CN116780664B - 一种基于高速通讯的功率模块并联控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种基于高速通讯的功率模块并联控制方法，包括，步骤S1，提供n个功率模块，将其中一功率模块确定为主功率模块，其余的功率模块作为从功率模块；步骤S2，主功率获取最后相位，通过比较获得每所述从功率模块与所述最后相位的相位差值并发送给对应的所述从功率模块；步骤S3，从功率模块根据延时时间设置同步控制相位偏差补偿参数；步骤S4，将所有功率模块切换至下垂控制，并通过锁相环方式将每个功率模块控制在相同的频率运行；本发明采用了主从控制的优点，做到启动输出时，通过自动同步控制相位偏差补偿做到输出电压的相位、频率和幅值一致，为下垂控制的精准控制提供了条件。

Description

一种基于高速通讯的功率模块并联控制方法

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种功率模块并联控制方法。

背景技术

随着用电设备负荷量也越来越大，对电力的需求也持续递增，电力系统规模日益扩大。由于传统的化石能源的短缺和环境恶化等问题日益突出，新能源电力系统得到快速发展，电力的储能以及供配电规模也持续扩大，电力储能和供配电的功率等级也逐步提高。然而作为电力系统中最重要组成部分的功率模块在独立工作时也会存在功率等级不足的问题，如果只是增加功率模块的功率等级，单台功率模块的成本将会大大增加。通过功率模块并联可极大地提高供电系统功率等级。而在功率模块并联过程中，功率模块之间会出现环流、功率模块的功率分配不均等问题，甚至还可能导致并联失败。

目前，功率模块并联的技术主要分为有线并联控制和无线并联控制。有线并联控制中，主要有集中控制方案、主从控制方案和分布式方案等，但都存在缺陷如主从控制中不能实现冗余控制，主机宕机则系统瘫痪。而基于功率下垂控制的无线并联控制策略相比于有线，不需要获得其它功率模块输出功率信息，也避免了有线互联中引入噪音。但是传统的下垂控制算法也存在稳态均流精度低等缺陷。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于高速通讯的功率模块并联控制方法，解决以上技术问题；本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：一种基于高速通讯的功率模块并联控制方法，包括，步骤S1，提供n个设置编号的功率模块并将所述功率模块按顺序相互连接，将其中一所述功率模块确定为主功率模块，其余的所述功率模块作为从功率模块；步骤S2，所述主功率模块根据所述从功率模块发送的本地相位信息获取最后相位，通过比较获得每个所述从功率模块与所述最后相位的相位差值并发送给对应的所述从功率模块；步骤S3，所述从功率模块根据延时时间设置同步控制相位偏差补偿参数，调整所述同步控制相位偏差补偿参数直至每台所述从功率模块输出电压波形保持一致，所述主功率模块获取改变后的所述从功率模块的所述相位差值计算相位偏差，所述主功率模块基于所述相位偏差进行延时调整直至所述主功率模块的输出电压波形与所述从功率模块输出电压波形一致；步骤S4，将所有所述功率模块切换至下垂控制，通过所述功率模块输出的下垂特性，所述功率模块根据自身的有功功率和无功功率调整输出电压的频率和幅值后均流运行，并通过锁相环方式将每个所述功率模块控制在相同的频率运行；其中n为大于1的自然数。

优选的，步骤S1中，第j功率模块的主控板的发送端通过光纤与相邻的第j+1功率模块的主控板的接收端连接，所述第j功率模块的主控板的接收端通过光纤与所述第j+1功率模块的主控板的发送端连接；其中j为正整数，1≤j≤n-1。

优选的，步骤S2包括，步骤S21，所述主功率模块发送开机启动指令，所有所述功率模块同步启动；步骤S22，每一所述从功率模块与所述主功率模块进行通信，向所述主功率模块发送所述本地相位信息；步骤S23，所述主功率模块根据所述从功率模块发送的本地相位信息获取最后相位，通过比较获得每个所述从功率模块与所述最后相位的相位差值；步骤S24，所述主功率模块将所述从功率模块与所述最后相位的相位差发送至对应的所述从功率模块。

