CN1503426A - 变流器并联运转的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种变流器并联运转的控制方法，其控制回路主要包含一电压回馈电路及一电流正馈电路。该电压回馈电路包含一稳压控制电路及一波形控制电路，该稳压控制电路用以提供负载电压振幅维持一定值，该波形控制电路用以改善输出电压的总谐波失真率。该电流正馈电路将变流器输出电流取出并分出基本波及谐波成分再予以放大，放大的基波成分用作为变流器之间的基波阻尼以抑制变流器间的环流，而放大的谐波成分则作为输出滤波器的阻尼以防止输出滤波器产生的高频振荡。将该电压回馈电路及电流正馈电路的输出相加形成调变信号，并将该调变信号输出至一脉宽调变电路即可获得变流器的驱动信号。
Description
技术领域
本发明涉及一种变流器的控制方法，特别是涉及到变流器并联运转的控制方法，以减少变流器间的环流及降低非线性负载下输出电压的总谐波失真率。
背景技术
为了提供大容量及高品质的交流电能，可选用单一大容量变流器(inverter)或多个小容量变流器并联方式完成。基于考虑系统的扩充性及可靠性，采用多个小容量变流器并联运转将优于单一大容量变流器单独运转。
然而，变流器并联运转的主要问题在于负载电流的分配，应避免该负载电流分配不均所造成的个别变流器过载；此外则应避免变流器间的环流所造成的变流器电能损失增加，降低整体变流器的效率，并可能造成变流器过载。
现有的应用于并联运转的变流器控制方法包含主(master)从(slave)式控制方法、集中分流控制方法、分布逻辑控制方法、环型控制方法及下垂控制方法等。
主从式控制方法必须利用一台主变流器操作成电压控制模式，使输出电压稳定并降低总谐波失真率，其他变流器作为从变流器，从变流器操作成电流控制模式来均分负载电流，它需要一个负载电流分配电路分配每个变流器所需负担的电流，因此变流器的间必须互相传递分配电流的信号。
集中分流控制方法类似于主从式控制方法，两者差别在于该集中分流控制方法的所有变流器均为电流控制模式，它也需利用一负载电流分配电路分配每个变流器所需负担的电流。各个变流器均利用电压及电流双控制回路方式控制，因此能使输出电压维持稳定及低总谐波失真率。
分布逻辑控制法是利用每个变流器输出电流均传送至每个变流器的控制电路，该控制电路将收集的全部变流器输出电流取平均值以作为参考信号，以电流控制模式控制该变流器的输出电流与参考信号一致，借此达成均流目的。
环型控制法与分布逻辑控制法类似，两者差别在于环型控制法中变流器的控制器并不收集全部变流器的输出电流，只取前一个变流器的输出电流做为参考信号，而第一部变流器则取最後一部变流器输出电流做为参考信号。全部所有变流器的控制器形成环型架构，变流器利用电流控制模式控制该变流器的输出电流与参考信号一致，因此，达成使所有变流器的输出电流一致。
前述四种控制方法变流器之间必须互相传递分配电流的信号，这些互相传递分配电流的信号容易遭受干扰，因此将影响并联变流器电源系统的可靠度。
另一种变流器并联的控制方法是下垂控制法，其利用现有的P-Q控制法完成，该P-Q控制法可通过控制变流器输出电压的相位完成控制该变流器输出的有功功率，而可通过控制该变流器输出电压的振幅完成控制该变流器输出的无功功率。下垂控制法为了使并联变流器系统稳定操作，所以均使相位(频率)及振幅与变流器输出电流关系呈负斜率关系，因此称为下垂控制法。该下垂控制法的负载电压将随负载电流上升而下降，且各个变流器输出电流并不一致。若下垂斜率变大则各个变流器均流效果变佳，但电压调整率亦变大；反之若下垂率变小则可降低电压调整率，但各个变流器均流效果将变差。虽然该下垂控制法省略变流器之间互相传递分配电流的信号，但是存在着无法使每一变流器均流且负载电压调整率增大等缺点。
发明内容
本发明主要目的是提供一种变流器并联运转的控制方法，在并联变流器之间可省略分配电流的传递，使本发明具有提升变流器电源系统可靠度的功效，且亦可有效改善负载端的电压调整率、抑制变流器间的环流及改善非线性负载下变流器输出电压总谐波失真率的功效。
