一种主从式逆变器并联系统切换控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种主从式逆变器并联系统切换控制方法及装置，主从式逆变器并联系统包括多台逆变器，每台逆变器对应设置有交流输出开关以及控制板，多台逆变器输出端分别通过交流输出开关连接到同一个交流侧公共母线，每台逆变器的控制板通过发送端和接收端依次相连成环状；所述切换控制方法包括：在并联系统启动前对所有逆变器进行输出电压谐波含量检测，并控制输出电压异常的逆变器自动退出并联系统；根据输出电压正常的逆变器的编号，完成主从机设置；在主机发生故障的情况下，通过其控制板的电平信号翻转通知相邻的从机，使该从机自动切换为主机；本发明专利技术的优点在于：提供有效的逆变器输出电压自检手段，保证并联系统运行的可靠性。的可靠性。的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种主从式逆变器并联系统切换控制方法及装置


[0001]本专利技术涉及逆变器并联均流控制
，更具体涉及一种主从式逆变器并联系统切换控制方法及装置。

技术介绍

[0002]随着各种用电设备的不断增加，对供电系统的容量和可靠性的要求也越来越高，单台逆变器的交流电源供电系统已不能满足要求，需要采用逆变器的并联技术。在逆变器并联系统中，各台逆变器之间可能存在环流问题，影响系统稳定性，特别是当各台逆变器在输入电压、滤波器和线路阻抗以及控制器载波信号等参数存在差异时，其并联不均流和共模电压问题会更加突出。
[0003]目前，逆变器并联均流控制包括集中控制、主从控制、分散逻辑控制和下垂控制。其中集中控制通过一个集中控制单元来给各个逆变器发送输出电压相位同步信号和负载电流参考值，实现逆变器输出电流的均衡；主从控制是采用其中一台逆变器作为主机，运行于VF(电压/频率)电压模式，其余的N
‑
1台逆变器作为从机，工作在PQ(有功/无功功率)电流模式，相当于一个电压源与N
‑
1个电流源相并联；分散逻辑控制与下垂控制中各台逆变器的地位是一样的，没有主从之分，都运行于电压模式，通过各台逆变器输出的有功和无功功率控制输出电压基准的幅值和相位，从而实现并联系统的均流，区别在于分散逻辑控制要借助相位同步总线和功率总线，而下垂控制不需要互联线。
[0004]上述逆变器并联控制技术存在的问题是：
①
集中控制只有一个集中控制单元，如果该控制单元出现故障，整个逆变器并联系统将处于崩溃状态，无法实现冗余和热插拔，因此可靠性很低，这种控制方法已经很少使用。
②
主从控制的可靠性严重依赖于主机，一旦主机出现问题并停止工作，整个系统可能就要被迫关闭。
③
分散逻辑控制与下垂控制的共同缺陷是：采用功率调节方式，因此调节滞后一个基波周期，动态性能差；控制目标是参考电压的幅值和频率，也就是说，它们是以牺牲逆变器幅值和频率的精度来实现均流，这会影响输出电压的电能质量。而主从控制的逆变器并联系统中，由于从机的直接控制对象是输出电感电流，因此很容易实现主机和各从机输出的基波和谐波电流的均流，不受逆变器输出阻抗和线路阻抗差异的影响，也不会影响输出电压的幅值和频率精度。虽然主从式逆变器并联需要借助通讯互联线，但是在实际应用中，并联的逆变器需要知道彼此的状态信息，互联线将不可避免。至于上文中提到的主机故障引起的可靠性问题，如果在主机出现故障时，将其从系统中切出，将其中一台从机切换为主机，其工作模式由电流源输出转换为电压源输出，就可以解决上述问题。
