CN209692644U - 变频电源并联系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种变频电源并联系统，该变频电源并联系统包括主控单元、至少两组变频电源单元及输出电压采样单元；所述至少两组变频电源单元并联后通过所述输出电压采样单元连接至所述主控单元的输入端，所述主控单元的输入端还分别与每组变频电源单元的输出端连接，所述主控单元的输出端分别与每组变频电源单元的控制端连接。本实用新型通过主控单元可实现在线热投切；通过均流控制，输出电压幅值和输出电压频率控制精度高，各单机的动态响应速度快，均流效果好；通过冗余设计保证了并联系统的可靠性。

Description

变频电源并联系统

技术领域

本实用新型涉及变频电源领域，更具体地说，涉及一种变频电源并联系统。

背景技术

数字化的变频电源系统具有精度高、操作方便、多用途且噪音低等优点，在试验站电源、型式试验系统、港口电源等行业有着广泛应用。随着国民经济的快速发展，工业用设备电压等级、单机容量越来越大，显然，单电源供电不能够满足大功率设备应用，高压、大功率对输配电设备及动力电缆的可靠性提出了更高的要求。

级联型多电平高压变频器具有技术成熟、电网侧谐波低、功率因数高、且价格比较便宜等特点，在高压传动领域有着极为广泛的应用。高压变压变频电源并联控制技术不仅可以实现大功率输出，还具有配置灵活，冗余设计等优点，可以满足不同场合对不同功率的要求。

多电源并联控制系统由于多台变频电源输出电压不一致产生的环流，造成变频电源并联系统输出不稳定，动态均流不好将造成并联系统中某单台电源故障，甚至系统崩溃，严重影响了系统的可靠性。

在现有技术文献中，中国专利号CN102983754B，公告日2015.04.08，记载了一种“并联的大功率高压试验用变频电源”，公开了一种电力系统技术领域的并联的大功率高压试验用变频电源，采用一主多从电源并联输出结构，主从机之间采用光纤通讯传输，各从机的PWM控制信号通过主机的光纤严格同步输出，提高了多个变频电源之间的同步性，同时，也解决了多个变频电源之间的因为不同步造成的环流问题，并且对各从机实现了在线监测、保护等。但是，上述技术由于是一主多从模式，过度依赖主机的可靠性，各从机的控制系统均由主机来发送，主机传输的信息量随着并联数量的增加成倍数增加，主机损坏后，整个并联电源系统会造成无法正常运行。同时，针对各从机的在线热投切，只能主机先运行起来，从机执行热投切，从机不可以先运行，主机进行热投切。

中国专利号CN108336763A，公开日2018.07.27，记载了一种“基于有功无功解耦控制的H桥级联型岸电电源的并联方法”，公开了一种基于有功无功解耦控制的H桥级联型岸电电源的并联方法，可以实现若干个高-高岸电电源之间的并联，以扩大岸电电源的容量。并且在整个过程中，能实现电流快速跟踪，功率有效均分，避免了环流现象的产生，有效稳定直流母线电压，提高了系统的运行可靠性。但是，上述技术双机并联不易于扩展，而且从机需要实时检测并联系统输出总电流，从而根据有功无功的均分实现从机的跟随，动态过程中，由于是闭环调节，可能存在短时的电流不均流的问题。严重时，可能存在故障停机，系统可靠性降低。

中国专利号CN108321850A，公告日2018.07.24，记载了一种“基于独立下垂控制的H桥级联型高压岸电电源的并联方法”，公开了一种基于独立下垂控制的高压岸电电源的并联方法，通过基于下垂控制的并联方法实现扩容，做到设备的即插即用，可大大提高系统的灵活性，降低岸电电源系统的体积、重量，采用独立下垂控制的方法避免相间环流引起的模块直流电压不均衡问题，提高了系统的运行稳定性。但是，上述技术由于是采用下垂控制，多台并联变频电源之间输出频率是不一致的，输出频率控制精度较差，对于有高精度频率要求的场合不适用。失去了数字化变频电源的控制精度高的优势。