优选的，步骤S2还包括，判断所述主功率模块是否故障，若否，正常启动；否则，系统报警并检测剩余编号中是否存在尚未检测出故障的所述从功率模块，若是确定其中一所述功率模块作为所述主功率模块；否则，所有所述功率模块停机。

优选的，步骤S23中，所述相位差值的计算公式为，

；

其中，为所述相位差值，/>所述主功率模块的输出电压波形与所述从功率模块的输出电压波形之间的时间差，/>为波形周期。

优选的，步骤S21中，通过锁相环方式根据所述功率模块各相电压计算交流侧的相位角度，将所述相位角度作为初始角度启动输出，进行各所述功率模块的同步启动。

优选的，步骤S4中下垂控制公式为，

；

其中为所述功率模块空载时的输出电压，/>为所述功率模块空载时的频率，为第一频率下垂系数，/>为第一电压下垂系数，/>为所述功率模块的有功功率，/>为所述功率模块的无功功率；

其中，第i功率模块的有功功率和无功功率/>为，

；

其中为所述第i功率模块的功角，/>为空载电压幅值，/>为母线电压有效值，/>为所述第i功率模块输出阻抗与连线上的阻抗之和。

优选的，步骤S4中，实时采样所述从功率模块的交流输出侧的三相电流和三相电压并发送至所述主功率模块，所述主功率模块根据获得的电压电流总和得到电流电压值的算术平方根并对应每个所述从功率模块的电流电压值进行加权，公式为，

；

；

其中为所述从功率模块加权后的电压值，/>为所述从功率模块加权后的电流值，/>为加权比例系数，/>为单个所述功率模块的三相电压，/>为单个所述功率模块的三相电流，/>为所述功率模块的数量，所述加权比例系数/>基于不同所述功率模块的功率等级比例生成。

优选的，步骤S4中，计算每个所述功率模块的理论电压值和理论电流值，经dq坐标变换和功率计算后，获得所述功率模块的有功功率和无功功率/>，基于采样的所述功率模块的电流实际值与所述功率模块加权后的电流值进行比较获得差值，并计算所述频率下垂系数/>和电压下垂系数/>的调整系数，计算获得调整后的频率下垂系数/>和调整后的电压下垂系数/>进行下垂控制，采用所述调整后的频率下垂系数/>和所述调整后的电压下垂系数/>进行下垂控制的公式为，

；

所述调整后的频率下垂系数和所述调整后的电压下垂系数/>的计算公式为，

；

；

其中，为所述频率下垂系数，/>为所述电压下垂系数，/>为双曲函数，∆I为所述功率模块的电流实际值与所述功率模块加权后的电流值的差值，计算公式为，

；

；

其中所述功率模块的电流实际值，/>为所述功率模块加权后的电流值，/>为所述加权比例系数，/>为单个所述功率模块的三相电流。

优选的，步骤S4中，还包括对所述功率模块的输出电压和无功功率进行调节，调节公式为，

；

其中，为所述功率模块的频率，/>为所述功率模块的输出电压，/>为所述功率模块空载时的输出电压，/>分别为电压和无功调节输出值，计算公式为，

；

其中电压额定值调节的积分系数，为无功均分调节的比例系数，/>为无功均分调节的积分系数，/>为所述功率模块的电压额定参考值，/>为各所述功率模块的输出功率之和的平均值，/>为所述功率模块的电压输出值，/>为所述功率模块的频率值。

本发明的有益效果：由于采用以上技术方案，本发明采用了主从控制的优点，做到启动输出时，通过自动同步控制相位偏差补偿做到输出电压的相位、频率和幅值一致，为下垂控制的精准控制提供了条件。