[0005]《模块化户用微网逆变器关键技术研究》(孙钦斐)第一章给出了主从式单相全桥逆变器并联系统的控制框图，如图1所示，主机工作在电压模式，将电压给定U
ref
与输出电压U
o1
瞬时反馈值进行比较，生成的误差信号经过电压环控制器G
v
得到的控制量，加上输出负载电流I
o1
的前馈量，作为电流环给定I
ref1
，I
ref1
与电感电流I
L1
瞬时反馈值作差，经电流环控制器G
i
调制，输出的调制信号与输出电压前馈信号U
o1
叠加，可得到系统控制环节总的调制
信号。主机电压环控制器G
v
(s)采用比例积分PI调节器，而电流环控制器G
i
(s)采用比例P调节器，这是因为电流环控制对象本身为一个惯性环节，采用单一的比例控制不会增加系统的相角滞后，保证足够的相位裕量。其余的各台从机工作在电流模式(图中只显示1台从机)，在主机启动完成，在交流侧母线上建立输出电压以后，从机通过软件锁相环(SPLL)检测交流侧母线电压的频率和相角信息，然后根据接收到的主机电流幅值信号，与锁相环检测的相角值相乘，得到电流的基准信号I
ref2
，I
ref2
与电感电流I
L2
瞬时反馈值作差，经电流环控制器Gi调制，输出的调制信号与交流侧母线电压前馈信号叠加，可得到系统控制环节总的调制信号。从机电流环控制器G
i
(s)采用比例积分PI调节器，使得输出电感电流能够准确无误差地跟踪电流基准，实现主从机之间的均流控制。
[0006]主从式逆变器并联系统中，当逆变器并联台数增加时，系统将会采用一主多从的模式，系统在并联启动之前，需要确定由哪一台逆变器单元来扮演主机的角色，在不需要人工干预的情况下，实现逆变器主机和从机的自动分配；当逆变器主机因故障停止运行时，系统需要将其中一台逆变器从机切换为主机，并将实现其控制模式由电流模式向电压模式的无缝切换，保证逆变器并联系统输出的不间断供电。
[0007]逆变器并联主要考虑的是消除并联系统中各台逆变器之间的环流。逆变器输出交流电的特征可以用频率、幅值和相位来表述，只有当并联系统中各逆变器输出交流电这三项特征都完全相同，才能完全消除逆变器之间的环流，实现并联系统的可靠运行。在主从式逆变器并联系统中，通过软件锁相环技术(SPLL)使得系统中各台逆变器输出交流电压的相位同步，并通过现场的CAN通讯总线数据传输的方法实现各台逆变器输出有功和无功电流相等，消除有功和无功环流。不过，当并联系统的其中一台或多台逆变器存在以下异常情况时：开关管PWM驱动电压和死区异常，同桥臂的一个开关管无法正常开通，LC滤波电容失效，或者输出电压在谐振频率处振荡，该逆变器输出交流电压波形将严重失真，含有较多的低频和高频谐波，与系统中其它逆变器无法实现输出电压信号的同步，如果强制并联运行，将产生较大的低频和高频环流，严重破坏原先并联系统的均流控制和稳定输出，甚至导致功率器件的失效。现有的逆变器并联技术缺乏有效的逆变器输出电压自检手段，如果在系统启动之前，各台逆变器单元能够准确地检测和辨识自身输出电压的故障情况，并控制输出异常的逆变器单元自动退出并联系统，将会有效保护其它正常逆变器单元的安全运行，提高并联系统运行的可靠性。

