CN216851780U - 一种逆变器并联环流的抑制装置 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种逆变器并联环流的抑制装置，包括：同步总线、通信总线、电压控制器以及下垂控制器；该电压控制器和该下垂控制器用于修正输出电压有效值，以得到至少一台逆变器的开关管驱动信号；该电压控制器包括电压外环模块、电压中环模块和电流内环模块；该电压外环模块用于根据电压设定值修正该输出电压有效值，以得到给定电压的电压幅值；该电压中环模块用于根据该至少一台逆变器的输出电压和该给定电压得到该电流内环模块的电感电流给定值；该电流内环模块用于根据该电感电流给定值和该至少一台逆变器的输出电感电流得到电流内环输出信号。本抑制装置可减小环流，提高电压精度，减少了输出电压的稳态误差。

Description

一种逆变器并联环流的抑制装置

技术领域

本申请实施例涉及逆变器领域，特别涉及一种逆变器并联环流的抑制装置。

背景技术

随着我国电动汽车及新能源技术的飞速发展，充电桩产能规模与日俱增，作为其研发和生产环节中必不可少的一环，交流电源可为充电模块提供幅值、频率可变的交流输入电压，满足其功能性能和老化等测试。

逆变器具有输出电压正弦、幅值频率可调、动态响应良好等特点，可作为充电桩的交流电源使用。逆变器并联使得系统容量配置更加灵活，适用于不同功率应用场合，同时也可配置冗余，提高系统的工作可靠性。

然而，逆变器并联会产生环流问题，即使输出电压幅值、频率和相位完全一致，由于逆变器之间的阻抗差异，仍会产生环流。

实用新型内容

本申请提供了一种逆变器并联环流的抑制装置，减小环流，提高电压精度，减少了输出电压的稳态误差。

提供了一种逆变器并联环流的抑制装置，包括：

同步总线、通信总线、电压控制器以及下垂控制器；

所述同步总线为前述第一方面中所述的同步总线，所述同步总线用于提供相位信息作为触发信号；

所述通信总线为前述第一方面中所述的通信总线，所述通信总线用于传递至少一台逆变器的输出电压有效值；

所述电压控制器和所述下垂控制器用于修正所述输出电压有效值，以得到所述至少一台逆变器的开关管驱动信号。

可选的，所述电压控制器包括电压外环模块、电压中环模块和电流内环模块；

所述电压外环模块用于根据电压设定值修正所述输出电压有效值，以得到给定电压的电压幅值；

所述电压中环模块用于根据所述至少一台逆变器的输出电压和所述给定电压得到所述电流内环模块的电感电流给定值；

所述电流内环模块用于根据所述电感电流给定值和所述至少一台逆变器的输出电感电流得到电流内环输出信号。

可选的，所述电压控制器还包括调制模块，所述调制模块用于调制所述电流内环输出信号得到所述至少一台逆变器的开关管驱动信号。

可选的，所述电压控制器还包括锁相环模块，所述锁相环模块用于与所述下垂控制器共同调制出所述给定电压的相位角θ以及所述相位角θ的正弦值sinθ。

可选的，所述同步总线的触发信号为硬件方波信号，由一台逆变器发出，至少一台逆变器接收；

所述至少一台逆变器将所述触发信号的上升沿作为所述至少一台逆变器的开机、运行、调压以及调频的时间点。

以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：

本申请中，设计了一种逆变器并联环流的抑制装置，采集同步总线信号作为各逆变器开机、运行、调压以及调频的同步时间点的触发信号，以保证各逆变器的输出电压幅值和相位的一致性，减小环流；此外，通过通信总线传递输出电压有效值，可以提高电压精度；同时，通过计算频率下垂量和电压幅值下垂量，并根据这些数据对输出电压有效值进行修正，在实现均流的前提下，也减小了开机、调压、调频等时刻的电流冲击，进一步减少了输出电压的稳态误差。