附图说明

图1为本发明实施例中功率模块并联控制方法的步骤示意图；

图2为本发明实施例中功率模块的主控板连接示意图；

图3为本发明实施例中功率模块的并联示意图；

图4为本发明实施例中步骤S2的步骤示意图；

图5为本发明实施例中步骤S2的流程图；

图6为本发明实施例中下垂控制算法图；

图7为本发明实施例中功率模块电流波形图；

图8为本发明实施例中有功功率图；

图9为本发明实施例中无功控制算法图；

图10为本发明实施例中无功功率图。

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作出创造性劳动的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。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

一种基于高速通讯的功率模块并联控制方法，如图1所示，包括，步骤S1，提供n个设置编号的功率模块1并将功率模块1按顺序相互连接，将其中一功率模块1确定为主功率模块，其余的功率模块1作为从功率模块；步骤S2，主功率模块根据从功率模块发送的本地相位信息获取最后相位，通过比较获得每个所述从功率模块与所述最后相位的相位差值并发送给对应的所述从功率模块；步骤S3，从功率模块根据延时时间设置同步控制相位偏差补偿参数，调整同步控制相位偏差补偿参数直至每台从功率模块输出电压波形保持一致，主功率模块获取改变后的从功率模块的相位差值计算相位偏差，主功率模块基于相位偏差进行延时调整直至主功率模块的输出电压波形与从功率模块输出电压波形一致；步骤S4，将所有功率模块1切换至下垂控制，通过功率模块1输出的下垂特性，功率模块1根据自身的有功功率和无功功率调整输出电压的频率和幅值后均流运行，并通过锁相环方式将每个功率模块1控制在相同的频率运行；其中n为大于1的自然数。

具体地，本发明基于现有技术的存在的不足，提供了一种基于光纤高速通讯的结合主从控制方案和下垂控制方法的功率模块1并联控制方法。基于光纤高速通讯的功率模块1并联系统由功率模块1、显示屏组成。功率模块1通过子板连接到主控板组成并传输控制命令和运行状态信息，功率模块1通过电缆连接并联后接在负载3上，主控板通过485通讯口连接到显示屏。主控板与主控板之间再通过光纤连接。主控板的光纤发送端和接收端互相连接并传送输出电流、电压和运行状态信息。

在一种较优的实施例中，步骤S1中，第j功率模块的主控板的发送端通过光纤与相邻的第j+1功率模块的主控板的接收端连接，第j功率模块的主控板的接收端通过光纤与第j+1功率模块的主控板的发送端连接；其中j为正整数，1≤j≤n-1。

具体地，如图2所示，连接以相邻的两个功率模块1：第一功率模块11和第二功率模块12为例，其中第一功率模块11的第一主控板111通过光纤发送端与第二功率模块12的第二主控板121的接收端相连，第一功率模块11的接收端通过光纤与第二功率模块12的发送端相连，第一功率模块11的第一主控板111连接有第一模拟量板112，第二功率模块12的第二主控板121连接有第二模拟量板122，光纤中传输的是单台功率模块1的实时输出电流、电压和运行状态信息。功率模块1采用为互联式并联控制时，应按照从上到下的顺序进行光纤通讯连接。如图3所示，每个功率模块1交流输出侧通过电缆连接并联后接在负载3上，直流侧通过接在同一直流母线2上。

具体地，因为功率模块1采用为互联式并联，所以按照从上到下的顺序进行光纤通讯连接。

在一种较优的实施例中，如图4，图5所示，步骤S2包括，步骤S21，主功率模块发送开机启动指令，所有功率模块1同步启动；步骤S22，每一从功率模块与主功率模块进行通信，向主功率模块发送本地相位信息；步骤S23，主功率模块根据从功率模块发送的本地相位信息获取最后相位，通过比较获得每个从功率模块与最后相位的相位差值；步骤S24，主功率模块将从功率模块与最后相位的相位差发送至对应的从功率模块。

具体地，首先为功率模块1设置编号1~n，设置同步控制主从设置使能，确定其中一个功率模块作为主机，本发明可以任意设置主从功率模块，但是一主多从，即只能设置一个主机，其余功率模块作为从机。

