收的采样值，对其自身采样值进行校准，并根据主机的下垂曲线系数进行下垂控制；

S4：从机获取校准后采样的微电网参数，且根据微电网参数并网运行于P/Q模式。

2.根据权利要求1所述的一种多逆变器并联系统的主从机自动均流方法，其特征在于，下垂曲线系数k公式为：

其中Uo为微网的额定电压；U_ACREF为单机运行的给定输出电压；N为主从机的总台数；I为单机额定输出电流。

3.根据权利要求2所述的一种多逆变器并联系统的主从机自动均流方法，其特征在于，S4中，从机运行于P/Q模式时，从机的输出电流通过下垂曲线确定，输出电流公式为：

4.根据权利要求1-3任一所述的一种多逆变器并联系统的主从机自动均流方法，其特征在于，当包括通讯机时，具体的控制方法包括步骤：

S1：主机、从机分别启动程序后，向通讯机发送信号，主机接收到通讯机的开机指令后，先运行于V/F模式，建立微电网；

S2：主机运行并采样获取微电网电压和电网阻抗参数，发送至通讯机，通讯机根据接收的采样值得到统一的微电网电压或并联参数，并根据主机、从机的数量和微电网的运行状态获取统一的下垂曲线系数；

S3：通讯机将统一的微电网电压或并联参数，以及下垂曲线系数发送到从机，从机根据通讯机的反馈各自对其自身的采样值校准，并对下垂曲线参数进行调整；

S4：从机启动运行于P/Q模式。

5.根据权利要求4所述的一种多逆变器并联系统的主从机自动均流方法，其特征在于，当主机与从机已处于预定的运行模式时，通讯机向主机及从机发送参数校准的指令，主机与从机再分别将自身的运行参数反馈给通讯机，通讯机根据从机与主机的差异性，发出校准指令，并将主机参数发送给从机，从机根据通讯机的指令对自身的采样值校准，并继续运行。

6.根据权利要求5所述的一种多逆变器并联系统的主从机自动均流方法，其特征在于，通讯机与主机、主机与从机之间通过通讯线连接，主机和从机输出并联在统一的母线上。

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