综上，现有的并联变压变频电源系统的存在有过度依赖主机，主机损坏后无法正常运行、不易于扩展或者控制精度较差的问题。

发明内容

本实用新型实施例提供一种变频电源并联系统，旨在解决上述现有的并联变压变频电源系统存在有过度依赖主机，主机损坏后无法正常运行、不易于扩展或者控制精度较差的问题。

本实用新型实施例解决上述技术问题的技术方案是，提供一种变频电源并联系统，包括主控单元、至少两组变频电源单元及输出电压采样单元；所述至少两组变频电源单元并联后通过所述输出电压采样单元连接至所述主控单元的输入端，所述主控单元的输入端还分别与每组变频电源单元的输出端连接，所述主控单元的输出端分别与每组变频电源单元的控制端连接。

在本实用新型实施例所述的变频电源并联系统中，所述主控单元包括第一光纤通讯子单元，每一组所述变频电源单元包括第二光纤通讯子单元，且所述主控单元与每一组所述变频电源单元之间通过所述第一光纤通讯子单元和第二光纤通讯子单元实现通讯连接。

在本实用新型实施例所述的变频电源并联系统中，每一所述变频电源单元包括移相变压器、功率单元、滤波单元以及断路器，所述移相变压器连接到所述功率单元，所述功率单元经由所述滤波单元连接到所述断路器。

在本实用新型实施例所述的变频电源并联系统中，每一所述变频电源单元包括输出采样单元，所述输出采样单元包括两相输出电流采样单元、第一三相输出电压采样单元以及第二三相输出电压采样单元；其中：

所述两相输出电流采样单元，用于采样变频电源单元的两相输出电流，所述主控单元根据各个变频电源单元的两相输出电流获取各个变频电源单元的有功电流分量和无功电流分量，以及有功电流分量平均值和无功电流分量平均值；

所述第一三相输出电压采样单元，用于采样所述变频电源单元的功率单元和滤波单元之间的三相输出电压获得第一三相输出电压，所述变频电源单元根据所述两相输出电流和所述第一三相输出电压获得所述变频电源单元的实时有功功率和无功功率；

所述第二三相输出电压采样单元，用于采样所述变频电源单元的所述断路器输出端的三相输出电压获得第二三相输出电压，并将所述第二三相输出电压反馈给所述主控单元，在隔离变压器的输入端的电压异常时，作为并联系统的输出电压。

在本实用新型实施例所述的变频电源并联系统中，所述主控单元包括输出电压相位产生单元、输出电压有效值计算单元、输出电压闭环控制单元以及输出电压反馈控制信号生成单元；其中：

所述输出电压相位产生单元，用于对三相输出电压频率进行积分，获得相应的三相输出电压相位；

所述输出电压有效值计算单元，用于根据所述变频电源并联系统的输出电压计算获得三相输出电压有效值；

所述输出电压闭环控制单元，用于对所述三相输出电压有效值进行闭环控制，获得三相输出电压幅值；

所述输出电压反馈控制信号生成单元，用于根据所述三相输出电压幅值、所述三相输出电压频率和所述三相输出电压相位，获得三相输出电压反馈控制信号。

在本实用新型实施例所述的变频电源并联系统中，所述主控单元还包括有功电流和无功电流计算单元、均流控制单元以及三相输出电压反馈控制信号调整单元，所述均流控制单元包括有功均流控制单元和无功均流控制单元；其中：

所述有功电流和无功电流计算单元，用于根据各个所述变频电源单元反馈的输出电流采样信号，获取各个所述变频电源单元的有功电流分量和无功电流分量，以及有功电流分量平均值和无功电流分量平均值；