根据本发明的变流器并联运转的控制方法，其控制电路主要包含一电压回馈电路及一电流正馈电路。该电压回馈电路又包含一稳压控制电路及一波形控制电路，该稳压控制电路用以提供负载电压振幅维持一定值而不受负载影响，该波形控制电路用以控制负载电压的波形以降低其谐波失真率，以便提供高品质交流电源至负载，且该波形控制电路的增益可在某一范围内变化，它的增益则与该变流器的输出电流大小呈反向变化，以使各变流器的输出电流能尽可能达到均流效果。该电流正馈电路将变流器输出电流取出并分出基波及谐波成分再予以放大不同倍率，因为变流器的输出电压间若存在着相位/振幅的差异，则将产生很大的基频环流在变流器间流动，该放大的电流基波成分即用以等效成一基频电阻串联在该变流器的输出端，以抑制变流器间形成的基频环流，抑制效果则正比于该基波成份的放大倍率；而该放大的电流谐波成分则用以等效成一谐波电阻串联于变流器的输出滤波器作为阻尼，以防止输出滤波器产生的高频振荡，由于该等效谐波电阻的加入可简化该波形控制电路的设计，且可使该波形控制电路设计在较高的增益，以减小非线性负载下输出电压的总谐波失真率。将该电压回馈电路及电流正馈电路的输出相加形成调变信号，将该调变信号输出至一脉宽调变电路即可获得变流器的驱动信号。
本发明的电压回馈电路的波形控制电路的放大倍率与该变流器的输出电流大小呈反向变化，且该电流正馈电路可使变流器操作成一等效基频电阻串联于变流器回路上，以抑制变流器间的环流，因此可使变流器间尽可能达到均流效果。
本发明提供一种变流器并联的控制方法，其在并联变流器之间可省略分配电流的传递，以提升可靠度，此外，它亦可有效改善负载端的电压调整率、抑制变流器间的环流及改善非线性负载下变流器输出电压总谐波失真率的功效。
附图说明
图1是本发明较佳实施例变流器并联运转的架构示意图；
图2是本发明较佳实施例变流器并联运转的控制方法的控制方块示意图。
图号说明：
1电压回馈电路
10稳压控制电路 100第一平方根根值电路
101设定值 102减法器
103控制器 104锁相电路
105弦波产生器 106乘法器
11波形控制电路 110减法器
111第二均方根值电路
112设定值 113减法器
114限制器 115乘法器
2电流正馈电路 200带通滤波器
201第一放大器 202减法器
203第二放大器 204加法器
3加法器
4脉冲调变电路
具体实施方式
图1揭示本发明较佳实施例变流器并联运转的架构示意图；图2揭示本发明较佳实施例变流器并联运转控制方法的控制方决示意图。
请参照图1所示，N个变流器并联操作，每个变流器有一直流电源连接到其直流输入端，一电感及电容组成的低通滤波器接至其输出端用以滤除变流器电力电子开关元件高频切换谐波，所有变流器输出经低通滤波器後并联操作并送经一负载使用。
请参照图2所示，从变流器分别取样输出电流Iinv及负载电压Vac用于本发明变流器并联运转的控制方法。
请参照图2所示，本发明较佳实施例变流器并联运转主要包含两个控制回路，其一控制回路为电压回馈电路1，另一控制回路为电流正馈电路2。该控制方法包含一电压回馈电路1、一电流正馈电路2、一加法器3及一脉冲调变电路4。该电压回馈电路1又包含一稳压控制电路10及一波形控制电路11。
请再参照图2所示，该稳压控制电路10用以提供负载电压振幅维持一定值而不受负载影响。该稳压控制电路10从变流器取出负载电压Vac经一第一均方根值电路100取出其均方根值信号，将该均方根值信号与一设定值101送至一减法器102相减。该设定值101为期望的负载电压Vac的均方根值。在该减法器102相减结果输出至一控制器103以产生一第一控制信号V1。该第一控制信号V1是属直流信号。该稳压控制电路10从变流器取出负载电压Vac亦输出至一锁相电路104进行锁相，该锁相电路104的输出经一弦波产生器105产生一单位振幅弦波信号V2。将该第一控制信号V1与单位振幅弦波信号V2经一乘法器106相乘即可得到一参考信号V3。再将该参考信号V3输出至该波形控制电路11。
请再参照图2所示，该波形控制电路11用以控制负载电压的波形以降低其谐波失真率，以便提供高品质交流电源至负载，且该波形控制电路的增益可在某一范围内变化，它的增益则与该变流器的输出电流大小呈反向变化，以使各变流器的输出电流能尽可能达到均流效果。该波形控制电路11将该稳压控制电路10的输出参考信号V3与该负载电压Vac经一减法器110相减产生一误差信号E1。该波形控制电路11并从变流器取出输出电流Iinv经一第二均方根值电路111与一设定值112经一减法器113相减。该设定收112的大小由该变流器最大输出电流决定。在该减法器113相减结果输出至一限制器114，该限制器114的输出为该波形控制电路11的增益。该限制器114可将该减法器113的输出限制在某一范围内，该范围定义该波形控制电路11的最大及最小增益。将该限制器114的输出增益与该减法器110产生的误差信号E1经一乘法器115相乘即可得到该电压回馈电路1的一输出信号V4，因此该波形控制电路11的输出增益可随该变流器的输出电流大小调整。