附图说明

图1为本申请实施例中的逆变器并联环流的抑制装置示意图；

图2为本申请实施例中的电压控制器示意图；

图3为本申请实施例中的下垂控制器示意图；

图4为本申请实施例中的二阶广义积分器示意图；

图5为本申请实施例中的单相I型三电平逆变器并联示意图；

图6为本申请实施例中的有功功率P和无功功率Q计算示意图；

图7为本申请实施例中逆变器并联环流的抑制装置运行流程示意图；

图8为本申请实施例中逆变器并联环流的抑制装置运行流程示意图。

具体实施方式

在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”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，仅用于说明各部件或组成部分之间的相对位置关系，并不特别限定各部件或组成部分的具体安装方位。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

此外，在本申请中所附图式所绘制的结构、比例、大小等，均仅用于配合说明书所揭示的内容，以供本领域技术人员了解与阅读，并非用于限定本申请可实施的限定条件，故不具有技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本申请所能产生的功效及所能达成的目的下，均仍应落在本申请所揭示的技术内容涵盖的范围内。

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供了一种逆变器并联环流的抑制装置，减小环流，提高电压精度，减少了输出电压的稳态误差。

请参阅图1至图8，本申请实施例中逆变器并联环流的抑制装置一个实施例包括：

同步总线、通信总线、电压控制器以及下垂控制器；

所述同步总线为图7和图8中所述的同步总线，所述同步总线用于提供相位信息作为触发信号；

所述通信总线为图7和图8中所述的通信总线，所述通信总线用于传递至少一台逆变器的输出电压有效值；

所述电压控制器和所述下垂控制器用于修正所述输出电压有效值，以得到所述至少一台逆变器的开关管驱动信号。

具体的，电压控制器包括电压外环模块、电压中环模块和电流内环模块，其中，电压外环模块根据电压设定值修正输出电压有效值，以得到给定电压的电压幅值；电压中环模块根据各逆变器的输出电压和给定电压得到电流内环模块的电感电流给定值；电流内环模块根据电感电流给定值和各逆变器的输出电感电流得到电流内环输出信号。

可选的，所述电压控制器还包括调制模块，所述调制模块用于调制所述电流内环输出信号得到所述至少一台逆变器的开关管驱动信号。

可选的，所述电压控制器还包括锁相环模块，所述锁相环模块用于与所述下垂控制器共同调制出所述给定电压的相位角θ以及所述相位角θ的正弦值sinθ。

可选的，所述同步总线的触发信号为硬件方波信号，由一台逆变器发出，至少一台逆变器接收；

所述至少一台逆变器将所述触发信号的上升沿作为所述至少一台逆变器的开机、运行、调压以及调频的时间点。

本申请实施例中，通过设计一种逆变器并联环流的抑制装置，不仅解决了逆变器并联产生的环流问题，同时提高了输出电压精度，减少了稳态误差。

上面对该逆变器并联环流的抑制装置的结构进行说明，下面将对逆变器并联环流的抑制装置运行流程进行了描述。

请参阅图7，本申请实施例提供了一种逆变器并联环流的抑制装置运行流程包括：

101、采集同步总线信号作为触发信号，所述同步总线信号由第一逆变器发出，至少一台逆变器接收；

需要说明的是，逆变器具有输出电压正弦、幅值频率可调、动态响应良好等特点，常作为充电模块的交流电源。因为逆变器的相位不一致，需要一台逆变器先开机，提供电压幅值相位，然后其他逆变器再根据第一台逆变器的相位信息锁相后起机。

本申请实施例中，如图1所示，设置有多台单相逆变器分别与同步总线和通信总线连接，各逆变器并联，由同步总线提供相位信息作为彼此之间的触发信号。

具体的，由一台逆变器率先发出信号，该信号包含电压幅值相位等信息，通过同步总线传递至其他逆变器，其他逆变器接收。

需要说明的是，同步总线信号为硬件方波信号。

102、根据所述触发信号同步所述至少一台逆变器开机、运行、调压以及调频的时间点；

需要说明的是，本申请实施例中，各逆变器均与同步总线连接，互相并联，当第一台逆变器发出工频同步方波信号之后，通过同步总线传递到剩余其他逆变器上，逆变器接收到该信号，当接收检测到该方波信号为上升沿时，将自身的逆变参考相位角清0，保证每台逆变器的相位相同。波信号是工频信号，其上升边沿代表了相位角为0°，各逆变器开机、运行、调压以及调频时，都根据同步总线上采集到的触发信号同步时间点。