主功率模块发送开机启动指令，主功率模块和从功率模块开机启动脉冲输出，这里只需要设置主功率模块参数，从功率模块不用再次设置；进一步的，判断主功率模块是否故障，如果主功率模块故障无法正常启动，系统报警，系统自动检测从功率模块剩余编号，自动判断一个功率模块作为主功率模块。设置判断如果第N次主机依旧故障，停机。

主功率模块发送开机启动指令后所有功率模块1均同步启动，主功率模块下发脉冲使能之后，每台从功率模块与主功率模块进行通信，向主功率模块发送本地相位信息；主功率模块通过比较每台从功率模块相位获取最后相位，通过比较每台从功率模块与最后相位的相位差值发送给对应的从功率模块，从功率模块根据延时时间设置同步控制相位偏差补偿参数，调整该参数使延时时间尽可能缩小至完全同步，使每台从功率模块输出电压波形保持一致。

进一步的，主功率模块获取改变后的从功率模块相位差值自动计算相位偏差，主功率模块延时以匹配从功率模块从而做到主从机同步输出电压。

在一种较优的实施例中，步骤S2还包括，判断主功率模块是否故障，若否，正常启动；否则，系统报警并检测剩余编号中是否存在尚未检测出故障的从功率模块，若是确定其中一功率模块作为主功率模块；否则，所有功率模块停机。

在一种较优的实施例中，步骤S23中，相位差值的计算公式为，

；

其中，为相位差值，/>主功率模块的输出电压波形与从功率模块的输出电压波形之间的时间差，/>为波形周期。

具体地，通过测量两个波形之间的时间差，然后将其转化为相位差。因为两个波形之间的相位差与它们之间的时间差有一定的关系， 所以可以通过相位比较法公式来计算相位差。

在一种较优的实施例中，步骤S21中，通过锁相环方式根据功率模块1各相电压计算交流侧的相位角度，将相位角度作为初始角度启动输出，进行各功率模块1的同步启动。

光纤从主站发送的数据格式为：

；

光纤从从站发送的数据格式为：

；

注：监控系统循环向功率模块1发送要读取的数据起始地址与个数，功率模块1将要上传显示的数据信息打包发送至监控主站，数据以低地址到高地址的顺序排列，每个数据占用2个字节。

具体地，所有功率模块1同步启动校完相位后，此时每个输出的电压的频率相同。所有模块切换至下垂控制，利用功率模块1输出的下垂特性各模块以自身的有功和无功功率为依据，调整自身输出电压的频率和幅值以达到各台功率模块1的均流运行。又因为通过锁相环，此时每个输出的电压的频率相同。在各个并联功率模块1之间增加光纤互联通信线。实时传输输出电流、电压和运行状态信息，以便于对输出电流电压的信息采集均分加权。

在一种较优的实施例中，步骤S4中下垂控制公式为，

；

其中为功率模块1空载时的输出电压，/>为功率模块1空载时的频率，/>为第一频率下垂系数，/>为第一电压下垂系数，/>为功率模块1的有功功率，/>为功率模块1的无功功率；

其中，第i功率模块1的有功功率和无功功率/>为，

；

其中为第i功率模块1的功角，/>为空载电压幅值，/>为母线电压有效值，/>为第i功率模块1输出阻抗与连线上的阻抗之和。

具体地， 如图6所示，图6为下垂控制的算法框图，利用功率模块1输出的下垂特性各模块以自身的有功和无功功率为依据，调整自身输出电压的频率和幅值以达到各台功率模块1的均流运行。在各个并联功率模块1之间增加光纤互联通信线。实时传输输出电流、电压和运行状态信息，以便于对输出电流电压的信息采集均分加权。而且传统下垂控制策略实现均流是以牺牲功率模块1输出电压大小和频率精度为代价的。在稳态时负载越大频率和电压下降越大，使功率模块1的输出外特性变软，因此合适的下垂系数的选取是下垂控制的难点，本发明通过对加权后的电流电压值与实际电流电压值的差值，采用了一种新的下垂系数快速达到设置的有功功率和无功功率。