技术实现思路

[0008]本专利技术所要解决的技术问题在于：现有的逆变器并联技术缺乏有效的逆变器输出电压自检手段，导致并联系统运行的可靠性难以保证。
[0009]本专利技术提出了一种主从式逆变器并联系统切换控制方法，通过以下技术手段实现上述技术问题的解决：主从式逆变器并联系统包括多台逆变器，每台逆变器对应设置有交流输出开关以及控制板，多台逆变器输出端分别通过交流输出开关连接到同一个交流侧公共母线，每台逆变器的控制板通过发送端和接收端依次相连成环状。
[0010]本专利技术所述的切换控制方法包括：在并联系统启动前对所有逆变器进行输出电压谐波含量检测，并控制输出电压异常的逆变器自动退出并联系统，有效保护其它正常逆变器单元的安全运行，提供了有效的逆变器输出电压自检手段，有效提高了系统的运行可靠
性。
[0011]进一步地，所述切换控制方法还包括：根据输出电压正常的逆变本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种主从式逆变器并联系统切换控制方法，其特征在于，主从式逆变器并联系统包括多台逆变器，每台逆变器对应设置有交流输出开关以及控制板，多台逆变器输出端分别通过交流输出开关连接到同一个交流侧公共母线，每台逆变器的控制板通过发送端和接收端依次相连成环状；所述切换控制方法包括：在并联系统启动前对所有逆变器进行输出电压谐波含量检测，并控制输出电压异常的逆变器自动退出并联系统。2.根据权利要求1所述的一种主从式逆变器并联系统切换控制方法，其特征在于，所述在并联系统启动前安排各台逆变器进行输出电压谐波含量检测，并控制输出电压异常的逆变器自动退出并联系统，包括：步骤1：所述主从式逆变器并联系统中，各台逆变器以电压模式启动；逆变器的控制板工作在信号接收/发送模式，所述信号接收/发送模式为发送端输出固定电平的信号，接收端接收相邻逆变器的控制板输入的电平信号；步骤2：步骤1中以电压模式启动的各台逆变器进行输出电压谐波检测，输出电压谐波含量正常的并联逆变器继续进行主从机设置；反之，输出电压谐波含量异常的逆变器停机并退出并联系统，且其控制板由信号接收/发送模式切换到信号跟随模式，所述信号跟随模式为根据接收端接收到的相邻逆变器的控制板信号，发送端输出相同的电平信号。3.根据权利要求2所述的一种主从式逆变器并联系统切换控制方法，其特征在于，所述输出电压谐波检测包括：步骤201：所述主从式逆变器并联系统中，各台逆变器通过各自的微控制器采样逆变输出交流电压U
oi
、逆变输出电感电流I
Li
，并读取逆变器的AD值，然后以电压模式启动，其中i是主从式并联系统中第i台逆变器的编号，，微控制器为DSP或ARM；步骤202：各台逆变器启动完成后，针对步骤201中采样的逆变输出交流电压U
oi
，通过快速傅里叶变换算法实时检测U
oi
的基波与各次谐波分量的幅值|U
ohi
|，其中，h是逆变器输出电压谐波分量的次数，h＝1,2,3,4,5,
…
,20，h＝1对应输出电压基波分量的幅值|U
o1i
|，h＝2,3,4,5,
…
,20对应输出电压各次谐波分量的幅值；步骤203：各台并联逆变器通过步骤202中检测的逆变输出交流电压U
oi
的各次谐波分量幅值，通过公式计算电压总谐波幅值，其中，U
omi
为第m次谐波分量的幅值，并根据电压总谐波幅值U
thdi
与基波分量的幅值|U
o1i
|之间的百分比，判断逆变器输出电压的谐波状态，即当U
thdi
<5％
·
|U
o1i
|时，判定第i台逆变器输出电压谐波含量正常；反之，判定第i台逆变器输出电压谐波含量异常。4.根据权利要求2所述的一种主从式逆变器并联系统切换控制方法，其特征在于，所述切换控制方法还包括：根据输出电压正常的逆变器的编号，将编号最小的逆变器作为主机，其它逆变器作为从机，完成主从机设置。5.根据权利要求4所述的一种主从式逆变器并联系统切换控制方法，其特征在于，所述根据输出电压正常的逆变器的编号，将编号最小的逆变器作为主机，其它各台逆变器作为从机，完成主从机设置，包括：步骤3：步骤2中输出电压正常的各台逆变器通过CAN通讯总线发送包含各自编号n的运行状态信息，并接收和识别并联系统其它逆变器的编号，然后与各自的编号比较，其中n＝0,1,
…
,N，N是系统中输出电压正常的逆变器总台数，编号最小的逆变器作为主从式逆变器
并联系统的主机，继续进行步骤4；其它各台并联逆变器作为主从式逆变器并联系统的从机，跳转执行步骤5；步骤4：所述主从式逆变器并联系统中作为主机的逆变器闭合自身的交流输出开关，在交流侧公共母线上建立电压，同时进行输出电流的幅值检测，并通过高速CAN通讯总线实时共享给各台逆变器从机，然后跳转执行主机故障判断；步骤5：所述主从式逆变器并联系统中作为从机的各台逆变器由电压模式切换到电流模式，分别闭合各自的交流输出开关，并通过电流内环PI控制器跟踪来自主机的电流基准信号。6.根据权利要求5所述的一种主从式逆变器并联系统切换控制方法，其特征在于，所述主从式逆变器并联系统中作为从机的各台逆变器由电压模式切换到电流模式，包括：步骤501：作为从机的各台逆变器通...

【专利技术属性】
技术研发人员：王成悦，汪玲，吴玉良，张海明，赵艺雷，
申请(专利权)人：合肥同智机电控制技术有限公司，
类型：发明
国别省市：