103、当逆变器处于运行状态时，通过通信总线获取输出电压有效值，所述输出电压有效值由所述第一逆变器发出，所述至少一台逆变器接收；

需要说明的是，本申请实施例中，各逆变器在运行时，通过通信总线来传递输出电压有效值，具体的，由一台逆变器发出输出电压有效值信息，通过通信总线传递，所有逆变器接收，作为电压控制器中的电压外环模块的反馈，这样可以避免各逆变器输出电压采样差异带来的环流问题。

需要说明的是，通信总线用于提高输出电压精度，通信总线可以是CAN、SPI、SCI等信号总线，也可以是PWM电平总线，具体本申请不做限制。电压控制器用于减小稳态误差。

104、根据有功功率、无功功率和下垂系数计算频率下垂量和电压幅值下垂量；

需要说明的是，本申请是通过下垂控制和互联网控制的方法来实现单相逆变器并联控制，具体的，通过下垂控制器来设置频率下垂量和电压幅值下垂量，即根据有功功率P和无功功率Q运用下垂原理计算电压下垂量ΔV和频率下垂量Δf，对电压控制器中的电压中环模块的给定进行修正，以抑制逆变器环流。

105、根据所述频率下垂量和所述电压幅值下垂量对所述输出电压有效值进行修正，得到所述至少一台逆变器的开关管驱动信号。

需要说明的是，因为逆变器的输出电压是交流量，在开机、调压、调频等时刻会有电流冲击，为了减小稳态误差，本申请实施例根据电压控制器和下垂控制器对逆变器的输出电压进行修正。具体的，通过下垂控制器计算频率下垂量和电压幅值下垂量，电压控制器包括由电压外环、电压中环和电流内环几个电路模块，其中，通过电压外环模块控制逆变器的输出电压有效值，通过电压中环模块控制输出电压瞬时值，再通过电流内环模块控制电感电流，最后经过SPWM调制输出驱动信号。

本申请实施例中，设计了一种逆变器并联环流的抑制方法，采集同步总线信号作为各逆变器开机、运行、调压以及调频的同步时间点的触发信号，以保证各逆变器的输出电压幅值和相位的一致性，减小环流；此外，通过通信总线传递输出电压有效值，可以提高电压精度；同时，通过计算频率下垂量和电压幅值下垂量，并根据这些数据对输出电压有效值进行修正，在实现均流的前提下，也减小了开机、调压、调频等时刻的电流冲击，进一步减少了输出电压的稳态误差。

上面对逆变器并联环流的抑制方法进行了一个大概的说明，下面将对逆变器并联环流的抑制方法进行一个详细的介绍。

请参阅图8，本申请实施例中逆变器并联环流的抑制装置另一个运行流程括：

201、采集同步总线信号作为触发信号，所述同步总线信号由第一逆变器发出，至少一台逆变器接收；

需要说明的是，逆变器具有输出电压正弦、幅值频率可调、动态响应良好等特点，常作为充电模块的交流电源。因为逆变器的相位不一致，需要一台逆变器先开机，提供电压幅值相位，然后其他逆变器再根据第一台逆变器的相位信息锁相后起机。

本申请实施例中，如图1所示，设置有多台单相逆变器分别与同步总线和通信总线连接，各逆变器并联，由同步总线提供相位信息作为彼此之间的触发信号。

需要说明的是，该触发信号为硬件方波信号。

202、当检测到所述方波信号为上升沿时，将所述至少一台逆变器的逆变参考相位角θ设置为0，以使得所述至少一台逆变器的相位相同；

需要说明的是，本申请实施例中，各逆变器均与同步总线连接，互相并联，当第一台逆变器发出工频同步方波信号之后，通过同步总线传递到剩余其他逆变器上，逆变器接收到该信号，当接收检测到该方波信号为上升沿时，将自身的逆变参考相位角清0，保证每台逆变器的相位相同。波信号是工频信号，其上升边沿代表了相位角为0°。