第i功率模块1输出电流：

；

其中是第i功率模块1的输出电流，第i功率模块1输出阻抗与连线上的阻抗之和为/>，其中/>；/>为设备空载电压幅值以其为参考，/>为设备输出电压的相角；/>为母线电压有效值。/>为第i功率模块1功角，即功率模块1等效内电动势E与交流母线电压U之间的夹角。

根据以上电路可以得出第i功率模块1的有功功率和无功功率/>为，

；

具体地，功率模块1的电压角频率比相角差更加容易监视，所以用角频率代替相角差得到下垂控制公式，

；

其中为功率模块1空载时的输出电压，/>为功率模块1空载时的频率，/>为第一频率下垂系数，/>为第一电压下垂系数，对于两台相同功率的功率模块1下垂系数如下式所示，本实施例仍旧以第一功率模块11和第二功率模块12为例，

；

以相同功率等级的两台功率模块为例分析下垂控制的基本过程。

（1）有功功率分配分析：

假设一开始第一功率模块11的有功功率第二功率模块12的有功功率/>， 根据频率下垂公式给定频率/>，会导致/>，而/>和有功功率是成正比例的，所以有/>，所以 /> 会减小，P2会增大，最终实现两台功率模块1有功功率相等。

（2）无功功率分配分析：

假设一开始第一功率模块11的无功功率第二功率模块12的无功功率/>，根据电压下垂公式给定电压 />，而/>与无功功率是成正比的，所以有 />，这样 会减小，/> 会增加。最终实现两台功率模块1输出无功功率相等。

功率计算：功率模块1输出电流变换到坐标系为 />。功率模块1输出电压空间矢量和功率模块1输出电流空间矢量用复数表示为:

；

输入功率模块1的复数功率为输入电压矢量与电流矢量共轭的乘积:

；

得功率模块1在两相旋转坐标系dq下的有功功率和无功功率 (等功率坐标变换) :

；

一般功率计算后需要经过低通滤波器滤波。

等幅值变换条件下:

；

功率计算完成。

在一种较优的实施例中，步骤S4中，实时采样从功率模块的交流输出侧的三相电流和三相电压并发送至主功率模块，主功率模块根据获得的电压电流总和得到电流电压值的算术平方根并对应每个从功率模块的电流电压值进行加权，公式为，

；

；

其中为从功率模块加权后的电压值，/>为从功率模块加权后的电流值，/>为加权比例系数，/>为单个功率模块1的三相电压，/>为单个功率模块1的三相电流，/>为功率模块1的数量，加权比例系数/>基于不同功率模块1的功率等级比例生成。

具体地，通过实时采样交流输出侧三相电流和三相电压发送给主功率模块，主功率模块根据从功率模块数量N进行N+1求和，获得电压电流总和，再除以n，n=N+1。得到电流电压值的算术平方根。再根据每个模块的实际情况对平局值进行加权：

具体地，对于多台不同功率的功率模块1下垂系数如下式所示，

；

因此通过不同功率模块1的功率等级比例生成加权比例系数，

；

从而得到每台功率模块1的理论电压和理论电流/>。

在一种较优的实施例中，步骤S4中，计算每个功率模块1的理论电压值和理论电流值/>，经dq坐标变换和功率计算后，获得功率模块1的有功功率/>和无功功率/>，基于采样的功率模块1的电流实际值与功率模块1加权后的电流值进行比较获得差值，并计算频率下垂系数/>和电压下垂系数/>的调整系数，计算获得调整后的频率下垂系数/>和调整后的电压下垂系数/>进行下垂控制，采用调整后的频率下垂系数/>和调整后的电压下垂系数/>进行下垂控制的公式为，