所述有功均流控制单元，用于根据各个所述变频电源单元的有功电流分量以及有功电流分量平均值获取各个所述变频电源单元的输出电压频率微调量；

所述无功均流控制单元，用于根据各个所述变频电源单元的无功电流分量以及无功电流分量平均值获取各个所述变频电源单元的输出电压幅值微调量；

所述三相输出电压反馈控制信号调整单元，用于根据各个所述变频电源单元的输出电压频率微调量、各个所述变频电源单元的输出电压幅值微调量调整三相输出电压反馈控制信号。

在本实用新型实施例所述的变频电源并联系统中，所述三相输出电压反馈控制信号调整单元包括输出电压幅值控制子单元、输出电压频率控制子单元、输出电压相位控制子单元；其中：

所述输出电压幅值控制子单元，用于根据所述三相输出电压反馈控制信号中的电压幅值以及各个所述变频电源单元的输出电压幅值微调量生成调整后的三相输出电压反馈控制信号的输出电压幅值；

所述输出电压频率控制子单元，用于根据所述三相输出电压反馈控制信号中的电压频率以及各个所述变频电源单元的输出电压频率微调量生成调整后的三相输出电压反馈控制信号的输出电压频率；

所述输出电压相位控制子单元用于根据三相输出电压指令信号中的电压相位生成调整后的三相输出电压反馈控制信号的输出电压相位。

在本实用新型实施例所述的变频电源并联系统中，所述主控单元还包括投切控制单元，所述投切控制单元用于接收各个所述变频电源单元发送的运行状态信息，根据所述运行状态信息判断是否有所述变频电源单元发生故障；若有所述变频电源单元发生故障，则停止向发生故障的所述变频电源单元发送三相输出电压反馈控制信号，并将发生故障的所述变频电源单元从并联系统中断开。

在本实用新型实施例所述的变频电源并联系统中，所述变频电源并联系统包括一个隔离变压器，每组所述变频电源单元并联连接到所述隔离变压器的输入端；或者所述变频电源并联系统包括多个隔离变压器，各个所述变频电源单元的输出端分别连接一个所述隔离变压器的输入端，所述隔离变压器的输出端并联连接。

本实用新型实施例的变频电源并联系统具有以下技术效果：通过主控单元解决了现有的并联变压变频电源系统存在有过度依赖主机，主机损坏后无法正常运行、不易于扩展或者控制精度较差的问题；通过主控单元可实现任何时候在线热投切，单台电源异常后，可停止输出并断开输出断路器，故障单机维修正常后，可实现带电热切换并机模式运行；并联电源台数易于扩展；通过均流控制，输出电压幅值和输出电压频率控制精度高，各单机的动态响应速度快，均流效果好；通过冗余设计保证了并联系统的可靠性。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的变频电源并联系统示意图；

图2是本实用新型实施例提供的各个变频电源单元示意图；

图3是本实用新型实施例提供的变频电源并联系统的RLC滤波电路示意图；

图4是本实用新型实施例提供的主控单元示意图；

图5是本实用新型实施例提供的隔离变压器示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，是本实用新型实施例提供的变频电源并联系统示意图，该变频电源并联系统适用于高压变频器并联大功率变频电源，具体包括主控单元1、至少两组变频电源单元2及输出电压采样单元3；至少两组变频电源单元2并联后通过输出电压采样单元3连接至主控单元1的输入端，主控单元1的输入端还分别与每组变频电源单元2的输出端连接，主控单元1的输出端分别与每组变频电源单元2的控制端连接。

本实用新型实施例提供的变频电源并联系统可通过输出电压采样单元3采集至少两组变频电源单元2并联后的三相输出电压反馈信号；根据至少两组变频电源单元2并联后的三相输出电压反馈信号，计算得到三相输出相电压有效值；接收用户输入的电压指令，根据三相输出相电压有效值和电压指令生成三相输出电压反馈控制信号；将三相输出电压反馈控制信号分别发送至至少两组变频电源单元2，使至少两组变频电源单元2根据三相输出电压反馈控制信号生成脉冲宽度调制PWM驱动信号。