203、将所述方波信号的上升沿作为所述至少一台逆变器的开机时刻点、调压时刻点以及调频时刻点；

204、当所述至少一台逆变器处于运行状态时，根据所述方波信号的上升沿定期修正所述至少一台逆变器的相位角θ；

需要说明的是，本申请实施例中，逆变器开机时，以方波信号上升边沿作为各逆变器开机时刻点，具体的，在收到开机命令后的下一个同步信号上升沿，所有逆变器同时进行软起动开机，保证输出电压幅值和相位的一致性，减小环流。

逆变器运行时，定期地以方波信号上升边沿做参考，修正各逆变器相位角，具体的，各逆变器运行时，根据同步总线上升沿，定期的修正自身的逆变参考相位角，保持输出相位同步。

逆变器调压时，以方波信号的上升边沿作为各逆变器调压时刻点，具体的，在收到调压指令后的下一个同步信号上升沿，所有逆变器同时进行调压，保证调压过程中的环流最小。

逆变器调频时，以方波信号的上升边沿作为各逆变器调频时刻点，具体的，在收到调频指令后的下一个同步信号上升沿，所有逆变器同时进行调频，保证调压过程中的环流最小。

205、当逆变器处于运行状态时，通过通信总线获取输出电压有效值，所述输出电压有效值由所述第一逆变器发出，所述至少一台逆变器接收；

需要说明的是，本申请实施例中，各逆变器在运行时，通过通信总线来传递输出电压有效值，具体的，由一台逆变器发出输出电压有效值信息，通过通信总线传递，所有逆变器接收，作为电压控制器中的电压外环模块的反馈，这样可以避免各逆变器输出电压采样差异带来的环流问题。

需要说明的是，通信总线用于提高输出电压精度，通信总线可以是CAN、SPI、SCI等信号总线，也可以是PWM电平总线，具体本申请不做限制。电压控制器用于减小稳态误差。

206、计算所述至少一台逆变器的有功功率P和无功功率Q；

需要说明的是，本申请实施例中，要计算电压、频率修正量，还需要知道各逆变器的有功功率和无功功率，有功功率P和无功功率Q的计算方式如下：

首先，根据二阶广义积分器对各逆变器的输出电压Va进行分组重构，得到幅值相同、相位正交的信号Vα、Vβ，以及根据二阶广义积分器对各逆变器的输出电流Ia进行分组重构，得到幅值相同、相位正交的信号Iα、Iβ；其次，对Vα、Vβ进行三角函数运算，可得到输出电压Va的相位角θ以及相位角θ的正弦值sinθ和余弦值cosθ，根据正弦值sinθ和余弦值cosθ对Vα、Vβ进行park变换，得到输出电压Va在同步旋转坐标系下的两个电压分量Vd、Vq，以及根据正弦值sinθ和所述余弦值cosθ对Iα、Iβ进行park变换，得到输出电流Ia在同步旋转坐标系下的两个电流分量Id、Iq；最后，根据Vd、Vq、Id、Iq计算得到有功功率P和无功功率Q，有功功率P和所述无功功率Q的计算公式如下：

P＝0.5*(Vd*Id+Vq*Iq)

Q＝0.5*(Vq*Id–Vd*Iq)

需要说明的是，二阶广义积分器(Second-Order General Integrator，SOGI)是一种滤波器，其结构图见附图4所示，输入信号Va通过图4中的积分器SOGI，便可得到两个幅值相同、相位正交的信号Vα、Vβ。有功功率P和无功功率Q计算示意图如图6所示。

207、根据有功功率、无功功率和下垂系数计算频率下垂量和电压幅值下垂量；

需要说明的是，本申请通过下垂控制器来设置频率下垂量和电压幅值下垂量，即根据有功功率P和无功功率Q运用下垂原理计算电压下垂量ΔV和频率下垂量Δf，对电压控制器中的电压中环模块的给定进行修正，以抑制逆变器环流。