；

调整后的频率下垂系数和调整后的电压下垂系数/>的计算公式为，

；

；

其中，为频率下垂系数，/>为电压下垂系数，/>为双曲函数，∆I为功率模块1的电流实际值与功率模块1加权后的电流值的差值，计算公式为，

；

；

其中功率模块1的电流实际值，/>为功率模块1加权后的电流值，/>为加权比例系数，/>为单个功率模块1的三相电流。

具体地，将理论电压电流值进行dq变换和功率计算后，求出的有功P和无功功率Q，再进行下垂控制计算。

下垂控制的功率控制数学表达式为:

；

为频率下垂系数/>，/>为电压下垂系数，/>为电网的额定角频率，/>、/>为微电源在额定频率下的输出有功功率、无功功率（可自定义），/>为微电源电压幅值，/>、分别为逆变电源输出有功和无功功率值。有功功率偏差经过下垂控制系数后得到角频率增量，加上额定角频率后可以得到给定角频率，即有功调频；无功功率偏差经过下垂控制系数后得到电压幅值增量，加上额定相电压幅值后，可以得到给定电压幅值，即无功调压。

取余后得到，用来进行坐标变换。加上相位信号用于生成三相静止坐标系下的电压相位给定信号。电压幅值和正弦信号相乘，得到三相静止坐标系下的电压给定信号。将三相变换到两相旋转坐标系上，得到两相旋转坐标系下的电压给定信号。

因为下垂系数的选取对系统的均流性能有较大影响。下垂系数的越大可以更好的均分功率和电流均流。如果下垂系数选取较小时并联的均流性能较差。但大的下垂系数在稳态时输出电压的幅值和频率偏差也大，在动态调节时超调大容易引起系统不稳定。本发明采用下垂系数为采样实际值与加权后的电流电压值进行比较获得差值得到，再通过作为频率下垂系数/>、电压下垂系数/>的调整系数，计算获得调整后的频率下垂系数/>和调整后的电压下垂系数/>进行下垂控制，调整后的频率下垂系数/>和调整后的电压下垂系数/>的计算公式为，

；

；

其中，/>，/>作为调整后的频率下垂系数，/>作为调整后的电压下垂系数，采用调整后的频率下垂系数/>和调整后的电压下垂系数/>进行下垂控制，公式为，

；

因为在/>趋向于无穷时/>趋向于1，下垂系数适当增大，加快均流速度。/>趋向于0时/>趋向0，下垂系数重新变回/>、/>。因此下垂系数的在增大时更好的均分功率和电流均流，同时也解决了大的下垂系数在稳态时输出电压的幅值和频率偏差也大的问题。

如图7，图8所示，以两个功率模块并联仿真为例，可以看到在新的下垂系数下，并联的两个功率模块可以做到快速均流和有功功率的平均分配，并且在大的下垂系数下，在趋于稳态时输出电压的幅值和频率的偏差没有引起大的超调和造成系统不稳定。

在一种较优的实施例中，步骤S4中，还包括对功率模块1的输出电压和无功功率进行调节，调节公式为，

；

其中，为功率模块1的频率，/>为功率模块1的输出电压，/>为功率模块1空载时的输出电压，/>分别为电压和无功调节输出值，计算公式为，

；

其中电压额定值调节的积分系数，为无功均分调节的比例系数，/>为无功均分调节的积分系数，/>为功率模块1的电压额定参考值，/>为各功率模块1的输出功率之和的平均值，/>为功率模块1的电压输出值，/>为功率模块1的频率值。

具体地，如图9所示，系统稳定运行时，系统中的每台功率模块1必须工作在相同的频率，所以有功功率是精确分配的，即，成比例关系，这里可以用之前的/>比例权重。但是无功功率并不一定实现精确分配。由式/>可知，无功功率的分配误差等于两台功率模块1的电压幅值差。因此想要实现对无功的精准控制只需要对电压和无功进行改进。