本实用新型实施例提供的变频电源并联系统通过主控单元解决了现有的并联变压变频电源系统存在有过度依赖主机，主机损坏后无法正常运行、不易于扩展或者控制精度较差的问题；通过主控单元可实现任何时候在线热投切，单台电源异常后，可停止输出并断开输出断路器，故障单机维修正常后，可实现带电热切换并机模式运行；并联电源台数易于扩展；通过均流控制，输出电压幅值和输出电压频率控制精度高，各单机的动态响应速度快，均流效果好；通过冗余设计保证了并联系统的可靠性。

具体地，上述主控单元1包括第一光纤通讯子单元，每一组变频电源单元2包括第二光纤通讯子单元，且主控单元1与每一组变频电源单元2之间通过第一光纤通讯子单元和第二光纤通讯子单元实现通讯连接，通讯延迟时间在1us以内。本实用新型实施例提供的光纤的数量为变频电源单元2数量的两倍，采用双备份冗余，在输出电压采样单元3异常时切换至各个变频电源单元2的输出电压继续运行，主控系统1只报警不停机。且各个变频电源单元2没有主机、从机之分。

如图2所示，是本实用新型实施例提供的各个变频电源单元示意图，上述每一变频电源单元2包括移相变压器21、功率单元22、滤波单元23以及断路器24，移相变压器21连接到功率单元22，功率单元22经由滤波单元23连接到断路器24。其中，多组功率单元22串联连接，如是10kV输入电压，各相单元个数是8个，本实用新型实施例不仅仅针对10kV电压等级，还包括1140V、3kV、6kV等电压等级，仅功率单元个数不同而已。本实用新型实施例提供的功率单元22级联型结构也可采用其他的主回路拓扑结构替换。

上述滤波单元23包括RLC滤波电路，RLC滤波电路如图3所示，包括滤波电抗器L，电阻R和电容C，RLC滤波电路中的RC支路是星型连接，串联后与滤波电感L形成滤波回路。RLC滤波电路对各个变频电源单元2输出电压进行滤波，并且在多台变频电源之间起到环流抑制作用。断路器24可以实现在线投切各个并联电源，可实现热备份冗余运行模式，同时，可实现单机故障检修再投运。

上述每一变频电源单元包括输出采样单元，输出采样单元包括两相输出电流采样单元251、第一三相输出电压采样单元252以及第二三相输出电压采样单元253；其中：

两相输出电流采样单元251，用于采样变频电源单元2的两相输出电流，主控单元1根据各个变频电源单元2的两相输出电流获取各个变频电源单元2的有功电流分量和无功电流分量，以及有功电流分量平均值和无功电流分量平均值。

第一三相输出电压采样单元252，用于采样所述变频电源单元2的功率单元22和滤波单元23之间的三相输出电压获得第一三相输出电压，变频电源单元2根据两相输出电流和第一三相输出电压获得变频电源单元2的实时有功功率和无功功率。

第二三相输出电压采样单元253，用于采样变频电源单元2的断路器输出端的三相输出电压获得第二三相输出电压，并将第二三相输出电压反馈给主控单元1，在隔离变压器的输入端的电压异常时，作为并联系统的输出电压。

如图4所示，上述主控单元1还包括输出电压相位产生单元12、输出电压有效值计算单元13、输出电压闭环控制单元14以及输出电压反馈控制信号生成单元18；其中：

输出电压相位产生单元12，用于对三相输出电压频率进行积分，获得相应的三相输出电压相位。

输出电压有效值计算单元13，用于根据并联系统的输出电压计算获得三相输出电压有效值。

输出电压闭环控制单元14，用于对三相输出电压有效值进行闭环控制，获得三相输出电压幅值。

输出电压反馈控制信号生成单元18，用于根据三相输出电压幅值、三相输出电压频率和三相输出电压相位，获得三相输出电压反馈控制信号。

上述主控单元1还包括有功电流和无功电流计算单元15、均流控制单元16以及三相输出电压反馈控制信号调整单元19，均流控制单元16包括有功均流控制单元和无功均流控制单元；其中：