具体的，如图3所示，将频率设定值fset减去有功功率P和下垂系数m的乘积得到频率下垂量Δf，即Δf＝fset-m*P；将电压设定值Vset减去无功功率Q和下垂系数n的乘积得到电压幅值下垂量ΔV，即ΔV＝Vset-n*Q。

208、根据所述频率下垂量和所述电压幅值下垂量对所述输出电压有效值进行修正，得到所述至少一台逆变器的开关管驱动信号。

需要说明的是，因为逆变器的输出电压是交流量，在开机、调压、调频等时刻会有电流冲击，为了减小稳态误差，本申请实施例根据电压控制器和下垂控制器对逆变器的输出电压进行修正。具体的，通过下垂控制器计算频率下垂量和电压幅值下垂量，电压控制器包括由电压外环、电压中环和电流内环几个电路模块，其中，通过电压外环模块控制逆变器的输出电压有效值，通过电压中环模块控制输出电压瞬时值，再通过电流内环模块控制电感电流，最后经过SPWM调制输出驱动信号。

需要说明的是，如图2的电路结构图所示，对应的修正方法如下：

根据电压设定值Vset修正所述输出电压有效值Vrms，得到电压外环输出值V1；

根据电压幅值下垂量ΔV、电压设定值Vset和电压外环输出值V1的和得到给定电压Va*的电压幅值Vmod；

根据频率设定值fset和频率下垂量Δf的差得到频率给定值f*；

根据频率给定值f*计算得到给定电压Va*的相位角θ以及相位角θ的正弦值sinθ；

根据电压幅值Vmod和相位角θ的正弦值sinθ计算得到给定电压Va*；

根据给定电压Va*和至少一台逆变器的输出电压Va计算得到电感电流给定值iLa*；

根据电感电流给定值iLa*和至少一台逆变器的输出电感电流iLa得到电流内环输出信号；

电流内环输出信号经过调制模块得到所述至少一台逆变器的开关管驱动信号。

本申请实施例中，通过同步总线保证所有逆变器开机、调压、调频的时间点同步，减小环流；通过通信总线提高各逆变器的输出电压的精度值，并将该输出电压作为电压控制器中的电压外环模块的反馈，避免了各逆变器输出电压采样差异带来的环流问题。结合下垂控制和互联线控制，在实现均流的前提下，减小了开机、调压、调频等时刻的电流冲击，减小了输出电压的稳态误差，提高了动态响应。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令，用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，read-onlymemory)、随机存取存储器(RAM，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

Claims (4)

1.一种逆变器并联环流的抑制装置，其特征在于，包括：同步总线、通信总线、电压控制器以及下垂控制器；

所述电压控制器和所述下垂控制器用于修正输出电压有效值，以得到至少一台逆变器的开关管驱动信号；

所述电压控制器包括电压外环模块、电压中环模块和电流内环模块；

所述电压外环模块用于根据电压设定值修正所述输出电压有效值，以得到给定电压的电压幅值；

所述电压中环模块用于根据所述至少一台逆变器的输出电压和所述给定电压得到所述电流内环模块的电感电流给定值；

所述电流内环模块用于根据所述电感电流给定值和所述至少一台逆变器的输出电感电流得到电流内环输出信号。

2.根据权利要求1所述的抑制装置，其特征在于，所述电压控制器还包括调制模块，所述调制模块用于调制所述电流内环输出信号得到所述至少一台逆变器的开关管驱动信号。

3.根据权利要求1所述的抑制装置，其特征在于，所述电压控制器还包括锁相环模块，所述锁相环模块用于与所述下垂控制器共同调制出所述给定电压的相位角θ以及所述相位角θ的正弦值sinθ。

4.根据权利要求1所述的抑制装置，其特征在于，所述同步总线的触发信号为硬件方波信号，由一台逆变器发出，至少一台逆变器接收；

所述至少一台逆变器将所述触发信号的上升沿作为所述至少一台逆变器的开机、运行、调压以及调频的时间点。

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