当连接线路阻抗值不一致时会引起功率模块1到公共连接点（PCC点）的电压降落不同，引起无功功率不能合理分配。为了保证电压的质量和高精度分配。本发明引入了电压和无功功率调节，使电压保持额定输出，无功功率合理分配。当负荷无功增加(减小)导致电压幅值减小(增大)时，通过电压调节控制，上移(下移)电压下垂控制曲线使电压恢复到额定值。无功调节直接控制无功的分配，使无功分配不受功率模块1端电压的影响，进而消除线路阻抗不一致引起的无功不能均分问题，实现高精度分配无功功率。

功率模块1输出电压和频率参考值分别为 和 />，如下式所示，

；

其中，

；

式中:电压额定值调节的比例和积分系数， />分别为无功均分调节的比例和积分系数，/>为功率模块1电压额定参考值，/>为各功率模块1输出功率之和的平均值，/>分别为电压和无功调节输出值。

加入电压和无功功率调节的功率模块1，将电压调节通过将功率模块1输出电压与参考值比较，然后把差值经过比例积分调节控制器， 再叠加到传统下垂控制输出的电压值，得到补偿后电压输入到电压电流双环控制，最终使电压恢复到额定值。同理，可对无功进行调节， 使无功高精度分能。两个功率模块并联仿真可以看到无功功率均功率。

如图10所示，引入电压和无功功率调节，使电压和无功保持额定输出，无功功率合理分配，以两个功率模块并联仿真为例，可以看出无功功率实现了均匀分配，实现了高精度分配无功功率。

综上，本发明的优点在于：采用了主从控制的优点，做到启动输出时，通过自动同步控制相位偏差补偿做到输出电压的相位、频率和幅值一致。为下垂控制的精准控制提供了条件。且主从任意切换，主机宕机时，可以依次切换从机为主机，系统不会瘫痪。

在下垂控制中通过光纤相互连接实时传输和接受输出电流和电压，通过对各个模块电流电压的平均值加权，且在下垂控制采用了一种新的电压电流差值控制下垂系数以更好的均分功率和电流均流，同时也可以做到精准对有功和无功的控制。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于高速通讯的功率模块并联控制方法，其特征在于，包括，

步骤S1，提供n个设置编号的功率模块并将所述功率模块按顺序相互连接，将其中一所述功率模块确定为主功率模块，其余的所述功率模块作为从功率模块；

步骤S2，所述主功率模块根据所述从功率模块发送的本地相位信息获取最后相位，通过比较获得每个所述从功率模块与所述最后相位的相位差值并发送给对应的所述从功率模块；

步骤S3，所述从功率模块根据延时时间设置同步控制相位偏差补偿参数，调整所述同步控制相位偏差补偿参数直至每台所述从功率模块输出电压波形保持一致，所述主功率模块获取改变后的所述从功率模块的所述相位差值计算相位偏差，所述主功率模块基于所述相位偏差进行延时调整直至所述主功率模块的输出电压波形与所述从功率模块输出电压波形一致；

步骤S4，将所有所述功率模块切换至下垂控制，通过所述功率模块输出的下垂特性，所述功率模块根据自身的有功功率和无功功率调整输出电压的频率和幅值后均流运行，并通过锁相环方式将每个所述功率模块控制在相同的频率运行；

其中n为大于1的自然数。

2.根据权利要求1所述的功率模块并联控制方法，其特征在于，步骤S1中，第j功率模块的主控板的发送端通过光纤与相邻的第j+1功率模块的主控板的接收端连接，所述第j功率模块的主控板的接收端通过光纤与所述第j+1功率模块的主控板的发送端连接；其中j为正整数，1≤j≤n-1。

3.根据权利要求1所述的功率模块并联控制方法，其特征在于，步骤S2包括，

步骤S21，所述主功率模块发送开机启动指令，所有所述功率模块同步启动；

步骤S22，每一所述从功率模块与所述主功率模块进行通信，向所述主功率模块发送所述本地相位信息；

步骤S23，所述主功率模块根据所述从功率模块发送的本地相位信息获取最后相位，通过比较获得每个所述从功率模块与所述最后相位的相位差值；

步骤S24，所述主功率模块将所述从功率模块与所述最后相位的相位差发送至对应的所述从功率模块。

4.根据权利要求1所述的功率模块并联控制方法，其特征在于，步骤S2还包括，判断所述主功率模块是否故障，若否，正常启动；否则，系统报警并检测剩余编号中是否存在尚未检测出故障的所述从功率模块，若是确定其中一所述功率模块作为所述主功率模块；否则，所有所述功率模块停机。