有功电流和无功电流计算单元15，用于根据各个变频电源单元2反馈的输出电流采样信号，获取各个变频电源单元2的有功电流分量和无功电流分量，以及有功电流分量平均值和无功电流分量平均值。

有功均流控制单元，用于根据各个变频电源单元2的有功电流分量以及有功电流分量平均值获取各个变频电源单元2的输出电压频率微调量。

无功均流控制单元，用于根据各个变频电源单元2的无功电流分量以及无功电流分量平均值获取各个变频电源单元2的输出电压幅值微调量。

三相输出电压反馈控制信号调整单元19，用于根据各个变频电源单元2的输出电压频率微调量、各个变频电源单元2的输出电压幅值微调量调整三相输出电压反馈控制信号。

本实用新型实施例提供的高压变压变频电源并联系统通过均流控制单元16，输出电压幅值和输出电压频率控制精度高，各单机的动态响应速度快，均流效果好。

上述三相输出电压反馈控制信号调整单元19包括输出电压幅值控制子单元、输出电压频率控制子单元、输出电压相位控制子单元；其中：输出电压幅值控制子单元，用于根据三相输出电压反馈控制信号中的电压幅值以及各个变频电源单元2的输出电压幅值微调量生成调整后的三相输出电压反馈控制信号的输出电压幅值；输出电压频率控制子单元用于根据三相输出电压反馈控制信号中的电压频率以及各个变频电源单元2的输出电压频率微调量生成调整后的三相输出电压反馈控制信号的输出电压频率；输出电压相位控制子单元用于根据三相输出电压指令信号中的电压相位生成调整后的三相输出电压反馈控制信号的输出电压相位。

上述主控单元1还包括投切控制单元，投切控制单元用于接收各个变频电源单元2发送的运行状态信息，根据运行状态信息判断是否有变频电源单元2发生故障；若有变频电源单元2发生故障，则停止向发生故障的变频电源单元2发送三相输出电压反馈控制信号，并将发生故障的变频电源单元从并联系统中断开。

本发明实施例提供的变频电源并联系统中，如图1所示，该变频电源并联系统包括一个隔离变压器，每组变频电源单元并联连接到隔离变压器的输入端。如图5所示，或者该变频电源并联系统包括多个隔离变压器，各个变频电源单元的输出端分别连接一个隔离变压器的输入端，隔离变压器的输出端并联连接。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种变频电源并联系统，其特征在于，包括主控单元、至少两组变频电源单元及输出电压采样单元；所述至少两组变频电源单元并联后通过所述输出电压采样单元连接至所述主控单元的输入端，所述主控单元的输入端还分别与每组变频电源单元的输出端连接，所述主控单元的输出端分别与每组变频电源单元的控制端连接。

2.根据权利要求1所述的变频电源并联系统，其特征在于，所述主控单元包括第一光纤通讯子单元，每一组所述变频电源单元包括第二光纤通讯子单元，且所述主控单元与每一组所述变频电源单元之间通过所述第一光纤通讯子单元和第二光纤通讯子单元实现通讯连接。

3.根据权利要求1所述的变频电源并联系统，其特征在于，每一所述变频电源单元包括移相变压器、功率单元、滤波单元以及断路器，所述移相变压器连接到所述功率单元，所述功率单元经由所述滤波单元连接到所述断路器。

4.根据权利要求3所述的变频电源并联系统，其特征在于，每一所述变频电源单元包括输出采样单元，所述输出采样单元包括两相输出电流采样单元、第一三相输出电压采样单元以及第二三相输出电压采样单元；其中：

所述两相输出电流采样单元，用于采样变频电源单元的两相输出电流，所述主控单元根据各个变频电源单元的两相输出电流获取各个变频电源单元的有功电流分量和无功电流分量，以及有功电流分量平均值和无功电流分量平均值；