请再参照图2所示，该电流正馈电路2将变流器输出电流取出并分出基本波及谐波成分再予以放大不同倍率，该放大的电流基波成分即用以等效成一基频电阻串联在该变流器的输出端，以抑制变流器间形成的基频环流，抑制效果则正比于该基波成分的放大倍率；而该放大的电流谐波成分则用以等效成一谐波电阻串联于变流器的输出滤波器作为阻尼，以防止输出滤波器产生的高频振荡，由于该等效谐波电阻的加入可简化该波形控制电路的设计，且可使该波形控制电路设计在较高的增益，以减小非线性负载下输出电压的总谐波失真率。该电流正馈电路2取出该变流器的输出电流Iinv经一带通滤波器200(为一带通滤波器)取出其基波成分。再将该输出电流Iinv及其基波成分经一减法器202相减取出其谐波成分。再将该变流器输出电流Iinv的基波成分及谐波成分经分别输出至一第一放大器201及一第二放大器203放大，再输出至一加法器204相加即获得一输出信号V5。该电流正馈电路2将产生一等效基频电阻接于该变流器的输出端以抑制并联变流器间的环流，该等效基频电阻的大小正比于该第一放大器201的输出增益。此外，该电流正馈电路2也产生一等效谐波阻尼串接于该变流器的输出端以防止该滤波器产生的高频振荡。
请再参照图2所示，将该电压回馈电路1及电流正馈电路2的输出相加形成调变信号，将该调变信号输出至该脉宽调变电路4即可获得该变流器的驱动信号。
虽然本发明已以前述较佳实施例揭示，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与修改，因此本发明的保护范围当视前面权利要求书中的申请专利范围为准。
Claims (12)
1、一种变流器并联运转的控制方法，其特征在于包括以下部分：
一电压回馈电路，从该变流器输出取出一负载电压，用以控制变流器输出电压品质并具有变流器间的均流作用；及
一电流正馈电路，从该变流器取出一输出电流用以提供一等效阻抗串接于该变流器的输出电路以防止该变流器间产生的环流及发生电路振荡；及
一调变电路，将该电压回馈电路及电流正馈电路的输出相加形成调变信号作脉宽调变以产生该变流器的电力电子开关的驱动信号。
2、权利要求1所述的变流器并联运转的控制方法，其特征在于该并联变流器之间不需分配电流的传递，因此可提高并联变流器的可靠度。
3、权利要求1所述的变流器并联运转的控制方法，其特征在于该电压回馈电路包含一稳压控制电路及一波形控制电路。
4、权利要求3所述的变流器并联运转的控制方法，其特征在于该电压回馈电路中的该稳压控制电路用以提供负载电压振幅维持一定值而不受负载影响，降低负载电压的电压调整率。
5、权利要求3所述的变流器并联运转的控制方法，其特征在于该电压回馈电路中的该波形控制电路用以控制负载电压的波形以降低谐波失真率，以便提供高品质交流电源至负载，且该波形控制电路的增益可在某一范围内变化，它的增益反比于该变流器的输出电流，使各变流器的输出电流能尽可能达到均流效果。
6、权利要求1所述的变流器并联运转的控制方法，其特征在于该电流正馈电路将该变流器的输出电流取出并分出基本波及谐波成分再予以放大不同倍率。
7、权利要求6所述的变流器并联运转的控制方法，其特征在于该电流正馈电路中将该输出电流的基本波成分放大以等效成一基频电阻串联在该变流器的输出端，以抑制变流器间形成的基频环流，抑制效果则正比于该基波成份的放大倍率。
8、权利要求6所述的变流器并联运转的控制方法，其特征在于该电流正馈电路中将该输出电流的谐波成分放大以等效成一谐波电阻串联于变流器的输出滤波器作为阻尼，以防止输出滤波器产生的高频振荡，由于该等效谐波阻尼的加入可简化该波形控制电路的设计，且可使该波形控制电路设计在较高的增益，以减小非线性负载下变流器输出电压的总谐波失真率。
9、权利要求3所述的变流器并联运转的控制方法，其特征在于该稳压控制电路包含一第一均方根值电路、一减法器、一控制器、一锁相电路、一弦波产生器及一乘法器。
10、权利要求3所述的变流器并联运转的控制方法，其特征在于该波形控制电路包含一第二均方根值电路、一第一减法器、一限制器、一第二减法器及一乘法器。
11、权利要求1所述的变流器并联运转的控制方法，其特征在于该电流正馈电路包含一带通滤波器、一减法器、一第一放大器、一第二放大器及一加法器。
12、权利要求1所述的变流器并联运转的控制方法，其特征在于该调变电路中包含一加法器、一脉宽调变器及一驱动电路。
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