5.根据权利要求3所述的功率模块并联控制方法，其特征在于，步骤S23中，所述相位差值的计算公式为，

；

其中，为所述相位差值，/>所述主功率模块的输出电压波形与所述从功率模块的输出电压波形之间的时间差，/>为波形周期。

6.根据权利要求3所述的功率模块并联控制方法，其特征在于，步骤S21中，通过锁相环方式根据所述功率模块各相电压计算交流侧的相位角度，将所述相位角度作为初始角度启动输出，进行各所述功率模块的同步启动。

7.根据权利要求1所述的功率模块并联控制方法，其特征在于，步骤S4中下垂控制公式为，

；

其中为所述功率模块空载时的输出电压，/>为所述功率模块空载时的频率，/>为第一频率下垂系数，/>为第一电压下垂系数，/>为所述功率模块的有功功率，/>为所述功率模块的无功功率；

其中，第i功率模块的有功功率和无功功率/>为，

；

其中为所述第i功率模块的功角，/>为空载电压幅值，/>为母线电压有效值，/>为所述第i功率模块输出阻抗与连线上的阻抗之和。

8.根据权利要求7所述的功率模块并联控制方法，其特征在于，步骤S4中，实时采样所述从功率模块的交流输出侧的三相电流和三相电压并发送至所述主功率模块，所述主功率模块根据获得的电压电流总和得到电流电压值的算术平方根并对应每个所述从功率模块的电流电压值进行加权，公式为，

；

；

其中为所述从功率模块加权后的电压值，/>为所述从功率模块加权后的电流值，/>为加权比例系数，/>为单个所述功率模块的三相电压，/>为单个所述功率模块的三相电流，/>为所述功率模块的数量，所述加权比例系数/>基于不同所述功率模块的功率等级比例生成。

9.根据权利要求8所述的功率模块并联控制方法，其特征在于，步骤S4中，计算每个所述功率模块的理论电压值和理论电流值，经dq坐标变换和功率计算后，获得所述功率模块的有功功率和无功功率/>，基于采样的所述功率模块的电流实际值与所述功率模块加权后的电流值进行比较获得差值，并计算所述频率下垂系数/>和电压下垂系数/>的调整系数，计算获得调整后的频率下垂系数/>和调整后的电压下垂系数/>进行下垂控制，采用所述调整后的频率下垂系数/>和所述调整后的电压下垂系数/>进行下垂控制的公式为，

；

所述调整后的频率下垂系数和所述调整后的电压下垂系数/>的计算公式为，

；

；

其中，为所述频率下垂系数，/>为所述电压下垂系数，/>为双曲函数，∆I为所述功率模块的电流实际值与所述功率模块加权后的电流值的差值，计算公式为，

；

；

其中所述功率模块的电流实际值，/>为所述功率模块加权后的电流值，/>为所述加权比例系数，/>为单个所述功率模块的三相电流。

10.根据权利要求1所述的功率模块并联控制方法，其特征在于，步骤S4中，还包括对所述功率模块的输出电压和无功功率进行调节，调节公式为，

；

其中，为所述功率模块的频率，/>为所述功率模块的输出电压，/>为所述功率模块空载时的输出电压，/>分别为电压和无功调节输出值，计算公式为，

；

其中电压额定值调节的积分系数，/>为无功均分调节的比例系数，/>为无功均分调节的积分系数，/>为所述功率模块的电压额定参考值，/>为各所述功率模块的输出功率之和的平均值，/>为所述功率模块的电压输出值，/>为所述功率模块的频率值。