所述第一三相输出电压采样单元，用于采样所述变频电源单元的功率单元和滤波单元之间的三相输出电压获得第一三相输出电压，所述变频电源单元根据所述两相输出电流和所述第一三相输出电压获得所述变频电源单元的实时有功功率和无功功率；

所述第二三相输出电压采样单元，用于采样所述变频电源单元的所述断路器输出端的三相输出电压获得第二三相输出电压，并将所述第二三相输出电压反馈给所述主控单元，在隔离变压器的输入端的电压异常时，作为并联系统的输出电压。

5.根据权利要求4所述的变频电源并联系统，其特征在于，所述主控单元包括输出电压相位产生单元、输出电压有效值计算单元、输出电压闭环控制单元以及输出电压反馈控制信号生成单元；其中：

所述输出电压相位产生单元，用于对三相输出电压频率进行积分，获得相应的三相输出电压相位；

所述输出电压有效值计算单元，用于根据所述变频电源并联系统的输出电压计算获得三相输出电压有效值；

所述输出电压闭环控制单元，用于对所述三相输出电压有效值进行闭环控制，获得三相输出电压幅值；

所述输出电压反馈控制信号生成单元，用于根据所述三相输出电压幅值、所述三相输出电压频率和所述三相输出电压相位，获得三相输出电压反馈控制信号。

6.根据权利要求5所述的变频电源并联系统，其特征在于，所述主控单元还包括有功电流和无功电流计算单元、均流控制单元以及三相输出电压反馈控制信号调整单元，所述均流控制单元包括有功均流控制单元和无功均流控制单元；其中：

所述有功电流和无功电流计算单元，用于根据各个所述变频电源单元反馈的输出电流采样信号，获取各个所述变频电源单元的有功电流分量和无功电流分量，以及有功电流分量平均值和无功电流分量平均值；

所述有功均流控制单元，用于根据各个所述变频电源单元的有功电流分量以及有功电流分量平均值获取各个所述变频电源单元的输出电压频率微调量；

所述无功均流控制单元，用于根据各个所述变频电源单元的无功电流分量以及无功电流分量平均值获取各个所述变频电源单元的输出电压幅值微调量；

所述三相输出电压反馈控制信号调整单元，用于根据各个所述变频电源单元的输出电压频率微调量、各个所述变频电源单元的输出电压幅值微调量调整三相输出电压反馈控制信号。

7.根据权利要求6所述的变频电源并联系统，其特征在于，所述三相输出电压反馈控制信号调整单元包括输出电压幅值控制子单元、输出电压频率控制子单元、输出电压相位控制子单元；其中：

所述输出电压幅值控制子单元，用于根据所述三相输出电压反馈控制信号中的电压幅值以及各个所述变频电源单元的输出电压幅值微调量生成调整后的三相输出电压反馈控制信号的输出电压幅值；

所述输出电压频率控制子单元，用于根据所述三相输出电压反馈控制信号中的电压频率以及各个所述变频电源单元的输出电压频率微调量生成调整后的三相输出电压反馈控制信号的输出电压频率；

所述输出电压相位控制子单元用于根据三相输出电压指令信号中的电压相位生成调整后的三相输出电压反馈控制信号的输出电压相位。

8.根据权利要求6所述的变频电源并联系统，其特征在于，所述主控单元还包括投切控制单元，所述投切控制单元用于接收各个所述变频电源单元发送的运行状态信息，根据所述运行状态信息判断是否有所述变频电源单元发生故障；若有所述变频电源单元发生故障，则停止向发生故障的所述变频电源单元发送三相输出电压反馈控制信号，并将发生故障的所述变频电源单元从并联系统中断开。

9.根据权利要求3所述的变频电源并联系统，其特征在于，所述变频电源并联系统包括一个隔离变压器，每组所述变频电源单元并联连接到所述隔离变压器的输入端；或者所述变频电源并联系统包括多个隔离变压器，各个所述变频电源单元的输出端分别连接一个所述隔离变压器的输入端，所述隔离变压器的输出端并联连接。